Geum.ru

Рабочая программа учебная дисциплина Современные естественнонаучные теории (наименование)

Вид материалаРабочая программа

Содержание


3.1. Методические рекомендации к закреплению лекционного материала
3.2. Тематический план лекций
1. Проблемы двух культур.
2. Научный метод
Корпускулярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в природе; хаос
Структурные уровни организации материи; микро-, макро- и мегамиры
1. Пространство и время.
2. Принципы относительности Галилея и Эйнштейна.
1. Симметрия в природе.
Принцип возрастания энтропии
1. Возникновение научной химии
2. Обратимость химических реакций
4. Основные направления химии на современном этапе ее развития
1. Внутренне строение Земли
2. История геологического развития Земли.
3. Литосфера как абиотическая основа жизни.
1. Происхождение жизни на Земле.
2. Цитология - наука о клетке.
1. Процессы развития организмов.
2. Носители наследственной информации организма
...
Полное содержание
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6


3.1. Методические рекомендации к закреплению лекционного материала


Дисциплина «Современные естественнонаучные теории» входит в цикл «Общематематических и естественнонаучных дисциплин» Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования РФ. Изучение дисциплины закладывает основы общенаучного фундамента будущего специалиста широкого профиля.

Знания и навыки, полученные при изучении дисциплины, значительно повышают эффективность учебного процесса в целом и дают возможность студентам осваивать последующие дисциплины учебного плана на качественно более высоком уровне.

Согласно Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника предполагают, что в результате изучения дисциплины «Современные естественнонаучные теории» формируются представления:

• о Вселенной в целом и её эволюции;

• о современных представлениях на возникновение жизни и её эволюции;

• о фундаментальном единстве естественных наук; незавершенности естествознания и возможности его дальнейшего развития;

• о дискретности и непрерывности в природе;

• о динамических и статистических закономерностях в природе;

• о вероятности как объективной характеристике природных систем;

• об индивидуальном и коллективном поведении объектов в природе.

В ходе изучения дисциплины «Современные естественнонаучные теории» должны быть сформированы знания и умения использовать представления:

• об основных этапах развития естествознания, особенностях современного естествознания;

• о концепциях пространства и времени;

• о принципах симметрии и законах сохранения;

• о корпускулярной и континуальной традициях в описании природы;

• о динамических и статистических закономерностях в естествознании;

• о самоорганизации в живой и неживой природе;

• об иерархии структурных элементов материи от микро- до макро- и мегамира ;

• о взаимоотношении теоретического и экспериментального исследования в естествознании.


3.2. Тематический план лекций


№ п/п
Темы и краткое содержание лекций
Кол-во часов

1
2
3

1
Естественнонаучная и гуманитарная культуры; научный метод; история естествознания; панорама современного естествознания; тенденции развития

1. Проблемы двух культур.

Естественные, гуманитарные и технические науки, их структура и проблематика. Предмет естествознания. Естественные науки: физика, химия, биология, астрономия, геология. Математика, как язык естественных наук. Аксиологические и гносеологические аспекты естественнонаучного знания. Эмпирический и теоретический уровни в науке.

2. Научный метод.

Методы эмпирического, теоретического и метатеоретического уровней познания.

3. Этапы развития естественнонаучного мышления.

Этапы развития естественнонаучного мышления. История естествознания до начала ХХI века. Наука в современном мире. Социальная функция науки. Противоречия современной науки. Наука как объективное и предметное знание. Идеалы и нормы научного познания. Уровни естественнонаучного познания.

Основные понятия и категории темы: культура, наука, метод, методика, методология, эмпирический и теоретический уровни научного познания, гипотеза, закон, теория, истина.
2

2
Корпускулярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в природе; хаос

Антиномия дискретности и непрерывности в вопросе о структуре материи. Теоретико-полевой формализм в механике сплошных сред. Развитие представлений о природе света. Концепции дальнодействия, близкодействия и понятие материального поля. Частицы и поля – две формы существования материи в классическом естествознании.
1

3
Структурные уровни организации материи; микро-, макро- и мегамиры

Структурные уровни организации материи.

