Введение в курс «Концепции современного естествознания» План лекции естествознание физика химия биология 1. Требования образовательных стандартов по дисциплине КСЕ . Литература, необходимая для изучения курса 3. Цели и задачи дисциплины 4. Требования к уровню освоения содержания дисциплины . Структура современного естествознания 6. Методология естествознания 7. История естествознания 1.Требования образовательных стандартов по дисциплине КСЕ Естественнонаучная и гуманитарная культуры; научный метод; история естествознания; панорама современного естествознания; тенденции развития: корпускулярная и континуальная концепции описания природы; порядок и беспорядок в природу: хаос; структурные уровни организации материи; микро-, макро- и мега-миры; пространство, время; принципы относительности; принципы симметрии; законы сохранения; взаимодействие; близкодействие, дальнодействие; состояние; принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности; динамические и статические закономерности в природе: законы сохранения возрастания энергии энтропии; в макроскопических процессах: химические процессы, реакционная принцип способность веществ; внутреннее строение и история геологического развития Земли; современная концепция развития геосферных оболочек; литосфера как абиотическая основа жизни; экологические функции литосферы: ресурсная, геодинамическая, геофизико-геохимическая; 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. . Литература, необходимая для изучения курса Основная литература: Белкин П.Н. Концепции современного естествознания.- М.: Высшая школа, 2004.- 335 с. Бондарев В.П. Концепции современного естествознания.- М.: Альфа-М, 2003.- 462 с. Бортник Б.И., Гордеева И.В., Кожин А.В., Судакова Н.П. Концепции современного естествознания: Учебное пособие.- Екатеринбург: изд-во Урал.гос.экон.ун-та, 2008.- 216 с. Ващекин Н.П., Ващекин А.Н. Концепции современного естествознания.М.: РИОР ИНФРА-М, 2010.- 253 с. Концепции современного естествознания: Под ред. С.И.Самыгина.Ростов н/Д: Феникс, 2007.- 240 с. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания.- М.: Альфа-М: Инфра-М, 2006.- 621 с. Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания.- Ростов н/Д: Феникс, 2003.- 478 с. Романов В.П. Концепции современного естествознания: Практикум.- М.: Вузовский учебник, 2008.- 128 с. Петунин О.В. Сборник задач и упражнений по концепциям современного естествознания.- Ростов н/Д: Феникс, 2009.- 220 с. . Цели и задачи дисциплины Дисциплина «Концепции современного естествознания» имеет целью ознакомление студентов, обучающихся по экономическим, правовым и другим не инженерным специальностям, с естествознанием как системой наук о природе и формирование на этой основе целостного взгляда на окружающий мир. Эта дисциплина относится к блоку естественнонаучных дисциплин. Она посвящена изучению методологии науки и основных естественнонаучных концепций, лежащих в основе современной научной картины мира и включает в себя разделы, изучающие историю естествознаний, а также современные представления о структуре и свойствах материи в различных масштабах (микро-, макро-, мега-), эволюции жизни, человека, Вселенной. Цель дисциплины - формирование научного мировоззрения, представления о современной картине мира, освоение основных приемов и методов познавательной деятельности, необходимых современному квалифицированному специалисту. Основные задачи курса: формирование понимания необходимости воссоединения гуманитарной и естественнонаучной культур на основе целостного взгляда на мир; изучение и понимание сущности фундаментальных законов природы, составляющих каркас современных физики, химии и биологии; формирование ясного представления о физической картине мира как основе целостности и многообразия природы - от квантовой и статистической физики и химии и молекулярной биологии, от неживых систем к клеткам, живым организмам, человеку, биосфере и обществу; формирование представлений о революциях в естествознании и смене научных парадигм как ключевых этапах развития естествознания. . Требования к уровню освоения содержания дисциплины Согласно Государственному образовательному стандарту в результате изучения дисциплины КСЕ студенты должны приобрести знания: о методологии науки; о научных концепциях, общепринятых в современной науке; об истории основных естественнонаучных открытий и новейших открытиях в этой отрасли науки; об использовании