ИВЭСЭП | |
| |
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ВНЕШНЕЭКОНОМИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ, ЭКОНОМИКИ И ПРАВА | |
КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ
Учебно-методический комплекс
Часть 1
Для всех направлений и специальностей
Санкт-Петербург
2006
|
К 64
Концепции современного естествознания: Учебно-методический комплекс. – В 3х ч. – Ч. 1. / Авт.-сост.: , . – СПб.: ИВЭСЭП, 2006. – ___ с.
Утвержден на заседании кафедры математических и естественнонаучных дисциплин «____» __________200__ г., протокол № ____.
Утвержден и рекомендован к опубликованию Научно-методическим Cоветом «____» __________200__ г., протокол № ____.
Авторы-составители:
доктор философских наук, профессор, Заслуженный деятель науки РФ
;
кандидат технических наук, профессор
.
Рецензенты:
доктор физико-математических наук, профессор,
Заслуженный деятель науки РФ,
;
доктор философских наук, профессор,
Ответственная за выпуск
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Естествознание – это система наук о природе. Основу этой системы составляют физика, химия и биология. Представления, выработанные естественными науками, интегрированы в современную научную картину мира, которая непрерывно уточняется и дополняется. Понимание единства и гармонии элементов этой картины составляет основу научного мировоззрения.
Выполняя задачу построения цельной и логически непротиворечивой картины мира, а, также обеспечивая технологический прогресс, современное естествознание стало важнейшим компонентом культуры.
Интегрирование представлений о природе из различных областей знания в единую научную картину мира осуществляется современным естествознанием на концептуальном уровне. Под термином «концепция» будем подразумевать такую основополагающую идею, которая позволяет осмыслить с единых позиций широкий круг вопросов, относящихся к одной, нескольким или ко всем областям знаний.
Курс «Концепции современного естествознания» (далее – курс) охватывает широкий круг вопросов и является основополагающим, фундаментальным для всего современного образования.
Настоящий учебно-методический комплекс написан в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и предназначен для студентов гуманитарных и экономических специальностей института всех форм обучения.
Цель курса – дать студентам панораму наиболее универсальных методов, законов современного естествознания и научных открытий, которые послужили началом революционных изменений в технологиях, мировоззрении или общественном сознании.
Задачи курса – в результате изучения студент должен знать:
· основные этапы развития естествознания, особенностях современного естествознания, ньютоновской и эволюционной парадигмах;
· концепции пространства и времени;
· принципы симметрии и законы сохранения;
· понятия состояния в естествознании;
· корпускулярные и континуальные традиции в описании природы;
· динамические и статистические закономерности в естествознании;
· соотношение порядка и беспорядка в природе, упорядоченность строения физических объектов, переход из упорядоченных в неупорядоченные состояния и наоборот;
· о самоорганизации в живой и неживой природе;
· об иерархии структурных элементов материи от микро - до макро - и мегамира;
· взаимодействия между физическими, химическими и биологическими процессами;
· специфику живого, принципы эволюции, воспроизводства и развития живых систем, их целостности и гомеостазе; иерархичность, уровни организации и функциональной асимметрии живых систем;
· биологическое многообразие, его роль в сохранении устойчивости биосферы и принципы систематики;
· физиологические основы психики, социального поведения, экологии и здоровья человека;
· взаимодействие организма и среды, сообщества организмов, экосистемы, принципы охраны природы и рационального природопользования;
· место человека в эволюции Земли, иметь понятие о ноосфере и парадигме единой культуры;
· тенденции развития естествознания в нашей стране и за рубежом.
Курс подготавливает студентов к изучению общепрофессиональных дисциплин и дисциплин специализации по всем специальностям и направлениям, выполнению ими курсовых и дипломных работ (проектов).
Высокий уровень научности курса обеспечивается использованием для анализа естественно-научной картины мира принципов универсального эволюционизма и самоорганизации при рассмотрении тех или иных явлений и процессов материального мира, а также, результатов научно-исследовательской работы преподавателей института.
Для достижения требуемого уровня знаний предусматривается:
· привитие навыков использования принципов универсального эволюционизма и самоорганизации при рассмотрении тех или иных явлений и процессов материального мира;
· овладение естественно-научными методами исследования, используемыми отечественными и зарубежными учеными;
· привитие навыков эффективной работы с естественно-научной литературой, информационными базами Internet и другими информационными источниками.
В интересах интенсификации обучения на практических видах занятий предполагается комплексное, педагогически целесообразное использование современных технических средств обучения, в том числе персональных компьютеров (ПК).
Индивидуализация обучения обеспечивается многовариантностью решаемых на практических видах занятий тестов и обеспечением каждого студента персональным заданием.
ВИДЫ ЗАНЯТИЙ И МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ
Теоретические занятия (лекции) – организуются по потокам. Общий объем лекционного курса – 18–40 час. На лекциях применяется компьютерный мультимедийный проектор, видеомагнитофон.
Практические (семинарские) занятия – проводятся по группам. Общий объем занятий – 11–19 час. Используются следующие виды занятий: сообщения, дискуссии, ролевые игры, коллоквиумы. Применяются следующие методики и методы обучения: опрос, круглый стол.
Для обеспечения наглядности обучения на практических занятиях применяются следующие технические средства: видеомагнитофон; компьютерный мультимедийный проектор; компьютерный класс с программным обеспечением соответствующих видов занятий; ресурсы Internet; оборудование Санкт-Петербургского планетария.
Особенностями изучения курса являются: применение единой эволюционно-синергетической парадигмы, способной объединить естественно-научную и гуманитарную культуры; изучение материала от общего к частному и наоборот, проблемность при изложении вопросов, соблюдение логической последовательности рассмотрения материала.
Самостоятельная работа – проводится каждым студентом в ходе изучения и осмысления основных положений курса, изложенных на лекциях, семинарских занятиях, в рекомендуемой литературе.
Руководство самостоятельной работой студентов включает:
· своевременную и четкую постановку задач на изучение курса по месяцам, неделям;
· повседневный контроль текущей успеваемости каждого студента и оперативное реагирование на случаи неуспеваемости и нерадивого отношения к учебе.
К методам контроля знаний студентов относятся:
Оперативный контроль проводится с целью определения качества усвоения лекционного материала. Наиболее эффективным является его фронтальное проведение в письменной форме. Для получения достоверных результатов достаточно анализа ответов на 3–6 вопросов, сформулированных по тематике лекции.
Результаты статистической обработки поступают в распоряжение лектора за время, достаточное для их анализа, принятия решений и корректировки содержания следующего лекционного занятия.
Рубежный контроль проводится по результатам изучения всех тем учебной дисциплины на практических занятиях. В ходе последнего практического занятия по соответствующим темам студенты самостоятельно находят ответы на контрольные вопросы и тестовые задания.
Кроме того, студентами выполняется реферат (для студентов заочной формы обучения – контрольная работа) на избранную тему.
Выполнение рубежного контроля по темам курса и представление реферата (контрольной работы) – необходимые условия для допуска к сдаче экзамена (зачета).
Итоговый контроль. Теоретические знания, практические навыки и умения по курсу проверяются на экзамене (для студентов юридического факультета)/зачете (для студентов остальных факультетов).
Экзамен/зачет проводится по окончанию изучения курса в устной или письменной форме по билетам либо по тестам.
Экзаменационный (зачетный) билет содержит 3–4 вопроса. Оценка «отлично» («зачтено») выставляется студенту, который дал исчерпывающие и полные ответы на все вопросы билета. Оценка «неудовлетворительно» («незачтено») выставляется студенту, который не сумел правильно ответить хотя бы на один из основных вопросов билета.
Экзаменационный (зачетный) тест представлен в настоящем учебно-методическом комплексе (см. с. 29???).
Оценка на экзамене (зачете) является итоговой по курсу и проставляется в экзаменационную/зачетную ведомость, зачетную книжку и в приложение к диплому.
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Советы по планированию и организация времени, необходимого для изучения дисциплины:
· прорабатывайте материал рекомендуемой литературы основательно в день лекции, обращайте особое внимание на выводы;
· сначала посмотрите выводы (если они кажутся правильными, то, значит, вы уже многое поняли), затем возвратитесь к систематическому тексту, к его логике по обоснованию ранее прочитанных вами выводов;
· отводите рекомендуемое настоящим учебно-методическим комплексом время на изучение каждой темы курса, используя, один из рекомендуемых учебников;
· руководствуйтесь рекомендованными учебными пособиями при разработке реферата на избранную тему.
