Geum.ru

Программа Ставрополь 2006 Печатается по решению редакционно издательского Совета

Вид материалаПрограмма

Содержание


Издательство Ставропольского
1.2. Задачи, решаемые в процессе преподавания дисциплины
1.3 Соответствие учебной программы уровню подготовки выпускника, содержащейся в ГОС
1.4. Место дисциплины в профессиональной подготовке выпускника.
1.5. Тематический план
1.6. Содержание дисциплины, структурированной по видам учебных занятий в последовательности, соответствующей тематическому плану
2. Структурные уровни организации материи.
3. Фундаментальные концепции физического описания природы
4. Концепции относительности, причинности и соответсвия
5. Основные концепции астрономии, астрофизики и космологии
6. Поиски новых концепций на рубеже 20 и 21 веков
7. Физика и космология на границах познания
8. Структурные уровни живой природы и их особенности. Важнейшие концепции биологии 20 века.
9. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем
10. Математические модели в химии, биологии и экологии
11. Концепция самоорганизации сложных открытых систем
12. Теории хаоса и порядка. Эволюционные процессы в неорганической природе
13. Катастрофические явления на Земле, их математические модели
14. Закономерности эволюции биосферы
2. Требования к уровню освоения программы и формы контроля
...
Полное содержание
Подобный материал:

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Ставропольский государственный университет


Концепции современного естествознания

(Математические модели в естествознании и экологии)




Программа


Ставрополь


2006

Печатается по решению

редакционно – издательского Совета


Ставропольского государственного университета.


Концепции современного естествознания

(Математические модели в естествознании и экологии)




Программа. – Ставрополь: Издательство СГУ, 2006 г.


Пособие содержит тематический план, программу лекционного курса, литературу.


Рекомендуется для студентов университета, обучающихся по специальности «Прикладная математика и информатика», в качестве общих математических и естественно-научных дисциплин.


Составитель: старший преподаватель Озерецковский Г.А.


Рецензент:

доктор физико-математических наук Дерябин М.И.


Издательство Ставропольского


государственного университета.

2006




1.Пояснительная записка




1.1 Цели изучения дисциплины


Курс «Концепции современного естествознания (математические модели в естествознании и экологии) изучается на 4 курсе в 7 и 8 семестрах. Он завершает цикл общих математических и общих естественнонаучных дисциплин и является естественным продолжением этих курсов, предоставляя возможность применить полученные знания при построении основных математических моделей процессов и явлений, изучаемых естествознанием.

Данная учебная дисциплина способствует расширению представлений о едином процессе развития, охватывающем живую природу, неживое вещество и общество. Предлагаемая программа позволяет вооружить студентов знаниями фундаментальных концепций, отвечающих современному уровню развития естествознания на примере идей, гипотез, точек зрения на важнейшие естественнонаучные проблемы, что дает возможность, овладев целостным научным мировоззрением, сформировать свою мировоззренческую позицию что необходимо и для успешной социальной адаптации.

Через систему знаний о закономерностях, действующих в природе, расширить представления студентов: о месте человека в эволюции Земли как планеты; о направлениях и путях развития в научно- технической деятельности человека.

Изучение естественных наук невозможно без выработки умения применять приобретенные знания в повседневной деятельности. Предлагаемая программа способствует приобретению оценочного отношения к тем или иным открытиям, новым гипотезам и концепциям.


1.2. Задачи, решаемые в процессе преподавания дисциплины


Данная учебная дисциплина имеет следующие задачи:
  • Ознакомить студентов с основными концепциями лидирующих в настоящее время ветвей современного естествознания и их математическими моделями.
  • Дать студентам представления о едином процессе развития, охватывающем неживую и живую природу; об уровнях организации материального мира и процессах, протекающих в нем, выступающих звеньями одной цепи.
  • Вооружить студентов знаниями общих закономерностей развития природы и способах их математического описания.
  • Формировать умения и навыки практического использования достижений естественных наук, ставящих конечной целью адаптацию человека к окружающей среде и внедрение в практику рационального природопользования.
  • Сориентировать в основных парадигмах единства материального и духовного миров.
  • Ознакомить с важнейшими проблемами и методами современных естественных наук (физики, химии, астрофизики, космологии, биологии и др.) а также методами математического моделирования в современном естествознании и экологии.



