Учебные материалы для студентов

Естествознание


Естествознание




2. Рабочая программа

2.1. Аннотация содержания дисциплины

Программа разработана на основе Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования в соответствии с учебными планами всех экономических направлений и специальностей, по которым осуществляется подготовка специалистов в Уральском государственном экономическом университете.

Дисциплина «Концепции современного естествознания» относится к блоку естественнонаучных дисциплин. Она посвящена изучению методологии науки и основных естественнонаучных (физических, химических, биологических, космологических) концепций, лежащих в основе современной научной картины мира; включает в себя разделы, изучающие историю естествознания, современные представления о структуре и свойствах материи в различных масштабах (микро-, макро-, мега-), об эволюции жизни, человека, Вселенной.

2.2. Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины - формирование научного мировоззрения и представления о современной картине мира; освоение основных приемов и методов познавательной деятельности, необходимых современному квалифицированному специалисту, в какой бы области науки, техники и производства он ни работал.

Возникающая тенденция гармоничного синтеза двух традиционно противостоящих культур отвечает потребности общества в целостном видении мира, что обусловливает актуальность данной дисциплины. В настоящее время рациональный естественнонаучный метод все глубже проникает в гуманитарную сферу и вместе с тем приобретает все более универсальный язык, адекватный социальным наукам.

Основные задачи курса:

формирование понимания необходимости воссоединения гуманитарной и естественнонаучной культур на основе целостного взгляда на мир;

изучение сущности ограниченного числа фундаментальных законов природы, составляющих каркас современных физики, химии и биологии;

формирование ясного представления о физической картине мира как основе целостности и многообразия природы - от квантовой и статистической физики к химии и молекулярной биологии, от неживых систем к клеткам, живым организмам, человеку, биосфере и обществу;

формирование представлений о революциях в естествознании и смене научных парадигм как ключевых этапах развития естествознания.

Предлагаемый курс не представляет собой механическое соединение традиционных естественнонаучных курсов (физики, химии, биологии, психологии и т.д.), а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного историко-философского, культурологического и эволюционно-синергети-ческого подходов к современному естествознанию. Поэтому в основу формирования разделов предлагаемой программы положены не дисциплины, а концепции и их философское содержание, обеспечивающие целостное представление о явлениях природы на различных уровнях (физическом, биологическом и т.д.).

Наряду с лекциями курс предусматривает проведение лабораторного практикума, самостоятельную работу студентов (выполнение домашних заданий, реферативную работу) и сдачу итогового экзамена.

2.3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

Знания и умения, приобретенные при изучении дисциплины «Концепции современного естествознания», значительно повышают эффективность учебного процесса в целом и способствуют изучению всех следующих дисциплин учебного плана на качественно более высоком уровне. Студент получает представление о методологии науки, о таких приемах, как моделирование, метод аналогий, учится ставить задачи и находить оптимальные пути их решения, анализировать полученные результаты, работать с научной литературой, что является одной из задач подготовки специалиста широкого профиля.

Согласно Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования уровень подготовки выпускника предполагает, что в результате изучения дисциплины «Концепции современного естествознания» приобретаются знания:

о методологии науки;

о научных концепциях, общепринятых в современной науке;

об истории основных естественнонаучных открытий и о новейших открытиях в этой отрасли науки;

об использовании естественнонаучных достижений в современной технике и технологии;

о фундаментальном единстве всех естественных наук и роли естествознания в современной культуре.

В ходе изучения дисциплины «Концепции современного естествознания» должны быть сформированы умения использовать:

фундаментальные понятия, законы и модели классической и современной науки для интерпретации явлений природы в различных масштабах;

методы теоретического и экспериментального исследования;

методы оценки достоверности результатов и точности измерений;

приемы оценки численных порядков величин, характерных для естествознания.

 

2.4. Содержание разделов дисциплины

2.4.1. Введение. Естествознание в мировой культуре. Структура, методология, история естествознания

Естественнонаучная и гуманитарная культуры. Развитие личности и потребность в гармонии. Естественнонаучная картина мира как необходимая составляющая культуры. Рациональный и интуитивный способы познания. Наука как особый вид интеллектуальной деятельности людей. Научный метод: причины возникновения, возможности, ограничения. Специфика естественнонаучной методологии. Уровни и формы знаний. Классификация законов естествознания. Гипотезы и опыт. Вербальная модель. Научные теории. Парадигмы науки

История естествознания. Естествознание как единая наука о природе. Научные революции. Тенденции развития естествознания. Панорама современного естествознания. Рождение новой эволюционно-синергетической парадигмы науки. От целостного естествознания к целостной культуре. Конвергенция естественнонаучного и гуманитарного знания. Путь к единой культуре.