Микромир: “пена пространства - времени”, элементарные частицы, ядра, атомы и молекулы.

Макромир: твердые тела, планеты и звезды.

Мегамир: Наша галактика, галактики, скопление галактик, видимая Вселенная. Крупномасштабная структура Вселенной.
1

4
Пространство, время; принципы относительности

1. Пространство и время.

Фундаментальные физические представления о пространстве и времени. Временные отношения в природе. Событие и процесс. Часы как прибор.

Масштабы времени. Однородность времени. Пространственные отношения в природе. Трехмерность пространства. Линейка как прибор. Масштабы пространства. Однородность и изотропность пространства.

Законы сохранения энергии, импульса, момента импульса и их связь с симметриями пространства-времени. Симметрия в живой и неживой природе.

Промежуток времени между одноместными событиями. Протяженность неподвижного объекта. Одновременность удаленных событий и синхронизация часов. Протяженность движущегося объекта. Мир событий при малых и больших скоростях.

2. Принципы относительности Галилея и Эйнштейна. Следствия специальной теории относительности. (СТО). Искривление пространства и времени в общей теории относительности. (ОТО). Экспериментальная проверка СТО и ОТО.

Основные понятия и категории темы: пространство и время Аристотеля, абсолютные и относительные пространство и время Ньютона, изотропность, анизотропия, инвариантность, однородность, гравитационный коллапс, черные дыры
1

5
Принципы симметрии; законы сохранения

1. Симметрия в природе.

Теорема Нетер. Внешние симметрии.

2. Законы сохранения.

Закон сохранения энергии, как следствие однородности времени. Закон сохранения импульса, как следствие однородности пространства. Закон сохранения импульса, как следствие изотронности пространства. Внутренние симметрии.
1

6
Взаимодействие; близкодействие, дальнодействие; состояние; принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности; динамические и статистические закономерности в природе

Типы взаимодействий: гравитационное, электромагнитное, сильное и слабое. Понятие заряда как носителя способности частиц к определенному типу воздействий. Взаимодействия и типы зарядов.

Особенности гравитационного взаимодействия, его роль в формировании Вселенной. Теория тяготения Ньютона, законы небесной механики. Гравитационная и инертная масса. Черные дыры. Гравитационный заряд. Гравитационное поле и гравитационные волны.

Классические представления об электромагнитном взаимодействии. Электрические и магнитные поля как материальные структуры. Развитие представлений о свете. Электромагнитные волны. Шкала электромагнитных волн. Основные свойства электромагнитных волн. Реакция живых организмов на электромагнитное излучение.

Слабое взаимодействие.

Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Деление тяжелых ядер. Цепная реакция деления ядер урана. Термоядерный синтез.

Сильное взаимодействие. Переносчики сильного взаимодействия. Теория сильного взаимодействия – квантовая хронодинамика (КХД): основные положения.

Нуклоны. Строение атомного ядра. Радиус действия ядерных сл. Размеры и модели ядра. Модели ядерных взаимодействий Юкавы. Дефект массы. Принципы ядерной энергетики.

Великое объединение и суперобъединение фундаментальных взаимодействий. Антропный принцип в физике.
1


7
Принцип возрастания энтропии

Первое и второе начало термодинамики. Энтропия, как мера неупорядоченности системы. Принцип возрастания энтропии. «Стрела времени». Проблема тепловой смерти Вселенной.
1

8
Химические процессы, реакционная способность веществ

1. Возникновение научной химии:

– эмпирический уровень развития;

– аналитический период: концепция простого и сложного вещества; концепция понятия химического соединения; концепция атомно-молекулярного учения (атомизма);

– выделение органической и неорганической химии;

– синтетическая химия.

2. Обратимость химических реакций

Принцип Ле Шателье; правила смещения равновесий.