естественнонаучных достижений в современной технике и технологии; о фундаментальном единстве всех естественных наук и роли должны быть естествознания в современной культуре. В ходе изучения дисциплины КСЕ у студента сформированы умения использовать: фундаментальные понятия, законы и модели классической и современной науки для интерпретации явлений природы в различных масштабах; методы теоретического и экспериментального исследований; методы оценки достоверности результатов и точности измерений; приемы оценки численных порядков величин, характерных для естествознания. Для освоения дисциплины КСЕ будет прочитано 17 лекций и проведено 17 практических занятий. Кроме этого будут проведены аудиторные и домашние контрольные работы, а по ряду тем выполнены рефераты и проведено тестирование. Принцип формирования рейтинговой оценки. Он традиционен. Для оценки аудиторной и самостоятельной работы студентов в семестре установлены три контрольных срока. Они объявлены деканатом. Общее количество баллов, которые может набрать студент - 100 баллов. Посещение лекций и практических занятий - 34 балла. Отсутствие на лекции или практическом занятии - минус 2 балла. Каждая контрольная работа и тест будут иметь свое количество баллов, которые определяет преподаватель. Для допуска до экзамена или дифференцированного зачета студент должен в семестре набрать не менее 50 баллов. Студенты, набравшие более 60 баллов и выполнившие все необходимые контрольные работы, и сдавшие тесты на положительные оценки могут рассчитывать на оценку автоматом. При этом устанавливается следующее соотношение между баллами и оценками: более 86 баллов - отлично (86 баллов пограничное количество баллов - оценка на усмотрение преподавателя); 71 - 85 баллов - хорошо; 60-70 баллов удовлетворительно. . Структура современного естествознания На первой лекции предполагается дать определение терминов (глоссарий), а затем расшифровывать эти понятия. Начнем с естествознания. Естествознание - система наук о природе, включающая естественную, техногенную и информационную среду. При этом созданная в ходе развития цивилизации среда называется техногенной. Возникло понятие «наука». Наука - составляющая культуры, система знаний, сформированная на рациональной методологической основе. Основу структуры современного естествознания составляют пять естественнонаучных отраслей, изучающих природу на качественно различных уровнях ее организации. Отрасль представляет собой систему наук фундаментальных и прикладных, исследующих определенные формы движения материи. При этом фундаментальные науки имеют основной целью получение знаний, а прикладные - возможности применения знаний. Под формой движения подразумевается специфический способ существования материального объекта - субстрата (носителя) этой формы. Каждая форма охватывает достаточно широкую область явлений, которые обладают качественным единством и подчиняются общим законам. Первый самый низкий уровень организации природы - физические системы, т.е. физические объекты разного масштаба от элементарных частиц до Вселенной. Они являются субстратами физической формы движения материи. Отрасль, изучающая материю на этом уровне, - физика. В нее входят фундаментальные (механика, квантовая механика, термодинамика, электродинамика, оптика, кристаллофизика, астрофизика, космология и др.) и прикладные (прикладная механика, электротехника, теплотехника, гидравлика, астронавтика и др.) науки. Второй уровень организации - химические системы, т.е. системы молекул разной сложности (от простых неорганических соединений до сложнейших по составу и структуре органических полимеров и биополимеров). На этом уровне реализуется химическая форма движения материи. Соответствующая отрасль наук - химия. Она также включает фундаментальные (неорганическая, органическая химия и др.) и прикладные (аналитическая, коллоидная химия и др.) науки. Кроме этого, имеются науки, объединяющие физические и химические формы движения материи (физическая химия, химическая физика и др.). Третий уровень - геологические системы, планета Земля. Форма движения - геологическая. Отрасль наук - геология. Здесь также имеют место фундаментальные науки (тектоника, геодинамика) и прикладные (геокриология, разведка месторождений полезных ископаемых и др.). Четвертый уровень - живые биологические системы. Форма движения биологическая. Отрасль наук - биология. Примеры фундаментальных наук в