Описание последовательности действий, или «сценарий изучения дисциплины»:
· внимательно прослушайте лекцию и запишите основные ее положения в тетради, поймите и осмыслите ее содержание;
· найдите самостоятельно ответы на возникающие вопросы и запишите их в конспект или в ПК;
· получите дополнительную информацию, используя ресурсы Internet;
· сформулируйте ответы на контрольные вопросы по теме с использованием всех источников информации и запишите их на любой удобный для вас носитель;
· прочитайте выводы по каждому вопросу лекции, а затем прочитайте полностью (более 4-х раз) основное содержание вопросов лекции и запишите на бумаге основные тезисы изученного фрагмента курса;
· трудные вопросы выясняйте самостоятельно, используя рекомендуемую литературу.
Рекомендации по работе с литературой. Главное внимание уделите изучению рекомендуемых учебников и учебных пособий.
Осваивайте и используйте основные рекомендации по рациональным методам и приемам ускоренного конспектирования материалов прослушанных лекций, эффективной работы с рекомендованной литературой, современным способам разработки рефератов и контрольных работ, а также подготовки и сдачи экзамена (зачета).
Читайте научно-популярные журналы:
«В мире науки» (http://www. *****/),
«Знание – сила» (http://www. *****/),
«Земля и Вселенная» (http://ziv. *****/rubric/hypothesis/),
«Наука и жизнь» (http://nauka. *****/),
«Природа» (http://. ru/priroda/),
«Химия и жизнь» (http://**/fanta/esf_l/magazine/prozin/him_zh. htm),
«Компьютерра» (http://*****/2006/629/256545/).
Советы по подготовке к экзамену (зачету). Главным образом руководствуйтесь рекомендуемой литературой. Используйте электронную версию учебно-методического комплекса на компакт-диске и Internet-учебник для самостоятельной работы при подготовке к сдаче зачета/экзамена.
Internet-учебник содержит информационно-справочный материал и тест. Информационно-справочный материал включает в себя четыре раздела: очерк методологии науки, картина мира современной физики, эволюция Вселенной, биологическая картина мира. Основная цель этих разделов – систематическое изложение учебного материала по курсу. Текстовый материал этих разделов дополнен иллюстрациями. В конце каждого раздела Internet-учебника вы найдете ссылку на тест, соответствующий изученному разделу. Главная цель тестовой части Internet-учебника – обучение и контроль полученных вами знаний.
УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ План КУРСА
№ п/п | Наименование темы | Количество аудиторных часов | ||
Лекции | Практич. занятия | Всего | ||
Введение | 1 | 1 | ||
1 | Наука в контексте культуры | 2 | 2 | |
2 | Эволюция дисциплинарного знания | 1 | 1 | |
3 | Концепции классической физики | 4 | 2 | 6 |
4 | Концепции и перспективы неклассической физики | 11 | 4 | 15 |
5 | Концепции и перспективы химии | 1 | 2 | 3 |
6 | Концепции и перспективы биологии | 4 | 6 | 10 |
7 | Синергетика | 2 | 2 | |
8 | Теория катастроф | 3 | 3 | |
9 | Качественные методы в эволюционных задачах | 2 | 2 | |
10 | Динамический хаос | 3 | 3 | |
11 | Самоорганизация | 3 | 2 | 5 |
Заключение | 1 | 1 | ||
ИТОГО | 38 | 16 | 54 |
6. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (СОДЕРЖАНИЕ КУРСА)
ВВЕДЕНИЕ
Лекция 1. Введение: общие сведения о курсе
Определение курса, краткая историческая справка о развитии современного естествознания и роли российских ученых в его становлении; цели и задачи курса, его роль в общей системе обучения в институте и место по отношению к смежным дисциплинам; метод изучения курса, распределение времени по видам обучения и по семестрам, рекомендуемая основная и дополнительная учебная литература; особенности самостоятельной работы студентов над курсом и формы участия в научно-исследовательской работе; краткая характеристика авторского учебно-методического комплекса по курсу и особенности его использования; формы и виды и отчетности.
ТЕМА 1. НАУКА В КОНТЕКСТЕ КУЛЬТУРЫ
Лекция 2. Проблема двух культур и современный цивилизационный кризис
Функциональная асимметрия мозга. Физики и лирики, дополнительность естественнонаучного и гуманитарного стилей мышления, логики и интуиции. Экстравертивные и интровертивные начала в онтогенезе человека, антропные корни происхождения религии, философии, науки. Причины возникновения науки в Греции: геополитические, миссионерские, лингвистические, Осевое время.
Лекция 3. Краткий очерк истории науки
Преднаука в традиционных обществах эпохи царств. Хронотоп западной цивилизации: фазы научно-философских, религиозно-мифологических манифестаций и натурфилософского синтеза. Наука эллинского мира: милетцы, школа Пифагора, Платон, Аристотель, Эвклид, Архимед, Теофраст, Птолемей. Телеологическая физика Аристотеля, проблемы описания движения и предельных процедур. Первые христиане и неоплатоники. Упадок Рима, сохранение научной традиции в Александрии.
Лекция 4. Вселенские соборы и отказ церкви от научно-философского наследия эллинов
Проблема отношения Бог — человек — природа в язычестве и христианстве, пантеизм античности и теоцентризм седневековья. Исследования схоластов по логике и проблеме бесконечности. Фома Аквинский и первые университеты. Ислам. Расцвет арабской средневековой науки (Фаруби, Бируни, Авиценна) — ее роль в сохранении и преумножении эллинской традиции. Крестовые походы и переоткрытие античных ценностей. Первая волна инквизиции.
Натурфилософия Возрождения (Леонардо, Бруно). Антропоцентризм. Коперниканская революция — переход к гелиоцентрической системе (Н. Коперник, Н. Кузанский, Дж. Бруно, И. Кеплер, Г. Галилей). Гармония мира как научный идеал неопифагорейства. Решение Кеплером задачи о движении планет. Реакция католической церкви на учение гелиоцентристов, вторая волна инквизиции.
Лекция 5. Бэкона, Р. Декарта и Г. Галилея в становлении эмпирических и теоретических основ научной рациональности Нового времени
Классическая физика. «Начала» И. Ньютона — фундамент классической парадигмы. Мир как часы: от телеологической причинности Аристотеля к лапласову детерминизму Анализ бесконечно малых Ньютона-Лейбница. Социальный физикализм ХУIII века, иллюзии социального детерминизма. Учение о теплоте (Клаузиус, Карно) и электричестве (Фарадей, Максвелл). Технологические революции ХУIII-ХIХ века: машинная, паровая, электрическая.
Лекция 6. Эволюционная теория Дарвина
Атомистическое строение материи. Таблица Менделеева. Электрон. Радиоактивность. Неклассичесая парадигма ХХ века — снятие противоречий классической физики. Теория относительности (Лоренц, Пуанкаре, Эйнштейн). Квантовая механика (Планк, Эйнштейн, Бор, Шредингер). Статистическая физика (Максвелл, Больцман, Гиббс). Ядерная физика и физика элементарных частиц, квантовая статистика, астрофизика и общая теория относительности. Технологические революции ХХ века: химическая, атомная, информационная.
Лекция 7. Последствия техноцентризма конца ХХ века, экологический кризис и перспективы биоцентризма
Комплексность кризисов и междисциплинарные направления в науке, синергетика. Классика — неклассика — постнеклассика: возвращение человека в научный дискурс — перспектива ХХI века. Маятник кросскультурного диалога Восток — Запад: очередная фаза синтеза, или информационное общество. «Уходит» ли наука на Восток?
ТЕМА 2. ЭВОЛЮЦИЯ ДИСЦИПЛИНАРНОГО ЗНАНИЯ
Лекция 8. Эволюция базовых понятий естествознания
Как писать законы и читать формулы. Креативная триада Хаос - Теос - Космос: о единстве формальных и естественных языков. Простейшие триадные законы и закономерности (законы движения Аристотеля и Ньютона, Ома, газовые законы, понятия функции и т. д.).
Эволюция базовых понятий пространства и времени от архаических представлений до современности. Геометрии Эвклида, Римана, Лобачевского, кривизна. Понятие симметрии: однородность, изотропность, обратимость пространства и времени, их связь с законами сохранения. Абсолютное пространство Ньютона. Векторы, параллельный перенос, операции над векторами (сложение, умножение, производная).
Лекция 9. От натурфилософии, через комплексы ощущений к первичной дисциплинарной дифференцировке (механика материальных точек, оптика, теплота)
Дисциплинарный рост, культурная и технологическая экспансия (механика, электродинамика, термодинамика). Пределы дисциплинарного роста, как границы междисциплинарного согласования, иллюзии классического синтеза.
Рождение дисциплин неклассической науки на попарных противоречиях синтеза классических дисциплин (релятивизм, кванты, статистика). Междисциплинарный синтез в неклассической физике: релятивистские кванты (физика элементарных частиц), квантовая статистика (квантовая физика полупроводников, металлов, сверхтекучесть, сверхпроводимость, лазер и т. д.), релятивистская статистика (общая теория относительности, классическая космология).
