| МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ университет Факультет Дистанционного Обучения УНИВЕРСИТЕТ |
Рабочая программа, методические указания
и вопросы для самоконтроля
по курсу
"КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО
ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ"
ОРЕЛ –1999
орловский государственный технический университет
а н н о т а ц и я
Данная методическая разработка содержит рабочую программу, методические указания и вопросы для самоконтроля. Она предназначена для студентов экономических специальностей дистанционной (заочной) формы обучения при изучении курса "Концепции современного естествознания".
Автор доцент, к. т. н.
Рецензент доцент, к. ф.-м. н.
Подписано к печати 21.12.98 г. Печать офсетная.
Объем – 1,9 усл. печ. л. Тираж – 150 экз. Заказ №
Отпечатано на полиграфической базе ОрелГТУ.
ã - ОрелГТУ,
Орел - 1999
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1 Цели и задачи изучения дисциплины............................................... 4
2 Общие указания по изучению курса................................................ 5
3 Содержание курса, указания по его изучению, вопросы для самоконтроля 9
4 Тематический план лекционных занятий....................................... 28
5 Тематический план лабораторных занятий................................... 29
6 Контрольные работы...................................................................... 29
7 Литература...................................................................................... 29
1 Цели и задачи изучения дисциплины
Изучение курса "Концепции современного естествознания" имеет целью: ознакомление студентов с парадигмой современного естествознания; формирование общих представлений о тенденциях и направлениях развития естественных наук; формирование целостного взгляда на окружающий мир.
Задачи курса: усвоение фундаментальных законов современного естествознания; изучение научных методов познания природы; обучение приемам и методам решения конкретных задач, диктуемых потребностями народного хозяйства; формирование естественнонаучного мировоззрения и современного мышления; формирование целостного восприятия естественнонаучной картины мира; развитие у студентов навыков самостоятельной работы со специальной литературой и умения анализировать полученные результаты.
1.1 Использование полученных знаний
Курс "Концепции современного естествознания" является естественнонаучным фундаментом образования специалиста. Знания, полученные при изучении курса, представленного данной программой, будут использованы как теоретический естественнонаучный фундамент в процессе подготовки студентов по специальностям экономического направления и их дальнейшей профессиональной деятельности.
В результате изучения материала курса студент должен:
- иметь представление о Вселенной в целом как физическом объекте и ее эволюции; о фундаментальном единстве естественных наук; об основных этапах развития естествознания и особенностях современного естествознания; об основных достижениях и перспективах развития современного естествознания; о процессах и явлениях, происходящих в живой и неживой природе; об иерархии структурных элементов материи от микро - до макро - и мегамира;
- понимать возможности современных научных методов познания природы и владеть ими на уровне, необходимом для решения задач, возникающих при исполнении профессиональных функций;
- знать фундаментальные законы современного естествознания;
- иметь научное знание о здоровом образе жизни, владеть умениями и навыками физического самосовершенствования.
К началу изучения курса студенты обязаны знать школьные курсы математики, физики, химии и биологии.
1.2 Обязательный минимум содержания дисциплины по ГОСу
Естественнонаучная и гуманитарная культуры; научный метод; история естествознания; панорама современного естествознания; тенденции развития; корпускулярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в природе; хаос; структурные уровни организации материи; микро-, макро - и мегамиры; пространство, время; принципы относительности; принципы симметрии; законы сохранения; взаимодействие; близкодействие; дальнодействие; состояние; принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности; динамические и статистические закономерности в природе; законы сохранения энергии в макроскопических процессах; принципы возрастания энтропии; химические системы, энергетика химических процессов, реакционная способность веществ; особенности биологического уровня организации материи; принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем; многообразие живых организмов - основа организации и устойчивости биосферы; генетика и эволюция; человек: физиология, здоровье, эмоции, творчество, работоспособность; биоэтика; экология и здоровье; человек, биосфера и космические циклы; ноосфера; необратимость времени; самоорганизация в живой и неживой природе; принципы универсального эволюционизма; путь к единой культуре.
2 Общие указания по изучению курса
Настоящий курс предназначен для студентов экономических специальностей дистанционной (заочной) формы обучения. Это накладывает на его цели и содержание определенные требования, связанные со спецификой данной формы обучения: содействовать получению широкого базового высшего образования, способствующего дальнейшему развитию личности. При изучении дисциплины не следует делать излишний акцент на будущей специальности, а необходимо ставить задачу получения знаний о наиболее универсальных методах и законах современного естествознания, понять специфику рационального метода познания окружающего мира.
Изучение дисциплины "Концепции современного естествознания" преследует цель ознакомления студентов с неотъемлемым компонентом единой культуры естествознанием и формирования целостного взгляда на окружающий мир. Это тем более необходимо, что сейчас научное знание составляет центральную часть современной культуры и цивилизации. Всякий мыслящий человек не может не стремиться к научному знанию мира. На современном этапе рациональный естественнонаучный метод проникает и в гуманитарную сферу, участвуя в формировании сознания общества, и вместе с тем приобретает все более универсальный язык, адекватный философии, психологии, социальным наукам и даже искусству. Возникающая сегодня тенденция к гармоническому синтезу двух традиционно противостоящих компонентов культуры (гуманитарного и естественнонаучного) созвучна потребности общества в целостном мироведении и подчеркивает актуальность предлагаемой дисциплины.