1.3 Соответствие учебной программы уровню подготовки выпускника, содержащейся в ГОС


Предлагаемая учебная программа опирается на цикл математических и общенаучных дисциплин, изучаемых в 1 – 6 семестрах, таких как: математический анализ, геометрия и алгебра, информатика и физика, а также цикл обще профессиональных дисциплин, таких как: дифференциальные уравнения, теория вероятностей и математическая статистика, уравнения математической физики, системное и прикладное программирование; часть цикла дисциплин специализации «Математическое моделирование». Это позволяет использовать достаточно разнообразные математические теории для построения математических моделей рассматриваемых концепций естественных наук.


1.4. Место дисциплины в профессиональной подготовке выпускника.



Учебная дисциплина «Концепции современного естествознания (математические модели в естествознании и экологии) на качественном уровне знакомит студентов с наиболее важными проблемами естественных наук и на количественном уровне знакомит их с методами построения математических моделей важнейших современных концепций, то есть является средством формирования методологии научного познания. Данная дисциплина позволяет закрепить практические навыки, приобретенные при изучении специальных дисциплин (например «Математическое моделирование»), а так же способствует освоению логики процесса научного исследования, пониманию особенностей теоретического этапа и разных уровней исследования в естественных науках.


1.5. Тематический план




№

п/п
Темы

курса
Количество часов

Лекции
Практические занятия
СКР



1
Введение
2
6
8



2
Структурные уровни организации материи
4
4
10



3
Фундаментальные концепции физического описания природы.
6
4
6



4
Концепции относительности и причинности, их математические модели.
4
4
8

5
Основные концепции астрономии, астрофизики и космологии.
2
4
8

6
Поиски новых концепций на рубеже 20 и21 веков.
6



6

7
Физика и космология на границах познания.
2



2

8
Структурные уровни живой природы и их особенности.
2
4
8

9
Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем.
2
4
4

10
Математические модели в химии, биологии и экологии.
2
4
6

11
Концепция самоорганизации сложных открытых систем.
6
4
6

12
Теории хаоса и порядка. Эволюционные процессы в неорганической природе.
6
6
12

13
Катастрофические явления на Земле, их математические модели.
4
2
6

14
Закономерности эволюции биосферы.



2
4

15
Естествознание и будущее цивилизации.
2
2
6




Итого часов
50
50
100



1.6. Содержание дисциплины, структурированной по видам учебных занятий в последовательности, соответствующей тематическому плану.


  1. Введение


Понятие культуры. Материальная и духовная культуры. Наука как компонент духовной культуры. Роль естествознания в формировании профессиональных знаний в изменяющемся мире. Картины мира и естествознание. Естествознание и окружающая среда. Фундаментальные и прикладные проблемы естествознания. Основные исторические периоды развития естествознания.


2. Структурные уровни организации материи.


Концепция материи и её атрибуты. Системная организация материи и её структурная бесконечность. Классификационные признаки структурных уровней организации материи неорганической природы. Микро-, макро- и мега миры. Структурные уровни живой природы, их особенности, критерии выбора. Основные структурные уровни организации живого. Мир живого как система. Концепции пространства и времени, их свойства и особенности на каждом уровне организации материи. Развитие представлений о пространстве и времени в 20 веке.


3. Фундаментальные концепции физического описания природы


Концепция состояния физической системы и её математическая реализация. Концепция фундаментальных взаимодействий, их основные характеристики. Фундаментальные постоянные. Структура любой физической теории и её математическая модель.

Корпускулярная концепция физического описания природы: атомизм древности; механистический атомизм и его недостатки; принцип атомизма и классическая физика; атомизм микромира. Математическая модель корпускулярного описания.

Континуальная концепция физического описания природы: полевая форма материи и эволюция её интерпретации. Математические модели континуального описания.