Финальный этап синтеза точного естествознания — релятивистская статистическая квантовая физика (theory of everything) (эффекты в первые мгновения рождения Вселенной). Естественный энергетический предел достижимости последнего синтеза. Что дальше? — постнеклассика.
ТЕМА 3. КОНЦЕПЦИИ КЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Лекция 10. Модель материальной точки
Закон движения, кинематические характеристики. Законы Ньютона. Силы в природе (тяготение, упругость, трение...) принцип суперпозиций. Закон движения Аристотеля, как предельный случай закона Ньютона для сил вязкого трения. Импульс. Область применимости законов Ньютона. Система материальных точек, закон изменения и сохранения импульса системы. Реактивное движение. Работа и энергия. Закон сохранения и изменения механической энергии. Пространство состояний, фазовый портрет.
Лекция 11. Модель абсолютно твердого тела
Число степеней свободы жестких многоатомных молекул. Поступательное и вращательное движение, два типа пространств состояний. Эвристический вывод законов динамика вращательного движения. Момент инерции, момент силы, момент импульса. Закон сохранения и изменения момента импульса системы. Гироскоп и современная навигация. Прецессия — от планет, до элементарных частиц.
Лекция 12. Модель осциллятора
Колебательный процесс вблизи положения равновесия. Спектр периодических колебаний. Резонанс. Звучание музыкальных инструментов. Разложение многомерных колебаний по нормальным модам. Распространение колебаний в пространстве: волны бегущие и стоячие, поперечные и продольные. Волновое уравнение, принцип Гюйгенса-Френеля. Явления дисперсии, интерференции, дифракции, поляризации. Цвета тонких пленок, радуга, самоцветы, радиолокация, эхо-пересмешник, спектральный анализатор — дифракционная решетка.
Лекция 13. Микро и макро-переменные
Теплота, температура и внутренняя энергия. Уравнение состояния и уравнение процесса. Первое начало термодинамики. Теплоемкости. Работа. Циклы. Коэффициент полезного действия тепловых машин и теорема Карно.
Лекция 14. Энтропия. Второе начало термодинамики
Необратимость тепловых процессов, стрела времени. Гипотеза о тепловой смерти Вселенной. Неизбежность молекулярно-кинетических представлений: температура, давление как средние микроописания. Необратимые процессы переноса: диффузия, теплопроводность, вязкость. Третье начало термодинамики.
Лекция 15. Модель поля
Взаимодействие: дальнодействие и близкодействие. Электростатика. Заряд: сохранение, инвариантность, квантованность. Закон Кулона. Силовые линии. Электрическое поле. Принцип суперпозиции. Поток. Закон Гаусса. Потенциал. Эквипотенциальные поверхности, металлы в электрическом поле. Конденсатор. Ток. Закон Ома (закон Аристотеля). Диполь. Диэлектрики. Электростатические поля в быту и природе. Пробой.
Лекция 16. Магнитостатика
Природа магнитного поля. Поле движущегося заряда. Закон Био–Савара. Сила Лоренца. Магнитосфера — магнитный щит Земли. Магнитный момент. Ферро-, диа-, и парамагнетики. Закон Гаусса для магнитного поля. Магнитные поля в быту и природе.
Лекция 17. Электродинамика
Электродвижущая сила. Циркуляция. Вихревое электрическое поле. Закон электромагнитной индукции Фарадея-Ленца. Приложения закона в технике и повседневности. Нестационарные токи, закон Ампера-Максвелла, ток смещения. Система уравнений Максвелла-Лоренца, ее решение в пустоте. Электромагнитные волны, опыты Герца и технические приложения. Медицинские аспекты электромагнетизма.
Лекция 18. Попытки классического синтеза конца ХIХ века
Противоречия между механикой и электромагнетизмом. Поиск эфира: среды-носителя электромагнитных волн. Опыты Майкельсона и Морли. Противоречия между термодинамикой и электромагнетизмом: проблема объяснения спектра излучения нагретых тел. Ультрафиолетовая катастрофа. Противоречия между механикой и термодинамикой: необратимость времени в тепловых процессах согласно второму началу термодинамики несмотря на обратимость механических уравнений движения системы частиц. Загадка изменения теплоемкости твердых тел. Кризис основ физики рубежа веков.
ТЕМА 4. КОНЦЕПЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ НЕКЛАССИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ
Лекция 19. Постулаты теории относительности Эйнштейна
Нарушение закона сложения скоростей и преобразования Галилея. Элементарное событие. Инерциальные системы отсчета. Следствия специальной теории относительности и их эвристический вывод: относительность одновременности, сокращение продольных размеров движущихся тел, замедление хода движущихся часов. Парадокс близнецов. Необходимость операционализации базовых понятий длины и интервала времени, собственные длина и время. Коммуникативная связность пространства опыта, его относительность к наблюдению из разных инерциальных систем отсчета.
Лекция 20. Преобразования Лоренца
Единое пространство-время Минковского, четырехмерные векторы. Релятивистские инварианты, пространственно-временной интервал. Мировые линии. Инвариантность причинной связи в теории относительности. Закон сложения скоростей. Релятивистская динамика; релятивистские энергия и импульс. Обобщение закона Ньютона. Четырехмерный вектор энергии импульса, его инвариант. Массивные и безмассовые частицы. Фотоны. Масса покоя.
Лекция 21. Два способа преобразования массы покоя в энергию движения — синтез и распад ядер, дефект масс
Кривая удельной энергии связи ядер химических элементов. Деление тяжелых ядер, атомная энергетика и атомное оружие. Технологические проблемы: обогащение, эксплуатация, утилизация. Термоядерный синтез легких элементов: синтез в звездах, водородная бомба. Перспективы управляемого синтеза: лазерный термояд и токамак (конструкция установки для осуществления термоядерного синтеза, как источника энергии – «Тороидальная камера магнитная» – сокращенно «Токамак» – автор советский физик Л. Арцимович).
Лекция 22. Гипотеза квантов Планка
Объяснение излучения абсолютно черного тела. Явление фотоэффекта и теория фотонов Эйнштейна. Корпускулярно-волновой дуализм света. Планетарная модель атома Резерфорда, ее недостатки. Первая квантовая модель атома Бора. Постулаты Бора. Волны материи де Бройля. Оптико-механическая аналогия и уравнение Шредингера. Вероятностная интерпретация волновой функции. Дифракция электронов.
Лекция 23. Матричная механика Гейзенберга
Операторы и современный формализм квантовой механики. Стационарные состояния, полный набор наблюдаемых. Наблюдаемая-состояние-среднее, редукция волновой функции. Плюрализм языков квантовой механики, теория представлений фон-Неймана. Квантовая вероятность и детерминированность. Соотношение неопределенности Гейзенберга и принцип дополнительности Бора. Применение боровского принципа к феноменам культуры и психики. Туннельный эффект. Распад связанных состояний. Квантование моделей классической механики.
Лекция 24. Тождественные частицы в квантовой механики
Фермионы и бозоны. Связь спина со статистикой. Принцип запрета Паули. Обоснование заполнения оболочек в периодической таблице химических элементов. Теория химической связи. Атомные и молекулярные спектры. Вращательные, колебательные, электронные. Трудности квантовой механики, ее различные интерпретации. Проблема скрытых параметров. Эффект Эйнштейна-Подольского-Розена.
Лекция 25. Вероятность как атрибут сложных систем
Понятие ансамбля в естественных и гуманитарных науках. Равновесные и неравновесные состояния. Вероятностные распределения в молекулярно-кинетической теории. Максвелл, Больцман, Гиббс, вычисление средних.
Лекция 26. Больцмановское определение энтропии ее связь с информацией и степенью упорядоченности
Классическая связь теплоемкости и степеней свободы молекул. Примирение динамического и статистического подходов — эргодическая теория.
Лекция 27. Релятивистское волновое уравнение Дирака
Наличие решений — для античастиц, невозможность нормировки. Необходимость вторичного квантования — квантованные поля. Море Дирака — квантовый вакуум. Достижения квантовой электродинамики. Виртуальные частицы, одевания и перенормировки.
Лекция 28. Четыре типа взаимодействий, гравитационное, электромагнитное, слабое, сильное
История открытия элементарных частиц. Фундаментальные фермионы стандартной модели: шесть кварков, шесть лептонов, история открытия. Фундаментальные бозоны глюоны, фотоны, W-бозоны. Гипотеза невылетания кварков, цвет, калибровочные поля, струны. Симметрии квантовых систем и феномен ее нарушения, идеи объединения разных взаимодействий.
Лекция 29. Квантовое распределение Гиббса
Квантовая ферми и бозе статистика. Зонная теория электронов. Металлы, полупроводники, диэлектрики. Модель квазичастиц, фононный газ в кристаллах, теплоемкость твердых тел.
