2344

1

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Воронежская государственная лесотехническая академия»

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 250100 – Лесное дело

Воронеж 2013

2

УДК 5

Чекменева, Ю. В. Концепции современного естествознания [Текст] : методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 250100 – Лесное дело / Ю. В. Чекменева, А. А. Попова ; М-во образования и науки РФ, ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». – Воронеж, 2013. – 20 с.

Печатается по решению учебно-методического совета ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» (протокол № 2 от 30 ноября 2012 г.)

Рецензент канд. биол. наук, заместитель директора ФГУП НИИЛГиС по развитию и инновационной деятельности А.Н. Одинцов

Методические указания разработаны на кафедре ботаники и физиологии растений ФГБОУ ВПО «ВГЛТА» в соответствии с рабочей программой курса «Концепции современного естествознания».

Предназначены для студентов лесного факультета по направлению подготовки 250100 – Лесное дело.

Юлия Владимировна Чекменева Анна Александровна Попова

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Методические указания к лабораторным работам для студентов по направлению подготовки 250100 – Лесное дело

Редактор А.С. Люлина

Подписано в печать 15.02.2013. Формат 60х90 /16. Объем 1,25 п. л. Усл. печ. л. 1,25. Уч.-изд. л.1,58 . Тираж 45 экз. Заказ

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» РИО ФГБОУ ВПО «ВГЛТА». 394087, г. Воронеж, ул. Тимирязева, 8 Отпечатано в УОП ФГБОУ ВПО «ВГЛТА»

394087, г. Воронеж, ул. Докучаева, 10

3

Введение Дисциплина «Концепции современного естествознания» является

интегральным курсом, основанным на синтезе всех естественных наук. Это комплекс наук о природе и обществе, взятых в их взаимосвязи.

Цель курса – сформировать у студентов понимание основных принципов современного естествознания, истории естествознания и его методов, тесной взаимосвязи различных областей естественных наук. Сформировать целостный взгляд на окружающий мир.

Рабочей программой предусмотрено 14 часов лекций и 22 часа лабораторных занятий, завершающая форма отчетности – экзамен. На лекциях студенты знакомятся с основными концепциями в области физики, химии, биологии, и других естественных наук и их тесной взаимосвязи; с важнейшими школами и направлениями современного естествознания.

На лабораторных занятиях перед студентами ставятся следующие

задачи:

-освоить методы, используемые в современном естествознании; ознакомиться с важнейшими школами и направлениями современного естествознания;

-ознакомиться с основными принципами в естествознании: системным подходом, глобальным эволюционизмом, синергетикой, на базе которых формируется объективный и системный взгляд на окружающую среду;

Полученные знания позволят осуществить в будущей профессиональной деятельности принятие научно и экологически обоснованных управленческих решений, а так же позволят получить навыки по исследованию состояния лесных и урбоэкосистем, анализировать состояние и динамику качества объектов лесного хозяйства, прогнозировать процессы и явления в лесном хозяйстве.

4

Лабораторная работа № 1

Тема: ОБЩЕНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ ЭМПИРИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ: НАБЛЮДЕНИЕ, ИЗМЕРЕНИЕ, ЭКСПЕРИМЕНТ

Цель: изучить и применить на практике общенаучные методы познания: наблюдение, измерение и эксперимент; выявить характерные черты каждого метода, сходства и различия. Сделать вывод о роли каждого метода в системе познания.

Материал: побеги растений (раздаточный материал); раствор NaOH, СuSO4 , вода, раствор йода.

Оборудование: линейки, предметные стекла, лезвия, фильтровальная бумага, колбы, штатив с пробирками, пипетка, ступки.

Само слово «естествознание» означает знание о природе.

Влатинском языке слову «природа» соответствует слово «nature», отсюда термин - натурфилософия (античной школы). В древнегреческом языке слово природа близко слову «физис». Физика, таким образом, стала основой всех наук о природе.

Внастоящее время естествознание определяется как:

1.наука о природе, как единой целостности;

2.совокупность наук о природе, взятая как единое целое, т.е. совокупность знаний о природе.