3. Каталитическая химия

Катализаторы и ингибиторы; виды катализа: электоркатализ, фотокатализ, ферментативный катализ.

4. Основные направления химии на современном этапе ее развития:

– химия новых материалов (полимеры, композиционные материалы, жидкие кристаллы, оптические материалы);

– химия новых состояний (радиационная химия, плазмохимия, лазерная химия)

– биологизация химии (получение ферментов, исследование автоколебательных реакций, моделирование работы живой клетки).

Основные понятия и категории темы: химический элемент, атом, изотопы, молекула, вещество, катализаторы, биокатализаторы (ферменты), полимеры, мономеры, химический процесс
1

9
Эволюция Земли и современные концепции развития геосферных оболочек

1. Внутренне строение Земли

Химический и минеральный состав глубинного вещества Земли. Земная кора. Состав континентальной и океанической коры. Преобладание в составе земной коры кислых и основных магматических пород.

2. История геологического развития Земли. Современные концепции развития геосферных оболочек: контракционные гипотезы, гипотезы горизонтального движения континентов, радиологические гипотезы.

3. Литосфера как абиотическая основа жизни.

Роль почв в биосфере Земли: среда обитания; преобразование состава верхних слоев литосферы; формирование состава грунтовых и поверхностных вод; поглощение, аккумулирование и передача в нижние слои литосферы солнечной энергии; начальное и конечное звено трофических цепей. Биосферные, экосферные и экзосферные функции почвенного покрова. Почвенный гумус. Гомеостаз почвы.

Основные экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизическая. Экологический мониторинг геологической среды.

Географическая оболочка Земли.

Основные понятия и категории темы: геосферная оболочка, земная кора, астеносфера, граница Мохоровича
1

10
Особенности биологического уровня организации материи

Уровни организации материи

1. Происхождение жизни на Земле.

Основные теории возникновения жизни. Креационизм, самопроизвольное зарождение жизни, стационарного состояния, панспермии. Теория коацерватов А.И. Опарина: органические вещества могли синтезироваться из более простых соединений под действием интенсивной солнечной радиации. Решающую роль в превращении неживого в живое сыграли белки. Начало жизни на земле - появление нуклеиновых кислот, обладающих способностью к воспроизводству белков. Свойства клеток без ядра. Появление ядра, простейших. Природа первых организмов - гетеротрофы. Появление первых многоклеточных организмов.

2. Цитология - наука о клетке.

Клетка - система мембран. Впервые название клетка применил Роберт Гук. Одноклеточные организмы открыл Антон Левенгук. Т Шванн сформулировал клеточную теорию.

Современная клеточная теория:

Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого. Клетки всех организмов сходны по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ. Размножение клеток происходит путем их деления и каждая клетка образуется в результате деления исходной (материнской) клетки.

В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.

Прокариоты и эукариоты. Особая - неклеточная форма жизни - вирусы.

Основные понятия и категории темы: жизнь, коацерват, автотрофы, гетеротрофы, клетка, митоз, мейоз, диплоидный и гаплоидный набор хромосом, гамета, прокариоты, эукариоты, вирусы
1

11
Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем

1. Процессы развития организмов.

Три важных процесса развития организма: 1) оплодотворение; 2) воспроизводство; 3) деление клеток.

Каждый организм состоит из клеток. Развитие и существование организма обеспечивается размножением клеток. Две основные формы размножения - половое и бесполое. Половое - смена поколений и развитие организмов при образовании специализированных половых клеток. При бесполом размножении новая особь появляется из неспециализированных клеток тела - соматических, неполовых.

Два способа деления клеток - митоз и мейоз. Митоз характерен для всех клеток, кроме половых. Генотип идентичен материнскому. Мейоз - для половых клеток. Дает генетическое преимущество. происходят комбинации генов, принадлежащим обоим родителям.

2. Носители наследственной информации организма

Воспроизводство себе подобных и наследование признаков осуществляется с помощью наследственной информации, материальный носитель которого ДНК.