Другой, более распространенный, стимул к изучению дисциплины "Концепции современного естествознания" состоит в том, что человек, живущий в наш технический век - век автоматизации, загрязнения окружающей среды, ядерной энергии, электронных вычислительных машин, космических полетов, ракет и ядерных бомб, - обязан иметь представление об естественных науках. Почти в любой газете и журнале имеются статьи, которые нельзя полностью понять, не зная этих наук. Почти каждый день встречаются статьи о ядерном оружии, ядерной энергии, хранении энергии, о солнечной или термоядерной энергии, новом оружии, контроле над загрязнением окружающей среды, космических полетах, НЛО, новых научных открытиях и разработках и т. д. Могут ли экономисты-управленцы, мало сведущие в науке, принимать компетентные решения по столь жизненно важным вопросам? А ведь от этих решений зависит дальнейшее существование человеческой цивилизации.
Данная дисциплина представляет собой не просто совокупность избранных глав традиционных курсов физики, химии и биологии, а является продуктом междисциплинарного синтеза на основе комплексного подхода к современному естествознанию. Поэтому ее эффективное изучение возможно на основе применения новой парадигмы, способной объединить оба компонента культуры, и раскрыть универсальную роль метаязыка, синтезирующего фундаментальные законы естествознания, философии и синергетики.
В целях лучшей мотивации студентов и демонстрации диалога науки и культуры необходимо непременное отражение особенностей культурно-исторического контекста той эпохи, в которой рождались конкретные научные взгляды и открытия. Необходимо обратить внимание как на личностное начало в науке, ее человеческое измерение и ее включенность в культуру, так и на взаимовлияние науки и общества. Кроме того, необходимо постоянно помнить о диалектическом характере возвращения "вечных" вопросов в исследовании природы. Это, в первую очередь, эволюция идей устройства Вселенной и космогенеза с античности и до наших дней, идей дуализма корпускулярных и волновых свойств физической реальности, витализма и физикализма, элементаризма и целостности, эволюционизма и креационизма. Таким образом, показывается объективная закономерность развития научного знания, неизбежность смены типов научной рациональности и парадигм естествознания, объясняется потребность в целостной культуре в наше кризисное время.
Основной формой учебной работы студентов в условиях дистанционного обучения является самостоятельная работа над учебным материалом. В помощь студентам университет организует в течение семестра цикл лекций, практических занятий и консультаций. Кроме того, студент может обращаться с вопросами к преподавателю для получения консультации по системе компьютерной связи. Указания студенту по текущей работе даются также в процессе рецензирования контрольных работ и рефератов.
Контроль текущей работы студентов над дисциплиной "Концепции современного естествознания" предполагается осуществлять путем проведения аттестаций, проверки контрольных работ, а также приема экзаменов.
2.1 Изучение теоретического материала по учебнику
Изучая материал по учебнику, следует переходить к следующему вопросу только после правильного понимания предыдущего, воспроизводя на бумаге все необходимые логические умозаключения, рисунки, схемы, формулы и т. д.
Особое внимание следует обращать на формулировки основных понятий курса, которые отражают количественную и качественную стороны, а также пространственно-временные свойства реальных явлений и процессов. Необходимо подробно разбирать примеры, поясняющие такие определения.
При изучении материала по учебнику полезно вести конспект, в котором рекомендуется записывать основные понятия, определения, термины, формулировки законов, формулы и т. д. На полях конспекта следует отмечать вопросы, по которым требуется консультация преподавателя. Записи в конспектах должны быть сделаны чисто, аккуратно и расположены в определенном порядке.
2.2 Самоконтроль
После изучения каждой темы по учебнику студенту рекомендуется воспроизвести по памяти основные понятия, определения, термины, выводы формул, формулировки законов. Вопросы для самоконтроля, приведенные в настоящем методическом указании, поставлены с целью помочь студенту в повторении, закреплении и проверке прочности усвоения закрепляемого материала. В случае необходимости надо еще раз вернуться к материалу учебника и повторить неясные вопросы.
Важнейшими критериями усвоения материала по учебнику является узнавание и воспроизведение изученного материала.
2.3 Консультации
Если в процессе обучения у студента возникают вопросы, разрешить которые самостоятельно не удается (неясность терминов, формулировок законов, выводов формул и пр.), то он может обратиться к преподавателю для получения от него устной или письменной консультации, а также консультации по компьютерной сети.
В своих запросах студент должен точно указывать, в чем он испытывает затруднения. В случае, если он не разобрался в теоретических вопросах по учебнику, то нужно указать автора учебника, название учебника, издательство, год издания, страницу, где рассмотрен не ясный его вопрос, и что именно вызывает затруднение.
2.4 Зачеты и экзамены
На экзаменах и зачетах выясняется, прежде всего, усвоение всех теоретических и практических вопросов программы и умение применять полученные знания к решению практических задач. Определения терминов, выводы формул и формулировки законов естествознания должны излагаться точно и с пониманием их физической сущности. Ответы на вопросы должны даваться уверенно и без ошибок.
При выполнении этих условий знания могут быть признаны удовлетворяющими требованиям, предъявляемым настоящими методическими указаниями.
