Порядок и беспорядок в природе (и часов)

Механический детерминизм, его философская и научная несосто­ятельность.

Случайные процессы и вероятностные закономерности в приро­де. Броуновское движение. Мутации. Кроссинговер; комбинативная изменчивость. Понятие флуктуации. Беспорядочное тепловое движе-

ние молекул. Диффузия. Представление о распределении молекул по скоростям. Давление газа. Рассеяние планетных атмосфер.

Квантовая неопределенность. Соотношения неопределенностей. Проблема измерения. Проблема полноты квантовой механики. Принцип дополнительности.

Самоорганизация в природных, технических и социальных систе­мах: ячейки Бенара и солнечная грануляция; лазер; автоколебатель­ные химические реакции и естественные биологические циклы; мор­фогенез; возникновение городов и государств. Ключевые понятия те­ории самоорганизации: хаос, флуктуации, диссипативная структура, энергия, энтропия, информация.

Термодинамические закономерности самоорганизации. Количе­ство энергии. Первый закон термодинамики. Работа. Качество энер­гии. Теплота как наименее качественная форма энергии. Энтропия. Второй закон термодинамики. Необратимость природных процессов. Энтропия как мера беспорядка. Энтропия и информация. Информаци­онная сторона природных и социальных процессов. Необходимые усло­вия самоорганизации. Понятие о термодинамическом равновесии. Основной признак неравновесности: потоки вещества, энергии, заря­да и т. д. Понятие о линейных и нелинейных системах. Основные за­кономерности самоорганизации: внезапность, точки бифуркации (кризиса), поведение и роль флуктуации (порядок из хаоса), диссипа-тивный характер самоорганизованных структур.

Лабораторные работы {проводятся в формате компьютерного практикума)

Наблюдение броуновского движения, диффузии газов.

Наблюдение ячеек Бенара.

«Конструирование» вечных и даровых двигателей.

8. Пути ПОЗНаНИЯ (8 часов)

Виды знания: научное, религиозное, гуманитарно-художествен­ное, обыденное. Научное знание. Характерные признаки научного знания. Ценность научного знания. Естественнонаучный метод по­знания. Наблюдение, измерение, обобщение, гипотеза, модель, те­ория, эксперимент. Анализ и синтез. Результат научного исследова­ния: теория, ее практическая применимость.

Наука и общество. Наука, наукоемкие технологии и экология. Проявления антинаучных настроений в обществе. Научная истина и этические нормы в познании природы. Псевдонаука: сущность, отли­чительные признаки, корни и социальные функции псевдонауки.

Различия и дополнительность естественнонаучного и гуманитар­ного методов познания. Наука и искусство. Наука и религия. Непол­нота знаний о природе и бесконечность познания.

Обобщающее занятие на тему «Единство законов природы и ес­тественнонаучная картина мира».

 

XI класс

(3 часа в неделю, 3 часа — резервные, 105 часов)

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

 

№	Название темы	Количество часов
	Естественнонаучные идеи и открытия, опреде­ляющие современные технологии
	Космические технологии
	Радиационные технологии
	Лазерные технологии
	Микро- и нанотехнологии
	Химия и новые материалы
	Биотехнология и биоинженерия
	Природные и технические системы
	Биосфера и человек
	Глобальный кризис современности
	Социальная экология и устойчивое развитие
	Заключение
	Всего:	102 часа

1. Естественнонаучные идеи и открытия, определяющие современные технологии (20 часов)

Важнейшие открытия XX столетия: естественная и искусственная радиоактивность; ядерные и термоядерные реакции; сверхпроводи­мость и сверхтекучесть; высокотемпературная сверхпроводимость; ко­герентное излучение; ДНК и репликация наследственной информа­ции; динамический хаос и самоорганизация; выяснение природы гена и механизма экспрессии генов; динамика генофонда в популяции.

