383

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КОНЦЕПЦИИ

СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Учебная программа и методические указания

УДК 5 ББК 20р30

В751

Рекомендована к изданию учебно-методической комиссией экономического факультета ОмГУ 16.04.2004, протокол № 11

В751 Концепции современного естествознания: Учебная про-

грамма и методические указания / Сост. В.С. Воробьев. – Омск: Омский гос. ун-т, 2004. – 28 с.

Определяет содержание, объем, порядок изучения учебной дис- циплины «Концепции современного естествознания».

Содержит список рекомендуемой литературы, перечень кон- трольных вопросов по каждой теме. Указаны темы рефератов, во- просы к зачету.

Для студентов I курса экономического факультета всех специ- альностей и форм обучения.

Составитель: канд. техн. наук, доцент В.С. Воробьев

© Омский госуниверситет, 2004

ВВЕДЕНИЕ

Настоящая программа составлена в соответствии с государ- ственными образовательными стандартами высшего профессио-

нального образования и требованиями к обязательному минимуму по циклу естественнонаучных дисциплин, предназначенных для подготовки специалистов по экономическому профилю.

Современное естествознание – неотъемлемая и важная часть духовной культуры человечества. Знание фундаментальных поло- жений, мировоззренческих и методологических выводов естество- знания необходимо для формирования специалиста в любой облас- ти человеческой деятельности. Изучение отдельных естественных, технических, экономических, политических и других гуманитарных наук не создает целостной картины природы и общества. Курс «Концепции современного естествознания» дает представление о естественнонаучной картине мира, интегрирует в единое целое наиболее принципиальные и характерные достижения ведущих на- ук о природе. И дифференциация, и интеграция – закономерные, необходимые тенденции развития как естественных, так и гумани- тарных наук.

Задачи естествознания: определять сущность явлений приро- ды, их законы и предсказывать или создавать новые явления; рас- крывать возможности использования на практике познанных зако- нов, сил и веществ природы.

Данный курс преследует цель ознакомления студентов с не- отъемлемым компонентом единой культуры – естествознанием – и формированиz целостного взгляда на окружающий мир. В ходе достижения этой цели решаются следующие задачи:

– Междисциплинарное динамичное описание основных явле- ний и законов природы и тех научных открытий, которые послужи- ли началом революционных изменений в технологиях, мировоззре- нии или общественном сознании. (Для этого отбираются основные научные факты, представляющие каждую из естественных наук.)

–Определение специфики гуманитарного и естественнонауч- ного компонентов культуры, ее связи с особенностями мышления,

природы отчуждения и необходимости их воссоединения на основе целостного взгляда на окружающий мир.

–Установление сущности конечного числа фундаментальных законов природы, определяющих облик современного естествозна- ния, к которым сводится множество частных закономерностей фи- зики, химии и биологии, ознакомление с принципами научного мо- делирования природных явлений.

Курс общим объемом 36 часов изучается в течение одного семестра и завершается зачетом. В течение семестра студенты го- товят рефераты.

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН КУРСА «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

СОДЕРЖАНИЕ КУРСА

Тема 1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.

Наука как форма знания и основа практической деятельности. Донаучное, вненаучное и научное естествознание. Определе- ние естествознания как науки о природе, об её основных подсисте-

мах, структурах, законах. Природа – познавательный объект есте- ствознания, его отражение. Основные принципы познания приро- ды: «познание ради знания», «познание ради удовлетворения по- требностей человека». Понятие культуры, взаимосвязь материаль- ной и духовной культуры. Место естествознания в духовной куль- туре. Естественнонаучная и гуманитарная культура. Специфика естественных и гуманитарных наук по целям и задачам, объекту, предмету и методам познания. Взаимосвязь естествознания с ми- фологией, религией, искусством, философией.

Проблема культур в науке: от конфронтации к сотрудничест- ву. Фундаментальные и прикладные науки. Интуиция и логика. Этика науки. Единство наук.

Тема 2. Научный метод, формы познания.

Научный метод. Методология, научное познание. Основные методы познания: наблюдение, эксперимент, индукция, дедукция, анализ, синтез, моделирование и др. Уровни и формы познания. Научный факт и закон. Теория – высшая цель познания. Типы тео- рий. Методологические установки познания – система представле- ний об общих свойствах объекта.

Научная картина мира. Понятие способа познания. Эволюци- онные и революционные периоды развития науки.

Тема 3. История естествознания.

