Концепции современного естествознания
Старый Оскол, 2011 г.
МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ(МОДУЛЯ) В СТРУКТУРЕ ООП ВПО
Дисциплина «Концепции современного естествознания» входит в цикл Математических и естественнонаучных дисциплин (Б.2). Данная дисциплина рассматривает основополагающие концепции различных естественных наук, образующие единую картину мира. Она включает в себя информацию о предмете и методах изучения естественных наук, общих свойствах пространства-времени и их проявлениях в живой и неживой материи, о гипотезах возникновения Вселенной и жизни. Содержание дисциплины подается как целостное описание природы и человека на основе научных достижений, смены научных парадигм, методологий, в общекультурном и историческом контексте.
Студент, изучающий эту дисциплину, должен обладать знаниями в рамках школьного курса естественных наук, уметь пользоваться общефилософскими принципами и логическими понятиями.
ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ(МОДУЛЯ)
Целями освоения учебной дисциплины (модуля) «Концепции современного естествознания» является формирование у студентов научного мировоззрения и теоретического мышления, способности методологически применять естественнонаучные знания в своей профессиональной деятельности.
Задачи учебной дисциплины (модуля):
- анализ основных концепций современного естествознания;
- изучение основных закономерностей развития науки;
- формирование представлений об эвристических возможностях современных научных методов.
СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ(МОДУЛЯ)
| № п/п | Наименование раздела, темы учебной дисциплины (модуля) | Содержание раздела, темы учебной дисциплины (модуля) в дидактических единицах |
| Логика и закономерности развития научного знания | Предмет естествознания. Трансдисциплинарность отношений между естественными науками как особенность современного естествознания. Понятие о науке. Характерные черты науки. Отличие науки от других отраслей культуры. Наука и философия. Структура научной деятельности. Научный метод и методология науки. Методология естественно-научного познания. Методы и формы эмпирического и теоретического познания. Научная теория, ее структура и основания. Классификация научных теорий. Проблема верификации и фальсификации теории. Этика науки. Роль естественных наук в решении глобальных проблем современности. Понятие культуры. Наука как форма культуры. Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Цивилизационная значимость естественнонаучной культуры. | |
| Физические концепции описания природы | Физика как фундаментальная отрасль естествознания. Предмет и объект физики. Физическая материя и физическая реальность. Виды физической реальности. Общая характеристика основных этапов развития физики. Становление основных отраслей классической физики. Методологические установки классической физики. Кризис физики в конце XIX – начале XX веков. Возникновение и развитие релятивистской и квантовой физики. Методологические установки неклассической физики. Физический закон как выражение качественных и количественных характеристик физической реальности. Классификация физических законов. Универсальность и фундаментальность физических законов. Фундаментальные физические взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, сильное, слабое. Главные отличия сильного и слабого взаимодействия от гравитационного и электромагнитного. Проблема создания единой теории физических взаимодействий. | |
| Фундаментальные концепции описания природы | Концепция структурных уровней организации материи. Системно-структурная организация материи как важнейший ее атрибут. Проявления структурной бесконечности материи. Характеристика и определение основных структурных уровней: Вселенная, Галактика, звездная система, планета, биосфера, сообщество, популяция, индивид, клетка, молекула, атом, элементарная частица, кварк. Микро-, макро- и мегамиры. Концепция атомизма и ее роль в развитии представлений о структурных уровнях организации неживой природы. Корпускулярная концепция описания природы. Классическая теория тяготения И. Ньютона. Механистическая картина мира и ее основные принципы. Классическая концепция вещества. Развитие учения об электричестве и магнетизме и возникновение электромагнитной картины мира. Теория электромагнитного поля. Полевая концепция строения материи. Основные понятия и принципы квантовой механики. Квантовая механика и ее гносеологические вопросы. Специальная и общая теория относительности А. Эйнштейна. Принцип относительности. Общая теория относительности как современная базовая теория гравитации. Скалярно-тензорная теория гравитации, релятивистская теория гравитации. Концепция корпускулярно-волнового дуализма. Идея симметрии в теориях материальных взаимодействий. Законы сохранения механики. Специфика законов сохранения и свойств симметрии в различных типах физических взаимодействий. Принципы неопределенности и дополнительности. Проблема измерения в квантовой механике. Концепция детерминизма. Детерминизм и индетерминизм. Принцип причинности. Типы детерминизма. Динамические и статистические закономерности и их соотношение. | |
