Механическая картина мира
Концепции современного естествознания
методические указания к контрольной работе для студентов экономических и гуманитарных направлений заочной формы обучения
Санкт-Петербург
УДК 536 (076.5)
Утверждено Методическим Советом,
Протокол № от
Одобрено на заседании кафедры «Прикладная физика»,
Протокол № 4/10-11 от 20.04.2011
Концепции современного естествознания. Методические указания к контрольной работе для студентов экономических и гуманитарных направлений заочной формы обучения / А.А.Романова, Г.А.Успенская. - СПб: Изд-во СПБГУСЭ, 2011. – 20с.
Рассмотрено на заседании кафедры «Прикладная физика», одобрено экспертной комиссией по математическим и естественнонаучным дисциплинам СПбГУСЭ
Авторы: канд. технич. наук, доц. А.А.Романова,
канд. технич. наук, доц. Г.А.Успенская
Рецензент: кандидат технических наук, доцент Мелихов Ю.М.
Издательский центр «Сервис»
© ФГБОУ ВПО Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики
2011 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящие методические указания по дисциплине «Концепции современного естествознания» (КСЕ), подготовлены в соответствии с Федеральным Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и предназначены для студентов экономических и гуманитарных направлений для всех профилей подготовки в качестве руководства при выполнении ими контрольной работы по дисциплинам «Концепции современного естествознания», «Современные концепции естествознания».
В них приведены программа по дисциплине «Концепции современного естествознания» и тематика контрольных заданий. Для самостоятельного изучения дан список вопросов для самопроверки и список рекомендуемой литературы.
Дисциплина "Концепции современного естествознания" включает в себя историко-научные знания, основные общепризнанные парадигмы науки, представление о современной научной картине мира.
Естествознание – неотъемлемая и очень важная часть общечеловеческой культуры. Знание современных научных концепций, фундаментальных научных положений является необходимым элементом в формировании инновационного мышления. Формирование национальной инновационной системы требует подготовки специалистов инновационного типа, обладающих творческим мышлением, глубокими знаниями, умениями, способных осваивать наукоемкие технологии, разрабатывать, внедрять и распространять новые конкурентоспособные продукты и технологии.
Концептуальное изучение проблем научного познания природы способствует формированию научного мировоззрения и теоретического мышления, развитию способности методологически применять естественнонаучные знания в профессиональной деятельности.
Начиная изучение концепций современного естествознания, важно уяснить себе цели этой дисциплины, ее место среди других учебных дисциплин и связь с ними.
Целью дисциплины «Концепции современного естествознания» является формирование представлений об основных особенностях естественнонаучного мышления; формирование представлений о естественнонаучной картине мира как глобальной модели природы, отражающей целостность и многообразие окружающего мира, о свойствах и строении материи и общих законах её движения; изучение и понимание сущности конечного числа фундаментальных законов природы, определяющих облик современного естествознания, к которым сводится множество частных закономерностей физики, химии и биологии, а также ознакомление с принципами научного моделирования природных явлений.
В процессе изучения дисциплины формируются следующие общекультурные и профессиональные компетенции:
-знание и понимание законов развития природы, общества и мышления и умение оперировать этими знаниями в профессиональной деятельности,
-способность использовать знания в области естественнонаучных дисциплин, базироваться на принципах научного подхода в процессе формирования своих мировоззренческих взглядов, касающихся взаимоотношений человека с окружающей средой и проблем безопасности жизнедеятельности и умение использовать естественнонаучные знания в своей социальной и профессиональной деятельности,
-понимание современных концепций картины мира на основе сформированного мировоззрения, овладения достижениями естественных наук.
Результатом изучения дисциплины должно стать приобретение навыков научного мышления, понимание специфики научного знания и его отличия от других форм сознания и деятельности (философии, религии, искусства), а также умение конструктивно, критически, профессионально оценивать различные научные взгляды, теории, гипотезы, концепции. Важным результатом изучения данной дисциплины может быть умение находить общий язык с людьми другой естественнонаучной культуры, возможность преодоления "чуждости" иного духовного мира, что представляет особую ценность для будущих специалистов в области сервиса.