3 Содержание курса, методические указания по его изучению, вопросы для самоконтроля
МОДУЛЬ 1
Введение
Предмет естествознания. Основные понятия естествознания. Естественные и гуманитарные науки. Ноосфера. Цели и задачи естествознания. Закономерности и особенности развития естествознания. Основные стороны и методы естествознания. Анализ и синтез. Дедукция и индукция. Аспекты и структура естествознания. Общеметодологические проблемы естествознания. Методология современного естествознания.
Литература:
Основная: /1/, с. 21-23; /2/, с. 3-21.
Дополнительная: /1/ с.103-107; /2/ с. 15-16, 109-110, 143-144, 165-166; /3/ стр. 9-14.
Раздел 1 Современная наука о природе
Тема 1.1 Материя и формы ее существования
Материальное единство мира и единство научного знания. Философия материализма и идеализма в естествознании. Свойства материи. Формы существования материи. Два вида материи: вещество и поле. Материя и движение. Формы движения материи. Идеалистическое толкование движения.
Литература:
Основная: /2/ с. 23-41, 115-127.
Тема 1.2 Современная картина мира
1.2.1 Атомно-молекулярное учение
Сущность атомной гипотезы. Атомы, молекулы, ионы. Атомные ядра и электроны. Протоны и нейтроны. Химическая связь. Теплота и движение атомов. Твердое, жидкое и газообразное состояния с атомарной точки зрения. Давление газов. Атомные процессы: испарение и растворение. Химические реакции. Экспериментальное подтверждение атомной гипотезы.
Литература:
Основная: /1/ с. 23-37.
Дополнительная: /4/, с. 546-547; /5/ стр. 383-394.
1.2.2 Основные физические воззрения
Сущность научного метода познания природы. Способы проверки физических гипотез. Цель научного метода познания природы. Классическая физика. Парадигма классической физики. Частицы и силы. Классическая электродинамика. Проблемы классической физики. Квантовая физика. Квантовая механика. Квантовая электродинамика. Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Проблема возникновения Вселенной. Космология и космогония. Модели "замкнутой", " расширяющейся", "раздувающейся", "пульсирующей" Вселенной. Периодизация истории Вселенной. Теории объединения фундаментальных физических взаимодействий.
Литература:
Основная: /1/, с. 38-55; /2/, с. 41-45.
Дополнительная: /3/ с. 11-14.
1.2.3 Физика и другие естественные науки
Роль физики в современном естествознании. Физика и химия. Неорганическая и органическая химия. Физика и биология. Проблемы современной биологии. Клетка - как основная структурная единица живых организмов. Ферменты, белки, ДНК. Превращения энергии в клетках. Физика и астрономия. Состав звезд. Источник энергии звезд. Физика и геология. Проблемы геологии. Современные представления о строении Земли. Физика и психология. Центральная проблема психологии. Исторические проблемы естествознания.
Литература:
Основная: /1/, с. 56-71.
Краткие методические указания по изучению материала раздела
Во введении необходимо обратить внимание на естествознание как на одну из трех областей человеческого знания (наряду с науками об обществе и мышлении), на ведущее место физики в современном естествознании и на ее тождественность натурфилософии древних.
При изучении материала по теме 1.1. необходимо обратить внимание на существование двух подходов к пониманию явлений природы - материалистического и идеалистического, а также на проблему познаваемости объективной реальности. Кроме того, необходимо понимать, что материя - это то, что существует объективно, то есть независимо от чьего бы то ни было сознания или ощущений и то, что материя копируется, отображается нашими ощущениями и, следовательно, познаваема.
При изучении материала по теме 1.2. необходимо усвоить следующие положения:
1) основное утверждение атомной гипотезы. Все тела состоят из атомов - маленьких тел, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому;
2) парадигма классической физики. "Сцена", на которой выступает Вселенная - это трехмерное пространство, описанное еще Евклидом; всё изменяется в среде, называемой временем. Элементы, выступающие на сцене - это частицы и силы;
3) проблемы классической физики. Неудача попыток создания теории излучения абсолютно черного тела; противоречивое поведение эфира - гипотетической среды, в которой предполагалось распространение световых волн;
4) парадигма квантовой физики. Квантово-волновой дуализм объектов микромира; диалектическая взаимосвязь материи, движения, времени и пространства;
5) взаимосвязь и взаимное дополнение всех разделов естествознания, что позволяет понять всю природу как разные стороны одной совокупности явлений.
Вопросы для самоконтроля
Введение
1 Предмет естествознания. Цели и задачи естествознания.
2 Закономерности и особенности развития естествознания.
3 Основные стороны естествознания. Методы естествознания.
4 Аспекты и структура естествознания.
5 Общеметодологические проблемы естествознания.
6 Методология современного естествознания.
Тема 1.1
1 Материальное единство мира и единство научного знания.
2 Материя и формы ее существования.
3 Основной вопрос философии.
4 Материя и движение.
5 Идеалистическое толкование движения.
Тема 1.2, п/п 1.2.1
1 Сущность атомной гипотезы строения вещества.
2 Строение атома. Химическая связь.
3 Твердое, жидкое и газообразное состояния вещества с атомной точки зрения.
