Познание природы человеком связано не только с приобретением знаний. По классической стратегии естественнонаучного мышления важной составляющей образования является развитие человека как мыслящего существа и обогащение его духовного мира. Уже на первых этапах зарождения науки человек понимал, что, наблюдая чтолибо в природе, он ищет объяснения наблюдаемым явлениям. В это период человек стал задумываться над тем, как следует изучать природу, чтобы узнать о ней больше. Наблюдая окружающий мир, он формировал совокупность устойчивых представлений о важных закономерностях окружающего мира. По мере накопления знаний о природе важнейших явлений развивалась наука. А человеку приходилось искать новые пути, чтобы изучать окружающий мир шире и глубже. Постепенно сложился особый стиль мышления – естественнонаучный.
В этой связи, одной из задач курса концепций современного естествознания является формирование основ естественнонаучного образования будущих специалистов. Среди путей, которые могут привести к разрешению этой задачи, является изучение способов регуляции систем. Изучение множества процессов в сложных системах показало, что принципы управления и регуляции в живой природе, социальных системах и технике оказываются сравнимыми друг с другом. Так как, если абстрагироваться от физиологических и физических особенностей, то такие системы можно рассматривать с единой точки зрения. Эти вопросы изучает кибернетика – наука, по словам Н. Винера, об управлении и передаче информации в живых организмах и машинах. Несколько иное определение дано академиком В. Глушковым: кибернетика – это наука о законах преобразования информации и об управляющих системах.
Важным понятием в кибернетике является определение управления, поскольку оно в равной мере может быть отнесено к техническим, биологическим и социальным системам. В общем виде это определение дано следующим образом: управление – это процесс информационного воздействия управляющего блока или устройства на исполнительный блок. Часто под управлением в биологии и технике понимают «влияние информации на поток энергии». Иными словами, управлять может только информационное содержание управляющей величины. Энергия управляющего сигнала может иметь совсем иную природу, нежели энергия управляемого процесса. Так, поток световой энергии, действующий на светочувствительные клетки глаза, управляет частотой электрических импульсов, посылаемых этими клетками в центральную нервную систему. То есть, по своей природе управляющее и исполнительное устройства могут быть различными. Между тем, принципиальная схема процессов управления оказывается одинаковой. Какой бы процесс управления мы ни рассматривали, везде можно обнаружить сходство функций важнейших элементов, хотя строение или природа их могут быть разными. Так, относительно простые бытовые приборы – электрический утюг и холодильник и, например, такая сложная система, как живой организм, поддерживающий относительное постоянство своей внутренней среды, имеют сходство в принципах процессов управления.

Любое управляющее устройство имеет чувствительный элемент, посредством которого оно воспринимает информацию о состоянии исполнительного устройства. В утюге и холодильнике – это датчики температуры, а в живом организме – специфические рецепторы. Кроме того, управляющая схема имеет устройство преобразования информации, полученной от чувствительного элемента. В указанных примерах преобразование информации выглядит по-разному. Так, в бытовых приборах – это включение и выключение реле или особых электрических контактов, а в живых организмах – выработка электрических импульсов или химических веществ. Управляющее устройство имеет также механизм передачи преобразованной информации к исполнительному. Другими словами, в управляющем устройстве имеется «выход» – то есть тот элемент, от которого исходит преобразованная информация. Его иногда называют выходным устройством.
Из управляющего устройства преобразованная информация подается на вход исполнительного устройства. Изменения, которые происходят в исполнительном устройстве, наблюдаются на его выходе в форме действий или поведения объекта управления. В наших примерах сигналы с управляющего устройства позволяют поддерживать в бытовых приборах температуру в определенных параметрах, а в целостном организме – регулировать в определенных пределах концентрации различных веществ внутренней среды.
Н. Винер считал, что в кибернетике отдельные методы исследования можно обозначить как поведенческие (бихевиористские). Он обосновывал такой взгляд тем, что, если с выхода управляющего устройства поступает сигнал на вход исполнительного устройства, то на выходе можно наблюдать изменение поведения объекта управления или какиелибо действия исполнительного устройства.
Поэтому под поведением в кибернетике понимается любое изменение взаимоотношений объекта управления и окружающей среды. Поведение кибернетических систем довольно многообразно. Активное целенаправленное поведение кибернетических систем подразделяют на поведение (управление) с обратной связью и без нее.
Если эффект, вызываемый действием управляющего процесса на поток энергии, изменяется, и информация об этом эффекте воздействует обратно на управляющий процесс, то мы наблюдаем пример обратной связи. Обратная связь служит для того, чтобы управляющее устройство могло контролировать и регулировать исполняющее устройство. Обратные связи подразделяются на положительные и отрицательные. Они имеют большое значение в природе и технике.