Трансформация энергии в природных и технических системах. Превращения энергии в химических реакциях. Химические источни­ки тока. Энергетика живой клетки. Электрохимические процессы в организме. Принципы работы электростанций. Физические пробле­мы альтернативной энергетики.

Информационные процессы в природных и технических систе­мах. Понятие информации. Количество информации. Материальные носители информации. Информационные взаимодействия. Передача

информации: пропускная способность каналов связи. Информацион­ный характер современной цивилизации.

Практикум решения нестандартных технических и технологических задач.

2. Космические технологии (8 часов)

Физические проблемы космонавтики. Основные типы космиче­ских летательных аппаратов. Физические проблемы дальних косми­ческих полетов. Особенности космоса как технологической среды. Получение неорганических, органических и биологических материа­лов с особыми свойствами. Особенности функционирования и разви­тия организмов в космосе.

Информационно-телекоммуникационные космические системы. Связь. Космические навигационные системы. Картографирование. Геологическая, биологическая, экологическая и военная разведка из космоса. Космическая метеорология.

Лабораторная работа (проводится в формате компьютерного прак­тикума)

Моделирование запуска космического аппарата на околоземную орбиту.

3. Радиационные технологии (8 часов)

Естественные источники радиации. Космические лучи. Земная радиация. Источники ионизирующих излучений, созданные челове­ком, и их применение в медицине и технике. Радиометрия. Атомная энергетика. Принципы работы ядерных реакторов. Реакторы на теп­ловых и быстрых нейтронах. Переработка отработанного ядерного топлива. Проблема радиоактивных отходов. Радиационный контроль.

Воздействие радиации на человека. Процессы, происходящие в тканях организма под влиянием ионизирующего излучения: физико-химические, химические изменения, биологические эффекты. Гене­тические последствия облучения.

Лабораторная работа (проводится в формате компьютерного прак­тикума)

Управление работой ядерного реактора.

4. Лазерные технологии (4 часа)

Принципы работы лазера. Отличительные особенности лазерного излучения. Основные типы лазерных систем. Лазерные технологии в медицине, электронике, в системах связи и коммуникации, в компью­терных системах, в металлургии.

Лабораторная работа

Оптические эксперименты с лазерной указкой.

 

5. Микро- и нанотехнологии (ю часов)

Принципы микротехнологии. Интегральные схемы (ИС). Эле­ментная база ИС и технологии их создания. Основные характеристи­ки микросхем. Чипы. Микропроцессоры. Закон Мура. ИС в ЭВМ, системах управления и бытовой электронике.

Наноматериалы. Принципы нанотехнологии. Синтез, сборка (са­мосборка) и обработка наноструктур. Наноустройства, наноэлектро-ника и наносенсоры. Нанотехнологии в медицине, биологии. Нано­технологии в энергетике. Охрана окружающей среды.

Лабораторная работа (проводится в формате компьютерного прак­тикума)

Исследование наноструктур в твердых телах туннельным и атом-но-силовым микроскопами.

6. Химия и новые материалы (8 часов)

Новые материалы и экономическое развитие. Материалы для сис­тем связи и телекоммуникации, аэрокосмической техники, наземного транспорта, энергетики, электроники, медицины. Керамические ма­териалы, полимеры, композиционные материалы. Основные техно­логии производства новых материалов.

7. Биотехнология и биоинженерия (ю часов)

Генетическая инженерия. Конструирование рекомбинантных ДНК, выделение генов. Введение генов в клетки растений и живот­ных. Получение трансгенных растений, устойчивых к насеко­мым-вредителям, инфекционным заболеваниям, гербицидам. Кле­точная инженерия в животноводстве, клонирование, стволовые клет­ки и перспективы их использования в медицине. Получение кормовых белков, витаминов, жиров и ферментных препаратов.

8. Природные и технические системы (8 часов)

Понятие системы. Системный подход. Технические системы. Экологические системы и их составляющие. Законы сложения сис­тем; эмерджентность. Иерархия подсистем. Развивающиеся системы: баланс консерватизма и изменчивости, необратимость эволюции. Па­раллели в развитии экологических, технических и социальных сис­тем.