Предпосылки возникновения элементов научного знания. За- рождение отдельных наук: зарождение счета, астрономических, географических знаний. Становление цивилизации. Неолитическая революция и переход от присваивающей экономики к производя- щей, возникновение регулярного избыточного продукта. Освоение

металлургии – революция в технической вооруженности. Переход от Мифа к Логосу (науке). Формирование естествознания в процес-

се разрешения противоречий между мифологией и рациональным знанием. Географические, биологические, медицинские и химиче- ские знания. Астрономические и математические знания. Категория субстанции, проблема первоначала и толкование этого такими уче- ными древности, как Фалес Милетский, Гераклит и др. Пифагорей- ский союз (VI в. до н.э.), утверждение категорий количества и каче- ства. Материализм Демокрита, атомизм, принцип детерминизма (причинности). Гиппократ и уход от религии, магии и мистицизма. Выдающиеся ученые Греции Сократ и Платон. Роль Аристотеля в разработке первой естественнонаучной картины мира, континуаль- ная картина. Крупнейшие ученые древности: Евклид, Архимед, Аристарх, Эпикур.

Тема 4. Физические картины мира и естествознание.

Создание физической картины мира. Физика и математика, уравнение Лапласа. Механика и наука о теплоте; электродинамика Максвелла и оптика Гамильтона; акустика и оптика; теория равно- весия для различных агрегатных состояний вещества Клаузиуса; термодинамика, электромагнетизм. Аррениус и теория электроли- тической диссоциации. Модель атома Резерфорда и Бора.

Взаимосвязь химии и физики, химии и биологии, физики и биологии. Микро-, макро- и мегамир с позиций В.И. Вернадского.

Тема 5. Пространство и время.

Пространство – физическая сущность. Пространство по Евк- лиду и Р. Декарту. Модель пространства, предложенная И. Ньюто- ном и опровергнутая А.А. Майкельсоном. Теория пространства и времени А. Эйнштейна в специальной и общей теории относитель- ности. Искривление пространства. Определение 1 метра в метриче- ской системе. Понятие времени. Абсолютное время. Пространст- венно-временной континуум. Единица времени – секунда, её изме- рение, оптические часы.

Структура пространства. Неевклидова геометрия. Конечность и бесконечность пространства и времени. Масштабы расстояний во Вселенной, их измерение – визирование, геодезическая съемка и др.

Метод радиоактивного распада для измерения больших временных диапазонов.

Тема 6. Принципы относительности.

Создание специальной теории относительности (СТО). Клас- сическая физика и механика и их пространственно-временные представления. Естественнонаучные предпосылки создания СТО: изучение электромагнитного поля, неевклидовой геометрии Лоба- чевского и Римана. Принципы относительности Галилея и Эйн- штейна. Основные положения СТО. Основной смысл общей теории относительности (ОТО). Развитие в обеих теориях фундаменталь- ных представлений о материи, движении, пространстве и времени.

Тема 7. Типы взаимодействий.

Гравитация. Закон всемирного тяготения по Ньютону. Сила взаимодействия. Универсальность гравитации. Дальнодействие. Роль гравитации во Вселенной.

Электромагнетизм, отличие его от гравитационного взаимо- действия. Дальнодействие, проявление электромагнитного взаимо- действия на всех уровнях материи – в мегамире, макро- и микроми- ре. Роль электромагнетизма в структуре атомов и большинстве фи- зических и химических явлениях.

Слабое взаимодействие, его ответственность за распады час- тиц. Открытие нейтрино. Сильное взаимодействие – источник ог- ромной энергии (Солнце). Радиус действия. Объяснение сильного взаимодействия с помощью кварковой модели.

Тема 8. Законы сохранения и принципы симметрии.

Сохранение импульса. Понятие инертной массы, импульса. Закон сохранения живых сил Лейбница. Понятие количества дви- жения и кинетической энергии. Потенциальная энергия гравитации.

Законы сохранения и их связь со свойствами пространства – времени. Аналитическая механика и её распространение на теорию поля и квантовую механику.

Свойства симметрии пространства и времени. Гармония – си- ноним симметрии. Симметрия в природе. Элементарные частицы и законы сохранения: четностей (пространственной, зарядовой), за- рядов (лептонного, барионного и др.), внутренних симметрий. На- рушение симметрии. Принцип неопределенностей Гейзенберга и принцип дополнительности Бора.

Законы сохранения и превращения энергии. Первое начало термодинамики. Материя и энергия – различные меры одной и той же физической сущности.

Второй закон термодинамики. Понятие энтропии по Клаузиу- су. Интерпретации энтропии Больцманом.

Гипотеза «тепловой смерти» Вселенной.

Тема 9. Химические системы.

