КОНЦЕПЦИИ
СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Учебно-методическое пособие для студентов
Смоленск
Издательство СмолГУ
УДК 5:1(075.8) Печатается по решению
ББК 20 я73 редакционно-издательского
Ш 193 совета СмолГУ
Рецензент
А. Г. Егоров, доктор философских наук, профессор, проректор по науке СмолГУ
Ш 193 Шамилёва И. А., Елагина Е.М., Сычев М.М. Концепции современного естествознания: Учебно-методическое пособие для студентов / Смоленский гос. ун-т. - Смоленск: СмолГУ, 2008.
Учебно-методическое пособие разработано в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Пособие включает стандарт дисциплины, планирование и краткое содержание лекционных и семинарских занятий, тесты для контроля знаний, списки основной и дополнительной литературы.
УДК 5:1(075.8)
ББК 20 я73
© Шамилёва И.А., Елагина Е.М., Сычев М.М., 2008
© Издательство СмолГУ, 2008
I. СОДЕРЖАНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОГО
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
По курсу «Концепции современного естествознания»
Естественнонаучная и гуманитарная культуры; научный метод; история естествознания; тенденция развития; корпускулярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в природе, хаос; структурные уровни организации материи; микро-, макро- и мегамиры; пространство, время; принципы относительности; принципы симметрии; законы сохранения; взаимодействие, близкодействие, дальнодействие; принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности; динамические и статистические закономерности в природе; законы сохранения энергии в макроскопических процессах; принцип возрастания энтропии; химические процессы, реакционная способность веществ; внутреннее строение и история геологического развития земли; современные концепции развития геосферных оболочек; литосфера как абиотическая основа жизни, экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизическая, геохимическая; географическая оболочка Земли; особенности биологического уровня организации материи; принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем; генетика и эволюция; многообразие живых организмов – основа организации и устойчивости биосферы; человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность; биоэтика; человек, биосфера и космические циклы; ноосфера, необратимость времени, самоорганизация в живой и неживой природе; принципы универсального эволюционизма; путь к единой культуре.
Учебники и учебные пособия
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие / А.А.Горелов. – М.: Высшее образование, 2007. – 335 с. – (Основы наук).
2. Грушевицкая Т.Г., Садохин А.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2003. – 670 с.
3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов / С.Х.Карпенков. – М.: Академический проект; Фонд “Мир”, 2005. – 9-е изд., испр. и доп. – 640 с.
4. Кочергин А.А., Кочергин А.Н., Егоров А.Г. Концепции современного естествознания: история и современность: В 3 ч. – М., 1998.
5. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания / В.М. Найдыш.- М., 2004
6. Садохин А.П. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. – 447 с.
II. СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННОГО КУРСА
ТЕМА 1. ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ И ГУМАНИТАРНАЯ КУЛЬТУРЫ
Понятие «культура». Основная цель естественнонаучной культуры - изучение закономерностей окружающего физического мира. Гуманитарная культура и её роль в становлении личности человека. Концепция «двух культур» (Чарльз Сноу). Взаимосвязь естественнонаучной и гуманитарной культур. Путь к единой культуре.
Наука как элемент духовной культуры. Наука - составная часть духовной культуры. Цели, задачи, основные функции науки. Специфические черты науки. Структура науки. Сциентизм и антисциентизм. Наука как социальный институт. Отличие науки от других форм культуры.
Основные формы научного знания: научные факты, научные проблемы, научные гипотезы, категории науки, законы науки, научные принципы, научные концепции, научные теории, научные картины мира.
Методы научного познания.Понятия методологии и метода. Научная методология и её тесная связь с философией. Всеобщие методы: анализ, синтез, индукция, дедукция, абстрагирование, идеализация, аналогия, сравнение, обобщение, классификация. Моделирование. Общенаучная классификация методов: эмпирические (наблюдение, эксперимент, описание, измерение) и теоретические (формализация, аксиоматизация, гипотетико-дедуктивный метод).
Дополнительная литература
1. Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. – М.: Наука, 1991.
2. Кун Т. Структура научных революций. – М.: Прогресс, 1975.
3. Моисеев Н. Естественнонаучное знание и гуманитарное мышление. // Общественные науки и современность. - 1993. - № 2.
