Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра Теоретической физики и волновых процессов

(название кафедры)

Королев Виталий Владимирович, к.ф.-м.н. Ф.И.О., ученая степень, ученое звание автора

Учебно-методический комплекс по дисциплине

Концепции современного естествознания

Направление: 080500 - Менеджмент

Волгоград 2009 г.

1

Автор-составитель: Королев Виталий Владимирович, к.ф.-м.н.

Ф.И.О., ученая степень, ученое звание, должность

(наименование дисциплины)

Составлен в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования / Основной образовательной программой по: направлениям 080500-Менеджмент

Дисциплина входит в федеральный компонент цикла математических и естественнонаучных дисциплин и является обязательной для обучения.

2

СОДЕРЖАНИЕ

Рабочая программа учебной дисциплины

∙Цели преподавания дисциплины;

∙Требования к уровню освоения содержания дисциплины;

Методические рекомендации по изучению дисциплины

Советы по планированию и организации времени, необходимого на изучение дисциплины для студентов;

Методические пояснения для преподавателей.

Учебно-методические материалы

1.Лекции

2.Тезаурус

3.Формы текущего, промежуточного, рубежного и итогового контроля:

Варианты контрольных работ;

контрольные вопросы по каждой теме.

Балльно-рейтинговая система оценки успеваемости студентов по дисциплине

3

РАЗДЕЛ 1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА.

1.1.Цели преподавания дисциплины.

сформировать в мировоззрении студентов гуманитарных факультетов достаточно целостную естественнонаучную картину окружающего Мира и показать место в ней человека; показать не противоречивость и взаимную необходимость рационального (естественнонаучного) и образного (гуманитарного) отражения окружающего Мира;

дать необходимые конкретные знания о строении и развитии Мира неживой и живой природы и их взаимной обусловленности; преодолеть психологический барьер гуманитариев перед естественнонаучным знанием.

Настоящая программа составлена на основе концепции естественнонаучного образования гуманитариев, предложенной на совещании «естественнонаучное образование в ВУЗах России» в ноябре 1992 г., требований к уровню образованности по циклу общих естественнонаучных дисциплин, утвержденных Госкомитетом по высшей школе 13.08.93 г. и примерной учебной программой дисциплины «Концепции современного естествознания», утвержденной Главным управлением образовательно-профессиональных программ и технологий Госкомвуза Российской Федерации в июле 1994 г.

Задачи изучения дисциплины.

Содержание данного курса позволяет раскрыть в значительной степени гуманитарный потенциал естествознания. Анализ развития естественнонаучного типа мышления, научного метода, самих представлений о мире, смены типов научной рациональности является выразительным свидетельством ценности научного познания, добываемой истины и, в конечном счете, нравственного начала естествознания. Осознание целостности и общности современной естественнонаучной картины мира, охватывающей колоссальное количество явлений во всем диапазоне пространственных и временных масштабов формирует убеждение в целесообразности научного мировоззрения. С мировоззренческим началом связано и утверждаемое курсом образовательное начало естествознания. Изучение естественнонаучной картины мира гуманитариями рассматривается как сфера интеллектуального развития, выработки рационального типа мышления как дополнительного к образному.

Требования к уровню освоения содержания дисциплины.

1.2.Студент должен знать:

задачи и возможности современного научного метода; основные принципы научного познания;

содержание и мировоззренческое значение ограниченного числа фундаментальных законов природы, составляющих каркас современного естествознания, к которым сводится множество частных закономерностей различных дисциплин; физическую картину мира как основу целостности и многообразия природы.

1.3.Студент должен понимать:

природу отчуждения гуманитарного и естественнонаучного компонентов культуры и необходимость их воссоединения на основе целостного взгляда на мир; дополнительность научного метода по отношению к художественному методу освоения действительности; сущность и принципы моделирования природных явлений;

принципы преемственности и неразрывности в развитии естествознания, а также необходимость смены адекватного языка описания по мере усложнения изучаемых систем; связь проблем экологии и общества с основными концепциями и законами естествознания.

1.4.Студент должен иметь представления:

ореволюциях в естествознании и смене научных парадигм как ключевых этапах развития естествознания:

4

о принципах универсального эволюционизма и синергетики как диалектических принципах развития в приложении к неживой и живой природе, человеку и обществу.

1.5.Краткая характеристика дисциплины:

Дисциплина «Концепции современного естествознания» включена в структуру цикла общих естественнонаучных дисциплин базового высшего образования с целью ознакомить студентов-гуманитариев с дополнительным для них неотъемлемым компонентом единой культуры — естествознанием и формирования целостного взгляда на окружающий мир.

Данная дисциплина не представляет собой механическое соединение традиционных курсов физики, химии, биологии и экологии, но является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-философского, культурологического и эволюционносинергетического подходов к современному естествознанию.

5

РАЗДЕЛ 3. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Краткое содержание тем

Тема 1. Введение.