Лекция 30. Явление сверхтекучески, бозе-конденсат
Свехпроводимость, куперовские пары. Современная теория сверхпроводимости Дж. Бардина, Л. Купера и Дж. Шриффера (БКШ–теория, опубликована в 1957 году). Лазер, когерентное излучение, голография.
Лекция 31. Общая теория относительности
Принцип эквивалентности гравитационной и инертной массы. Связь геометрии и гравитации. Уравнения для метрического тензора. Большие массы и астрофизические феномены искривления пространства и замедления времени. Эволюция звезд. Черные дыры и возможность их косвенного наблюдения.
Лекция 32. Теория великого объединения всех взаимодействий на ранних стадиях эволюции Вселенной
Теория инфляции и последовательного нарушения симметрии квантового вакуума. Антропный принцип.
Лекция 33. Перспективы физики ХIХ века
О возможности переносов естественнонаучных методов в гуманитарную сферу. О проблемах физики живых систем и психофизических феноменах. О науке и «паранауке». Место физики в науке следующего века, неизбежность ее междисциплинарной адаптации.
Роль российских ученых-лауреатов Нобелевской премии в создании современных научных представлений о мироздании: Ильи Франка, Игоря Тамма, Павла Черенкова – премия по физике за 1958 г. (за открытие эффекта Черенкова, послужившего основой для создания детекторов элементарных частиц – черенковских счетчиков – в 1934 г.); Льва Ландау – 1962 г. (за теорию конденсированной материи, в особенности жидкого гелия в 1940-х); Александра Прохорова, Николая Басова – 1964 г. (за создание квантовых генераторов и усилителей – лазеров и мазеров); Андрея Сахарова – 1975 г. (создателя советского термоядерного оружия – за правозащитную деятельность, борьбу за мир, за запрещение ядерного и термоядерного оружия); Петра Капицы – 1978 г. (за фундаментальные открытия в области физики низких температур в конце 1930-х); Жореса Алферова – 2000 г. (за исследования отдельных классов полупроводников – гетероструктур – и их использование в области информационных и коммуникативных технологий в х); Виталия Гинзбурга, Алексея Абрикосова – 2003 («за революционный вклад в теорию сверхпроводимости и сверхтекучести»). Тенденции (направления, котором совершается развитее какого-либо явления) развития естествознания (физики, химии, биологии). Единство естественных наук и тенденции их развития.
ТЕМА 5. КОНЦЕПЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ ХИМИИ
Лекция 34. Энергетика химических процессов
Химическая связь; валентность; реакционная способность. Периодическая система элементов. Неорганические и органические соединения. Катализ. Биополимеры. Комплементарность. Матричный синтез.
Роль российских ученых в развитии и становлении химии: открытие закона сохранения массы русским ученым Михаилом Васильевичем Ломоносовым (1711–1765); введение понятий химическое строение и структурная формула русским химиком Александром Михайловичем Бутлеровым (1828–1886); открытие Периодического закона и систематизация химических элементов в Периодическую систему на основе их относительного атомного веса русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834–1907); лауреатов Нобелевских премий по химии за 1956 г. и за 1977 г. .
ТЕМА 6. КОНЦЕПЦИИ И ПЕРСПЕКТИВЫ БИОЛОГИИ
Лекция 35. Особенности биологического уровня организации материи
Живое и неживое. Живые молекулы. Белки: ферменты и живые машины. Биологическое узнавание. Информационные молекулы. Самовоспроизведение. Генетический код. Принципы воспроизводства и развития живых систем. Особенности живых систем и законы термодинамики. Клетки и организмы: биологическая индивидуальности. Принципы структурной организации и регуляции метаболизма.
Лекция 36. Жизненный цикл клетки
Единство и многообразие клеточных типов. Дифференциация и интеграция функций в организме. Обеспечение целостности и постоянства внутренней среды (гомеостаза) клетки и организма. Многообразие биологических видов — основа организации и устойчивости биосферы. Принципы систематики и таксономии. Планы строения и принципы функционирования представителей основных таксонов. Эволюционное и индивидуальное развитие. Роль живых организмов в эволюции Земли. Генетика и эволюция. Основные процессы эмбриогенеза. Жизненные циклы. Биологическое время. Онтогенез и филонегез. Смерть и ее биологический смысл.
Лекция 37. Особенности физиологии основных систем организма человека
Организм как целое, его системная организация. Эндокринная система. Мозг и высшая нервная деятельность. Эмоции, творчество и работоспособность. Биосоциальные основы поведения. Стресс и тренировка. Биологический возраст. Здоровое и патологическое потомство.
Лекция 38. Биологические законы и общество
Основы биоэтики. Биологически обоснованные потребности и естественные права человека. Экология и здоровье. Парадигма биоцентризма и общественное устройство. Биополитика. Человек, биосфера и космические циклы.
Лекция 39. Популяции, сообщества, экосистемы
Принципы их организации. Формы биологических отношений в сообществах. Круговороты вещества и энергии. Биосфера, ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости. Биопродуктивность. Антропогенные воздействия на биосферу, экологический кризис и пути его преодоления. Принципы рационального природопользования. Охрана природы. Экология человека и социальная экология.
Лекция 40. Принципы взаимодействия организма и среды обитания
Факторы экологического риска и здоровье человека. Ресурсы биосферы и демографические проблемы. Биологически обоснованные права человека. Парадигмы антропоцентризма и биоцентризма в решении социальных проблем. Пути развития экономики, не разрушающей природу. Экологическое право. Что мы можем сделать для сохранения жизни на Земле?
Лекция 41. Биология ХХ века
История развития идей современной биологии в России и за рубежом. Законы генетики в жизни человека и в сельскохозяйственном производстве. Методы и возможности селекции. Биотехнология. Борьба с болезнями, продление жизни. Социально-экологический прогноз, сценарии будущего. Концепция устойчивого развития, и международное сотрудничество.
ТЕМА 7. СИНЕРГЕТИКА
Лекция 42. Междисциплинарные течения в науке ХХ века
Теория колебаний (Пуанкаре, Мандельштам, Андронов), тектология (Богданов), системный анализ (фон Берталанфи), кибернетика (Винер), теория катастроф (Том, Арнольд), синергетика (Пригожин, Хакен, Курдюмов). Понятия системы, обратных связей, цели, самоорганизации. Теория автоматического управления, робототехника, искусственный интеллект. Трансдисциплинарный резонанс в комплексных задачах: гелиотараксия (Чижевский), учение о биосфере и ноосфере (Вернадский), принцип дополнительности (Бор), универсальный эволюционизм (Моисеев), автопоэзис (Матурана, Варелла), теория сложности, динамический хаос, фрактальная геометрия и т. д..
Лекция 43. Принципы «бытия»
Креативная эволюционная триада и системный подход. Две концепции времени у Аристотеля. Четыре эволюционные фазы «Бытия» и «становления». Принципы «Бытия»: 1. Гомеостатичность, 2. Иерархичность. Теорема Пуанкаре о существовании аттракторов в диссипативных системах. Примеры в природе и обществе. Принцип иерархизации по временным масштабам и принцип подчинения Хакена. Природные и социальные приложения.
Лекция 44. Принципы «становления» I
Три «НЕ» — нелинейность, незамкнутость, неустойчивость. 3. Нелинейность — нарушение принципа суперпозиции, принцип целостности, непропорциональность отклика, достижимость границ. 4. Незамкнутость — неприменимость второго начала термодинамики, антиэнтропийные механизмы и возможность самоорганизации или режимов с обострением. 5. Неустойчивость — необходимое качество границы, сепаратрисы, неизбежность альтернатив, выбора, бифуркации. Природные и социальные приложения.
Лекция 45. Принципы «становления» II
6. Динамическая иерархичность (эмерджентность). 7. Наблюдаемость. Рождение и гибель структурных уровней, коллективные переменные — параметры порядка, круговая причинность. Относительность категорий порядка и хаоса к масштабам наблюдения. Бытие в становлении. Организация коммуникативной связности системы, как когнитивный процесс. Природные и социальные приложения.
ТЕМА 8. ТЕОРИЯ КАТАСТРОФ
Лекция 46. Флаги катастроф I
Философия нестабильности — от Пуанкаре до наших дней. Огрубленный взгляд на становление. Бифуркации и историчность развития. Диалектика и теория катастроф: универсальность, признаки и предсказуемость катастроф. Признаки (флаги) катастроф: 1. Пороговость; 2. Бимодальность; 3. Неустойчивость по начальным данным (дивергентность); 4. Гистерезис; 5. Сенситивность (нелинейный отклик системы). Природные и социальные приложения.