4 Атомные процессы.
Тема 1.2, п/п 1.2.2
1 Сущность научного метода познания природы. Способы проверки познанных законов природы.
2 Парадигма классической физики.
3 Парадигма квантовой физики.
4 Соотношения неопределенностей Гейзенберга. Квантовая электродинамика.
5 Проблема возникновения Вселенной.
Тема 1.2, п/п 1.2.3
1 Физика и химия.
2 Физика и биология.
3 Физика и астрономия.
4 Физика и геология.
5 Физика и психология.
МОДУЛЬ 2
Раздел 2 Основы современной физики
Тема 2.1 Фундаментальные законы природы. Законы сохранения
2.1.1 Динамические законы Ньютона. Тяготение
Основные понятия динамики. Механические системы. Силы. Физические поля. Законы Ньютона. Принцип инерции Галилея. Инерциальные системы. Инерция. Масса. Принцип эквивалентности. Релятивистская масса. Ускорение. Импульс. Релятивистский импульс. Закон Всемирного тяготения. Геоцентрическая и гелиоцентрическая системы мира. Законы Кеплера. Опыт Кавендиша. Тяготение и относительность.
Литература:
Основная: /1/, с. 123-141, 160-180, /3/, 14-18, 42-44.
Дополнительная: /4/, с. 20-28; /5/, с. 21-23.
2.1.2 Философское значение законов сохранения
Философское значение законов сохранения и превращения в современной физике. Значение закона сохранения и превращения энергии как абсолютного закона природы. Инвариантность законов природы. Связь тенденции сохранения с единством субъективного и объективного. Законы сохранения как критерий возможности протекания физических процессов. Закон сохранения массы в классической и современной физике. Однородность пространства и закон сохранения массы.
Литература:
Основная: /2/, с. 157-169.
Дополнительная: /5/, с. 24,66.
2.1.3 Закон сохранения и превращения энергии
Работа, мощность, энергия. Работа консервативных и неконсервативных сил. Кинетическая и потенциальная энергия. Потенциальные поля. Прочие формы энергии. Закон сохранения механической энергии. Закон сохранения и превращения энергии. Закон сохранения энергии и однородность времени. Закон взаимосвязи массы и энергии - дальнейшая естественнонаучная конкретизация положения о неуничтожимости материи и движения. Энергия связи системы. Дефект массы.
Литература:
Основная: /1/, с. 72-85; /2/, с. 183-187; /3/, с. 21-27, 68-70.
Дополнительная: /4/, с. 170-184; /5/, с. 33-43, 67-69.
2.1.4 Прочие законы сохранения в классической и современной физике
Закон сохранения импульса. Закон сохранения релятивистского импульса. Закон сохранения импульса и однородность пространства. Закон сохранения момента импульса. Вращательное и поступательное движение. Момент импульса. Основной закон динамики вращательного движения. Закон сохранения момента импульса и изотропность пространства. Закон сохранения электрического заряда. Закон сохранения числа барионов. Барионы. Адроны. Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия. Лептоны. Закон сохранения числа лептонов. Независимость законов сохранения от абсолютного времени, положения начала координат и направления осей инерциальной системы отсчета.
Литература:
Основная: /1/, с. 83-85, 180-194, 316-326; /3/, с. 18-19, 31-36, 436-447.
Дополнительная: /5/, с. 29-31, 46-55, 455-471; /6/, с. 584-585.
Краткие методические указания по изучению материала темы
При изучении материала по теме 2.1 необходимо усвоить фундаментальные законы Ньютона, а также обратить особое внимание на их видоизменение в релятивистской механике.
Следует иметь в виду то обстоятельство, что законы сохранения и превращения, известные в естествознании, и число которых все время увеличивается, отображают незыблемость всеобщего закона сохранения и превращения материи и движения.
В этой связи необходимо обратить внимание на абсолютный и всеобщий характер законов сохранения - с познанием каждого закона сохранения неразрывно связано появление нового фундаментального понятия естествознания, к которому он относится; незаменимость законов сохранения для анализа явлений природы, то есть на то, что они являются одним из методов познания скрытых сил природы; одну из характерных особенностей законов сохранения, проявляющуюся в форме ограничений или даже категорических запретов, накладываемых на те или иные процессы в определенных условиях; независимость законов сохранения от абсолютного времени, положения начала координат и направления осей инерциальной системы отсчета. Необходимо понимать, как развитие знаний о природе привело к синтезу двух отдельных законов сохранения (массы и энергии) в новый единый закон сохранения.
Помимо изложенного необходимо усвоить следующие положения:
1) поскольку любое вещество построено из элементарных частиц, бесчисленные явления и свойства вещества можно в принципе объяснить с помощью нескольких простых свойств небольшого числа элементарных частиц;
2) элементарные частицы - это такие качественно своеобразные виды материи, которые взаимодействуют дискретно, как единое целое во всех известных процессах;
3) принципиальная неисчерпаемость объектов микромира.
Вопросы для самоконтроля
Тема 2.1, п/п 2.1.1
1 Основные понятия динамики.
2 Принцип инерции Галилея. Первый закон Ньютона.
3 Второй закон Ньютона.
4 Третий закон Ньютона.
5 Закон Всемирного тяготения.