Научное познание — это объективно-истинное знание о природе, обществе и человеке, полученное в результате научно-исследовательской деятельности, доказанное практикой. Естественно-научное познание состоит из эмпирического и теоретического уровней. Отправной точкой любого из этих направлений научного исследования является получение научного, эмпирического факта (рис. 1).

Научное исследование

Рис. 1. Структура естественно-научного познания

5

К методам эмпирического уровня познания относятся: наблюдение, измерение, эксперимент.

Работа 1. Наблюдение как метод морфологического описания растений. Наблюдение – чувственное отражение предметов и явлений внешнего мира. Оно может быть непосредственным и с помощью соответствующих

приборов.

Научное наблюдение характеризуется целенаправленностью, планомерностью, активностью.

Ход работы: рассмотреть растение (побег), отметить его характерные признаки. Отметить какую информацию несет применение метода наблюдения. Сделать вывод о приложении метода в системе эмпирического познания.

Работа 2. Измерение как метод познания.

Измерение – численное выражение измеряемых величин (вес, длина, координаты, скорость).

Ход работы: с помощью измерительного оборудования оценить размеры растений, листовых пластинок, междоузлий (таким образом провести объективную оценку размеров растений). Записать измерения в таблицу. Сделать вывод об общности и различиях между наблюдением и измерением, о применении измерения в системе эмпирического познания.

Работа 3. Эксперимент как метод познания.

Эксперимент – активное, целенаправленное исследование объектов в контролируемых и управляемых условиях. Условия можно комбинировать, варьировать.

Ход работы: С помощью оборудования и раздаточного материала определить наличие запасных веществ в тканях образца, сделать вывод о характерных чертах эксперимента и применении в общей системе познания.

1)Определение содержания белка в тканях образца. Биуретовая реакция на пептидную связь –СО-NH- . Прилить к раствору белка вдвое меньший объем 10 %-ного раствора NaOH и 1-2 капли 1 % -ного раствора СuSO4. В какой цвет окрашивается раствор?

2)Определение содержания углеводов в тканях образца. Раствором йода обработать срезы семян пшеницы и подсолнечника. Оценить окрашивание.

6

3) Определение содержания жиров в тканях образца. Раздавить семя в фильтровальной бумаге. Оценить результат.

В заключительном выводе сравнить методы по следующим признакам: целенаправленность, активность, планомерность, объективность, воздействие на объект, воспроизводимость, показана четкая причинно-следственная связь.

Лабораторная работа № 2

Тема: ОБЩЕНАУЧНЫЕ МЕТОДЫ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ: АБСТРАГИРОВАНИЕ, ИДЕАЛИЗАЦИЯ, МЫСЛЕННЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ, ИНДУКЦИЯ И ДЕДУКЦИЯ, АНАЛИЗ И СИНТЕЗ, АНАЛОГИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЕ

На теоретическом уровне познания применяются следующие методы: абстрагирование – метод универсальной умственной деятельности.

Сущность заключается в мысленном отвлечении от несущественных показателей и в выборе интересующего признака; результат абстрагирования – абстракция, которая используется и в повседневной жизни (физика – масса, сила; химия – валентность, молекула; биология – наследственность; математика – натуральные числа);

мысленный эксперимент – использование воображаемых моделей; анализ – метод познания, процедура мысленного или реального

разложения объекта на составные элементы в целях выявления их системных свойств (сначала описывается объект, затем выявляется его строение, состав, признаки. Это можно сделать, вначале изучив их в единстве. Для этого анализ дополняется синтезом;

синтез – соединение различных элементов в единое целое, в систему; индукция – умственное заключение, ведущее от частного к общему; дедукция – умственное заключение, ведущее от общего к частному; аналогия – метод, при котором происходит перенос знания,

полученного при рассмотрении какого-либо одного объекта на другой менее изученный, но схожий с первым объектом по существенным свойствам;

моделирование – замещение изучаемого объекта подобным ему по ряду признаков.

Работа 1. Выведение законов наследования. Опыты Г. Менделя.