| Концепции пространства и времени | Развитие представлений о пространстве и времени в истории естествознания. Обыденные представления о пространстве и времени. Субстанциальная и реляционная концепции пространства и времени, их мировоззренческая и методологическая основы. Пространство и время в свете теории относительности А. Эйнштейна. Материя, движение, пространство, время и их единство. Единство и многообразие свойств пространства и времени. Релятивистские эффекты. Общие и специфические свойства пространства и времени. Объективность, неразрывная связь друг с другом и с движущейся материей, абсолютность и относительность, однородность и неоднородность, конечность и бесконечность, прерывность и непрерывность, количественная и качественная бесконечность пространства и времени. Протяженность, изотропность, трехмерность, n-мерность, обратимость пространства. Отличия физического пространства от субъективного. Длительность, анизотропность, одномерность, однонаправленность, необратимость времени. Проблема измерения времени. Проекции физического времени на сознание человека. Специфика пространственно-временных отношений в природных и социальных процессах. | |
| Космологические и космогонические концепции | Космология, астрономия, астрофизика, космогония и их предметная проблематика. Развитие представлений о космосе. Геоцентрическая система Птолемея. Переход от идеи геоцентризма к идее гелиоцентризма и становление классической научной космологии. Единство и многообразие Вселенной. Формы галактик: эллиптические, спиральные, неправильные. Строение Галактик. Простые и сложные звездные системы. Звездные скопления и звездные ассоциации, их структура. Межзвездное пространство. Проблема измерения протяженности космического пространства. Звезды и планеты, их отличия. Квазары и пульсары. Черные и белые дыры. Гравитационный коллапс и антиколлапсный взрыв. Концепции происхождения солнечной системы. Строение солнечной системы, Солнца и планет. Основные этапы развития Земли. Влияние солнечной активности на земные процессы. Стационарность и нестационарность Вселенной. Теория стационарного состояния Вселенной. Фотометрический и гравитационный парадокс космологии. Модель расширяющейся Вселенной. Концепция Большого Взрыва. Точка сингулярности и ее характеристики. Гипотеза «тепловой смерти Вселенной». Модель горячей Вселенной. Сценарии будущего Вселенной. | |
| Концепции химической организации материи | Химия как наука о веществах и закономерностях их превращений. Структура химических наук. Многообразие и специфика объектов химии. Возникновение и основные этапы развития химии. Учение о составе вещества как первый концептуальный уровень химических знаний и основа экспериментальной классической химии. Понятие о химическом элементе. Атомно-молекулярное учение. Закон сохранения массы. Стехиометрические законы химии. Периодический закон Д.И. Менделеева и классификация химических элементов. Атомный вес как мера дискретности химического элемента. Учение о структуре вещества. Теория валентности Ф. Кекуле. Теория химического строения А. М. Бутлерова. Учение о химических процессах как особый уровень развития химических знаний и третья концептуальная система. Типы химических реакций и проблема управления химическими процессами. Химическая термодинамика. Химическая кинетика. Эволюционная химия. Роль химии в формировании общей научной картины мира. | |
| Концепции биологического уровня организации материи | Биология – фундаментальная отрасль естествознания. Предмет и объект биологической науки. Античные воззрения на органический мир. Классификация и систематизация животных. Основные этапы развития биологической науки: преднаучный, систематики, эволюционный, биологии микромира. Критерии структурной дифференциации биологической науки: объект исследования, свойства и проявления живого, уровень организации живых систем. Сущность живого. Проблема определения жизни. Основные свойства живого. Отличия живого от неживого: по вещественному составу, структуре, функциям. Единство и многообразие живого. Структурные уровни организации живых систем. Организация как адаптация живого к конкретным условиям существования, выражение единства структуры и функции живых систем. Атомно-молекулярный (молекулярно-генетический) уровень. Генетический код. Клеточный и субклеточный уровни. Клетка – материальная основа жизни и единства живой природы. Клеточная теория, ее мировоззренческое и методологическое значение. Уровень тканевой организации живого. Уровень органов и систем органов. Организменный уровень. Популяционно-видовой уровень живого. Уровень биоценозов и биогеоценозов. Биосфера – предельный уровень организации живых систем. | |
| Концепции возникновения жизни | Проблема возникновения жизни. Причины трудности научного решения проблемы происхождения жизни. Креационизм как религиозная версия о Божественном творении жизни, человека и мира. Теория самопроизвольного зарождения жизни. Попытки экспериментального подтверждения самопроизвольного зарождения жизни. Опыты Реди, Пастера. Теория стационарного состояния и ее ключевое положение. Теория панспермии. Теория биохимической эволюции. Связь эволюции живого с эволюцией Земли. Этапы химической и предбиологической эволюции на пути к жизни. | |