2.4.2. Пространство, время, движение

Развитие взглядов на пространство, время, движение в истории науки. Концепция пространства и времени как основа построения научной системы мира. Измерение пространства-времени. Масштабы времени, расстояний, масс, доступных измерению в естествознании в настоящее время. Пространство и время в античной картине мира Аристотеля. Классическая концепция абсолютного пространства и абсолютного времени. Параметры движения в классической механике. Принцип относительности Галилея. Механистическая картина мира Ньютона, ее эвристическое значение.

Концепция пространства-времени и движения в современной естественнонаучной картине мира. Релятивистский принцип относительности Эйнштейна. Понятие о теории относительности как современной физической теории пространства-времени. Постулаты и следствия специальной теории относительности. Преобразование пространственных и временных координат. Свойства пространства и времени. Одновременность, длительность событий, длина и масса тел в разных системах отсчета. Абсолютность пространственно-временного интервала. Взаимосвязь пространства и времени, образующих единую форму существования материи. Взаимосвязь массы и энергии. Соотношение классической и релятивистской механики. Принцип соответствия. Представление об общей теории относительности. Принцип эквивалентности. Вещество и пространство-время. Гравитация и искривление пространства-времени. Понятие об общей теории относительности.

Масштабы пространства и времени. Мегамир и современные астрофизические и космологические концепции. Методы изучения Вселенной. Современные представления о структуре Вселенной. Солнечная система. Галактика. Метагалактика. Виды космических объектов. Представления об эволюции звезд.

Эволюция Вселенной. Космологичесие модели Аристотеля, Ньютона, Эйнштейна, Фридмана. Возникновение и утверждение концепции расширяющейся Вселенной. Эффект Доплера. Закон Хаббла. Реликтовое излучение. Прошлое Вселенной («горячая» Вселенная Гамова). Большой взрыв, начало расширения. Будущее расширяющейся Вселенной. Диалектика единства мега- и микромира.

 

2.4.3. Ритмы, колебания, волны

Ритм как всеобщее свойство материи. Космические и биологические ритмы.

Колебательные системы. Свободно колеблющиеся системы. Диссипативные колебательные системы. Автоколебательные системы в неживой и живой природе, в социально-экономической сфере.

Концепция сплошной среды и упругие волны. Общая характеристика волнового движения. Волновое уравнение. Скорость, энергия волн. Стоячие волны. Звуковые волны. Ультразвук.

Связь между электричеством и магнетизмом. Основные положения теории электромагнитного поля. Электромагнитные волны.

Волновые процессы в социально-экономической сфере. Автоволны.

2.4.4. Фундаментальные свойства материального мира. Принципы симметрии и законы сохранения.

Фундаментальные законы сохранения импульса, момента импульса, энергии, электрического заряда.

Принцип симметрии. Симметрия пространства и времени. Симметрия относительно переноса (однородность пространства). Поворотная симметрия (изотропность пространства). Временная симметрия (однородность времени). Симметрия относительно обращения во времени. Зеркальная симметрия. Симметрии и фундаментальные законы сохранения импульса, момента импульса, энергии. Симметрии элементарных процессов. Нарушение зеркальной симметрии. Асимметрия. Асимметрия в биологии. Скрытая симметрия.

Взаимодействие. Фундаментальные взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое, сильное (ядерное). Полевая форма материи. Близко- и дальнодействие. Концепция поля и понятие физического поля. Принцип суперпозиции.

Макромир и концепции классического естествознания. Прерывистое (дискретное) строение вещества. Модель частицы (корпускулы). Особенности взаимодействия на атомно-молеку-лярном уровне организации материи. Газы, жидкости, твердые тела. Модели агрегатных состояний. Фазовые переходы.

Корпускулярно-волновой дуализм. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы. Концепция дискретного (квантового) описания механизма излучения энергии атомом. Тепловое излучение. Ультрафиолетовая катастрофа. Рождение квантовой концепции излучения. Фотон и его характеристики. Дуализм «волна - частица».

