Предмет и методы естествознания
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 энергии в макроскопических процессах: принцип возрастания энтропии; химические процессы, реакционная 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.
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 естествознания в современной культуре.
В ходе изучения дисциплины КСЕ у студента должны быть сформированы умения использовать:
фундаментальные понятия, законы и модели классической и современной науки для интерпретации явлений природы в различных масштабах;
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.).
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.
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.