Лекция 47. Флаги катастроф II
Флаги предвестники: 6. Увеличение шумовых флуктуаций; 7. Замедление характерных ритмов системы (затишье перед бурей). Природные и социальные приложения. Наследственность, изменчивость, отбор в естествознании, роль флуктуаций. Бифуркационное дерево как модель эволюции природы, человека, общества.
Лекция 48. Элементарные катастрофы
Элементарная теория катастроф Р. Тома и В. Арнольда. Топология складки и сборки, идеи структурной устойчивости, грубости, универсальности. Классификация элементарных катастроф. Принцип «лома». Принцип хрупкости хорошего. Модели катастроф сборка: реальные газы, ферромагнетик, творческая личность, волнения в тюрьмах. Принцип максимального промедления и принцип Максвелла. Природные и социальные приложения.
ТЕМА 9. КАЧЕСТВЕННЫЕ МЕТОДЫ В ЭВОЛЮЦИОННЫХ ЗАДАЧАХ
Лекция 49. Общие принципы
Пространства состояний и динамическая модель. Пуанкаре – качественная теория дифференциальных уравнений. Как описать движение изнутри? — модель драйвера. Фазовый поток. Активные, консервативные, диссипативные системы. Метаморфозы структур. Диссипативные системы вдали от равновесия, Режимы с обострением. Особенности и аттракторы маломерных систем. Природные и социальные приложения.
Лекция 50. Простейшие модели
Радиоактивный распад, рост колоний бактерий и популяций, заполнение экологической ниши, рост народонаселения, информации. Преодоление режима с обострением за счет системных феноменов. Модель хищник — жертва в природе и обществе, анализ фазового портрета. Экологические модели и проблемы устойчивости, роль разнообразия видов. Прогноз в экономике, демографии, массовой культуре.
ТЕМА 10. ДИНАМИЧЕСКИЙ ХАОС
Лекция 51. Общие свойства
Переходы порядок-хаос. Универсальные сценарии перехода к хаосу: перемежаемость, период 3, каскад удвоения периода Универсальность Фейгенбаума в биологии и экономике. Диаграммы Дамарея.
Лекция 52. Развитый хаос
Странные аттракторы в климатических моделях (Лоренц). Условие возникновения хаоса. Горизонт предсказуемости. Динамический хаос, как условие адаптивности системы: медицина, биология физика. Хаос, квант и проблема времени.
Лекция 53. Фракталы
Понятие фрактала, повсеместность фрактальных объектов в природе (Б. Мандельброт). Фрактальная размерность, ее вычисление для простейших фракталов. Фрактальные структуры в динамическом хаосе, стохастичность и самоподобие. Компьютерная лекция — красота фракталов.
ТЕМА 11. САМООРГАНИЗАЦИЯ
Лекция 54. Самоорганизация в физике, химии, биологии, геологии, экологии (Галактика, Солнечная система, эволюция Земли, климат)
Сравнительный анализ эволюционных теорий. Проблемы прогноза и самоидентификации в динамическом хаосе. Антикризисные стратегии. Сценарии преодоления кризисов: силовой, вероятностный, промежуточный. Динамический хаос и обобщенная рациональность. Самоорганизованная критичность. Фликкер шум, распределение Парето. Коридоры прозрачности, русла и джокеры. Природные и социальные приложения.
Лекция 55. Синергетика и принципы гармонии
Восприятие звука, цвета, формы. Генезис золотых пропорций в системах с памятью. Метод ритмокаскадов: фрактальное моделирование сложных и иерархических систем (организм, государство, личность).
Лекция 56. Синергетика и информация
Принцип максимума информации. Клеточные автоматы. Нейрокомпьютер и перспективы искусственного интеллекта, распознавание образов. Границы дескриптивного описания, о единстве культуры событийного языка. Когнитивные графы Фейнмана и грамматики Хомского.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Лекция 57. Перспективы развития естествознания
Подведение итогов изучения курса, перспективы его развития и проблемы, требующего своего решения. О междисциплинарной методологии и принципах конвергенции естественнонаучного и гуманитарного знания, на пути к единой культуре. Универсальный эволюционизм и проблемы коэволюции сложных природных и социальных систем. Наука, философия и религия. Новые возможности диалога.
ПРАКТИЧЕСКИЕ (СЕМИНАРСКИЕ) ЗАНЯТИЯ
Занятие 1. Модели в классической физике
1. Эволюция дисциплинарного знания.
2. Классическая физика: механика; термодинамика; электромагнетизм.
3. Проблемы классического синтеза.
Литература
1. Физика и жизнь. М.–СПб.: Наука, 2001.
2. Дао физики. СПб.: Орис, 1994. [Электронный ресурс]. – http://*****/KAPRA/daofiz. txt .
3. Физика для всех. Введение в сущность и структуру физики: В 2 т. / Пер. с англ. ; Под ред. . Т. 1. Классическая физика. М.: Мир, 1973. Т. 2. Современная физика. М.: Мир, 1974.
4. Концепции современного естествознания. СПб.: ИВЭСЭП, Знание, 2004.
5. В. Концепции современного естествознания. СПб.: Питер, 2005.
Занятие 2. Модели в неклассической физике
1. Релятивистская физика; квантовая физика.
2. Статистическая физика; релятивистская квантовая физика.
3. Квантовая статистическая физика; релятивистская статистическая физика; релятивистская квантовая статистическая физика.
4. Химические системы.
Литература
1. О сверхпроводимости и о сверхтекучести. Автобиография: Сборник статей и выступлений. М.: Издательство Физико-математической литературы, 2006.
2. Суперсила. Поиски единой теории природы: Пер. с англ. /Под ред. . М.: Мир, 1989.
3. Концепции современного естествознания. СПб.: ИВЭСЭП, Знание, 2004.
4. , Концепции современного естествознания. М.: Дрофа, 2004.
5. Шкловский И. С. Вселенная, жизнь, разум / Под ред. и . М.: Наука, 1987. [Электронный ресурс]. – http://alt-future. *****/Seti/Vzr/vzr1.htm
Занятие 3. Концепции и перспективы биологии
1. От атомов к протожизни.
2. История Земли.
3. Жизнь во Вселенной.
4. Химия жизни.
5. Живые системы против энтропии.
Литература
1. , Взрыв и цветение. Нобелевские премии по медицине 1901–2002. СПб.: ДЕАН, 2003.
2. Аксиомы биологии. М.: Знание, 1982.
3. Концепции современного естествознания. СПб.: ИВЭСЭП, Знание, 2004.
4. Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки. М.–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002.
Занятие 4. Биосоциальные основы поведения
1. Биологическое многообразие. Организм.
2. Многообразие биологических видов.
3. Биологическая эволюция.
4. Индивидуальное развитие (онтогенез).
5. Человек: биологическая индивидуальность и личность.
Литература
1. Современные концепции естествознания: Курс лекций для вузов. СПб.: Лань, 2000; М.: Омега-Л, 2004.
2. Концепции современного естествознания. СПб.: ИВЭСЭП, Знание, 2004.
3. Нобелевские лауреаты: Альфред Нобель. Нобелевские премии и нобелевские институты. Биографические статьи: премии по физике, по химии, по физиологии и медицине, по экономике. – [Электронный ресурс]. – http://www. *****/nl/.
Занятие 5. Биосфера, ее эволюция, ресурсы, пределы устойчивости
1. Биосфера и цивилизация.
2. Основные концепции биологии и парадигмы нового мышления.
3. Основные достижения современной биологии.
Литература
1. , , Концепции современного естествознания: Интернет-учебник для студентов вузов. [Электронный ресурс]. М.: Московский государственный открытый университет, 1999. – Автор информационного и тестового материалов учебника – Методическая разработка компьютерного учебника и – Дизайн и программные средства Ушакова система проверки знаний отдельно по темам и для зачета. – http://nrc. *****/est/sod. html.
2. Концепции современного естествознания: Один из лучших учебников для вузов. – М.: дом «ОНИКС 21 век», 2005.
3. Концепции современного естествознания в вопросах и ответах: Учебное пособие для вузов. М.: Эксмо, 2005.
4. Концепции современного естествознания. СПб.: ИВЭСЭП, Знание, 2004.
Занятие 6. Принципы синергетики
1. Междисциплинарность и синергетика.
2. Начала эволюционно-синергетического мышления.
3. Теория катастроф.
4. Качественные методы в эволюционных задачах.
5. Динамический хаос.
6. Самоорганизация.
7. Проблемы междисциплинарного синтеза.
8. Философское прочтение биологических законов.
9. Естественно-научная, религиозная и эзотерическая картина мира.
Литература
1. Теория катастроф. М.: Едиториал УРСС, 2004.
2. Концепции современного естествознания. М.: Издательский центр «Академия», 2003.
3. Концепции современного естествознания. СПб.: ИВЭСЭП, Знание, 2004.