| Концепции биологической эволюции | Понятие эволюции. Теория эволюции Ламарка и ее методологические предпосылки. Недостатки ламаркизма. Геологические катастрофы как решающий фактор возникновения новых форм жизни. Недостатки теории катастроф. Теория происхождения видов в результате естественного отбора. Принципы классической теории эволюции. Основные факторы эволюции. Вид как элементарная основа эволюции. Слабые места в теории Ч. Дарвина. Синтетическая теория эволюции. Понятие о популяции как элементарной структуре эволюции. Теории микро- и макроэволюции. Антидарвинистские направления. Мировоззренческое и методологическое значение эволюционных представлений в формировании современной научной картины мира. Идея глобального эволюционизма. | |
| Концепции самоорганизации | Понятия «организация», «самоорганизация» и «синергетика». Классическая термодинамика равновесных систем. Понятия «хаос», «порядок», «энергия» и «энтропия». Второе начало термодинамики. Энтропия. Физический смысл возрастания энтропии. Противоречие выводов классической термодинамики и эволюционной теории. Синергетика. Синергетика как междисциплинарное направление научных исследований. Объект синергетики. Простые, сложные, открытые, закрытые, устойчивые, равновесные и неравновесные системы. Характерные черты процессов самоорганизации. Механизм самоорганизации. Переход неравновесного процесса от порядка к хаосу. Флуктуация. Бифуркация и точка бифуркации. Аттрактор. Переход от состояния дезорганизации к новой организованности, от хаоса к порядку. Специфика самоорганизации социальных и гуманитарных систем. | |
| Биосфера. Ноосфера. Человек | Биосфера. Составные части биосферы. Понятие «живые системы». Принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы. Пути развития экономики, неразрушающей природу. Пути преодоления экологического кризиса. Сценарии будущего человечества. Взаимосвязь человека, биосферы и космоса. Влияние космоса на человека. |
Примерный перечень вопросов для зачета/ экзамена
1. Предмет и цели естествознания.
2. Наука как процесс познания.
3. Методологические научные принципы.
4. Научные теории, гипотезы и рациональные модели реальности.
5. Аксиомы, постулаты, фундаментальные законы и фундаментальные принципы.
6. Фундаментальный принцип сохранения.
7. Фундаментальный принцип диссипации.
8. Фундаментальный антропный принцип.
9. Классификация рациональных моделей реальности.
10. Революции в естествознании и их значение.
11. Абстрактный объект консервативной модели и характеристики его состояний.
12. Законы сохранения в классической механике.
13. Механическое равновесие и его устойчивость.
14. Проблема противоречивости движения (апории Зенона Элейского) и ее разрешение И. Ньютоном.
15. Три пространственных масштаба и основные свойства пространства реальности.
16. Основные свойства пространства в консервативной модели.
17. Природа относительности в консервативной модели. Принцип относительности Галилея.
18. Проблема непостижимости реального времени и три аспекта его рационального представления.
19. Инвариантность законов классической механики относительно инверсии времени.
20. Концепции дальнодействия и близкодействия.
21. Закон Кулона. Завершение консервативной модели реальности в электродинамике.
22. Понятие фазового пространства. Способы описания объектов.
23. Фазовые портреты маятников и проблема математического моделирования реальности.
24. Теория относительности.
25. Основные положения квантовой механики.
26. Теория теплоты Ж-Б. Ж. Фурье. Особенности причинно-следственной связи в законе распространения теплоты.
27. Теорема С. Карно и невозможность создания вечного двигателя второго рода.
28. Принцип возрастания энтропии и гипотеза «тепловой смерти» Вселенной.
29. Статистический смысл энтропии. Формула Л. Больцмана.
30. Третий закон термодинамики (принцип недостижимости температуры абсолютного нуля).
31. Мегамир: современные астрофизические и космологические
32. концепции.
33. Модель расширяющейся Вселенной.
34. Рождение и этапы развития Вселенной.
35. Микромир. Становление современной физической картины мира.
36. Современные представления о физическом строении атома.
37. Корпускулярно-волновой дуализм. Принцип дополнительности Бора.
38. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
39. Постулаты Бора.
40. Элементарные частицы.
41. Предмет изучения химии, основные направления ее развития.
42. Учение о составе вещества.
43. Периодический закон Д.И. Менделеева и классификация химических элементов.
44. Структурная химия как концептуальная основа технологии органических веществ.
45. Основные положения химической кинетики.
46. Основные положения химической термодинамики.
47. Влияние температуры на скорость химических реакций.
48. Особенности биологического уровня организации материи.
49. Сущность живого, его основные признаки.
50. Принципы биологической эволюции.
51. Наследственность, изменчивость, естественный отбор.
52. Современные проблемы генетики.
53. Роль ДНК в передаче наследственной информации.
54. Синергетика – теория самоорганизации.
55. Человек и биосфера.