Экосистемные законы. Потоки вещества, энергии и информации сквозь экосистему как основной способ взаимодействия между ее со­ставляющими. Пищевые цепочки и трофические уровни. Экологиче-

екая пирамида. Устойчивость природных систем. Понятие о гомео-стазе. Правило экологического дублирования. Сукцессия.

9. Биосфера и человек (8 часов)

Биосфера как экосистема. Основные типы веществ в биосфере. Свойства живого вещества. Законы биосферы. Круговороты веществ в биосфере. Сохранение биомассы и структуры биосферы. Гомеоста-тический механизм поддержания глобальной среды обитания.

Человек как открытая самоорганизующаяся биологическая систе­ма. Солнечно-земные связи. Влияние Солнца на Землю и человека. Преломление космических воздействий в биосфере. Законы системы «человек — природа». Экологические законы Б. Коммонера.

Обобщающее занятие на тему «Цивилизация как открытая самоор­ганизующаяся социальная система».

10. Глобальный кризис современности (ю часов)

Индикаторы глобального экологического кризиса. Индикаторы глобального социального кризиса. Взаимосвязь социальных и экологи­ческих процессов. Техносфера. Стихийные бедствия и техногенные ка­тастрофы. Экологические ограничения технологической деятельности.

Демографический кризис современного мира. Демографические проблемы России. Основные характеристики населения Российской Федерации. Депопуляция. Внешняя и внутренняя миграция как про­явление общемировых тенденций. Принцип толерантности.

Энергетический кризис современности. Традиционная и альтер­нативная энергетика, их вклад в мировое энергопотребление. Эколо­гические проблемы энергетики. Проблемы развития традиционной, атомной и альтернативной энергетики.

Продовольственный кризис современности. Понятие продоволь­ственной безопасности. Экологические проблемы сельского хозяйст­ва. «Зеленая революция», ее ограничения.

11. Социальная экология и устойчивое развитие (6 часов)

Коэволюция природы и цивилизации как путь разрешения гло­бальных экологических и этических проблем. Правила рациональ­ного природопользования. Предпочтение управляемых природных систем перед искусственными. Интеграция аграрного комплекса в ес­тественные экосистемы. Стратегия устойчивого развития. Нравствен­ный императив. Ноосфера.

12. Заключение (2 часа)

Обобщающее занятие на тему «Современное естествознание и бу­дущее человека».

В качестве дополнительного обучающего материала к курсу предло­жена серия обучающих, интерактивных программ на информацион­но-системных носителях (CD) с методическими разработками по сле­дующим темам курса:

• Золотое сечение;

• Наука и искусство;

• Пространственно-временные структуры Метагалактики;

• Симметрия и гармония мира;

• Динамические, самоорганизующиеся структуры;

• Самоорганизация белковых молекул;

• Красота и многообразие фракталов.

Литература

1. Горелов А. А. Концепции современного естествознания: Учебное пособие, практикум, хрестоматия. М, 1999.

2.Дубнищева Т. Я. Концепции современного естествознания: Учеб­ник. Новосибирск, 1997.

3. Захаров В. Б., Мамонтове. Г., СонинН.И. Общая биология: Учебник для средних общеобразовательных учреждений. 7-е изд. М., 2004.

4. Мамонтов С. Г., Захаров В. Б., Козлова Т. А. Основы биологии: Учебник для небиологических факультетов вузов. М., 2004.

5. Одум Ю. Экология. Т. 1-2. М, 1986.

6. Рузавин Г. И. Методология научного исследования. М., 1999.

7. Свиридов В. В. Введение в естествознание. Воронеж, 1996.

8. Свиридов В. В. Концепции современного естествознания. Эво­люционная концепция. Воронеж, 1999.

9. Яблоков А. В., Юсуфов А. Г. Эволюционное учение. М., 1998.