6 Принцип эквивалентности.
7 Законы Кеплера.
8 Тяготение и относительность.
Тема 2.1, п/п 2.1.2
1 Философское значение законов сохранения и превращения в современной физике.
2 Значение закона сохранения и превращения энергии как абсолютного закона природы.
3 Инвариантность законов природы.
4 Закон сохранения массы. Релятивистская масса.
Тема 2.1, п/п 2.1.3
1 Понятия работа, мощность и энергия в физике.
2 Основные формы энергии.
3 Механическая энергия.
4 Закон сохранения механической энергии. Однородность времени.
5 Закон сохранения и превращения энергии.
6 Взаимосвязь массы и энергии.
Тема 2.1, п/п 2.1.4
1 Закон сохранения импульса. Однородность пространства.
2 Поступательное и вращательное движение.
3 Закон сохранения момента импульса. Изотропность пространства.
4 Закон сохранения электрического заряда.
5 Закон сохранения барионного числа. Барионы.
6 Закон сохранения лептонного числа. Лептоны.
7 Элементарные частицы. Фундаментальные взаимодействия.
Тема 2.2 Состояние. Время и пространство
2.2.1 Основы термодинамики
Статистический и термодинамический методы исследования. Число степеней свободы. Основные понятия термодинамики. Термодинамические системы. Термодинамические параметры. Равновесное состояние. Уравнение состояния. Термодинамический процесс. Изопроцессы. Функция состояния. Обратимый процесс. Законы термодинамики. Внутренняя энергия. Теплота. Работа. Энтальпия. Микросостояние. Макросостояние. Термодинамическая вероятность. Энтропия. Тепловая смерть Вселенной.
Литература:
Основная: /2/, с. 176-179; /3/, с. 72-73, 88-99.
Дополнительная: /5/, с. 84-101, 117-129; /6/, с. 202-227; /7/, с. 333-363.
2.2.2 Время и расстояние
Время и пространство. Вопрос об отношении времени и пространства к материи. Необратимость времени. Специальная теория относительности о пространстве и времени. Связь пространства и времени с движением. Причинная связь между явлениями. Реальное (физическое) пространство и время. Перцептуальное пространство и время. Концептуальное пространство и время. Метрические и топологические свойства пространства и времени. Время, расстояние и движение в физике. Опыт Галилея. Методы измерения времени. Короткие времена. Большие времена. Единицы и стандарты времени. Методы измерения расстояний. Большие расстояния. Малые расстояния.
Литература:
Основная: /1/, с. 86-103, 142-159; /2/, с. 45-55.
2.2.3 Основы специальной (частной) теории относительности
Постулаты специальной (частной) теории относительности. Принцип относительности Галилея. Опыт Майкельсона-Морли. Преобразования Галилея. Преобразования Лоренца. Принцип соответствия. Следствия из преобразований Лоренца: одновременность событий в разных системах отсчета; длительность событий в разных системах отсчета ("парадокс близнецов"); длина тел в разных системах отсчета. Релятивистский закон сложения скоростей. Релятивистская динамика. Интервал между событиями. Прошедшее, настоящее, будущее.
Литература:
Основная: /1/, с. 264-280, 299-306; /2/, с.58-73; /3/, с. 60-69.
Дополнительная: /5/, с. 55-69.
2.2.4 Симметрия законов физики
Симметрия в естествознании. Симметричные операции. Симметрия в пространстве и времени. Симметрия и законы сохранения. Зеркальное отражение. Симметрия при отражении и явления жизни. Полярный и аксиальный векторы. Какая же рука правая? Четность не сохраняется. Антивещество. Нарушенная симметрия. Эвристическое значение принципа единства симметрии и асимметрии.
Литература:
Основная: /2/, с. 249-321; /4/, с. 385-389.
Дополнительная: /7/, с. 471-492.
Краткие методические указания по изучению материала темы
При изучении материала по теме 2.2. необходимо обратить внимание: на роль закона сохранения и превращения энергии в термодинамике, а также на качественное различие, но взаимное дополнение термодинамического и статистического методов исследования; на зависимость свойств пространства от происходящих в нем физических процессов; на взаимосвязь пространства и времени и на зависимость их свойств от выбора инерциальной системы отсчета; на симметрию фундаментальных законов естествознания, а также на то, что категории симметрии и асимметрии рассматриваются как общенаучные категории; на неотъемлемую связь между законами сохранения и принципами симметрии, проявляющуюся в том, что в квантовой механике каждой из симметрий соответствует закон сохранения.
Студент должен усвоить то, что в общефилософском смысле симметрия - это категория, обозначающая процесс существования и становления тождественных моментов в определенных условиях и в определенных отношениях между различными и противоположными состояниями явлений мира, а асимметрия - это категория, которая обозначает существование и становление в определенных условиях и отношениях различий и противоположностей внутри единства, тождества, цельности явлений мира. Следует иметь в виду то, что диалектическое единство, присущее объективным процессам симметрии и асимметрии, позволяет выдвинуть в качестве одного из принципов познания принцип диалектического единства симметрии и асимметрии, согласно которому всякому объекту присуща та или иная форма единства симметрии и асимметрии.