Динамические закономерности и их математическое описание: математическая модель динамической теории и её особенности; примеры динамического описания.

Статистические закономерности и их математическое описание: математические модели сплошной среды в механике жидкости или газа и классической электродинамике; математическая модель статистической теории на примерах статистических и квантово-механических систем. Химические системы и химические процессы. Химическое равновесие и его особенности, цепные реакции.


4. Концепции относительности, причинности и соответсвия


Концепция относительности Галилея, её математическая модель и роль в построении классической механики; полная группа преобразований Галилея.

Концепция относительности Эйнштейна, её математическая модель и роль в построении релятивистских теорий; полная группа преобразований Пуанкаре.

Концепции дополнительности, причинности и суперпозиции, их эволюция.


5. Основные концепции астрономии, астрофизики и космологии


Особенности астрономии и астрофизики 21 века. Главные объекты изучения. Новые методологические установки. Эволюционные процессы во Вселенной: эволюция звезд и их скоплений, галактик и их скоплений, Вселенной. Фундаментальные открытия космологии в конце 20 и начале 21 веков.


6. Поиски новых концепций на рубеже 20 и 21 веков


Новые приоритеты в физике микромира. Стандартная модель квантовой теории поля и её проблемы. Теория физического вакуума, его структура. Суперструнная и преонная программы, их перспективы. Почему необходимо изучать структуру физического вакуума? Переход от изучения отдельных объектов к познанию Мира в целом. Идеи Эйнштейна в построении физических теорий. Новые концепции теоретической космологии.


7. Физика и космология на границах познания


Возможности современной квантовой теории как инструмента познания. Квантовая версия общей теории относительности и космологии. Квантовая геометродинамика и рождение Вселенной. Концепция множественности миров.


8. Структурные уровни живой природы и их особенности. Важнейшие концепции биологии 20 века.


Структура и её роль в организации живых систем. Концепции симметрии и асимметрии. Симметрия и законы роста в живой природе. Концепции происхождения жизни на Земле: идея самопроизвольного происхождения жизни; опыты Пастера, доказывающие происхождение живого от живого; гипотеза космического происхождения жизни; гипотеза А. И. Опарина; современные концепции происхождения жизни. Основные уровни организации живого. Учение В. и. Вернадского о биосфере и ноосфере. Пути развития биологии 20 века.


9. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем


Эволюционная теория Дарвина (изменчивость, наследственность, связь между ними, естественный отбор). Синтетическая теория эволюции (синтез дарвинизма и генетики). Революция в молекулярной биологии. Классы механизмов эволюции (адаптационные механизмы, пороговые механизмы, принцип Пуанкаре, закон дивергенции). Биология на рубеже 20 – 21 веков.


10. Математические модели в химии, биологии и экологии


Специфика математического моделирования живых систем. Базовые модели. Модели взаимодействия видов. Динамика популяций: Матричные модели, структурные модели. Модели взаимодействия двух популяций. Динамика человеческой популяции. Математическая экология: системный подход к моделированию экологических систем; типы взаимодействий в экосистемах. Модели экологических сообществ. Закон толерантности и функции отклика. Глобальные модели.

Новые химические элементы и новые процессы. Новые материалы.

Естественнонаучные проблемы сохранения окружающей среды.


11. Концепция самоорганизации сложных открытых систем


Энтропия и информация. Генетическая информация Открытые системы. Теория самоорганизации (синергетика). Характеристики самоорганизующихся систем: открытость, нелинейность, хаотизация. Закономерности самоорганизации: аттракторы, точки бифуркации. Глобальный эволюционизм.


12. Теории хаоса и порядка. Эволюционные процессы в неорганической природе


Хаос в больших системах. Пороговый характер самоорганизации. Теория катастроф. Математические закономерности эволюции. Эволюция нашей планеты.


13. Катастрофические явления на Земле, их математические модели


Модели грозовых разрядов в атмосфере. Паводковые воды. Движение твердого метеороида в атмосфере. Воздействие солнечных вспышек на околоземельное пространство.


14. Закономерности эволюции биосферы


Энергетические процессы в живой природе. Биотический круговорот. Динамика процессов в биосистемах. Моделирование биоценозов с учетом воздействия техносферы.