Программа
дисциплины «Концепции современного естествознания»
Раздел 1. Физика глазами гуманитария
История естествознания
Введение. Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Научные методы познания. История естествознания - от Древней Греции до средневековья. Эпоха Возрождения. Борьба за гелиоцентрическую систему мира: Леонардо да Винчи, Коперник, Дж.Бруно, Кеплер, Галилей. Диалектика развития физики. Философия и физическая картина мира. Две закономерности истории развития физики - революционная и эволюционная. Панорама современного естествознания. Тенденции развития.
Механическая картина мира
И.Ньютон и становление механической картины мира. Взаимодействие дискретных объектов - физика частиц. Корпускулярная концепция описания природы. Законы динамики и детерминизм Лапласа. Концепция дальнодействия и близкодействия. Импульс, момент импульса и энергия - как меры движения. Законы сохранения. Законы сохранения энергии в макроскопических процессах. Пространство, время, движение как абсолютные категории. Принципы симметрии. Единство и универсальная взаимосвязь явлений природы.
Строение вещества. Основы молекулярной физики
Успехи механической картины природы в описании тепловых явлений. Молекулярно-кинетическая теория. Теплота как форма энергии. Первое начало термодинамики. Температура. Микроскопическая теория теплоты. Идеальный газ и его законы. Кинетическая теория газов. Распределение Максвелла. Второе начало термодинамики. Порядок и беспорядок в природе. Хаос. Энтропия. Принцип возрастания энтропии. Динамические и статистические закономерности в природе. Абсолютизация механической картины мира и ее крушение.
Электромагнитная картина мира
Электростатическое взаимодействие. Закон Кулона. Принцип суперпозиции. Электрический ток и его законы. Магнитное поле тока. Движение заряженных частиц в магнитных полях. Явление электромагнитной индукции. М.Фарадей и концепция близкодействия. Д. Максвелл и становление электромагнитной картины мира. Мир непрерывных объектов - физика полей. Континуальная концепция описания природы. Электромагнитное поле и электромагнитные волны. Уравнения Максвелла. Электромагнитная природа света. Явление интерференции, дифракции, поляризации света. Идея голографии. Принципы относительности. А.Эйнштейн и относительность пространства и времени. Основы специальной теории относительности. Второй этап в развитии электромагнитной картины мира. Абсолютизация электромагнитной картины мира.
Становление квантово-полевой картины мира
Физика возможного. Недостаточность классического описания природы. Макс Планк и квантовый характер теплового излучения. Фотоэффект и его объяснение Эйнштейном. Эффект Комптона. Строение атома и теория Н. Бора. гипотеза де-Бройля и формирование квантовой механики Шредингера-Гейзенберга-Дирака. Физические величины, состояния, средние значения, флуктуации. Принципы неопределенности и дополнительности. Квантовые переходы и излучения. Квантовая физика вокруг нас: лазеры, транзисторы, сверхпроводимость. Квантовая физика - ключ к субатомному миру: кварки, адроны, ядра атомов.
Вероятностная форма закономерности и причинности в квантово-полевой картине мира. Относительность понятий "часть" и "целое". Структурность и целостность в природе. От двойственного мира классической физики к двойственному описанию целостной природы в неклассической физике.
Физика как целое
Структурные уровни организации материи. Иерархия структур природы. Мега-, макро- и микромиры. На пути в глубины материи: идеи структурности материи от Демокрита до наших дней. Критерий относительности элементарности: " лестница" Вайскопфа. Элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия. Эволюция Вселенной. От архаичных мифов космогенеза к единым теориям всего сущего. Этапы эволюции горячей Вселенной, неоднозначность сценария и антропный принцип.
От физики существующего к физике возникающего. Устойчивость современных физических теорий. Принципиальная незавершенность современной физической картины мира. Истоки нового взгляда на объективность познания природы. Потребность в универсальной теории эволюции. Проблема времени и будущее физики.
Диалектика и проблемы развития химической формы движения материи
Объект химии. Химические системы. Энергетика химических процессов. Основные внутренние противоречия развития химии. От химического элемента к химии высокомолекулярных соединений и биоорганической химии. Прогресс химии неорганических соединений. Классификация химических соединений. Структурная теория. Диалектика химических процессов и периодический закон. Реакционная способность веществ. Единство структуры и процессов в химии. Квантовая химия - основа теории строения вещества. Проблема эволюции вещества в природе.
Раздел 2: Жизнь. Живые системы и человек
Живые системы
Неорганические и органические соединения и их многообразие. Макромолекулы, гиперцикл и зарождение жизни. Жизнь во Вселенной. Особенности биологического уровня организации материи. Молекулы живых систем. Белки: ферменты и живые машины. Матричный синтез. Информационные молекулы.