4. Поппер К. Логика и рост научного знания. – М., 1983.
5. Пуанкаре А. О науке. – М., 1983.
6. Сноу Ч. Две культуры. – М.: Прогресс, 1973. - 143 с.
7. Фейнберг Е.Л. Две культуры. Интуиция и логика в искусстве и науке. – М.: Наука, 1992.
ТЕМА 2. ИСТОРИЯ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Натурфилософия, её место в истории естествознания
Учение о первоначалах (Фалес, Анаксимен, Анаксимандр, Гераклит). Пифагореизм. Атомистика Демокрита. Учение Аристотеля. Развитие математики и механики (Евклид, Архимед). Древнеримский этап натурфилософии. Атомистика (Тит Лукреций Кар). Геоцентрическая система Клавдия Птолемея.
Период схоластики в науке.
Наука в Европе в период средневековья, период схоластики (П. Абеляр,
Ф. Аквинский и др.). Инквизиция и застой науки в Европе. Развитие астрологии, алхимии, каббалистики, магии и т. п. Первые университеты Европы (Болонский, Парижский, Неапольский, Пражский, Гейдельбергский и др.).
Развитие арабской науки в период средневековья. Крупнейшие достижения арабской науки в области математики, астрономии и медицины (Абу Наср аль-Фараби, Мухаммед аль-Батани, Ибн Юнас, Ибн-Рушд, Ибн-Сина (Авиценна).
Период механистического естествознания (XV-XVIII вв.).
Эпоха Возрождения и Гуманизма в Европе. Начало формирования классического естествознания. Идеи Н. Кузанского о бесконечности миров. Гелиоцентрическая теория Н. Коперника и идеи Джордано Бруно о материальном единстве Вселенной. Галилео Галилей и его учение о динамике. Законы небесной механики И. Кеплера. Разработка математических основ классической механики и теории гравитации Исааком Ньютоном. Классическая электродинамика (М. Фарадей, Д. Максвелл, Г. Герц).
Неклассическое естествознание XX века.
Открытие радиоактивности (А. Беккерель, П.Кюри), электрона (Д.Томсон), атомного ядра (Э. Резерфорд) и т. д. Рождение универсальных теорий: теория относительности А. Эйнштейна, квантовая теория Н.Бора, В.Гейзенберга и Э.Шредингера и др.
Дополнительная литература
1. Вернадский В.И. Избранные труды по истории науки. – М., 1981.
2. Пономарёва Т. Д. Великие учёные. – М.: Издательство АСТ, 2002. – 527 с.
3. Самин Д.К. Сто великих научных открытий. – М.: Вече, 2002. – 480 с.
ТЕМА 3. ПРОСТРАНСТВО – ВРЕМЯ – МАТЕРИЯ
Материя как физическая реальность.
Основные виды материи: вещество, физическое поле, физический вакуум. Проблема «тёмной материи». Тело как физическое понятие. Тела природы.
Корпускулярная и континуальная концепции описания природы.
Представление о дискретности (прерывистости) и континууме (непрерывности). Концепция корпускулярно-волнового дуализма.
Структурные уровни организации материи.
Понятия «структура» и «система». Структурные уровни организации материи: микромир, макромир, мегамир. Системный взгляд на природу. Основные компоненты систем: элементы, взаимосвязи элементов, повторяющиеся способы связи - структуры систем. Открытые и закрытые системы. Иерархические системы: физические, биологические и социальные. Структурные уровни вещества в микромире: молекулярный, атомный, нуклонный, кварковый. Структура атома. Элементарные частицы.
Типы фундаментальных взаимодействий.
Научная категория «взаимодействие». Концепции дальнодействия
(И. Ньютон) и близкодействия (полевая и квантовая модели). Типы фундаментальных взаимодействий: сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное. Их основные характеристики. Теории объединения фундаментальных взаимодействий.
Пространство и время.
Основные формы существования материи - пространство и время. Общая характеристика пространства и времени. История взглядов на пространство и время. Пространство и время в классической физике. Представление о пространственно-временном четырёхмерном континууме в неклассическом естествознании. Теории относительности: специальная (СТО) и общая (ОТО) (А. Эйнштейн). Релятивистская физика.
Дополнительная литература
1. Вернадский В.И. Размышления натуралиста. Пространство и время в неживой и живой природе. – М.: Наука, 1975.