Физическая природа химической связи. Ионная, ковалентная и водородная связи. Энергия связи. Развитие квантовой химии. Хи- мические реакции и энтропия. Скорости химических реакций, хи- мическая кинетика. Равновесие химических реакций.

Управление химическими реакциями. Каталитические про- цессы, сущность катализа, катализаторы. Биокатализаторы. Катали- тические процессы в природе и промышленности.

Тема 10. Особенности биологического уровня организации материи.

Разнообразие жизни на Земле. Биомы, биосфера, признаки биологических систем. Уровни организации живой материи: орга- низменный, клеточный, субклеточный и молекулярный. Клетки как основа единства живых организмов. Клетки, белки, аминокислоты, генетический код. Основные функции клеточных мембран, ядра и других компонентов клетки. Молекулярные основы внутриклеточ- ной и межклеточной связей.

Принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем. Законы генетики. Современные представления об эволю- ции, направленная эволюция.

Человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работо- способность. Экология и здоровье. Соотношение биологических (наследственных, возрастных, иммунологических и др.) и социаль- ных (социально-экологических, урбанистических, демографиче- ских, социально-психологических и др.) факторов в их воздействии на здоровье населения.

Тема 11. Биосфера, космические циклы, ноосфера, цивилизация.

Биосфера как продукт взаимодействия живого и косного ве- щества, их взаимопроникновение и перерождение в круговоротах вещества и энергии. Биотический круговорот. Биоэтика. Функцио- нальная целостность биосферы.

Ноосфера, антропосфера, техносфера, социосфера. Основные понятия и законы экологии. Популяции, сообщества, экосистемы и биосфера. Эволюция биосферы и космические циклы. Ресурсы и условия среды, необходимые для жизни человека. Критерии кризи- са и катастрофы. Принципы рационального использования природ- ных ресурсов и охраны природы. Пути развития экономики, не раз- рушающей природу. Концепция устойчивого развития.

Тема 12. Самоорганизация в живой и неживой природе (синергетика).

Теория самоорганизации. Моделирование простых и слож- ных систем. Основные категории и принципы синергетики: хаос, самоорганизация, активность, открытые и закрытые системы, нели- нейность, диссипативность. Закономерности самоорганизации, би- фуркации. Значение синергетического подхода для решения акту- альных проблем современного научного познания. Синергетиче- ский подход в экономике.

Глобальный эволюционизм. Наука и будущее человечества. Естествознание как революционизирующая сила цивилизации.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная

1.Гайденко П.П. Эволюция понятия науки (ХVII–ХVIII вв). – М.:

Наука, 1987.

2.Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.:

Центр, 1997.

3.Горелов А.А. Экология: Учебное пособие. – М.: Центр, 2000.

4.Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. –

М.: ЮКЭЛ, 2001.

5.Карпенков С.Х. Основные концепции естествознания. – М.: Культура и спорт: ЮНИТИ, 1998.

6.Концепции современного естествознания / Под ред. В.Н. Лав- риненко, В.П. Ратникова. – М.: Культура и спорт: ЮНИТИ, 1997.

7.Концепции современного естествознания / Под ред. С.И. Са- мыгина. – Ростов н/Д.: Феникс, 1997.

8.Кохановский В.П. Философия и методология науки: Учебник для студентов вузов. – Ростов н/Д.: Феникс, 1999.

9.Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. – М.: Гардарики,1999.

10.Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. – М.: Культура и спорт: ЮНИТИ, 1997.

11.Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания. – М.: ВЛАДОС, 1998.

12.Степин В.С., Кузнецова Л.И. Современная научная картина мира. – М.: Наука, 1997.

13.Суханов А.Д., Голубева О.Н. Концепция современного естест- вознания для гуманитариев. – Ч. 1. – Н. Новгород: НГУ, 1998.

14.Хорошавина С.Г. Курс лекций «Концепции современного есте- ствознания». – Ростов н/Д.: Феникс, 2000.

15.Юлов В.Ф. Концепции современного естествознания: Учебное пособие. – Киров: ВГПУ, 1997.

Дополнительная

1.Агафонова Н.В. Прогресс и традиции в науке. – М., 1991.

2.Афанасьев В.Г. Мир живого: системность, эволюция и управ-

ление. – М., 1986.

3.Буданов В.Г. «Эволюционно-синергетическая концепция есте- ственнонаучного образования гуманитариев» // Высш. шк. Рос-

сии. – 1994. – № 4.

4.Буданов В.Г. Трансдисциплинарное образование и принципы синергетики. – М.: Прогрес-Традиция, 2000.

