Концепция современного естествознания рабочая программа, методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения

  1   2   3   4   5

КОНЦЕПЦИЯ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ


Рабочая программа, методические указания по выполнению контрольных работ для студентов заочной формы обучения

специальностей 020400, 021100,060400,060500, 061100,351300, 060600

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Основной формой обучения студента-заочника является самостоятельная работа над учебным материалом. Для облегчения этой работы кафедра организует чтение лекций, практические занятия и лабораторные работы. Поэтому процесс изучения состоит из следующих этапов: 1) проработка лекций; 2) самостоятельная работа с учебниками и учебными пособиями; 3) выполнение контрольных работ; 4) прохождение лабораторного практикума; 5) сдача зачетов и экзаменов.

В процессе изучения дисциплины каждый студент должен выполнить контрольные работы.

Определение задания проводится по таблице вариантов, соответствующих номеру специальности, по которой обучается студент. Номер варианта соответствует последней цифре шифра зачетной книжки студента.

При выполнении контрольных работ необходимо соблюдать следующие правила:

1. на титульном листе указывать номер контрольной работы, наименование
   дисциплины, фамилию и инициалы студента, шифр, домашний адрес;
   
2. контрольную работу следует выполнять аккуратно, оставлять поля для замечаний рецензента;
   
3. задачу своего варианта переписывать полностью. Заданные физические величины выписывать отдельно, при этом все числовые величины должны быть в одной системе величин (СИ);
   
4. для пояснения решения задачи, где это нужно, аккуратно сделать чертеж, схему, рисунок;
   

5) решение физических задач и используемые формулы должны сопровождаться пояснениями;

6. в пояснениях к задаче необходимо указать те основные законы и формулы, на которых базируется решение данной задачи;
   
7. при получении расчетной формулы, которая нужна для решения конкретной задачи, приводить ее вывод;
   
8. в контрольной работе следует указать учебники и учебные пособия, которые использовались при решении задач, ответы на вопросы.
   

Контрольные работы, представленные без соблюдения указанных правил, а также работы, выполненные не по-своему варианту, зачитываться не будут.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Изучение дисциплины "Концепции современного естествознания" преследует цель ознакомления студентов, обучающихся по гуманитарным направлениям, с дополнительным для них неотъемлемым компонентом культуры - естествознанием, и формирование целостного 'взгляда на окружающий мир. Необходимость изучения этой дисциплины вызвана тем, что сейчас рациональный естественнонаучный метод проникает и в гуманитарную сферу, участвуя в формировании сознания общества, и вместе с тем приобретает все более универсальный язык, адекватный философии, психологии, социальным наукам и даже искусству. Возникающая сегодня тенденция к гармоничному синтезу двух традиционно противостоящих компонентов культуры созвучна потребности общества в целостном мировидении и подчеркивает актуальность дисциплины.

Данная дисциплина представляет собой не просто совокупность избранных глав традиционных курсов астрономии, физики, химии, биологии, психологии, экологии и других естественных" дисциплин, а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-филосовского и эволюционно-синергетического подхода к современному естествознанию.

Основными задачами курса в ВУЗах являются:

1. Понимание специфики гуманитарного и естественнонаучного компонентов
культуры.

2. Понимание задач и возможностей рационального естественнонаучного метода.

3.- Изучение и понимание сущности фундаментальных законов природы, к которым сводится множество частных закономерностей физики, химии, биологии.

4. Формирование ясного представления о физической картине мира как основе целостности и многообразия природы.

5. Понимание принципов преемственности и непрерывности в изучении природы.

6. Осознание проблемы экологии и общества.

7. Формирование представлений о революциях в естествознании и смене научных парадигм.
   
8. Формирование представлений о принципах универсального эволюционизма и синергетике.
   

9. Понимание роли законов самоорганизации в процессе развития естествознания и техники.