Цели и задачи курса. Классификация естественных наук по их методам и объектам исследования. Взаимопроникновение наук. Смежные науки.

Тема 2. Краткая история становления естествознания.

Зарождение науки. Античная наука. Развитие естествознания в средние века. Возникновение экспериментального и математического методов. Механика Ньютона и Лапласовский детерминизм. Взгляд на естествознание как целостное описание природы. Механическая картина мира.

Тема 3. Тепловые явления.

Развитие представлений о теплоте в работах С. Карно, Джоуля, Кельвина и Клаузиуса. Законы термодинамики. Статистическая интерпретация законов термодинамики. Химическая термодинамика.

Тема 4. Концепция физических полей.

Развитие представлений об электромагнитном поле. Электромагнитные волны. Гравитационное поле. Поля слабых и сильных взаимодействий. Попытки создания единой теории поля — успехи и неудачи.

Тема 5. Концепции квантовой физики.

История возникновения квантовой теории. Ключевые эксперименты и важнейшие гипотезы. Требование включения новой теорией предыдущих, как предельного случая. Квантовые представления о вакууме. Квантовая физика и астрономия. Квантовая физика и строение твердых тел. Квантовая физика и химия. Глубины микромира. Где границы применимости квантовой теории?

Тема 6. Концепции современной химии.

Строение атома и периодическая система элементов Д.И. Менделеева. Природа химической связи. Простые и сложные химические реакции. Цепные реакции. Катализ. Элементарный акт. Современные подходы к исследованию и управлению химическими реакциями. Квантовая химия.

Тема 7. Строение материи.

Элементарные частицы и фундаментальные взаимодействия. Как взаимодействуют частицы. Материальные структуры от элементарных частиц до метагалактики.

Тема 8. Динамический хаос как фундаментальное свойство природы.

Источники хаоса. Устойчивость и хаос. Универсальный сценарий перехода к хаосу. Стохастические структуры. Хаос, квант, проблема времени.

Тема 9. Теория самоорганизации материи.

Откpытые системы. Пpоцессы самоорганизации в физике, химии, биологии, геологии и астрономии. Диссипативные структуры как универсальный механизм возникновения пространственно-временного упорядочения открытых систем. Происхождение галактик и

6

Солнечной системы. Происхождение жизни. Самоорганизация на клеточном уровне. Самоорганизация в многоклеточных системах.

Тема 10. Элементы эволюционной парадигмы.

Концепция времени в естествознании. Обратимость времени в микромире и его необратимость в макромире. Стрела времени и макроскопические явления вдали от равновесия. Сценарии возникновения и эволюции Вселенной. Структура Вселенной: группы галактик, галактики, звезды. Происхождение звезд, галактик, химических элементов. Сценарий эволюции звезд. Происхождение и эволюция Солнечной системы и Земли как планеты.

Тема 11. Современные представления о строении и функционировании живых организмов и их сообществ.

Клеточная структура живых организмов. Принципы структурной организации и регуляции метаболизма. Принципы воспроизводства и развития живых организмов, принципы естественного отбора. Молекулярная биология. Понятие о генетическом коде. Законы генетики и их роль в современном сельском хозяйстве. Многообразие живых организмов как основа организации и устойчивости биосферы.

Тема 12. Современные представления о возникновении жизни на Земле.

Концепции возникновения жизни. Сценарии самопроизвольного возникновения жизни на Земле. Земля в период возникновения жизни. Представления о предбиологической эволюции молекулярных систем. От сообществ нуклеиновых кислот к примитивной клетке. Эволюция форм жизни на Земле.

Тема 13. Биосфера и цивилизация.

Биосфера, ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости. Биопродуктивность. Антропогенные воздействия на биосферу, экологический кризис и пути его преодоления. Принципы взаимодействия организма и среды обитания. Факторы экологического риска и здоровье человека. Ресурсы биосферы и демографические проблемы.

Тема 14. Современная естественнонаучная картина мира и будущее науки.

Общие закономерности современного естествознания. Современная естественнонаучная картина мира. Трудности и парадоксы развития науки.

Тема 15. Современные высокие технологии и технологии будущего.

Генная инженерия. Водородная энергетика. Нанотехнологии и наноматериалы. Информационные технологи. Управляемый термоядерный синтез. Квантовые технологии, квантовые компьютеры. Космические технологии. Молекулярная электроника.

7

РАЗДЕЛ 4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ КУРСА

Базовый учебник:

1.А.И. Иванов, А.В. Хоперсков Концепции современного естествознания, Волгоград, 2007.

2.А.И. Иванов, С.Б. Токарева, А.В. Хоперсков Основы современного естествознания, Волгоград, 1999.

Основная литература

1.Е.Л. Фейнберг Две культуры. Интуиция и логика в искусстве и науке. М., Наука, 1992.