Цель: присвоить признаку символ, найти соотношение признаков, используя решетку Пеннета. Сделать вывод об использовании следующих теоретических методов: абстрагирование, идеализация, мысленный эксперимент, индукция, дедукция, анализ и синтез, аналогия и моделирование. Ответить на вопрос: что является результатом этих методов?

Материал: семена желтого и зеленого гороха с гладкой и с морщинистой поверхностью.

7

Работа 2. Мышление как совокупность методов теоретического познания.

Сравнить методы теоретического познания: абстрагирование, идеализация, мысленный эксперимент, индукция, дедукция, анализ и синтез, аналогия и моделирование. Сделать общий вывод по теоретическому уровню познания.

Лабораторная работа № 3

Тема: СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД КАК МЕТОД ВЫЯВЛЕНИЯ ПРИЧИН УСТОЙЧИВОСТИ РАСТЕНИЙ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Цель: С помощью системного подхода выявить причины устойчивости растений в экстремальных климатических условиях на примере суккулентов.

Материал: суккуленты, лезвия, пинцет, предметные, покровные стекла, микроскоп.

Системный подход – исследования, в основе которых лежит изучение объектов как сложных систем. Основные свойства системы: целостность, структурность, иерархичность, взаимосвязь с внешней средой (обмен веществом, информацией, энергией), множественность описания.

Разрабатывает системные идеи синтетическая наука – системный анализ. Системный подход позволяет выявить:

1)факторы и взаимосвязи, которые могут оказаться существенными;

2)видоизменять методику наблюдений и эксперимент таким образом, чтобы включить эти факторы в рассмотрение;

3)осветить слабые места гипотез и допущений.

Системный анализ с проверкой гипотез посредством эксперимента и строгими выборочными процедурами – мощный инструмент гибкого, но строгого исследования сложных явлений. Предпосылка возникновения системного подхода – появление в естествознании новых задач, связанных с изучением организации и функционирования сложных объектов, оперирование системами, границы которых размыты.

Работа 1. Видоизменение листа.

Ход работы: схематично зарисовать кактус с игольчатыми листьями. Описать внешний вид иголок (цвет, жесткость, расположение - одиночное или пучками).

В выводе ответить на вопрос - какие функции выполняет такой лист?

Работа 2. Внешние покровы растения.

Ход работы: Описать цвет, наличие или отсутствие воскового налета. Какие функции выполняют внешние покровы растения?

8

Работа 3. Устьичный аппарат.

Ход работы: снять скальпелем небольшой кусочек кожицы 1-2 мм величиной (эпидермис). Поместить на предметное стекло в каплю воды и рассмотреть в микроскоп на малом увеличении. Найти устьица. Зарисовать.

Какие функции выполняет устьичный аппарат?

Работа 4. Клеточная организация запасающей ткани.

Ход работы: Сделать очень тонкий продольный срез внутренней ткани. Срез должен быть тонкий, белесый. Рассмотреть через микроскоп на малом увеличении. Зарисовать клетки. В выводе указать какую функцию выполняет запасающая ткань.

По итогам всех работ сделать вывод о способе адаптации суккулентов к экстремальным климатическим условиям в виде схемы (рис. 2)

СУККУЛЕНТ (СИСТЕМА)

(СВОЙСТВО) ПРИСПОСОБЛЕННОСТЬ К ЭКСТРЕМАЛЬНЫМ УСЛОВИЯМ СРЕДЫ

Рис. 2. Функции и взаимосвязи между элементами системы

Лабораторная работа № 4

Тема: ОПИСАНИЕ ЖИЗНЕННЫХ ФОРМ И ВНЕШНЕГО ВИДА РАСТЕНИЙ

Цель: На примере разных растений научиться определять жизненную форму объекта на основе описания его внешнего вида с указанием отличительных признаков (лист, побег, пигментация, цветок).

Материал: гербарные образцы. Оборудование: лупы.

Жизненная форма растения – это его габитус (внешняя форма вида), связанный с ритмом развития и приспособленный к современным и прошлым условиям среды. Жизненная форма обусловлена биологией развития и внутренней структурой их органов, формируется в определенных почвенноклиматических условиях как приспособление жизни к этим условиям.