2. Дубровский В.Н. Концепции пространства – времени. – М.: Наука, 1991
3. Николис Г., Пригожин И. Познание сложного мира. – М.: Мир, 1990.
4. Пригожин И.Р., Стенгерс И. Время, хаос, квант. К решению парадокса времени. – М.: Мир, 2000.
5. Хокинг С. Кратчайшая история времени / Стивен Хокинг, Леонард Млодинов. – СПб.: Амфора. ТИД Амфора, 2007. – 180 с.
ТЕМА 4. ФИЗИЧЕСКАЯ КАРТИНА МИРА
Физические картины мира
Понятие «физическая картина мира». Физические картины мира: механистическая (И. Ньютон), электромагнитная (Д. Максвелл), квантово-полевая (М. Планк, В. Гейзенберг, Э. Шрёдингер, Н. Бор).
Динамические и статистические законы и теории.
Понятие причинности. Концепции причинности: детерминизм и индетерминизм. Причинность в современной физике. Динамические и статистические законы и теории.
Порядок и беспорядок, хаос.
Понятие «порядок» и «беспорядок». Понятие «хаос» в древнегреческой мифологии и философии (Гесиод, Левкипп, Демокрит, Аристотель). Модели хаоса и порядка. Понятие хаоса в физике (Л. Больцман) и законы термодинамики. Энтропия как как мера беспорядка (хаоса) в системе.
Принципы современной физики.
Принцип симметрии и законы сохранения. Законы сохранения энергии в макроскопических процессах. Принцип возрастания энтропии. Принцип соответствия. Принцип дополнительности. Принцип неопределённости. Принцип суперпозиции.
Дополнительная литература
1. Капра Ф. Дао физики. - СПб, 1994.
2. Эйнштейн А., Инфельд Л. Эволюция физики. – М., 1965.
ТЕМА 5. СТРОЕНИЕ, ПРОИСХОЖДЕНИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ВСЕЛЕННОЙ
Мегамир.
Понятие «Вселенная». Развитие представлений о строении Вселенной.
Структура Вселенной: космические тела и диффузная материя, звёзды, галактики, Метагалактика.
Эволюция Вселенной.
Основные модели Вселенной: модель «постоянного состояния» (Г. Бонди, Т. Гоулд, Ф. Хойл), модель «горячей» Вселенной (Г. Гамов). Стандартная модель эволюции Вселенной. Основные этапы космической эволюции (начальное состояние Вселенной - сингулярность, этап Большого взрыва, этап первичного ядерного синтеза, этап формирования галактик). Космическая шкала времени (сингулярность, рождение элементарных частиц, эра барионов, эра адронов, эра лептонов, эра радиации, эра вещества).
Происхождение и развитие галактик и звёзд.
Форма и строение галактик. Процессы, протекающие в них. Эволюция звёзд. Нейтронные звёзды. Квазары и пульсары. Чёрные и белые дыры.
Дополнительная литература
1. Вайнберг С. Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной. – М., 1981.
3. Новиков И. Д. Эволюция Вселенной. – М.: Наука, 1990.
4. Хокинг С. Краткая история времени: от Большого взрыва до черных дыр. – СПб., 2001.
5. Циолковский К.Э. Очерки о Вселенной. – М., 1992.
6. Шкловский И.С. Вселенная, жизнь, разум. – М., 1987.
ТЕМА 6. ЗЕМЛЯ: ПРОИСХОЖДЕНИЕ, СТРОЕНИЕ, РАЗВИТИЕ
Земля - планета Солнечной системы.
Гипотезы образования Солнечной системы и Земли (Ж. Бюффон, И. Кант, П.-С. Лаплас, О. Ю. Шмидт, Дж. Джинс, Х. Альвен и Ф. Хойл и др.). Модель Солнечной системы. Общая характеристика Земли.
Концепции развития Земли.
Концепции развития Земли: «теория катастроф» (Ж. Кювье) и «эволюционная теория» (Ч. Лайель). Концепции движения материков: гипотеза мобилизма (А. Вагенер), гипотеза фиксизма, новая глобальная тектоника (движение литосферных плит), тектоника плюм (Ш. Маруяма). Концепция эволюции океана и атмосферы (А.П. Виноградов, Г. Юр). Концепции гляциализма (ледниковая теория).