Носители информации - нуклеиновые кислоты содержат азот и выполняют три функции: 1) самовоспроизведения; 2) хранение информации; 3) реализация этой информации в процессе роста новых клеток.

Процесс воспроизводства состоит из трех частей: репликации, транскрипции и трансляции.

3. Индивидуальное развитие организмов.

Индивидуальное развитие (онтогенез) - процесс реализации генетической информации. полученной от родителей. Эмбриональный и постэмбриональный периоды.

Основные понятия и категории темы: нуклеиновые кислоты, белок, онтогенез
1

12
Генетика и эволюция

1. Определение понятий «генетика», «наследственность», «изменчивость».

Генетика изучает два фундаментальных свойства живых организмов - наследственность и изменчивость. Наследственность - это свойство одного поколения передавать другому признаки строения, физиологические свойства и специфический характер индивидуального развития. Изменчивость - это изменение наследственных задатков, вариабельность их проявления в процессе развития организма при взаимодействии с внешней средой.

2. Механизм наследственности.

Клетки, через которые осуществляется преемственность поколений, - специализированные половые при половом размножении и неспециализированные соматические при бесполом - несут в себе только зачатки, возможности развития признаков и свойств. Эти зачатки - гены. Ген - это участок молекулы ДНК (или участок хромосомы), определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. Совокупность всех генов организма - генотип. Возможность развития признаков часто зависит от условий внешней среды. У организмов одного вида каждый ген располагается в одном и том же месте (локусе) строго определенной хромосомы. Гаплоидный и диплоидный набор хромосом. Аллельные гены и множественный аллелизм. Генотип и фенотип.

3. Законы Менделя.

Гибридное потомство. Доминирование. Доминантный признак. Рецессивный признак. Гомозиготные и гетерозиготные организмы. Неполное доминирование. Явление расщепления. Правило чистоты гамет. Анализирующее скрещивание. Сцепленное наследование генов.

4. Генетика определения пола.

Аутосомы - хромосомы, одинаковые у обоих полов. Половые хромосомы - те, по которым мужской и женский полы отличаются друг от друга. Гомогаметный ХХ. Гетерогаметный ХУ. Наследование, сцепленное с полом.

5. Закономерности изменчивости.

Изменчивость - процесс, отражающий взаимосвязь организма с внешней средой (генотипическая и модификационная). Наследственные изменения - мутации. Изменения, вызванные факторами внешней среды, не являются наследственными.

Генная инженерия - раздел молекулярной биологии, связанный с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов с помощью генетических и биохимических методов.

6. История изучения эволюционных процессов.

Истоки эволюционного учения - воззрения натурфилософов Древней Греции.

Вершина искусственной систематики - система К. Линнея в середине XVIII в. Ж. Кювье - виды животных созданы Творцом и остаются неизменными.

Первая теория эволюционного развития органического мира создана в конце XVIII - начале XIX веков Ж.-Б. Ламарком. Она строится на признании изменчивости организмов под влиянием внешней среды и наследования приобретенных признаков.

Эволюционное учение Ч. Дарвина. Учение о естественном отборе. Три формы борьбы за существование: а) внутривидовая, б) межвидовая, в) борьба с неблагоприятными условиями. Материал для отбора - наследственная изменчивость.

В основе эволюционной теории Ч. Дарвина лежит представление о виде. Вид - совокупность особей, сходных по строению, имеющих общее происхождение, свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство. Важнейшая характеристика вида - репродуктивная изоляция. Вид существует в виде популяций. Популяция - элементарная единица эволюции.

7. Учение о микроэволюции - ядро современного дарвинизма.

Микроэволюция - процесс на уровне популяций. Итог микроэволюции - образование нового вида. В микроэволюционном процессе элементарная эволюционная единица - популяция, элементарный эволюционный материал - наследственная изменчивость, элементарные факторы эволюции - а) мутационный процесс; б) популяционные волны; в) изоляция; г) естественный отбор.