5.Буданов В.Г., Мелехова О.П. Концепции современного естест- вознания. – М.: МГТУГА, 1998.

6.Вернадский В.И. Научная мысль как планетное явление. – М., 1997.

7.Вильвовская А.В. Человек и космос. – М., 1994.

8.Гиренок Ф.И. Экология. Цивилизация. Ноосфера. – М., 1987.

9.Дубинин Н.П. Генетика и человек. – М., 1978.

10.Капица С.П., Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г. Синергетика и прогнозы будущего. – М.: Наука, 1997.

11.Концепции самоорганизации: становление нового образа науч- ного мышления. – М.: Наука, 1994.

12.Курдюмов С.П., Князева Е.Н. Законы эволюции и самооргани- зации сложных систем. – М.: Наука, 1994.

13.Мелехова О.П. Биология в фундаментальном образовании гу- манитариев. Биология, гуманитарные науки и образование. –

М.: МГУ, 1997.

14.Мелехова О.П. Синергетика как общая методология современ- ного образования в области наук о жизни. Синергетика. – Т. 2.

– М.: МГУ, 1999.

15.Николис Г., Пригожин И. Познание сложного. – М.: Мир, 1990.

16.Новиков И.Д. Эволюция Вселенной. – М., 1990.

17.Пахомов Б.Я. Становление современной физической картины мира. – М., 1985.

18.Поппер К. Логика научного открытия. – М., 1994.

19.Пригожин И., Стенгерс И. Порядок из хаоса. – М.: Мир, 1990.

20.Самоорганизация и наука: опыт философского осмысления. –

М., 1994.

21.Силк Дж. Большой взрыв: рождение и эволюция Вселенной. –

М., 1982.

22.Удуман Н.К. Концепция самоорганизации и проблемы молеку- лярной эволюции. – М., 1994.

23.Хакен Г. Синергетика. – М.: Мир, 1980. – Гл. 1.

24.Шелер М. Положение человека в космосе // Шелер М. Избр. произвед. – М., 1994.

25.Яблоков А.В. Популяционная биология. – М., 1987.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

Представленные ниже вопросы и задания позволят студентам оценить качество знаний, полученных в ходе освоения курса.

Тема 1.

1.Что такое культура? Как соотносятся между собой естествен- нонаучная и гуманитарная культуры?

2.Почему можно (или нельзя) проводить жесткое разграничение естественнонаучной и гуманитарной культур?

3.Каково значение науки в материальной, социальной и духов- ной культуре?

4.В чем заключается специфика естественных наук по целям и задачам, объекту, предмету и методам познания?

5.Почему на рубеже XX–XXI вв. повысилась актуальность этики науки? Что включается в ее содержание?

Тема 2.

1.Почему наука возникает только в VI–IV вв. до н. э., а не раньше?

2.Каковы отличительные особенности научного знания?

3.В чем суть принципа фальсификации?

4.Каковы критерии различения теоретического и эмпирического уровней научного познания?

5.Сравните понятия «метод», «методика» и «методология».

6.Что такое научный факт, закон, теория? Назовите типы теорий.

7.Каково содержание гипотетико-дедуктивной модели построе- ния научного знания?

8.Чем и почему язык науки отличается от обычного языка?

Тема 3.

1.Каковы предпосылки возникновения научного знания?

2.Какова роль неолитической революции в становлении цивили- зации?

3.Каковы основные достижения пифагорейского союза?

4.Каковы основные положения атомистической теории Демок- рита?

5.Роль Платона и Сократа в истории науки.

6.Укажите вклад Аристотеля в науку.

7.Каков вклад в науку Архимеда?

8.Соответствуют ли магия, алхимия, астрология критериям на- учного знания?

Тема 4.

1.Покажите этапы создания физической картины мира.

2.Дайте краткую характеристику существовавших и сущест- вующих научных картин мира.

3.Раскройте взаимосвязь микро-, макро- и мегамиров.

4.Какие представления о веществе и поле как видах материи бы- ли выработаны в рамках классической физики?

5.Что означает понятие «корпускулярно-волновой дуализм»?

6.Каково отличие в структуре атома Резерфорда, Бора и совре- менного представления?

7.Какое содержание вкладывается в понятие «элементарная час- тица» в современной физике? Дайте характеристику свойствам элементарных частиц.

8.Какова связь химии, физики и биологии между собой?

9.Какие модели Вселенной разработаны в современной космоло- гии?

10.Дайте характеристику основным этапам эволюции Вселенной с точки зрения современной науки.

Тема 5.

1.Какие представления о пространстве и времени существовали в доньютоновский период?