При положительной обратной связи информация (сигнал), поступившая от исполнительного устройства к управляющему, сообщает, что поведение исполнительного устройства еще не привело к достижению цели. Поэтому управляющее устройство усиливает сигнал, чтобы исполнительное устройство достигло нужной цели. Таким образом, при положительной обратной связи управляющий сигнал усиливается, то есть входной сигнал на управляющем устройстве усиливает выходной управляющий сигнал.
При отрицательной обратной связи сигнал или информация, поступившая от исполнительного устройства к управляющему, сообщает, что поведение исполнительного устройства привело к достигнутой цели, но требуется корректировка. При отрицательной обратной связи изменение регулируемой величины вызывает процессы, в результате которых это изменение является источником информации для управляющего процесса или устройства. Эта информация сообщает о поведении исполнительного устройства и поступает на вход управляющего устройства, которое, в свою очередь, воздействует на управляющий процесс. При этом управляющий сигнал уменьшается (вычитается), то есть входной сигнал на управляющем устройстве уменьшает выходной управляющий сигнал. С помощью отрицательной обратной связи удается восстанавливать состояние равновесия системы при нарушении его внешним воздействием. Именно отрицательная связь участвует в саморегуляции систем и в поддержании состояния гомеостаза. Под гомеостазом понимается процесс саморегуляции систем, то есть поддержание ими определенного состояния на основе обратных связей, обеспечивающих динамическое равновесие этих систем. Подобием гомеостаза может служить пример с описанными выше бытовыми приборами, поддерживающими определенную температуру. Помимо этого, мы можем наблюдать примеры поддержания гомеостаза в разнообразных системах живых организмов от отдельного организма и даже до биосферы.
В синергетике в отличие от кибернетики исследуются механизмы возникновения новых состояний, структур и форм в процессе самоорганизации, а не сохранения и поддержания старых. Поэтому процессы самоорганизации чаще опираются на принцип положительной обратной связи, когда изменения, произошедшие в системе, не подавляются или

корректируются, а постепенно накапливаются и, в конце концов, приводят к усложнению или возникновению новой системы. В живых системах положительная обратная связь – это основа их роста и развития. Интересно, что в развитии наблюдаются необратимые скачкообразные переходы в новое состояние. При этом положительная обратная связь позволяет осуществляться переходу количественных изменений в системе в новое качественное состояние или точнее, в скачкообразный переход в новые качественные отношения ее элементов.
Примерами таких переходов могут служить многие образовательные процессы. Так положительная обратная связь наблюдается в следующем фрагменте обучения. Например, учитель объясняет ученику способ решения какой-либо задачи по математике. Учитель при этом излагает основные положения задачи таким образом, чтобы они были понятны ученику. Но ученик, предположим, не понимает этого объяснения. В этом примере мы можем увидеть проявление положительной обратной связи в том, что ученик своим непониманием побуждает учителя усиливать свое действие. Другими словами, учитель не повторяет прежний ход объяснения, а усиливает действие тем, что расширяет или упрощает его. Предположим, что ученик все-таки не понимает и этого варианта объяснения и тогда, положительная обратная связь проявляется в том, что учитель еще больше усиливает свое воздействие, изменяя (корректируя) прежний вариант объяснения. Понятно, что эти варианты объяснений являются количественными изменениями, которые служат основой для формирования новых качественных отношений (взаимосвязей) нервных клеток в мозговых структурах. То есть происходит появление нового качества отношений клеток в том, что формируются новые взаимосвязи между ними. Интересно, что даже в этом фрагменте можно увидеть, как количественные изменения скачком переходят в новые качественные отношения. Это проявляется в тот момент, когда ученик, наконец, сообщает, что понял этот способ решения задачи. При этом учитель прекращает свое объяснение, так как сигнал о понимании является и примером проявления отрицательной обратной связи. Эти связи позволяют учителю постоянно корректировать изложение материала в ходе урока. Эти же связи также дают возможность говорить, что здесь проявляется формы саморегуляции.
В рассмотренном примере скачкообразный переход системы из прежнего состояния в новое происходит после заметных количественных изменений, связанных с объяснением учебного материала учителем. Эти переходы являются необратимыми, так как сложная система не может вернуться в прежнее состояние. Этим свойством систем, по сути дела, и пользуется учитель, давая ученикам упражнения для закрепления пройденного материала. Интересно, эти переходы даже отражены в истории. Так известное восклицание Архимеда – «Эврика!» – соответствует прозрению (инсайту), наступившему после долгих раздумий о задаче по определению пробы золота в короне.
Таким образом, изучение явлений саморегуляции в разнообразных системах может показать их универсальный характер и может быть использовано в дальнейшей подготовке будущих специалистов.