Изучает жизненные формы растений наука – биоморфология, которая сформировалась на стыке морфологии, экологии, систематики, биологии.

9

Исследование жизненных форм важно для познания закономерностей приспособления популяций и организмов к тем или иным условиям среды.

Наиболее разработанной классификацией жизненных форм на основе эколого-морфологических признаков является система И.Г. Серебрякова (табл. 2).

Таблица 2

Классификация жизненных форм

Деревья с прямостоячими стволами – жизненная форма распространена очень широко и является показателем оптимальных условий местообитания. С ухудшением условий сменяется другими формами. Деревья бывают первой (выше 25 м), второй (высота 10-25 м) и третьей (до 10 м) величины.

Кустарники — имеют множество одревесневших побегов, по высоте делятся на высокие (выше 2,5 м), средние (1-1,25 м) и низкие (до 1,0 м).

Кустарнички – это те же кустарники, но никогда не превышающие 0,5 м. Обычно высота их составляет 10-30 см. Кустарнички доминируют в тундровых экосистемах, в напочвенном покрове северо-таежных лесов (брусника, черника, голубика, и др.).

Полукустарники и полукустарнички – промежуточная форма между древесными растениями и травами. По облику сходны с травами, но в особо благоприятные годы стебли у них не отмирают, а продолжают на следующий год расти. Для них характерно сильное обмерзание побеговых систем. Типичный полукустарник – полынь Гмелина.

Травы – самый распространенный тип жизненной формы. Поликарпические травы – их большинство, плодоносят многократно.

Они сильно различаются по строению корневых систем, отражающих их приспособленность к разным почвенным условиям (мятлики, купена, майник двулистный, земляника, сердечник белоцветковый, пырей).

Монокарпические травы плодоносят всего один раз в жизни. Все однолетники и двулетники (капуста, редисы, свекла, укроп, тмин, из дикой флоры: хохлатка бледная, пастушья сумка, чистим. Череда, борщевик, дудники даурский и амурский, донтестемон есть и многолетники.

10

Подушковидные формы – среди многолетних травянистых и древесных растений в особенно суровых условиях произрастания (экологическая адаптация к холоду и засухе – камнеломки, вересковые, ива чукотская и др.).

Работа 1. Описание внешнего вида и жизненной формы травянистого растения.

Ход работы. Описать внешний вид травянистого растения по гербарному образцу, отметить особенности побегов, морфологию листьев, листорасположение, соцветий. Используя классификацию жизненных форм отнести травянистое растение к определенному отделу и типу.

Работа 2. Описание внешнего вида и жизненной формы древесного растения.

Ход работы. Описать внешний вид древесного растения по гербарному образцу, отметить особенности побегов, морфологию листьев, листорасположение, соцветий. Используя классификацию жизненных форм отнести древесное растение к определенному отделу и типу.

Работа 3. Описание внешнего вида и жизненной формы лианы.

Ход работы. Описать внешний вид лианы, отметить особенности побегов, морфологию листьев, листорасположение, соцветий. Используя классификацию жизненных форм отнести растение к определенному отделу и типу. В общем выводе по теме отметить к каким экологическим условиям, климатическому поясу наиболее приспособлены описанные жизненные формы растений.

Лабораторная работа № 5

Тема: ЭВОЛЮЦИЯ ТЕХНИКИ МИКРОСКОПИРОВАНИЯ. МИКРОСКОПИРОВАНИЕ АНАТОМИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ РАСТЕНИЙ

Цель: Определить какой род информации в биологии может быть получен путем микроскопирования объекта наблюдения. Рассмотреть и зарисовать анатомическое строение разных органов растений.

Материал: постоянные микропрепараты срезов органов растений. Оборудование: микроскопы, бинокуляры, окуляр-микрометр.

Работа 1. Расчет увеличительной способности используемого оборудования.

Ход работы: Рассмотреть временный или постоянный препарат определить увеличительную способность используемого микроскопа.

Работа 2. Расчет порядка относительного размера клеток поперечного среза листа.

Ход работы: рассмотреть поперечный срез листа под микроскопом с окуляр-микрометром. Определить относительный размер клеток.