2.Как изменились представления о пространстве и времени с созданием гелиоцентрической картины мира?

3.Как трактовал И. Ньютон пространство и время?

4.Какие представления о пространстве и времени стали опреде- ляющими в теории относительности А. Эйнштейна?

5.Что такое пространственно-временной континуум?

6.Раскройте современные метрические и топологические свойст- ва пространства и времени.

7.Что такое биологическое пространство и время?

8.Какие особенности характерны для психологического про- странства и времени?

9.Раскройте характеристики социального пространства и времени.

10.Поясните понятия конечности и бесконечности пространства и времени.

11.Приведите примеры масштабов расстояний во Вселенной и методы их измерения.

Тема 6.

1.Является ли специальная теория относительности (СТО) по отношению к ньютоновской физике отрицанием?

2.При рассмотрении каких объектов необходимо использовать специальную теорию относительности?

3.Какими экспериментами, проведенными в пределах данной системы отсчета, можно установить, находится ли она в со-

стоянии покоя или в состоянии равномерного прямолинейного движения?

4.Что понимается под релятивизмом?

5.Сформулируйте принципы относительности Галилея и Эйн- штейна.

6.Какое исходное положение приводит к радикальному отличию преобразований Лоренца от преобразований Галилея?

7.Что происходит с преобразованиями Лоренца при подстановке в них скорости, превышающей скорость света в вакууме?

8.Возможно ли движение со скоростью, превышающей скорость света?

9.Как течет время при скоростях, сравнимых со скоростью света?

10.Может ли событие, являющееся следствием другого события, произойти в другой системе раньше своей причины?

11.Как скорость движения частицы связана с ее массой покоя?

12.На какие составляющие разделяют полную энергию частицы в СТО? в ньютоновской физике?

13.Как движение планет подтверждает общую теорию относи- тельности (ОТО)?

14.Из каких двух выводов специальной и общей теории относи-

тельности следует факт замедления времени в гравитационном поле?

15.Дайте основные положения СТО и ОТО.

Тема 7.

1.Какие виды взаимодействий в природе вам известны?

2.Что относится к дально- и близкодействию?

3.На примерах покажите такое свойство гравитации, как универ- сальность.

4.Охарактеризуйте природу электромагнетизма.

5.Есть ли связь между электромагнетизмом и силами упругости, трения, поверхностного натяжения?

6.Когда и где проявляется слабое взаимодействие?

7.Как можно объяснить сильное взаимодействие?

8.Что является переносчиком взаимодействий?

9.Что собой представляет кварковая модель?

10.Цель Великого объединения в физике.

Тема 8.

1.Что такое инертная и гравитационная массы? Что такое гем- пульс?

2.Сформулируйте закон сохранения живых сил Лейбница.

3.Чем отличается кинетическая и потенциальная энергии?

4.Какие вы знаете законы сохранения?

5.Как законы сохранения связаны со свойствами пространства – времени?

6.Каковы законы сохранения у элементарных частиц?

7.Что такое симметрия?

8.Каким операциям симметрии подчиняется пространство?

9.Как связан с симметрией принцип относительности?

10.Каким симметричным преобразованиям подчиняются элемен- тарные частицы?

11. Расшифруйте понятие энтропии.

Тема 9.

1.Какие виды химических связей вам известны? Как они могут быть объяснены с точки зрения атомов?

2.Какие формы записи химических формул вам известны и какие из них наиболее удобны для записи химических реакций в ор- ганической и неорганической химии?

3.Что называется энергией связи?

4.В чем состоят особенности металлической связи?

5.Поясните преобразования энтропии и энергии в химических реакциях.

6.Поясните понятия химического равновесия, обратимой и необ- ратимой реакций. Приведите примеры.

7.С помощью каких параметров можно управлять ходом хими- ческих реакций?

8.Что изучает химическая кинетика?

9.Объясните сущность каталитических процессов.

10.Какие химические элементы необходимы для появления жиз- ни?

11.Приведите примеры использования катализаторов в промыш- ленности.

Тема 10.

1.Перечислите исторические вехи в развитии биологии.

2.Что принято считать характерными чертами жизни?

3.Из каких частей состоят живые клетки?

4.Возможно ли в современных условиях самопроизвольное воз- никновение живой клетки из неживого вещества?

5.Чем осуществляются преобразования энергии в живых орга- низмах и каким образом они происходят?

6.Поясните роль воды в существовании жизни. Какую роль иг- рают полярность, большая теплоемкость и поверхностное на- тяжение?

7.Что собой представляют ферменты? Какова их роль?