В_ области концепции современного естествознания студент должен иметь представление:

- об основных этапах развития естествознания, особенностях современного естествознания, ньютоновской и эволюционной парадигмах;

• о концепциях пространства и времени;
  
• о принципах симметрии и законах сохранения;
  
• о понятиях состояния в естествознании;
  
• о корпускулярной и континуальной традициях в основании природы;
  
• о динамических и статистических закономерностях в естествознании;
  
• о соотношении порядка и беспорядка в природе;
  

упорядоченности строения физических объектов, перехода их упорядоченного в неупорядоченные состояниях и наоборот;

• о самоорганизации живой и неживой природы;
  
• об иерархии структурных элементов материи от микро- до макро- и
  

мегамитза,

- о взаимодействии химических, физических и биологических процессов;

- о специфике живого, принципах эволюции, воспроизводства и развития живых систем, их целостности и гомеостазе;

• об иерархичности, уровнях организации и функциональной асимметрии живых систем;
  
• об биологическом многообразии, его роли в сохранении устойчивости биосферы;
  

• о физических основах психики, социального поведения, экологии и здоровье человека;
  
• о взаимодействии организма и среды, сообществах организмов, экосистемах, принципах охраны природы и рационального природопользования;
  

- о месте человека в эволюции Земли, о ноосфере и парадигме единой культуры.

ТЕМАТИЧЕСКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЫ

Рабочая программа разработана на основании Государственного образовательного стандарта 1996 г.

I. Введение

Предмет и методы естествознания. Естественные и гуманитарные науки. Две культуры как отражение двух типов мышления. Проблемы двух культур.

Этапы развития естественнонаучного мышления и смена типов научной рациональности.

Панорама современного естествознания и его незавершенность.

II. Физический взгляд на окружающий мир

Конструкция пространства и времени. Структурные уровни организации материи: микро-, макро, мегамиры. Диапазоны масс, пространственных к временных интервалов во Вселенной. Физическое моделирование. Понятие о фундаментальных физических теория и области их применения. Статистические и динамические закономерности в природе.

III. Движение объектов материального мира

Механическое движение как простейшая форма движения материи. Мир Ньютона-массы и силы.

Законы сохранения и принципы симметрии. Детерминизм Лапласа. Законы Всемирного тяготения. Фундаментальные силы природы.

Энергия вращательного движения. Приливные силы. Момент импульса. Движение Земли вокруг Солнца. Звездные системы. История планеты Земля.


Понятие о механической картине мира.

Механический принцип относительности. Постулаты специальной теории относительности. Основной закон релятивистской динамики. Закон взаимосвязи массы и энергии.

Тепловая форма движения материи. Теплота и температура. Шкала температур. Первое начало термодинамики. Энергетика химических реакций. Механический эквивалент теплоты. Тепловая машина Карно. Порядок и беспорядок. Энтропия. О тепловой смерти Вселенной.

Поле как форма материи. Концепция близкодействия и дальнодействия. Принцип суперпозиции. Электромагнитное поле. Основы теории Максвелла для электромагнитного поля. Электромагнитные волны. Многообразие диапазонов электромагнитного излучения.

Природа света. Волновые свойства света. Лазер как источник когерентного света. Голография.

Понятие об электромагнитной картине мира.

IV. Строение объектов материального мира

Развитие взглядов на строение Вселенной. Внутреннее строение Земли.

Идеи структурности материи от Демокрита до наших дней.

Кинетическая теория газов. Броуновское движение. Флуктуация. Ближний и дальний порядок в природе. Атмосфера. Жидкости, их свойства и структура. Вода на Земле и в Космосе. Связанная вода. Кристаллические твердые тела. Проводники и полупроводники. Плазма. Фазовые переходы на Земле и в Космосе. Географическая оболочка Земли.

Непрерывно-дискретный мир квантовой физики. Модели атома. Принцип дополнительности и неопределенности. Вероятность как атрибут сложных систем.

Строение вещества. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Молекулы и химические связи.

Ядерные превращения. Деление и синтез ядер. Ядерная и атомная энергетика. Источники энергии Солнца и звезд. Эволюция звезд и звездных систем. Мир

элементарных частиц.


V. Единые принципы изучения неживой природы

Иерархия структур природы. Элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия. Роль фундаментальных констант. Понятие о физическом вакууме.

Эволюция принципов целостности в физике: вариационные принципы, принцип- дополнительности, принцип симметрии и законы сохранения, синергеткческие принципы.

Эволюция Вселенной. Этапы эволюции горячей Вселенной. Планеты. Звезды. Галактики.