15. Естествознание и будущее цивилизации


Экологический кризис и пути его разрешения. Биотехнологии и будущее человечества.


2. Требования к уровню освоения программы и формы контроля



В результате изучения дисциплины «КСЕ. Математические модели естествознания и экологии» студенты должны знать:
    • фундаментальные концепции и эвристические принципы естественных наук (физики, химии биологии и др.);
    • основные принципы построения математических моделей в естественных науках;
    • эволюцию фундаментальных концепций;

важнейшие проблемы и методы естественных наук.

Уметь:
  • перевести на язык математики изученные концепции физики;
  • представить знания как систему логически связанных общих и специальных положений науки;

Быть ознакомлены с:
  • научными методами исследования;
  • основными этапами истории естествознания;
  • панорамой современного естествознания;
  • эволюционными процессами в живой и неживой природе;
  • особенностями биологического уровня организации материи.

В результате изучения дисциплины у студентов должно быть выработано оценочное отношение к тем или иным открытиям, они должны не столько пассивно воспринимать материал, но и стремиться обосновать факт появления тех или иных знаний о природе, выяснять, что они дают человечеству, на службу каких сил поставлены.


Формы контроля
  • В 7 семестре – зачет.
  • В 8 семестре – экзамен.
  • Самостоятельная контролируемая работа (СКР) студентов планируется на весь период изучения дисциплины в объеме: 27 часов в 7 семестре и 13 часов в 8 семестре.
  • Выделение отдельных разделов дисциплины для самостоятельного изучения с последующим выступлением на занятиях или СКР.
  • Проведение коллоквиумов и/или контрольных работ (1 – 2 в семестр) по отдельным темам.
  • Контрольные вопросы по темам, выделенным для самостоятельного изучения.
  • Написание рефератов по отдельным проблемам и их защита (в 7 семестре).



3. Учебно–методическое обеспечение дисциплины



Обязательная литература

  1. Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: Учебник. -Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА». 1997.- 832 с.
  2. Карпенков С. Х. Концепции современного естествознания: Учебник. -М.:»Высшая школа». 2000.-334с.
  3. Найдыш В. М. Концепции современного естествознания. Учебник. –М.: Издательские дома «Альфа-М» и «ИНФА-М». 2003, -622 с.
  4. Ризниченко Г. Ю. Математические модели в биофизике и экологии. –Москва – Ижевск: Институт компьютерных исследований, -184 с.
  5. Трубецков Д. И. Введение в синергетику. Хаос и структуры. –М. УРСС. 2004. –235 с.
  6. Чернавский Д. С. Синергетика и информация. –М.: УРСС. 2004. –287 с.


Дополнительная литература

  1. Ботт М. Внутреннее строение Земли. –М.: Мир. 1977. –373 с.
  2. Вернадский В. И. Научная мысль как планетарное явление. –М.: Наука. 1991.
  3. Войткович Г. В. Химическая эволюция солнечной системы. –М.: Наука. 1979.
  4. Голубев В. С. Модель эволюции геосфер. –М.: Наука. 1990.
  5. Камшилов М. М. Эволюция биосферы. –М.: Наука. 1979.
  6. Кастинг Дж., Тун о., Поллак Дж. Как развивался климат на планетах земной группы. //В мире науки. 1988. № 4.
  7. Климонтович Н. Ю. Без формул о синергетике. –Минск.; Высшая школа. 1986.
  8. Концепции современного естествознания. Серия «Учебники и пособия». –Ростов н/Д: «Феникс». 1997. –448 с.
  9. Пригожин И. От существующего к возникающему. –М.: Наука. 1985. –144 с.
  10. Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. –М.: Мир. 1985.
  11. Пригожин И., Стенгерс И. Время. Хаос. Квант. К решению парадоксов времени. _М.: Мир. 1986.

Содержание


1.Пояснительная записка

2.Тематический план

3.Содержание дисциплины

4.Требования к уровню освоения программы и формы контроля

5.Учебно-методическое обеспечение