этой отрасли - ботаника, зоология, анатомия, цитология, физиология; прикладные - медицинская биология, ветеринария и др. Имеются смежные науки: биофизика, биохимия, рудная микробиология и др. Пятый уровень - разумные или психологические системы, организация высшей нервной деятельности. Форма движения материи - психологическая. Отрасль естествознания - психология. Это молодая отрасль, формирование которой началось в конце XIХ века. Вне сферы естественнонаучных отраслей находится самый высокий уровень организации - социальный. Ему соответствует социальная форма движения материи. Она реализуется в социальных системах, включающих в себя не только собственно общество, но и геобиологическую среду, в которой оно развивается. Следовательно, граница между естественнонаучной и социальной гуманитарной научной сферой условна. Поэтому естествознание открытая система, связанная с другой открытой системой - гуманитарными науками (социологией, историей, теоретической экономикой и др.). Отрасли естествознания связаны разветвленной сетью смежных наук: фундаментальных (физхимия, биофизика, биохимия. Геофизика, геохимия, биогеохимия и др.) и прикладных (почвоведение, агрономия, материаловедение и др.). Все науки, входящие в естествознание, излагаются на «языках науки», которые также являются отраслями наук: логика, математика, информатика. В настоящее время формируются науки, изучающие системы и системность на любом уровне организации природы, при любой форме движения материи - от физической до социальной. Это кибернетика, термодинамика сильно неравновесных систем, синергетика. Синергетика наука о сложных самоорганизующихся системах, например, экосистема, геотехническая система и т.д. . Методология естествознания Естествознание опирается на рациональные методы познания. Эти методы реализуются на двух основных уровнях познания: эмпирическом и теоретическом. На эмпирическом уровне используются следующие формы. Исходная форма знания - факты. Пути накопления фактов: наблюдение и эксперимент. Наблюдение - метод эмпирического познания, представляющий собой чувственное отражение предметов и явлений, не вносящее изменение в наблюдаемую реальность. Эксперимент - метод познания, при помощи которого явление исследуется в контролируемых и управляемых условиях для выявления факторов, на него влияющих. В ходе наблюдения и эксперимента осуществляется измерение - процесс определения количественных значений тех или иных свойств, сторон объекта с помощью специальных устройств, приборов. При измерении определяется та или иная физическая величина. Основное требование к результатам измерения - достоверность. Она непосредственно связана с воспроизводимостью эффекта или параметров, его описывающих. Последнее оценивается вычислением точности измерения. Закономерности и экспериментальные зависимости - взаимосвязи факторов, величин, выявленные в ходе наблюдения и экспериментов. На теоретическом уровне осуществляется осмысление экспериментальных материалов на основе методов логического мышления: анализа (разделение объекта на составляющие части с целью их отдельного изучения) и синтеза (соединение составных частей в целое); индукции (умозаключение от частного к общему, от фактов к гипотезе) и дедукции (вывод по правилам логики частного из общего); абстрагирования (мысленное отвлечение от тех или иных менее существенных свойств, сторон, признаков изучаемого объекта с одновременным выделением более существенных) и конкретизации (учет особенностей предмета); идеализации (мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследований) и моделирования (изучение объекта, базирующееся на соответствии некоторой части его свойств построенной копии); формализации (использование специальной символики, позволяющей отвлечься от изучения реальных объектов и оперировать вместо этого множеством символов). Теоретический уровень включает в себя следующие формы знаний. Закон - выражение объективной связи явлений и величин, их описывающих. Законы классифицируются: по области применения - фундаментальные (закон сохранения энергии) и частные (закон Ома); по конструкции - количественные (первый закон Ньютона) и качественные (законы эволюции биосферы, второй закон термодинамики); по характеру объекта - динамические, в которых превалирует необходимость и с помощью которых по известным начальным параметрам состояния конкретного объекта можно точно определить его состояние в любой момент