Вопросы для самоконтроля
Тема 2.2, п/п 2.2.1
1 Статистический и термодинамический методы исследования физических явлений.
2 Основные понятия термодинамики.
3 Законы термодинамики.
4 Энтропия. Тепловая смерть Вселенной.
Тема 2.2, п/п 2.2.2
1 Время и пространство.
2 Движение и расстояние в физике.
3 Время в физике.
Тема 2.2, п/п 2.2.3
1 Постулаты специальной (частной) теории относительности.
2 Преобразования Лоренца.
3 Одновременность событий в разных системах отсчета.
4 Длительность событий в разных системах отсчета.
5 Длина тел в разных системах отсчета.
6 Релятивистский закон сложения скоростей.
7 Релятивистская динамика.
8 Интервал между событиями.
9 Прошедшее, настоящее, будущее.
Тема 2.2, п/п 2.2.4
1 Симметрия в естествознании. Симметричные операции.
2 Симметрия в пространстве и времени.
3 Симметрия и законы сохранения.
4 Зеркальное отражение.
5 Полярный и аксиальный векторы.
6 Нарушение закона сохранения четности.
7 Антивещество.
8 Нарушенная симметрия.
9 Эвристическое значение принципа единства симметрии и асимметрии.
МОДУЛЬ 3
Раздел 3 Основы химии
Тема 3.1 Неорганическая химия
3.1.1 Химия как раздел естествознания.
Роль химии в современном естествознании. Предмет неорганической химии. Понятие о материи и веществе. Физические и химические свойства веществ. Простое вещество и химический элемент. Простые и сложные вещества. Связь химии с другими естественными науками. История развития химии. Алхимия. Три направления алхимии. Теория флогистона. Современная химия. Важнейшие классы и номенклатура неорганических веществ.
Литература:
Основная: /4/, с. 9-25; /5/, с. 11-20, 37-43.
Дополнительная: /8/, с. 4-12; /9/, с. 5-8.
3.1.2 Основные закономерности протекания химических реакций
Законы стехиометрии. Атомные и молекулярные массы. Моль. Периодический закон . Порядковый номер элементов. Размеры атомов и ионов. Энергия ионизации и сродство к электрону. Электроотрицательность. Энергетика химических процессов. Химическая термодинамика. Направленность химических процессов. Гетерогенные и гомогенные системы. Скорость химических реакций. Катализ. Необратимые и обратимые реакции. Химическое равновесие. Смещение химического равновесия. Сорбция и сорбционные процессы. Окислительно - восстановительные реакции. Электрохимические процессы.
Литература:
Основная: /5/, с. 14-37, 46-55, 55-109, 158-196, 255-295, 309-315.
Дополнительная: /8/, с. 111-118, 186-234.
Тема 3.2 Органическая химия
3.2.1 Предмет органической химии
Исторический обзор системы взглядов в области органической химии. Витализм. Теория радикалов. Теория типов. Основные вехи в развитии теоретических представлений в органической химии. Отличительные особенности органических соединений. Анализ и синтез - два основных направления в органической химии. Теория химического строения органических соединений. Классификация органических соединений.
Литература:
Основная: /4/, с. 355-356; /5/, с. 435-452.
Дополнительная: /9/, с. 297-301; /10/, с. 4-17.
3.2.2 Продукты органического синтеза
Органическая химия в современном мире. Нефть и углеводороды. Химия топлива. Виды топлива и их химическая переработка. Процессы крекинга. Спирты и фенолы. Альдегиды и кетоны. Карбоновые кислоты и их эфиры. Углеводы. Амины и аминокислоты. Полимерные материалы. Реакции полимеризации и поликонденсации. Синтетические смолы и продукты на их основе. Синтетические и искусственные волокна. Природные полимеры. Белки. Крахмалы. Каучук. Резина. Целлюлоза. Лакокрасочные и смазочные материалы.
Литература:
Основная: /4/, с. 356-379; /5/, с. 452-491.
Дополнительная: /9/, с. 301-311; /10/, с. 15-100.
Краткие методические указания по изучению материала раздела
Материал данного раздела должен быть известен студентам из школьных курсов неорганической и органической химии. Однако его необходимо повторить, систематизировать. Основное внимание следует обратить на роль химии в народном хозяйстве; на систематику химических элементов и их практическое использование; на связь между органической и неорганической химией; на роль органической химии в современном мире, а также на связь органической химии с биохимией и биологией.
Необходимо знать, что органическая химия - это химия сложных соединений углерода. Кроме того, необходимо усвоить то, что:
1) химия изучает химическую форму движения материи, под которой понимают качественное изменение веществ, превращение одних веществ в другие. При химических процессах происходит обмен атомами между различными веществами, перераспределение электронов между атомами, разрушение одних соединений и возникновение других. В результате химических процессов возникают новые вещества с новыми химическими и физическими свойствами. Таким образом, химия - это наука о веществах и законах их превращений. Объектом изучения в химии являются химические элементы и их соединения;
2) как одна из отраслей естествознания, химия тесно связана с другими естественными науками. Химические реакции играют важную роль в физических, биологических, геологических и других процессах. Связь между химией и другими естественными науками приводит к возникновению новых наук, например, ядерной химии, биохимии, геохимии, космохимии и т. п.;
3) химию рассматривают в двух аспектах, выделяя описательную химию - открытие химических фактов и их описание, и теоретическую химию - разработку теорий, позволяющих после проверки установленных фактов обобщить их и представить в виде определенной системы.