4. , Порядок из хаоса. Новый диалог человека с природой: Пер. с англ. М.: КомКнига, 2005.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО КУРСУ В ЦЕЛОМ (ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ/ЗАЧЕТУ)
1. Естественно-научная и гуманитарная культуры:
1) развиваются абсолютно независимо друг от друга;
2) развиваются параллельно, но независимо;
3) развиваются параллельно, оказывая взаимное влияние друг на друга.
2. Научный метод основан на следующих положениях:
1) в основе естественно-научных знаний лежат аксиомы;
2) в основе естественно-научных знаний лежит триада: наблюдение, размышление, опыт;
3) в основе естественно-научных знаний лежат философские концепции.
3. Научная картина мира:
1) является точным отображением реального мира;
2) основана только на точном эмпирическом знании;
3) является умозрительным распространением научных знаний на все природные явления.
4. Первая универсальная физико-космологическая картина мира Аристотеля:
1) основывается на научном методе, используемом в естественных науках;
2) не подтверждается опытом;
3) точно предсказывает движение небесных тел.
5. Геоцентрическая математическая модель Солнечной системы:
1) не могла быть использована для практических целей;
2) всегда противоречила наблюдаемым явлениям;
3) используется на практике и в настоящее время.
6. Первая гелиоцентрическая модель была предложена:
1) Галилеем;
2) Аристархом Самосским;
3) Птолемеем.
7. Основоположником экспериментального метода в естествознании является:
1) Аристотель;
2) Галилей;
3) Эйнштейн.
8. Чем характеризуется завершение первой научной революции (Ньютон):
1) разработкой механистической картины мира;
2) разработкой геоцентрической модели Вселенной;
3) разработкой теории относительности.
9. Какие системы отсчета называются в классической механике инерциальными:
1) которые двигаются по кругу;
2) которые покоятся или двигаются без ускорения;
3) которые двигаются со скоростью света.
10. Механистическая картина мира утверждает:
1) обратимость времени;
2) взаимозависимость пространства и времени;
3) необратимость времени.
11. Что такое классический, или лапласовский, детерминизм:
1) представление о равноправии всех инерциальных систем отсчета для описания механических явлений;
2) представление о всеобщей причинной обусловленности и однозначной предопределенности всех событий в мире;
3) представление о том, что все явления в мире подчинены ограниченному количеству неизменных законов.
12. Какая из перечисленных характеристик движения в большей степени характеризует способность тела к взаимодействию с другими телами:
1) скорость;
2) время;
3) импульс;
4) перемещение.
13. Сколько планет в настоящее время известно в Солнечной системе:
1) 8;
2) 9;
3) 10.
14. Период изменения солнечной активности равен:
1) 4 годам;
2) 7 годам;
3) 11 годам.
15. Принцип относительности утверждает, что:
1) существует состояние абсолютного покоя;
2) невозможно установить движется данная инерциальная система отсчета или покоится;
3) существует состояние абсолютного движения:
16. Какой из принципов лежит в основании теории относительности?
1) принцип абсолютной проницаемости эфира для движущихся тел;
2) принцип эквивалентности тепла и механической работы;
3) принцип постоянства скорости света в вакууме во всех инерциальных систем отсчета.
17. Запрет на движение со скоростью больше скорости света:
1) является основой принципа относительности Галилея;
2) является основой принципа относительности Эйнштейна;
3) следует из теории относительности и принципа причинности.
18. Четырехмерность пространства-времени означает:
1) трехмерность пространства изменяющегося с течением времени;
2) взаимозависимость изменения пространственных и временных характеристик при переходе от одной системы отсчета к другой;
3) необратимость времени.
19. Какое из явлений противоречит принципу причинности:
1) обучение (накопление информации) живого существа в течение его жизни;
2) расширение Вселенной;
3) вечный двигатель второго рода.
20. Принцип эквивалентности подтверждается:
1) вторым законом Ньютона;
2) законом Всемирного тяготения;
3) законом свободного падения тел.
21. Что происходит с энтропией замкнутой неравновесной системы:
1) возрастает;
2) уменьшается;
3) остается постоянной.
22. Создание информации в какой-либо подсистеме означает, что ее энтропия:
1) возрастает;
2) уменьшается;
3) остается постоянной.
23. Второе начало термодинамики:
1) является абсолютно точным законом природы;
2) не является законом природы;
3) является вероятностным законом.
24. В замкнутых системах, находящихся в неравновесном состоянии:
1) происходит переход в упорядоченное состояние;
2) происходит переход в состояние термодинамического равновесия;
3) состояние системы не изменяется.
25. Что означает понятие корпускулярно-волнового дуализма:
1) каждый микрообъект одновременно несет и корпускулярные и волновые свойства;
2) волновые свойства являются результатом совместного проявления большого числа корпускул;
3) одни из микрообъектов ансамбля, состоящего из их большого числа, являются корпускулами, а другие – волнами.
26. Необратимость во времени в поведении макросистем объясняется:
1) концепцией корпускулярно-волнового дуализма;
2) механистической картиной мира;
3) законом Всемирного тяготения.
27. Каково поведение атомов при температуре, равной абсолютному нулю:
1) они прекращают движение;
2) их движение становится упорядоченным;
3) они продолжают совершать хаотические колебания.
28. Какой из принципов обуславливает невозможность безграничной миниатюризации электронных вычислительных систем:
1) принцип неопределенности;
2) принцип относительности;
3) первое начало термодинамики.
29. В рамках современных представлений взаимодействие между частицами осуществляется:
1) мгновенно;
2) путем возмущением эфира;
3) благодаря испусканию и поглощению квантов поля.
30. Способность атома к образованию химических связей называется:
1) катализом;
2) валентностью;
3) мутацией.
31. Какие из нижеперечисленных принципов противоречат теории эволюции:
1) изменчивость;
2) наследственность;
3) целесообразность;
4) естественный отбор.
32. Хромосомная теория наследственности основана:
1) на концепции целесообразности;
2) на законе единообразия гибридов первого поколения;
3) на отклонениях от закона независимого распределения признаков.
33. Для самоорганизации в сложных системах необходимо выполнение следующих условий:
1) открытость, нелинейность, диссипативность;
2) замкнутость, нелинейность, диссипативность;
3) открытость, линейность, диссипативность.
34. При каких условиях возможен переход из состояния хаоса в упорядоченное состояние:
1) происходит в системах, невзаимодействующих с окружающей средой;
2) возможен в абсолютно детерминированных системах
3) возможен при наличии внешнего источника энергии.
35. Переход сложной системы в новое качественное состояние происходит:
1) при прохождении точки сингулярности;
2) при прохождении точки бифуркации;
3) при прохождении точки замерзания.
36. Наличие вероятностных законов при описании природных явлений подтверждает:
1) концепцию абсолютного детерминизма;
2) концепцию абсолютного индетерминизма;
2) концепцию вероятностного детерминизма.
37. Биосфера включает:
1) только живые организмы;
2) всю живую и неживую природу;
3) совокупность живых организмов и среду их обитания.
38. Основой устойчивости биосферы является:
1) многообразие видов живых организмов;
2) большое число организмов одного вида;
3) отсутствие взаимодействия между различными видами.
39. Что такое экология:
1) наука о хозяйственной деятельности;
2) охрана живых организмов;
3) наука о взаимоотношении живых организмов со средой обитания.
40. Какая из звезд быстрее закончит свой жизненный путь:
1) звезда, масса которой близка к массе Солнца;
2) звезда, масса которой значительно превышает массу Солнца;
3) звезда, масса которой значительно меньше массы Солнца.
41. Каковы современные представления о наблюдаемой Вселенной:
1) является бесконечной и вечной;
2) образовалась приблизительно 18 млрд. лет назад и расширяется;
3) образовалась приблизительно 18 млрд. лет назад и остается неизменной.
42. Что означает антропный принцип в современном естествознании:
1) человек является центром Вселенной,
2) появление человека на Земле не связано с развитием Вселенной;
3) законы природы, определяющие развитие Вселенной и существование человека, носят единый характер.
43. Структура химических элементов таблицы Менделеева:
1) определяется законом Всемирного тяготения;
2) определяется природой электромагнитного и слабого взаимодействий;
3) определяется наличием нейтронов в атомных ядрах.
44. Тепловая смерть Вселенной означает:
1) нагревание Вселенной;
2) охлаждение Вселенной;
3) термодинамическое равновесие.
45. Может ли быть наблюдаемая Вселенная бесконечной и вечной:
1) нет, так как такая Вселенная является гравитационно неустойчивой;
2) нет, так как она имеет границу;
3) да, так как она не может быть конечной.
46. Что означает расширение Вселенной:
1) увеличение размеров Солнечной системы;
2) увеличение размеров галактик;
3) удаление галактик друг от друга.