Мутационный процесс ведет к изменению частот отдельных генов в популяции и является поставщиком нового материала в популяцию, создает основу для действия естественного отбора. Многие мутации оказываются вредными, обезвреживание мутаций происходит в результате полового процесса.

Популяционные волны или колебание численности популяций. Действие волн предполагает неизбирательное случайное уничтожение особей.

Изоляция - возникновение любых барьеров, ограничивающих панмиксию. Изоляция закрепляет и усиливает начальные стадии генетической дифференцировки, без закрепления невозможно видообразование. Важная характеристика - длительность изоляции. В природе существуют: пространственная и биологическая изоляции (биотопическая, этологическая, морфофизиологическая).

Естественный отбор - движущая сила эволюции. Предпосылки естественного отбора: гетерогенность особей, прогрессия размножения и давление жизни. Объект отбора - особи или группы особей. Главное значение в эволюции имеет не само выживание особей, а их вклад в генофонд популяции.

Часто отбор ведет к созданию признаков невыгодных для отдельной особи и полезных для популяции в целом.

Основные формы естественного отбора в популяциях. 1. Стабилизирующий отбор - направлен на поддержание в популяциях среднего, ранее сложившегося значения признака. 2. Движущий отбор - способствует сдвигу среднего значения признака, закреплению новой нормы взамен старой. 3. Дизруптивный отбор - направлен против особей со средним и промежуточным характером признаков, ведет к установлению полиморфизма в пределах популяций.

Другие, более частые формы отбора: половой, индивидуальный, групповой.

Результат действия отбора - возникновение адаптаций. Ни один из приспособительных признаков не обеспечивает абсолютной безопасности, любые приспособления целесообразны только в обычной для вида обстановке.

Видообразование - источник возникновения многообразия в живой природе. Основные пути видообразования: аллопатрическое (географическое) и симпатрическое.

8. Макроэволюция - эволюция организмов выше видового уровня.

Макроэволюционные процессы. Филогенез - эволюция крупных систематических групп. Первичные формы филогенеза: 1. Филетическая эволюция - процесс изменения исходного вида. 2. Дивергенция - расхождение ветвей древа жизни от единого ствола предков. 3. Конвергенция - возникновение различных признаков в систематических далеких, неродственных группах. 4. Параллелизм - формирование сходного фенотипического облика у первоначально разошедшихся, но родственных групп.

Направления эволюции. Арогенез - переход эволюционирующей группы в новую адаптивную зону. Аллогенез (идиоадаптация) - эволюция группы внутри одной адаптивной зоны.

Правила эволюции: необратимость эволюции - организм не может вернуться к прежнему состоянию; правило прогрессирующей специализации - эволюционирующая группа идет по пути все более глубокой специализации; правило происхождения от неспециализированных предков; правило адаптивной радиации - эволюция любой группы сопровождается разделением ее на ряд филогенетических стволов, которые расходятся в разных адаптивных направлениях от исходного среднего состояния.

Современные проблемы эволюционного учения. Проблемы эволюции экосистем.

Основные понятия и категории темы: генетика, наследственность, изменчивость, ген, генотип, геном, фенотип, доминантный признак. рецессивный признак. гомозиготные и гетерозиготные организмы, аутосомы, эволюция, естественный отбор, борьба за существование, популяция, микроэволюция, макроэволюция, дивергенция, конвергенция, филетическая эволюция, параллелизм
2

13
Многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы

1. Определение понятия «биологическое разнообразие», его оценки.

Современное биологическое разнообразие: на Земле от 5 до 30 млн. видов. Биологическое разнообразие - результат взаимодействия двух процессов - видообразования и вымирания. Биологическое разнообразие включает два понятия: генетическое разнообразие или многообразие генетических свойств у особей одного вида и видовое разнообразие или число различных видов внутри сообщества или всей биосферы. Биоразнообразие обеспечивает новыми источниками питания, энергии, сырья, химических и лекарственных продуктов.