Вопросы для самоконтроля
Тема 3.1, п/п 3.1.1
1 Химия как раздел естествознания.
2 Физические и химические свойства веществ.
3 История развития химии.
4 Три направления алхимии.
5 Важнейшие классы и номенклатура неорганических веществ.
Тема 3.1, п/п 3.1.2
1 Основные закономерности протекания химических реакций.
2 Периодический закон .
3 Энергия ионизации и сродство к электрону. Электроотрицательность.
4 Энергетика химических процессов.
5 Скорость химических реакций. Катализ.
6 Необратимые и обратимые химические реакции.
7 Химическое равновесие.
8 Сорбция и сорбционные процессы.
9 Окислительно-восстановительные реакции.
10 Электрохимические процессы.
Тема 3.2, п/п 3.2.1
1 Предмет органической химии.
2 Исторический обзор системы взглядов в области органической химии.
3 Теория химического строения органических соединений.
4 Анализ и синтез - два основных направления в органической химии.
5 Классификация органических соединений.
Тема 3.2, п/п 3.2.2
1 Органическая химия в современном мире.
2 Нефть и углеводороды.
3 Продукты органического синтеза: красители, полимерные материалы, пластмассы, искусственные волокна.
4 Химия топлива. Лакокрасочные и смазочные материалы.
5 Природные полимеры: белки, крахмал, каучук, целлюлоза.
МОДУЛЬ 4
Раздел 4 Биохимия и биология
Тема 4.1 Природа жизненных процессов
Структура живых организмов. Химический состав живого организма. Аминокислоты. Правые и левые формы молекул аминокислот. Незаменимые аминокислоты. Первичная структура белков. Ферменты. Механизм каталитического действия ферментов. Полисахариды. Фотосинтез и АТФ. Липиды. Жиры. Витамины. Гормоны. Химия и медицина.
Литература:
Основная: /4/, с. 381-426; /6/ с. 9-74.
Тема 4.2 Процессы обмена веществ
Общие закономерности обмена веществ. Обмен веществ как основное свойство живой материи. Две стороны обмена веществ - ассимиляция и диссимиляция. Значение обмена веществ в приспособлении организма к условиям существования. Биологическое окисление как центральный процесс диссимиляции. Современная теория биологического окисления. Биохимические превращения липидов, белков и углеводов в организме человека. Взаимосвязь процессов обмена веществ. Освобождение энергии, получаемой организмом посредством обмена веществ.
Литература:
Основная: /6/, с. 75-147.
Тема 4.3 Биохимические основы питания человека
Общие основы питания. Потребность организма в энергии. Структура пищевого рациона. Физиологическое значение отдельных составных частей пищи. Пищевая ценность белков, липидов, углеводов. Превращения жиров и углеводов при производстве продуктов питания. Витамины. Значение минеральных веществ для организма человека. Пищевые добавки. Природные токсиканты и загрязнители.
Литература:
Основная: /6/, с. 237-243.
Дополнительная: /11/, с. 5-40; /12/, с. 8-100.
Краткие методические указания по изучению материала раздела
При изучении материала данного раздела необходимо обратить внимание на:
1) то, что биохимия находится на стыке двух наук - химии и биологии. Деятельность всякого живого тела подчиняется физическим и химическим законам, но не они являются для него определяющими. Основными, специфическими для живого тела являются закономерности биологические;
2) принципиальное отличие живого от неживого. Живое отличается от неживого постоянно происходящим обменом веществ с окружающей средой. Этот обмен веществ, представляющий собой сложную систему химических реакций, является обязательным условием жизни. При прекращении его прекращается и жизнь, а живое вещество необратимо разрушается. Особенностью живого организма, как бы прост он ни был, является способность самостоятельного реагирования на воздействия окружающей среды, причем это реагирование носит приспособительный характер;
3) то, что предметом биохимии является:
- изучение химического состава живых организмов;
- изучение законов, по которым протекают в организме химические реакции обмена веществ;
- раскрытие химической основы процесса жизни, законов перехода химических процессов, совершающихся в живых организмах, в физиологическую функцию;
4) методы биохимии, которыми являются качественный и количественный химический анализ тканей, органов, крови и веществ, выделяемых организмом: выдыхаемого воздуха, мочи, пота. Биохимия широко использует также препаративные методы выделения и очистки различных веществ, входящих в состав организма;
5) то, что биохимические исследования ведутся в двух направлениях. Первое - теоретическое: изучение кинетики различных реакций, исследование каталитического действия выделенных из организма и очищенных ферментов, выяснение возможности тех или иных химических превращений. Решение этих вопросов ведется вне организма, в искусственно создаваемых химических системах. Второе - функциональное: функциональная биохимия животных и человека. Здесь уже необходимы постановка экспериментов на животных, находящихся в условиях, максимально приближающихся к физиологическим, наблюдения за человеком в конкретных условиях его существования и деятельности;
6) цели, которые преследует питание каждого человека. Распадаясь в организме человека до простых составляющих, пища служит источником энергии для всех процессов жизнедеятельности, обеспечивает организм строительным материалом для построения собственных клеточных структур и влияет на все сложные физические, химические и биохимические процессы, протекающие в нем при обмене веществ.