47. Какова роль периодического характера изменения солнечной активности:
1) не влияет на поведение объектов живой природы;
2) влияет на поведение объектов только живой природы;
3) синхронизует различные процессы, происходящие на Земле, в том числе и социальные.
48. Исследование каких проблем в наибольшей степени характеризует современный период развития естествознания:
1) изучение закономерностей самоорганизации сложных систем;
2) изучение законов движения материальных тел;
3) поиски теплорода.
49. Глобальный эволюционизм подтверждается:
1) теорией Большого взрыва и концепцией предбиологической эволюции в химии;
2) моделью стационарной Вселенной и концепцией предбиологической эволюции в химии;
3) механистической моделью Вселенной.
50. Учением о происхождении и эволюции космических тел и их систем является:
1) астрономия;
2) космогония;
3) космология.
ТЕМЫ И ПЛАНЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ
Тема 1. Функции современного естествознания
Введение
1. Теоретическая сфера естествознания
1.1. Интегративная функция
1.2. Объяснительная функция
1.3. Методологическая функция
1.4. Предсказательная функция
1.5. Идеологическая функция
2. Практическая сфера естествознания
2.1. Связь естественно-научной теории с практикой
2.2. Новые открытия – основа научно-технического прогресса
2.3. Фундаментальная роль естествознания в преобразовании природы
Заключение
Тема 2. Парадигмы современного естествознания
Введение
1. Понятие парадигмы
2. Парадигма эволюционизма
3. Типологизация естествознания
4. Космизация естествознания
5. Парадигма целостности
6. Гуманизация естествознания
7. Актуальность экологического мышления
Заключение
Тема 3. 
Методология и методы естественно-научного познания
Введение
1. Общая характеристика методологии естественной науки.
2. Основные методы научного естествознания.
3. Современные тенденции развития методологии естественно-научного познания.
Заключение
Тема 4. 
Натурфилософские представления и научные знания античности и Средневековья
Введение.
1. Миропонимание и научные знания древнегреческого периода античной натурфилософии
2. Древнеримский период античной натурфилософии
3. Научные достижения эпохи средневековья. Алхимия — предшественница современной химии
Заключение
Тема 5. Научные революции эпохи возрождения и нового времени
Введение
1. Первая научная революция. Смена космологической картины мира.
2. Вторая научная революция. Создание классической механики и экспериментального естествознания
3. Третья научная революция. Проблема философского метода в естествознании. Диалектизация естествознания
Заключение
Тема 6. Естественно-научная и научно-техническая революции XX века и смена типов миропонимания
Введение
1. Естественно-научная революция конца XIX — первых десятилетий XX вв.
2. Научно-техническая революция второй половины XX в. и ее естественно-научная составляющая.
3. Синергетика как новое миропонимание конца XX в.
Заключение
Тема 7. Панорама естествознания XX века
Введение
1. Физика микромира и мегамира
1.1. Атомная физика
1.2. Астрофизика. Релятивистская космология
2. Достижения в основных направлениях современной химии
3. Биология XX в.: познание молекулярного уровня жизни
3.1. Предпосылки развития современной биологии
3.2. Молекулярная биология
3.3. Расшифровка генома человека
Заключение
Тема 8. 
Пространство и время
Введение
1. Развитие представлений о пространстве и времени в доньютоновский период
2. Пространство и время в классической механике Ньютона
3. Четырехмерный мир специальной теории относительности
4. Элементы общей теории относительности
Заключение
Тема 9. 
Элементы квантовой физики
Введение
1. Открытие Планка
2. Энергия, масса и импульс фотона
3. Гипотеза де Бройля. Волновые свойства вещества
4. Принцип неопределенности Гейзенберга
5. Принцип дополнительности Бора
6. Волны вероятности. Уравнение Шредингера. Принцип причинности в квантовой механике
7. Релятивистская квантовая физика. Мир античастиц. Представление о виртуальных частицах
Заключение
Тема 10. На пути построения единой теории поля
Введение
1. Концепции, лежащие в основе построения единой теории поля
2. Структурные единицы вещества
2.1. Частицы вещества
2.2. Калибровочные кванты полей
2.3. Скалярные хиггс— бозоны
3. Единая, калибровочная природа различных типов физических взаимодействий. Спонтанное нарушение симметрии вакуума
4. Концепция вакуума в структуре современной науки. Инфляционные сценарии развития Вселенной в современной космологии
5. Антропный принцип и диалектическая концепция взаимопревращения материи и сознания
Заключение
Тема 11. Современные представления о Вселенной
Введение
1. Своеобразие глобального эволюционизма
2. Основы современной космологии
3. Крупномасштабная структура Вселенной
4. Эволюции галактик и их классификация
5. Солнечная система в Галактике
Заключение
Тема 12. Своеобразие планетарной эволюции
Введение
1. Предмет планетарного эволюционизма:;)
2. Особенности планетарного эволюционизма
3. Направленность планетарной эволюции,
4. Этапы земного развития
Заключение
Тема 13. Специфика химии, ее место в естествознании
Введение
1. Предмет познания химической науки и ее структура
2. Взаимосвязь химии и физики
3. Взаимосвязь химии и биологии
Заключение
Тема 14. Химия и научная картина природы
Введение
1. Выработка атомно-молекулярных воззрений и создание оснований химической картины природы
2. Естествознание XX столетия и открытие качественного многообразия химических частиц
3. Основные черты современной химической картины природы
Заключение
Тема 15. Концепция универсального эволюционизма
Введение
1. Сущность универсального эволюционизма
2. Концептуальные основы формирования универсального эволюционизма
3. Необходимость универсального эволюционизма для Современной науки
Заключение
Тема 16. Развитие идей об эволюции жизни
Введение
1. Глобальный эволюционизм
2. Элементы эволюционного естествознания
3. Универсальные модели эволюции
4. Идеи и модели эволюционной биологии на молекулярно-генетическом и онтогенетическом уровнях
5. Правила эволюции
6. Принцип биологической эволюции
7. Синтетическая теория эволюции
8. Гипотеза Геи-Земли
Заключение
Тема 17. Характеристика биологического уровня организации материи
Введение
1. Проблема возникновения биосферы
2. Многовариантность определения понятия «живое»
3. Три «образа» современной биологии
4. Структура организации живых систем
Тема 18. Биологическое и социальное в развитии личности
Введение
Характеристика основных подходов к проблеме соотношения биологического и социального: — эволюционная теория развития
—революционная теория развития
—вероятностная, или стохастическая, теория развития
—функциональная теория развития
Заключение
Тема 19. 
Информационные взаимодействия – основа развития естествознания в начале XXI века
Введение
1. Сущностный смысл терминов «информация», «информационное взаимодействие» и «инфосфера»
2. Научно-технические предпосылки появления информационного общества и компьютерной сети Интернет
3. Информационная экономика
4. Развитие технологий обработки информации и создание «электронного государства»
Заключение
Тема 20. Ноосфера
Введение
1. Учение о переходе биосферы в ноосферу
2. Разнообразие представлений о ноосфере
3. Новые подходы к осмыслению ноосферы.
Заключение
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ СТУДЕНТАМИ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ
Студент заочной формы обучения выбирает для контрольной работы (очной и очно-заочной форм обучения – для реферата) одну из 20 тем, предложенных выше (или одну из 150 тем учебника [16], или любую сформулированную совместно с преподавателем тему по результатам научной деятельности одного из Лауреатов Нобелевской премии [9, 16].
Контрольная работа (реферат) представляет собой анализ литературы (не менее семи источников) и подробное рассмотрение избранной темы на теоретическом уровне.
Контрольная работа (реферат) состоит из следующих частей: введение в избранную тему и ее актуальность; содержание избранной темы по вопросам (теоретическая часть с практическими иллюстрациями); заключение, в которое могут быть включены выводы и рекомендации по избранной теме; список использованной литературы.
Контрольная работа (реферат) должна (-ен) быть напечатана и оформлена (-ен) с помощью ПК.
Все текстовые материалы реферата (контрольной работы) на избранную тему представляйте:
- в распечатанном виде;
- на дискетах или компакт-дисках в текстовом редакторе Microsoft Word–2000, в виде файлов *.doc или *.rtf, имя файла – фамилия студента (студентки), например «Прекрасная. doc»;
- иллюстративные, аудио- видеоматериалы представляйте на машиночитаемых носителях в стандартных форматах. Подпишите бирки на Ваших дискетах или компакт-дисках – наименование факультета, номера группы и курса, фамилию автора. Ваши дискеты или компакт-диски должны содержать только ваши работы! (лишние файлы удалите!).