Биологические структуры. Уровни организации живых систем. Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем. Клеточное строение организмов. Жизненный цикл клетки. Единство и многообразие клеточных типов. Дифференциация и интеграция функций в организмов. Многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы.
Эволюционное и индивидуальное развитие. Роль живых организмов в эволюции Земли. Генетика и эволюция. Жизненные циклы. Биологическое время. Смерть и ее биологический смысл.
Человек: организм и личность
Особенности физиологии основных систем организма. Организм как целое, его системная организация. Эндокринная система. Мозг и высшая нервная деятельность. Здоровье, эмоции, творчество, работоспособность. Биосоциальные основы поведения. Стресс и тренировка. Здоровье и патологическое потомство. Биологический возраст. Биоэтика. Экология и здоровье. Человек, биосфера и космические циклы.
Биосфера и цивилизация
Популяция, сообщества, экосистемы. Принципы их организации. Формы биологических отношений в сообществах. Круговороты вещества и энергии. Биосфера, ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости. Биопродуктивность. Антропогенное воздействие на биосферу, экологический кризис и пути его преодоления. Принципы рационального природопользования. Охрана природы.
Экология человека и социальная экология. Принципы взаимодействия организма и среды обитания. Факторы экологического риска и здоровья человека. Ресурсы биосферы и демографические проблемы. Экологическое право.
Перспективы биологии
Законы генетики в жизни человека и в сельскохозяйственном производстве. Методы и возможности селекции. Биотехнология. Борьба с болезнями, продление жизни.
Раздел 3: Эволюционно-синергетическая парадигма:
от целостного естествознания к целостной культуре
Формирование эволюционного естествознания
Формирование нестабильности от Пуанкаре и до наших дней. Диалектика и теория катастроф: структурная устойчивость, универсальность, признаки и предсказуемость катастроф.. Наследственность, изменчивость, отбор в естествознании, роль флуктуаций. Бифуркационное дерево как модель эволюции природы, человека, общества. Необратимость времени.
Динамический хаос - фундаментальное свойство реальности
Универсальные сценарии перехода к хаосу. Стохастические структуры. Хаос, квант и проблема времени. Гармония в хаосе. Самоорганизация в живой и неживой природе.. Происхождение Галактики и Солнечной системы. Внутреннее строение и история геологического развития Земли. Современные концепции развития геосферных оболочек. Литосфера как абиотическая основа жизни. Экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизико-геохимическая. Географическая оболочка Земли. Климат. Роль океанов.
Информационные аспекты синергетики. Антиэнтропийные механизмы. Активные среды, клеточные автоматы. Мозг как синергетический компьютер. Распознавание образов. Механизмы языка. Гуманитарные приложения синергетики. Циклические биосферные и социокультурные процессы. Ноосфера - человек и эволюция Земли.
Заключение.
Современное естествознание и проблемы социума. Техногенное общество. Роль современного естествознания в преодолении энергетического, экологического и информационного кризисов. Конвергенция естественнонаучного и гуманитарного знания. Наука, философия, религия - новые возможности диалога. Принципы универсального эволюционизма. Путь к единой культуре. Целостность, широта, разносторонность и фундаментальность образования и формирование гармоничной личности.
Вопросы для самопроверки (по темам)
История естествознания.
1. Как соотносятся наука и культура?
2. Поясните понятия теоретического и эмпирического уровней естествознания.
3. Кто впервые предложил геоцентрическую систему строения мира?
4. Как называют в науке фундаментальную теорию, которая применяется для объяснения широкого круга явлений, относящихся к соответствующей области исследования?
5. Кто первым высказал мысль о бесконечности Вселенной и возможности внеземных цивилизаций?
Механическая картина мира.
1. Какая картина мира создана трудами И.Кеплера и И.Ньютона?
2. Кто впервые предложил гелиоцентрическую систему мира?
3.Что изучает механика? Чем различаются классическая, релятивистская и квантовая механики?
4. Какие системы отсчета называют инерциальными? Почему систему отсчета, связанную с Землёй, можно считать инерциальной при движении автомобиля и нельзя – при запуске космического корабля?
5. Сформулируйте второй закон Ньютона.
6. Одинаково ли течёт время в различных инерциальных системах в релятивистском случае? Одинаков ли промежуток времени?