Правительства Российской Федерации №1756-р от 29 декабря 2001 г.; одобренный решение
| Вид материала | Решение |
- Правительства Российской Федерации №1756-р от 29 декабря 2001 г.; одобрен решение, 231.39kb.
- Концепция модернизации российского образования на период до 2010 года, 578.5kb.
- Правительства Российской Федерации от 29 декабря 2001 года №1756-р, закон, 489.17kb.
- Правительства Российской Федерации от 29 декабря 2001 года №1756-р, закон, 469.26kb.
- Распоряжением Правительства Российской Федерации от 29 декабря 2001 года n 1756-р,, 517.78kb.
- Концепция модернизации российского образования Концепция модернизации российского образования, 384.03kb.
- Областная программа «Развитие региональной системы оценки качества образования Белгородской, 412.72kb.
- Распоряжением Правительства Российской Федерации от 29. 12. 2001 г. №1756-р Государственная, 171.06kb.
- Правительства Российской Федерации от 7 декабря 2001 г. N 861 "О рационах питания экипажей, 74.31kb.
- Правительства Российской Федерации от 29. 12. 2001 №1756-р Комплексная программа, 247.97kb.
Обратимость микропроцессов и необратимость макропроцессов
Из основных положений молекулярно-кинетической теории вытекает, что все микропроцессы обратимы во времени. На фоне этой безупречной теории необратимость макропроцессов выглядит обычно парадоксально. Действительно, мы на каждом шагу сталкиваемся с необратимостью: рассеивается теплота и запах, гибнут растения, разрушаются горы и др. Уравнения движения отдельных микрочастиц, как классические, так и квантовые, обратимы во времени, ибо никаких сил трения, зависящих от скорости, не содержат. Если взять простейшую модель газа - совокупность упругих шариков, то газ в целом будет обнаруживать определенную направленность поведения. Например, сжатый газ, занимавший половину сосуда, начнет расширяться и займет весь объем сосуда. Вновь он не сожмется. Уравнения же движения каждой молекулы обратимы во времени, так как содержат силы, зависящие лишь от расстояний и проявляющиеся при столкновении молекул.
Таким образом, задача состоит не только в объяснении происхождения необратимости, но и в согласовании факта обратимости микропроцессов с фактом необратимости макропроцессов. Заслуга в нахождении принципиально правильного подхода к решению этой проблемы принадлежит Больцману.
Необратимость процесса в системе с большим числом элементов
Известно, что из-за большого числа молекул в макротелах процессы в природе оказываются практически необратимыми. В принципе обратимые процессы возможны, но вероятность их близка к нулю. Не противоречит, строго говоря, законам природы процесс, в результате которого при случайном движении молекул все они соберутся в одной половине класса, а учащиеся в другой половине класса задохнутся. Но реально это событие никогда не происходило в прошлом и не произойдет в будущем.
Во всех процессах существует выделенное направление, в котором процессы идут сами собой от более упорядоченного состояния к менее упорядоченному. Чем больше порядок в системе, тем сложнее восстановить его из беспорядка. Несравненно проще разбить стекло, чем изготовить новое и вставить его в раму. Гораздо проще убить живое существо, чем возвратить его к жизни, если это вообще возможно. Невозможность восстановления разрушенного порядка в прошлом виде должна вас заставить осознать хрупкость окружающего нас мира, ювелирно сотворенного миллиарды лет назад. Итак, выделенное направление времени («стрела времени»), воспринимаемое нами, очевидно, связано именно с направленностью процессов в мире.
Ученье о самоорганизации – логическое завершение второго начала термодинамики
Примерно в 70-х годах минувшего века была сформирована теория самоорганизации (синергетика) материи и ее движения, которая в начале применялась только в физике, химии и биологии. Затем была обнаружена универсальность данного учения, и его идеи все шире стали применять для описания систем различной природы, включая и социальные системы.
Бельгийский ученый И. Пригожий, специалист в области теоретической химии и физики, на основе анализа кинетических явлений сформулировал принцип минимума производства энтропии в стационарных неравновесных явлениях, указав тем самым возможность появления порядка из хаоса при наличии внешних воздействий, всегда имеющих место в реальном мире. Образуемый порядок в виде структур пространственно-временных и функциональных характеристик описывается не только внешними факторами, а в большей степени свойствами самого сложного объекта. Поэтому эта закономерность была названа самоорганизацией. Позже многочисленные исследования различных ученых показали универсальность этого явления. Эволюция открытых систем, обменивающихся с окружающей средой веществом, энергией и информацией, всегда сопровождается самоорганизацией. За создание теории самоорганизации материи и ее движения И. Пригожий был удостоен Нобелевской премии.
Западногерманский физик Г. Хакен на основе исследования некоторых физических явлений установил ряд новых свойств самоорганизующихся систем (иерархичность, обмен энергией, веществом и информацией между иерархическими уровнями и т.д.). Он предложил называть это новое научное направление синергетикой, означающей коллективное действие многих элементов. Основной постулат теории самоорганизации заключается в том, что только открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом, энергией и информацией, могут развиваться и самоорганизоваться, то есть уменьшать энтропию системы. Основными условиями процесса самоорганизации являются нелинейность, открытость и неравномерность.