Рукопись реферата (контрольной работы) объемом в пределах от 10 до 15 страниц машинописного текста готовьте с учетом выполнения следующих требований:
- печатайте рукопись лазерным принтером на одной стороне белой бумаги формата А4 – 210x297 миллиметров, весом примерно 80–90 граммов на 1 квадратный метр, шрифтом Times New Roman, 14 кеглем через 1,5 интервала, 30 строк на одном листе белой бумаги, 60 знаков (вместе с пробелами и знаками препинания) на одной строке, что составит 1800 знаков на одной странице;
- абзацы начинайте отступом, равным трем пробелам;
- устанавливайте чистые поля вокруг текста на странице со следующими размерами: слева от текста – 2,5 см, справа – 1 см, сверху – 2 см, снизу – 2,5 см;
- применяйте сквозную нумерацию страниц рукописи от первой до последней страницы, включая обложку, титульный лист и оглавление (выбирайте место номера страницы на листе справа внизу);
- допускайте не более пяти буквенных поправок и вписанных от руки пропусков и исправлений;
- ссылки на источники приведенных в рукописи цитат указывайте в квадратных скобках с указанием номера источника в списке использованной литературы, например, [1, с. 53]
В титульный лист реферата (контрольной работы) включайте следующие сведения (образец см. в приложении):
- наименование института – Санкт-Петербургский институт внешнеэкономических связей, экономики и права;
- наименование факультета, на котором обучается студент-автор реферата (контрольной работы), например, «Юридический факультет»;
- номер курса и учебной группы, фамилия, имя и отчество (полностью) студента-автора реферата (контрольной работы), например, «студент первого курса 112 учебной группы Сергей Веховский»;
- наименование вида письменной работы, например, «Реферат» (или «Контрольная работа»);
- тема письменной работы, например, «История естествознания»;
- ученая степень, ученое звание, фамилия, имя и отчество (полностью) научного руководителя письменной работы, например, «Научный руководитель – доктор философских наук, профессор »;
- наименование города, в котором выполнена письменная работа, например, «Санкт-Петербург» (для, студентов института, обучающихся в филиале – наименование города, в котором расположен филиал, например, «Москва», «Калининград», «Хабаровск», «Бокситогорск» и т. п.);
- год выполнения письменной работы, например, «2006».
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1. Концепции современного естествознания: Один из лучших курсов лекций для вузов [Текст]. – СПб.: ИВЭСЭП, Знание, 1997. – 157 с. – СПб.: ИВЭСЭП, Знание, 2004. – 288 с.
Имеется 394 экз. в библиотеке ИВЭСЭП, продается в книжном киоске ИВЭСЭП – 90 руб.
Дополнительная
2. Концепции современного естествознания в вопросах и ответах: Учебное пособие для вузов [Текст]. – М.: Изд-во ЦЕНТР, 1998. – 208 с.; М.: Изд-во Эксмо, 2005. – 224 с. – Имеется 136 экз. в библиотеке ИВЭСЭП Цена – 160 руб.
Вспомогательная
1. Теория катастроф. М.: Едиториал УРСС, 2004. – 128 с.
2. Современные концепции естествознания: Курс лекций для вузов. СПб.: Лань, М.: Омега-Л, 2004. – 224 с.
3. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: Академия, 2003. – 608 с.
4. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов / Под ред. проф. , проф. . М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2005. – 317 с.
5. , , Естествознание: Учебное пособие для вузов [Текст]. – М.: Агар, 1996. – 384 с. – Имеется 1 экз. в библиотеке ИВЭСЭП. Цена – 150 руб.
6. , Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для вузов. СПб.: Лань, 2004. – 224 с.
7. , Взрыв и цветение. Нобелевские премии по медицине 1901–2002. СПб.: ДЕАН, 2003. – 800 с.
8. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 2005. – 287 с.
9. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для вузов. М.: ВЛАДОС, 2003. – 232 с.
10. Философия науки. Общие проблемы. М.: Гардарики, 2006. – 384 с.
11. Письменные работы в вузах. Практическое руководство для всех, кто пишет дипломные, курсовые, контрольные, доклады, рефераты, диссертации. М.: ИНФРА-М, 2002. – 127 с.
Вспомогательная [Электронный ресурс]
1. , , Концепции современного естествознания: Интернет-учебник для студентов вузов. [Электронный ресурс]. – М.: Московский государственный открытый университет, 1999. – Автор информационного и тестового материалов учебника П. – Методическая разработка компьютерного учебника и – Дизайн и программные средства – Тестовая система проверки знаний отдельно по темам и для зачета. – http://nrc. *****/est/sod. html.
2. , , Примерная программа дисциплины «Концепции современного естествознания» /Под ред. Степина B. C. [Электронный ресурс]. http://db. *****
3. Концепции современного естествознания. М.: дом «ОНИКС 21 век»: «Мир и образование», 2005. Часть 1 [Электронный ресурс] http://www. *****/x-books/xbook079/01/index. html? part-008.htm#i1098
Часть 2 [Электронный ресурс] – http://www. *****/x-books/xbook094/01/index. html? part-008.htm.
4. , Концепции современного естествознания: Полная версия одного из лучших учебно-методических комплексов для студентов вузов с эксклюзивным курсом лекций , тестовой системой, словарями терминов и персоналий, методическими рекомендациями и планом самостоятельной работы студентов по изучению дисциплины, хрестоматией [Электронная версия на компакт-диске]. – СПб.: ИВЭСЭП, 2006. – Авторы информационного и тестового материалов учебно-методического комплекса , – Дизайн и программные средства ,
5. Нобелевские лауреаты: Альфред Нобель. Нобелевские премии и нобелевские институты. Биографические статьи: премии по физике, по химии, по физиологии и медицине, по экономике. – [Электронный ресурс]. – http://www. *****/nl/.
6. Дао физики [Текст]. – СПб.: Орис, 1994. – 302 с. [Электронный ресурс]. – http://*****/KAPRA/daofiz. txt .
7. , , Синергетика и прогнозы будущего [Текст]. – М.: Эдиториал УРСС, 2001. – 346 с.
[Электронный ресурс]. – http://sky. *****/socio_etno/iphrRAS/~mifs/kkm/Vved. htm
8. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов [Текст]. – М.: Альфа-М; ИНФРА-М, 2005. – 622 с. Цена – 260 руб. [Электронный ресурс]. – http://philsci. univ. /biblio/naydish-1.html, http://philsci. univ. /biblio/naydish-title. html
9. , , Философия науки и техники [Электронный ресурс]. – http://www. *****/library/fnt/12.html.
10.Редже Тулио. Этюды о Вселенной. – [Электронный ресурс]. http://www. *****/db/msg/1172988/ev. htm
11. Краткая история времени: От Большого Взрыва до черных дыр [Текст]. – СПб.: Амфора, 2004. – 268 с. (серия «Новая эврика») Цена – 160 руб.
[Электронный ресурс]. – http://psylib. /books/hokin01/index. htm
12. Вселенная, жизнь, разум / Под ред. и . 6-е изд., доп. М.: Наука, 1987. – 320 с.
[Электронный ресурс]. – http://alt-future. *****/Seti/Vzr/vzr1.htm
12. ВЫПИСКА ИЗ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА
Естественнонаучная и гуманитарная культуры; научный метод; история естествознания; панорама современного естествознания; тенденции развития естествознания.
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 и законы сохранения; взаимодействие; близкодействие; дальнодействие; состояние; принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности; динамические и статистические закономерности в природе; законы сохранения энергии в макроскопических процессах; принцип возрастания энтропии.
Химические процессы, реакционная способность вещества.
Внутреннее строение и история геологического развития Земли; современные концепции развития геосферных оболочек; литосфера как абиотическая основа жизни; экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизико-химическая; географическая оболочка Земли.
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, человек, биосфера и космические циклы; ноосфера.
Необратимость времени; самоорганизация в живой и неживой природе; принципы универсального эволюционизма; путь к единой культуре.
ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА................................................................................................. 3
2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ КУРСА........................................................................................................ 4
3. ВИДЫ ЗАНЯТИЙ И МЕТОДИКИ ОБУЧЕНИЯ.......................................................................... 6
4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ................................ 8
5. УЧЕБНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ План КУРСА............................................................................ 11
6. ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ (СОДЕРЖАНИЕ КУРСА)....................................................... 11
7. планы ПРАКТИЧЕСКИх (семинарских) ЗАНЯТИй....................................................... 28
8. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ по курсу в целом (ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ/ЗАЧЕТУ)...... 29
9. ТЕМЫ И ПЛАНЫ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ 33
10. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ СТУДЕНТАМИ ЗАОЧНОЙ ФОРМЫ ОБУЧЕНИЯ…………………………………….…….37
11. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................... ….39
12. ВЫПИСКА ИЗ ГОСУДАРСТВЕННОГО ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО СТАНДАРТА…………………………………………………………………………………...41