VI. Жизнь. Живые системы

Основные признаки живого. Уровни организации живой материи. Неорганические и органические соединения. Особенности биологической формы организации материи. Белки: ферменты и живые машины.

Принципы воспроизводства и развития живых систем. Термодинамические особенности живых систем.

Клеточное строение организмов. Химический состав клетки. Процессы в клетке. Макромолекулы. ДНК и РНК. Передача наследственности. Мутации и естественный отбор.

Дифференциаця и интеграция функций в организме. Целостность. Гомеостаз. Размножение и развитие организмов. Онтогенез.

Возникновение жизни на Земле. Вода в живых организмах. Происхождение человека. Роль живых организмов в эволюции Земли.

VII. Человек: организм и личность

Особенности физиологии основных систем организма. Биосоциальные основы поведения. Память, эмоции, творчество и работоспособность. Здоровье и здоровое потомство. Биологический возраст. Биологически обоснованные потребности и естественные права человека. Эмоция и здоровье.

VIII. Биосфера и цивилизация

Популяция, сообщества (биоценезы), экосистемы (биогеоценозы). Принципы

их организации. Круговороты вещества и энергия. Биосфера, ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости. Антропогенные воздействия на биосферу.

Изменение климата и влияние на него техносферы. Солнечная энергетика. Источники вредных излучений. Биотехнологии. Борьба с болезнями.

Что мы можем сделать для сохранения жизни на Земле?

.

IX. Естествознание и перспективы развития цивилизации

Понятие о синергетике. Хаос-Теос-Космос. Принципы синергетики. Самоорганизация в живой и неживой природе.

Понятие о ноосфере. Человек как часть Вселенной. Земля как живой организм. Единство живого и неживого мира.

Роль современного естествознания в преодолении энергетического, экологического и информационного кризисов.

Наука, философия, религия - новые возможности диалога.

Роль синергетического подхода в формировании гармонически развитой здоровой личности и условий .устойчивого развития природы, цивилизации, общества.

Современная естественнонаучная картина мира.


УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ПО РАЗДЕЛАМ КУРСА КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

1. ПОЯСНЕНИЯ К РАБОЧЕЙ ПРОГРАММЕ

Приступая к изучению дисциплины Концепции современного естествознания необходимо уяснить, что естественные науки изучают объективные свойства окружающего нас материального мира. Современное естествознание это не только совокупность наук о Природе, а прежде всего единая система, компонентами которой являются естественные науки, представляющие собой органическое единство.

К естественным наукам относятся: физика, астрономия, химия, биология, психология и другие. Фундаментом естествознания является физика. Она исследует наиболее общие формы движения материи и их взаимные превращения. Движение есть форма существования материи. Физические понятия являются простейшими и в то же время основополагающими и всеобщими в естествознании (пространство, время, движение, масса, работа, энергия, энтропия и др.).

В контрольную работу включены задачи, дающие возможность проверить знания студентов по ключевым вопросам курса «Концепции современного естествознания».

Задание № 1. преследует цель изучить историю и понять логику развития основных естественных наук: физики, химии, биологии. При выполнении этого задания студент должен уяснить, что каждая из этих наук изучает собственные специфические явления Природы. Чтобы понять органическое единство всех физических, химических и биологических явлений нужно, прежде всего, вспомнить что это за науки.

Ниже приводится фрагмент из текста ответа на задание № I.

БИОЛОГИЯ - (от био... и ...логия), совокупность наук о живой природе - об огромном многообразии вымерших и ныне населяющих Землю живых существ, их строении и функциях, происхождении, распространении и развитии, связях друг с другом и с неживой природой. Биология устанавливает общие и частные закономерности, присущие жизни во всех ее проявлениях и свойствах обмен веществ, размножение, наследственность, изменчивость, приспособляемость, рост, подвижность и др.).

Свое наименование получила в 1802 году. Термин «биология» был предложен Ж. Б. Ламарком и Г.Р. Тревиранусом.