времени (например, второй закон Ньютона), и статистические, в которых случайность является формой проявления необходимости и которые позволяют по заданным с некоторой вероятностью начальным параметрам состояния конкретного объекта определить его состояние в любой момент времени с некоторой вероятностью (например, закон радиоактивного распада). Постулаты и аксиомы - недоказываемые утверждения, которые, как правило, лежат в основе теории. Принципы - положения, также лежащие в основе теории. Гипотезы - предположительные, недостаточно обоснованные положения и утверждения. Модель - упрощенный образ (копия) реального объекта; исходные положения для создания моделей нередко формируются в виде постулатов. На основе рассмотрения поведения моделей выводятся эмпирически проверяемые следствия; часто используются мысленные эксперименты, в которых проигрываются возможные варианты поведения моделей; развитие этого метода - математическое и компьютерное моделирование. Модели бывают вербальные - на основе понятий и символов, и невербальные - на основе ассоциаций и образов. Теория - система знаний, описывающая определенную область взаимосвязанных явлений. Теория может строиться на основе эмпирических зависимостей, постулатов и принципов. Она не появляется как прямое обобщение опытных фактов, а возникает в сложном взаимоотношении теоретического мышления и эмпирического знания. Теория должна удовлетворять следующим требованиям: непротиворечивость, соответствие эмпирическим данным, возможность описать известные явления, возможность предсказать новые явления. Как и законы, которые она объединяет, теория имеет область применения, границы которой должны быть оговорены. В ходе развития науки может возникнуть новая теория, описывающая тот же круг явлений, что и прежняя, причем такая, что обе удовлетворяют приведенным выше требованиям. Тогда согласно принципу соответствия новая теория является обобщением предшествующей, имеет более широкую область применения и включает прежнюю как частный случай. Концепция (conceptio - понимание) - система взаимосвязанных и вытекающих один из другого взглядов на те или иные явления, процессы; способ понимания, трактовки событий, явлений; основополагающая идея, лежащая в основе теории или из нее вытекающая. Парадигма (paradeigma - пример, образец) - концептуальная схема, совокупность концепций, господствующая в научном сообществе в течение определенного времени, дающая модель постановки проблем и их решения. Схема парадигм представляет собой научную революцию. Научная картина мира - обобщенное представление обо всех явлениях природы, сформированное в рамках существующей парадигмы. В формировании научной картины мира существенную роль играет принцип историзма - подход к действительности как закономерно развивающейся во времени. . История естествознания В истории человечества можно выделить четыре технологические революции, которые тесно связаны с научными. Слово «технология» объединяет два понятия: «techne» - искусство, ремесло, техника и «logos» учение, наука. Таким образом, слово «технология» означает учение или наука о способах и средствах переработки вещества и энергии. Само возникновение науки можно назвать первой научной революцией. Научная революция - радикальное изменение стиля мышления, формирование новых областей знаний, новой парадигмы, а на ее основе - новая научная картина мира, возникновение новых тенденций и направлений в развитии науки. Каждой научной революции предшествует кардинальная смена исторических условий. Первая технологическая революция - аграрная - произошла 10 тыс.лет назад в античную эпоху. Она обусловлена появлением орудий труда, когда человек перестал быть кочевником и перешел от присваивающей формы ведения хозяйства к производящей, связанной с развитием земледелия и скотоводства. Первобытнообщинный строй закончил существование. Матриархат был заменен на патриархат. Вторая - промышленная - началась в XV и завершилась в XVIII веке. Она связана с появлением техники и соответствующей индустриализацией производства. Третья - научно-техническая - произошла в конце XIX - начале ХХ века; заключалась в слиянии науки, техники, производства, развитии электрификации, химизации и автоматизации производств и внедрении новых средств связи (радио, телеграф, телефон). Четвертая - информационная - произошла во второй половине ХХ века; заключается во внедрении телекоммуникаций и компьютеров.