Внутреннее строение и история развития Земли.
Внутреннее строение Земли: земная кора (океаническая и материковая), мантия, ядро. Геологическая история развития Земли (архей, протерозой, палеозой, мезозой, кайнозой).
Литосфера как абиотическая основа жизни. Экологические функции литосферы.
Литосфера. Химический состав. Движения земной коры: эндогенные и экзогенные процессы. Экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизическая, геохимическая.
Географическая оболочка Земли.
Географическая оболочка и её сферы: литосфера, гидросфера, атмосфера, биосфера. Географическая оболочка как планетарный природный комплекс.
Дополнительная литература
1. Арнольд В.И. Теория катастроф. – М.: Наука, 1990.
2. Резанов И.А. Эволюция представлений о земной коре. – М.: Наука, 2002.
3. Сорохтин О.Г., Ушаков С.А. Глобальная эволюция Земли. – М.: МГУ, 1991.
ТЕМА 7. ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫИ ХИМИЧЕСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ
Концептуальные системы химических знаний
Основные этапы развития химии: алхимия, период зарождения научной химии, период открытия основных законов химии, современный период. Особенности современной химии. Концептуальные системы химических знаний: учение о составе вещества; структурная химия; учение о химических процессах; эволюционная химия. Структура химии. Взаимосвязь с физикой и биологией.
Химическая организация материи.
Химические элементы и химические соединения. Химические связи. Классификация веществ. Структурная химия.
Учение о химических процессах.
Химические реакции. Реакционная способность веществ. Условия протекания химических процессов. Катализ.
Эволюционная химия.
Теории химической эволюции и биогенеза. Эволюция химических систем.
ТЕМА 8. БИОЛОГИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИИ
Структурные уровни организации живой материи.
Биология - наука о жизни. Понятие «жизнь», «живое вещество». Отличия живого от неживого. Формы и уровни организации живой материи: молекулярно-генетический, клеточно-организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический (биосферный). Основные отличия живого от неживого: особенности химического состава; дискретность; структурная организация (клеточное строение); обмен веществ; репродукция; наследственность; изменчивость; рост и развитие; раздражимость.
Происхождение жизни на Земле.
Концепции возникновения жизни. Креационизм - сотворение жизни Богом. Концепция стационарного состояния - идея вечности жизни. Концепция многократного самозарождение живого из неживого вещества. Концепция панспермии - внеземное происхождение жизни. Концепция случайного однократного появления жизни. Теория биохимической эволюции. Теория коацерватов А.И. Опарина.
Клетка – элементарная живая система.
Основные положения клеточной теории. Прокариоты и эукариоты. Вирусы — особая неклеточная форма жизни. Строение клетки. Химический состав клетки: углеводы, липиды, белки. Состав и функции белков. АТФ и её значение в клетке. Нуклеиновые кислоты - ДНК и РНК, их состав и функции. Код ДНК. Ген. Органоиды клетки и выполняемые ими основные функции.
Обмен веществ.
Фотосинтез. Биосинтез. Хемосинтез. Автотрофы (фототрофы, хемотрофы), гетеротрофы. Фотосинтез — синтез органических веществ под действием лучистой энергии Солнца зелёными растениями и фотосинтезирующими бактериями. Биосинтез — образование необходимых организму веществ в живых клетках с участием биокатализаторов — ферментов. Хемосинтез.
Размножение и развитие организма
Размножение и индивидуальное развитие. Основные формы размножения — бесполое и половое. Митоз и мейоз. Гаметы — половые клетки. Онтогенез — индивидуальное развитие организма. Основные периоды онтогенеза: эмбриональный и постэмбриональный. Биогенетический закон (Ф. Мюллер, Э. Геккель).
Основы генетики.
Генетика — наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Наследственность и изменчивость. Генотип и фенотип. Законы наследования (Г. Мендель). Хромосомная теория наследственности (Г. Морган). Генетика пола. Клонирование.
Дополнительная литература
1. Ичас М. О природе живого. – М.: Мир, 1994.
2. Кемп П., Армс К. Введение в биологию. – М.: Мир, 1988.
3. Медников Б.М. Аксиомы биологии. – М.: Знание, 1982.