2.Ф. Капра Дао физики. Санкт-Петербург, ОРИС, 1994.

3.И. Пригожин, И.Стенгерс Порядок из хаоса. М., Мир, 1986.

4.Концепции самоорганизации: становление нового образа научного мышления М., Наука, 1994.

5.Б. Небел Наука об окружающей среде. Как устроен мир. М., Мир, 1993.

Дополнительная литература

1.В.С. Степин Философская антропология и философия науки. М., Высшая школа, 1992.

2.Дж.Б. Мэррион Физика и физический мир. М., Мир, 1975.

3.Б.И. Спасский Физика для философов. М., Из-во МГУ, 1989.

4.Ф. Кемпфер Путь в современную физику. М., Мир, 1972.

5.П. Девис Суперсила М., Мир, 1989.

6.П. Кемп, К. Армс Введение в биологию. М., Мир, 1986.

7.А.В. Яблоков, А.Г. Юсуфов Эволюционное учение. М., Высшая школа, 1988.

8.И. Пригожин, И. Стенгерс Порядок из хаоса. М., Мир, 1986.

9.Г. Хакен Синергетика (гл.1). М., Мир, 1980.

10.Г. Николис, И.Пригожин Познание сложного. М., Мир, 1990.

8

Тезаурус по дисциплине КСЕ

1. Эволюция научного метода и естественнонаучной картины мира

Тема 1-01-01. Научный метод познания

Методология Свойства научного знания:

-объективность

-достоверность

-точность

-системность

Эмпирическое и теоретическое познание Методы научного познания:

-наблюдение

-измерение

-индукция

-дедукция

-анализ

-синтез

-абстрагирование

-моделирование

-эксперимент

Гипотеза Требования к научным гипотезам:

-соответствие эмпирическим фактам

-проверяемость (принципы верификации и фальсификации) Научная теория Область применимости теории Принцип соответствия

Тема 1-01-02. Естественнонаучная и гуманитарная культуры

Естествознание как комплекс наук о природе (естественных наук) Дифференциация наук Интеграция наук Гуманитарные науки

Гуманитарно-художественная культура, её основные отличия от научно-технической:

-субъективность знания

-нестрогий образный язык

-интерес к индивидуальным свойствам изучаемых предметов

-сложность (или невозможность) верификации и фальсификации Математика как язык естествознания Псевдонаука как имитация научной деятельности Отличительные признаки псевдонауки:

-фрагментарность

-некритический подход к исходным данным

-невосприимчивость к критике

-отсутствие общих законов

-неверифицируемость и/или нефальсифицируемость псевдонаучных данных

9

1.1.1. Тема 1-01-03. Развитие научных исследовательских программ и картин мира (история естествознания, тенденции развития)

Научная (исследовательская) программа Древняя Греция: появление программы рационального объяснения мира

Принцип причинности в первоначальной форме (каждое событие имеет естественную причину) и его позднейшее уточнение (причина должна предшествовать следствию) Атомистическая исследовательская программа Левкиппа и Демокрита: всё состоит из дискретных атомов; всё сводится к перемещению атомов в пустоте Континуальная исследовательская программа Аристотеля: всё формируется из непрерывной бесконечно делимой материи, не оставляющей места пустоте

Взаимодополнительность атомистической и континуальной исследовательских программ Научная (или натурфилософская) картина мира как образно-философское обобщение достижений естественных наук Фундаментальные вопросы, на которые отвечает научная (или натурфилософская) картина мира:

-о материи

-о движении

-о взаимодействии

-о пространстве и времени

-о причинности, закономерности и случайности

-о космологии (общем устройстве и происхождении мира) Натурфилософская картина мира Аристотеля

Научные картины мира: механическая, электромагнитная, неклассическая (1-я половина XX в.), современная эволюционная

Тема 1-01-04. Развитие представлений о материи

Фалес: проблема поиска первоначала Абстракция материи

Механическая картина мира: единственная форма материи – вещество, состоящее из дискретных корпускул Электромагнитная картина мира: две формы материи — вещество и непрерывное электромагнитное поле

Волна как распространяющееся возмущение физического поля Эффект Доплера: зависимость измеряемой длины волны от взаимного движения наблюдателя и источника волн

Современная научная картина мира: три формы материи — вещество, физическое поле, физический вакуум

Тема 1-01-05. Развитие представлений о движении

Гераклит: идея безостановочной изменчивости вещей Учение Аристотеля о движении как атрибуте материи и разнообразии форм движения

Механическая картина мира: единственная форма движения — механическое перемещение Электромагнитная картина мира: движение — не только перемещение зарядов, но и изменение поля (распространение волн)

Понятие состояния системы как совокупности данных, позволяющих предсказать её дальнейшее поведение Движение как изменение состояния

Химическая форма движения: химический процесс Биологическая форма движения: процессы жизнедеятельности, эволюция живой природы

10