2. Структура биологического разнообразия.

Единицы системы - демы и популяции. Генофонд популяции.

Эволюция биологического разнообразия.

Воздействие человека на биологическое разнообразие. Сохранение биологического разнообразия. Сочетание этических принципов и экономических интересов.

Потенциальное биологическое разнообразие.

Биологическое разнообразие как индикатор воздействий. Биотехнология.
1

14
Человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность; биоэтика.

1. Проблемы духовного и физического оздоровления человека. Система самосовершенствования. Основные жизненные ценности и цели. Проблема смысла жизни. Стремление к поиску смысла – врожденная, высшая потребность человека. Логотерапия В.Франкла. Ценности созидания, ценности переживания, ценности отношения к жизни и судьбе. Программа обновления. Образное перепрограммирование сознания. Рефлейминг (изменение поведенческой модели). Влияние энергоинформационного обмена на процесс развития личности. Способность к аккумуляции духовной энергии и взаиморазвивающему общению. Синергетизм отношений. Поликультурные взаимодействия.

Феномен творчества. Творческие потребности человека. Общественное и индивидуальное творчество. Творческая устремленность личности как движение самопознания и саморазвития. Критичность. Поликультурные взаимодействия. Активация начального и продвинутого этапов, как стратегия достижения творческих идеалов. Иерархия креативных качеств. Восхождение к индивидуальности. Творчество и социальное бессмертие. Динамика работоспособности. Творчество как активатор деятельности. Утомление и переутомление. Резервы умственной работоспособности. Рациональные способы запоминания. Рационализация работы. Методы уплотнения времени. Постановка задач перед «биокомпьютером» – мозгом. Мыслительный и эмоциональный компонент умственной работы. Технология умственного труда на лекциях.

Здоровье и болезнь в системе ценностных ориентаций современного человека. Всемирная организация здравоохранения: стратегия в решении проблем здоровья.

2. Биоэтика – «этика жизни», реакция культуры на опасные процессы, происходящие в медицине. Проблемы медицинской генетики (клонирование – шаг к генетическому вырождению), новых репродуктивных технологий; «суррогатная» мать и ее права), абортов и искусственных родов («право ребенка на жизнь» и право матери на «его смерть») и отношения к умирающему (эвтаназия). Имеет ли право на существование фетальная терапия. Этика и «прогностическая медицина». Нравственное измерение медицинских инноваций.

Альтернативная медицина в свете методологии науки и биомедицинской этики. Причины широкой распространенности альтернативного врачевания в современном мире.

Наука и паранаука. Роль метода в научном познании. Содержание науки как системы научных понятий. Паранаука как манипулирование псевдонаучными терминами. «Экстрасенсы» и экстрасен-сорные явления. Феномен экстрасенсов с точки зрения физики и методологии клинической медицины. Знание и суеверия.
1

15
Биосфера и космические циклы; ноосфера, необратимость времени, самоорганизация в живой и неживой природе; принципы универсального эволюционизма; путь к единой культуре.

1. Биосфера как экосистема, ее структура, свойства и функционирование. Современный уровень взаимодействия человека и среды, принципы охраны природы и рационального природопользования. Учение В.И.Вернадского о ноосфере.

2. Путь к единой культуре.

Цивилизация как совокупность материальных и духовных результатов деятельности человеческого общества.

Наука как культура. Естественные и гуманитарные науки как неотъемлемые составные части культуры. Интеграция естественных наук в целостное естествознание и далее, с гуманитарными науками, – в целостную культуру. Целостное мышление как основа целостной культуры.

Универсальность знания и проблема его структурализации. Образование – уникальная негенетическая форма воспроизводства культуры (свернутая эволюция).

Культура как «вторая природа». Роль фундаментального

Основные понятия и категории темы: биосфера, биогенное вещество, биокосное вещество, биогенное вещество, продуценты, консументы, редуценты, экологическая пирамида.
2