Первые систематические попытки познания живой природы были сделаны античными врачами и философами (Гиппократ, Аристотель, Теофраст, Гален). Их труды, продолженные в эпоху Возрождения, положили начало ботанике и зоологии, а также анатомии и физиологии человека (Везалий и др.). в XVII-XVIII вв. в биологию проникают экспериментальные методы. На основе количественных измерений и применения законов гидравлики был открыт механизм кровообращения (У. Гарвей, 1628). Изобретение микроскопа раздвинуло границы известного мира живых существ, углубило представление об их строении. Одно из главных достижений этой эпохи - создание системы классификации растений и животных (К. Линней, 1735). Вместе с тем преобладали умозрительные теории о развитии и свойствах живых существ (самозарождения, преформации и др.). в XIX веке в

результате резко возросшего числа изучаемых биологических объектов (новые методы, экспедиции в тропические малодоступные районы Земли и др.), накопления и дифференциация знаний сформировались многие специфические биологические науки. Так ботаника и зоология дробятся на разделы, изучающие отдельные систематические группы, развиваются эмбриология, гистология, микробиология, палеонтология, биогеография и др. Среди достижения биологии - клеточная теория (Т. Шванн, 1839), открытие закономерностей наследственности (Г. Мендель, 1865). Переворот в биологии произвело учение Ч. Дарвина (1859), который открыл движущие силы эволюции и дал материалистическое объяснение целесообразности организации живых существ; Для биологии XX века характерны две взаимосвязанные тенденции в изучении явлений жизни. С одной стороны, сформировалось представление о качественно различных уровнях ее организации: молекулярном (молекулярная биология, биохимия и др. науки, объединяемые понятием физико-химическая биология), клеточном (цитология), организменном (анатомия, физиология, эмбриология), популяционно-видовом (экология, биогеография). С другой стороны, стремление к целостному, синтетическому познанию живой природы привело к прогрессу наук, изучающих определенные свойства живой природы на всех структурных уровнях ее организации (генетика, систематика, эволюционное учение и др.). Больших успехов начиная с 50-х гг. достигла молекулярная биология, вскрывшая химические основы наследственности, оказавшиеся универсальными для всех организмов (строение ДНК, генетический код, матричный принцип синтеза биополимеров). Учение о биосфере (В.И. Вернадский) как особой оболочке Земли раскрыло масштабы геохимической деятельности живых организмов, их неразрывную связь с неживой природой. Всё возрастающее практическое значение биологических исследований и методов (в т.ч. генетической инженерии., биотехнологии) для медицины, сельского хозяйства, промышленности, разумного использования естественных ресурсов и охраны природы, а также проникновение в эти исследование идей и методов точных наук выдвинули биологию с середины XX века на передовые рубежи естествознания. Данные биологии - естественнонаучная основа материалистического познания природы и места человека в ней. *

Ботаника - (от греч. botane - трава, растение), наука о растениях, один из основных разделов биологии. Изучает видовое многообразие растений (систематика), их строение (морфология и анатомия), особенности жизнедеятельности (физиология', биохимия), закономерности индивидуального и исторического развития (эмбриология, эволюция), родственные связи (филогения), распространение (география растений), взаимоотношения со средой обитания (экология),- структуру растительного покрова (геоботаника).

Зоология - (от зоо... и логия), наука о животных, один из основных разделов биологии. Изучает видовое многообразие животных (систематика), их строение (анатомия), особенности жизнедеятельности (физиология), закономерности индивидуального и исторического развития (эмбриология, эволюционное учение), родственные связи (филогения), распространение (зоогеография), взаимоотношения со средой обитания и между собой (экология), особенности поведения (зоопсихология и этиология), вымерших животных (палеозоология). Зоология связана с другими биологическими науками, медициной, ветеринарией, с хозяйством, с производственной деятельностью человека и охраной животных.

Анатомия - (от греч. anatome - рассечение), наука о строении (преимущественно внутреннем) организма, раздел морфологии. Различают анатомию

животных и анатомию растений. Самостоятельными являются анатомия человека (с ее основными разделами - нормальной анатомией и патологической анатомией) и сравнительная анатомия животных.

Физиология - (от греч. physis - природа и ... логия), наука о жизнедеятельности целостного организма и его отдельных частей - клеток, органов, функциональных истем. Физиология изучает механизмы различных функций живого организма (рост, размножение, дыхание и др.), их связь между собой, регуляцию и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи. Решая принципиально общие задачи, физиология животных и человека и физиология растений имеют различия, обусловленные строением и функциями их объектов.