Вопросы для самоконтроля
Тема 4.1
1 Предмет биохимии. Принципиальное отличие живого от неживого.
2 Методы биохимии.
3 Основные направления биохимических исследований.
4 Природа жизненных процессов.
5 Структура живых организмов.
6 Химический состав живого организма.
7 Аминокислоты.
8 Белки и ферменты.
9 Первичная структура белков.
10 Механизм каталитического действия ферментов.
11 Полисахариды.
12 Фотосинтез и АТФ.
13 Липиды. Жиры. Витамины. Гормоны.
14 Химия и медицина.
Тема 4.2
1 Обмен веществ как основное свойство живой материи.
2 Две стороны обмена веществ - ассимиляция и диссимиляция.
3 Значение обмена веществ в приспособлении организма к условиям существования.
4 Теория биологического окисления.
5 Биохимические превращения липидов, белков и углеводов в организме человека.
6 Взаимосвязь процессов обмена веществ.
Тема 4.3
1 Цели, которые преследует питание человека.
2 Общие основы питания человека.
3 Физиологическое значение отдельных составных частей пищи.
4 Пищевая ценность белков, липидов, углеводов.
5 Структура пищевого рациона человека.
4 Тематический план лекционных занятий
№ п/п | Тема лекции | Уровень усвоения, α* | Часы | |
АЗ (час) | СРС (час) | |||
1 | Модуль 1. Введение. Раздел 1 Современная наука о природе. Тема 1.1 Материя и формы ее существования. Тема 1.2 Современная картина мира. | 2 | 2 | 10 |
2 | Модуль 2. Раздел 2 Основы современной физики. Тема 2.1 Фундаментальные законы природы. Законы сохранения. Тема 2.2 Состояние. Время и пространство. | 2 | 2 | 10 |
3 | Модуль 3. Раздел 3 Основы химии. Тема 3.1 Неорганическая химия. Тема 3.2 Органическая химия. | 1-2 | 2 | 6 |
4 | Модуль 4. Раздел 4 Биохимия и биология. Тема 4.1 Природа жизненных процессов. Тема 4.2 Процессы обмена веществ. Тема 4.3 Биохимические основы питания человека. | 1-2 | 2 | 6 |
Итого: | 8 | 32 |
*) a - уровень усвоения знаний:
a=1 - знакомство,
a=2-воспроизведение информации
a=3-умение решать нетиповые задачи.
5 Тематический план лабораторных занятий
№ п/п | Тема занятия | Уровень усвоения a | Часы | |
АЗ (час) | СРС (час) | |||
1 | Основы современной физики. | 2 | 4 | 8 |
2 | Основы химии. Биохимия и биология | 2 | 4 | 8 |
Итого: | 8 | 16 |
6 Контрольные работы
№ к/р | Наименование контрольной работы | Часы |
СРС (час) | ||
1 | Основы современного естествознания. | 8 |
2 | Современная наука о природе. (Реферат) | 8 |
Итого: | 16 |
7 Литература
Основная литература
1 Фейнмановские лекции по физике, ч.1, 2. М.: Мир, 1976, 440 с.
2 , Философские вопросы современной физики, М.: Высшая школа, 1988, 343 с.
3 Трофимова физики. М.: Высшая школа, 1990, 478 с.
4 Химия, М.: Мир, 1978, 683 с.
5 , Общая химия, Л.: Химия, 1983, 702 с.
6 Биохимия / Под общ. ред. проф. , М.: Физкультура и спорт, 1964, 248 с.
Дополнительная литература
1 Большая Советская энциклопедия, Третье издание, т.9, М.: Советская энциклопедия, 1972, с.103-107.
2 Философский словарь / Под ред. , издание пятое. М.: Изд. политической литературы, 1987, 590 с.
3 , Курс общей физики, т.1, М.: Наука, 1977, 416 с.
4 Физика. М.: Просвещение, 1994, 576 с.
5 , Детлаф по физике. М.: Наука, 1985, 512 с.
6 Орир Дж. Физика. Т. 1, 2. М.: Мир, 1981, 622 с.
7 Фейнмановские лекции по физике, ч.3, 4., М.: Мир, 1976, 496 с.
8 , Цитович химия. М.: Высшая школа, 1978, 448 с.
9 , , Филиппов общей химии. М.: Высшая школа, 1990, 446 с.
10 , Зонис химия. М.: Просвещение, 1973, 632 с.
11 Общая технология пищевых производств. / Под ред. д. т.н., проф. , М.: Колос, 1993, 384 с.
12 , Нечаев о пище с точки зрения химика. М.: Высшая школа, 1991, 288 с.
13 Карпенков современного естествознания. М.: Культура и спорт, 1997, 418 с.
14 Рузавин современного естествознания. М.: Культура и спорт, 1997, 286 с.
15 Концепции современного естествознания. / , , и др., Ростов-на-Дону: Феникс, 1997, 448 с.
16 Пономарев знаком кванта. М.: Наука, 1989, 366 с.
17 Философские проблемы естествознания / Под ред. , М.: Высшая школа, 1985.