Нелинейность означает отрицание однозначных решений и признание вероятностного развития тех или иных параметров систем. Нелинейность - это зависимость, существующая между аргументами и функцией, не описывающаяся однозначными уравнениями.
Открытость или незамкнутость системы понимается как ее обмен веществом, энергией и информацией с окружающей систему средой.
Неравновесность предполагает наличие макроскопических процессов обмена веществом, энергией и информацией между элементом самой открытой системы.
Примеры из физики. 1) Конвекция в нагреваемой со дна сосуда жидкости или возникновение ячеек Бенара. 2) Лазер.
Пример из химии. Химические часы или реакция Белоусова - Жаботинского.
Пример из биологии. Биосинтез - самоорганизация в биологической системе.
Биосинтез характерен только для открытых биосистем: клетки растения и живого организма. В клетках растений и живых организмов происходят различные химические реакции. Благодаря этим реакциям происходит обмен веществом и энергией с окружающей средой. Например, в растениях под действием света из углекислого газа, поглощаемого из атмосферы, и воды, поступающей в растение из атмосферы и почвы, строятся молекулы сложных органических соединений. Происходит переход от беспорядочно движущихся в воздухе и почве молекул воды и углекислого газа к высокоупорядоченным сложным молекулам, которые принадлежат клеткам растения. В биосинтезе всегда происходит уменьшение энтропии биосистемы. В ходе биологической эволюции в системе всегда возрастает упорядоченность. Эта упорядоченность в клетках становится возможной за счет обмена веществом и энергией с окружающей средой. Энергия целиком поступает от солнечных лучей, а при обмене веществом растение выделяет кислород. Биосинтез укрепляет только экологическое состояние Земли. Аналогичные процессы происходят и в живых организмах. Клетки живых организмов получают вещество и энергию за счет поступивших извне различных видов органических веществ и сложных химических энергий, происходящих при разложении этих органических веществ. В живых организмах тоже происходит уменьшение энтропии за счет возрастания энтропии окружающего мира.
Знание механизмов самоорганизации (флуктуации, бифуркации и др.) в макроструктуре (природном объекте) помогают вам, школьникам, адаптироваться к стремительным переменам, происходящим в общественно-экономической жизни страны. Каждый из вас должен задуматься о том, что в особых состояниях неустойчивости социальной среды деятельность каждого человека может оказаться существенной для макросоциальных процессов. Отсюда вытекает необходимость осознания каждым человеком огромного груза ответственности за судьбу всей социальной системы, особенно на отрезке времени переходного периода нашего общества.
Энтропийно-синергетическая оценка воздействия цивилизации на природу имеет огромное значение в осмысливании экологических проблем. Например, как известно, для изготовления автомобиля понадобится несколько тонн железной руды, при этом портится почва; расплавляя эту руду, сжигается немало кокса, при этом в атмосферу выбрасывается значительное количество вредных веществ и происходит тепловое загрязнение атмосферы Земли; и т.п. Ученый-педагог Л.В. Тарасов считает, что уменьшение энтропии в процессе творческой, созидательной деятельности человека сопровождается возрастанием энтропии в результате роста отходов производства, образования продуктов сгорания и т.д.
Создание удобства для человека всегда происходит за счет роста энтропии энергетических и материальных ресурсов окружающей нас природы. Этот пример наводит на мысль о том, что личная роскошь отдельного человека всегда чревата с загрязнением природы. Заметим, понятие «энтропия» присуще феноменологической термодинамике, но она приобретает широкое содержание не только философического, а экологического, даже нравственного характера. Вам следует осознать, что прежде чем пользоваться ресурсами природной системы с целью удовлетворить личную потребность, надо сто раз подумать о безущербных путях такого рода действия.
Таким образом, знание закономерностей синергетики оказывается весьма полезным средством в экологическом плане. Цивилизацию могут спасти только высокообразованные, творческие, нравственные и обладающие синергетической культурой личности.
Содержание
| Преподавание интегрированного курса «Естествознание» в 2007/2008 учебном году …………………………………………………………………….. | 3 |
| Методическое письмо «О преподавании учебного предмета «Естествознание» в условиях введения федерального компонента государственного стандарта образования» …………………………………………….................... | 5 |
| Пентин А.Ю. Примерная программа среднего (полного) общего образования по естествознанию …………………………………………………………. | 15 |
| Интегрированный курс «Естествознание» (УМК «Лабиринт») ……………... | 24 |
| Требования к оснащению образовательного процесса в соответствии с содержательным наполнением учебных предметов федерального компонента государственного стандарта общего образования. Естествознание. 10 - 11 классы …………………………………………………….................................... | 25 |
| Интегрированный урок по синергетике ……………………………………….. | 34 |
О преподавании учебного предмета
«Естествознание» в условиях
профильного обучения
Сборник
Составители:
Чаиркин А.С., Грунюшкина Л.С.,
Подмарева О.И., Родосская Н.Б.
Редактор:
Фадеева В.И.
Корректор:
Живова М.И.
Печать способом ризографии.
Тираж экз.
Цена договорная.
Отпечатано с оригинал-макета
в ГОУ ДПО (ПК) С «Мордовский республиканский институт образования»
430027, г. Саранск, ул. Транспортная, 19