Бактериология - (от бактерии и ...логш\ раздел микробиологии, изучающий бактерий.

Вирусология - (от вирусы и ...логия), наука о вирусах. Общая вирусология изучает природу вирусов, их строение, размножение, биохимию, генетику, Медицинская, ветеринарная и сельскохозяйственная вирусология исследует патогенные вирусы, их инфекционные свойства, разрабатывает меры предупреждения, диагностики и лечения вызываемых ими заболеваний.

Молекулярная биология, исследует основные свойства и проявления жизни на молекулярном уровне. Выясняет, каким образом и в какой мере рост и развитие организмов, хранение и передача наследственной информации, превращение энергии в живых клетках и другие явления обусловлены структурой и свойствами биологически важных макромолекул (главным образом белков и нуклеиновых клеток). Тесно связана с биохимией и биофизикой, а исторически также с генетикой и микробиологией.

Биохимия - наука, изучающая входящие в состав организмов химические вещества, их структуру, распределение, превращения и функции. Наряду с молекулярной биологией, биофизикой, биоорганической химией, - биохимию включают в комплекс наук - физико-химическую биологию.

Задание № 2. Выполнение задания 2 дает возможность студенту ознакомиться с процессом возникновения, становления и развития естествознания, основными этапами развития науки. Студент должен уяснить, что наука - социальный институт, она создается сообществом ученых на протяжении уже более двух тысячелетий.

Задание № 3. Выполняя задание 3 студент знакомится с объектами Вселенной, концепцией атомизма. Пространственные масштабы нашей Вселенной, размеры основных материальных образований, и другие количественные характеристики (в том числе объектов микромира), студент может себе представить лишь после того, как будет заполнена таблица этого задания. Обратите внимание, что отношение самого большого к самому малому размеру, доступному сегодняшнему эксперименту составляет примерно 35 порядков. Заполняя таблицу многие данные студент берет из справочной литературы. Студент должен самостоятельно рассчитать:

1. один световой год (используя определение и зная, что скорость света в вакууме
   с-3 10⁸м/с;
   
2. время обращения Земли вокруг Солнца (один год выразить в секундах, зная,
   что в году 365 суток);
   
3. время, в течение которого свет от Солнца доходит до_3емля;
   
4. время» в течение которого свет проходит 1 метр;
   
5. определить промежуток времени между двумя биениями собственного сердца.
   

Задание № 4, Выполняя задание 4, студент должен уяснить, что взаимодействие движения представляют собой важнейшие атрибуты материи.

.Взаимодействие и движение - формы существования материи. Для всякого материального объекта существовать - значит взаимодействовать. Взаимодействие обусловливает объединение различных материальных элементов в системы. В ответе на вопрос студент должен пояснить с каким свойством или качеством материального объекта связано соответствующее фундаментальное взаимодействие и в каких явлениях природы оно проявляется.


Задание № 5. Астрономия - одна из наук, которая предоставляет необходимые для построения естественнонаучной картины мира наблюдательные данные.

Вторая глобальная естественнонаучная революция, преобразовавшая естествознание, представляет собой переход от геоцентризма к гелиоцентризму, а от него к полицентризму. Эта революция была физически завершена Ньютоном. Ньютон создал единую механику всех земных и небесных тел с общими для них законами инерции, динамики, действия и противодействия, а также Всемирного тяготения.

Обратите внимание, что закон Всемирного тяготения - это фундаментальный закон природы.

Задание № 6. В это задание включены задачи, решение которых основано на использовании законов сохранения. Студент должен знать, что законы сохранения и свойства пространства и времени взаимосвязаны. Из свойства симметрии пространства его однородности следует закон сохранения импульса. Из однородности времени следует закон сохранения механической энергии. Из изотропности пространства следует закон сохранения момента импульса. Обратите внимание, что закон сохранения и превращения энергии - фундаментальный закон природы справедлив как для макроскопических, так и для микроскопических систем. Первый закон термодинамики - это закон сохранения и превращения энергии применительно к тепловым процессам. С позиций законов сохранения можно описать фотоэлектрический эффект и эффект Комптона.