Волновые свойства частиц. Противоречие «волна - частица». Волны де Бройля. Основные принципы квантовой механики. Волновая функция и ее статистический смысл. Дуализм «частица - волна».

Спонтанное и вынужденное излучения. Кооперативное поведение атомов и излучения. Оптические квантовые генераторы (лазеры). Лазер как автоколебательная система. Понятие о голографии. Лазерные технологии.

Микромир и концепции современного естествознания. Структура атомных ядер и их устойчивость. Радиоактивность. Радиология. Элементарные частицы как глубинный уровень структурной организации материи. Классификация элементарных частиц. Кварковая модель. Физический вакуум.

Различные модели механики. Динамические и статистические закономерности в природе и их описание. Классическая механика. Релятивистская механика. Квантовая механика, корпус-кулярно-волновой дуализм. Принципы неопределенности, дополнительности, причинности. Детерминизм Лапласа. Индетерминизм.

Квантовая концепция взаимодейсвия и механизм обменного взаимодействия. Переносчики взаимодействия, их особенности. Калибровочные поля. Перспективы разработки единой теории взаимодействий.

2.4.5. Системы. Законы сохранения и диссипации энергии. Самоорганизация

Термодинамический и статистический методы описания систем. Принципы равновесной термодинамики. Термодинамическая система. Микро- и макропараметры. Равновесное состояние. Равновесный процесс. Принципы сохранения энергии (первое начало термодинамики); компенсации, необратимости или возрастания энтропии, порядка Больцмана (второе начало термодинамики).

Открытые системы. Необратимые процессы. Неравновесность. Потоки и силы в различных системах. Теплопроводность и диффузия как примеры диссипативных процессов. Второе начало термодинамики для открытых систем. Линейные неравновесные системы. Теорема Онзагера. Принцип взаимности. Принцип минимума производства энтропии.

Самоорганизация в неживой и живой природе. Сильно неравновесное состояние системы. Понятие о сильно неравновесной термодинамике. Диссипативные структуры. Нелинейность. Структура Бенара (тепловая конвекция) как явление самоорганизации в физике. Явления самоорганизации в химии. Самоорганизация биологических систем. Устойчивость, бифуркация, нарушение симметрии. Информация. Генетический код.

Понятие о кибернетике, синергетике и общей теории систем. Синергетика и экономика.

2.4.6. Особенности геологического и биологического уровня организации материи

История планеты Земля. Внутреннее строение и история геологического развития Земли. Современные концепции развития геосферных оболочек. Химическая эволюция Земли. Литосфера как абиотическая основа жизни. Экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизико-геохимичес-ая. Географический подход. Эволюция атмосферы и климата Земли. Происхождение планет Солнечной системы.

Организация живой материи. Сущность живого, его основные признаки. Гипотезы о происхождении жизни. Уровни организации живого. Живая клетка, ее строение и функционирование. Механизм управления клеткой. Многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы. Систематика живых организмов. Таксоны.

2.4.7. Эволюция. Биосфера. Человек. Ноосфера

Принципы универсального эволюционизма. Порядок и хаос. Аттракторы эволюции. Второе начало термодинамики как динамический принцип эволюции. Необратимость времени. Биологическая эволюция. Пути, направления и движущие силы биологической эволюции. Принцип естественного отбора как механизм эволюции. Генетика и эволюция. Синтетическая теория биологической эволюции.

Биосфера. Закономерности эволюции биосферы. Использование энергии живыми организмами. Биотический круговорот. Динамика процессов в биосистемах: конкуренция - сосуществование. Моделирование биоценозов с учетом воздействия техносферы.

Человек. Появление человека как закономерный этап эволюции биосферы. Место человека в структуре животного мира.

Эволюция человека. Человек и его физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность. Современные психологические концепции. Биоэтика. Человек, биосфера и космические циклы. Учение В.И. Вернадского о ноосфере.

Самоорганизация и эволюция социально-экономических систем.

2.5. Самостоятельная работа и контроль знаний

Самостоятельная работа является неотъемлемой частью учебного процесса и включает в себя следующие формы ее проведения:

подготовку к аудиторным контрольным работам (тестам), зачету и экзамену;

выполнение домашних контрольных работ;

проработку отдельных тем дисциплины, данных для самостоятельного изучения;

индивидуальные и групповые консультации с преподавателем;

поиск в сети Интернет библиографических и информационных материалов.