КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

ТЕХНОЛОГИИ И ДИЗАЙНА»

Методические указания к практическим занятиям для самостоятельной работы студентов по всем направлениям подготовки и формам обучения

Составители:

И. Г. Румынская

В. В. Безносова

Санкт-Петербург

Утверждено

на заседании кафедры физики

1604.05.2013 г, протокол № 5

Рецензент

доцент Е. П. Романова

Оригинал-макет подготовлен составителями и издан в авторской редакции

Подписано в печать... Формат 60х84 1/16, Печать трафаретная.

Усл. печ. л. 1.0. Тираж 50 экз. Заказ

Сайт: http://www.sutd.ru E-mail: phisicsutd@mail.ru

Отпечатано в типографии СПГУТД

191028, Санкт-Петербург, ул. Моховая, 26

Введение

Для бакалавров гуманитарных направлений подготовки освоение дисциплины «Концепции современного естествознания» сопряжено, как правило, со значительными сложностями. Рабочая программа по этому предмету не предусматривает подробного изучения естественных наук. Предполагается, что студенты активно владеют знаниями по физике, химии, биологии, географии и даже астрономии в объеме средней школы.

Тематика семинарских занятий, сопровождающих лекционный курс, составлена таким образом, чтобы максимально облегчить изучение трудных для понимания и усвоения понятий.

На занятиях, в соответствии с их темами, обсуждается ряд вопросов, по которым студенты самостоятельно готовят подробные сообщения – доклады. Каждый студент, независимо от того, делает он доклад на этом занятии или нет, должен готовиться по всем предложенным в рамках данной темы вопросам, с тем, чтобы активно участвовать в дискуссии. Средняя продолжительность доклада составляет около 10 минут.

Основные требования, предъявляемые к содержанию доклада и выступлению студента на занятии, можно сформулировать таким образом:

- глубокое и всестороннее ознакомление с литературными источниками и учебными материалами по обсуждаемому вопросу;

- корректное использование терминологии и демонстрация понимания её сути;

- умение выделить и проанализировать главное в рассматриваемом материале по обсуждаемой проблеме и логично изложить его в ходе доклада;

- демонстрация уверенного использования фактического и теоретического материала при ответе на поставленные в ходе обсуждения доклада вопросы.

Для того чтобы соответствовать перечисленным требованиям, выполнение которых оказывает влияние на оценку доклада преподавателем и студенческой группой, в процессе подготовки целесообразно придерживаться следующих рекомендаций:

1. Ознакомиться со списком основной и дополнительной литературы по выбранному самостоятельно или согласованному с преподавателем вопросу. Как правило, эту литературу можно найти в читальном зале библиотеки нашего университета. Возможно использование Интернет-ресурсов. Не останавливайтесь на одном источнике по данному вопросу. Это позволит вам рассмотреть различные точки зрения на проблему.

2. Проанализируйте имеющийся материал и набросайте план или схему доклада. Ни в коем случае не копируйте целые страницы по теме. Эту ошибку студенты совершают чаще всего. Выделите самое главное (основные понятия, связь между ними, имена ученых, внесших значительный вклад в разработку проблемы, даты и так далее) и изложите своими словами в виде коротких тезисов.

3. Используя эти тезисы, напишите или наберите на компьютере доклад и отпечатайте его. У вас должно получиться не больше 1-2^-х страниц текста, в который вы будете заглядывать (а не читать!) во время выступления.

4. Постарайтесь в спокойной обстановке отрепетировать сообщение – тогда вы будете лучше ориентироваться в написанных вами тезисах.

5. Если во время подготовки возникают сложности с пониманием материала, постарайтесь разрешить их с помощью преподавателя до выступления.

6. Обязательно сохраните все материалы и текст сообщения. Вы сможете воспользоваться ими при подготовке к зачету или экзамену.

Темы практических занятий

Тема 1. Научный метод. Элементы научного метода познания

Вопросы, выносимые на обсуждение:

1. Научный метод познания. Уровни научного познания.

2. Понятия гипотезы, научной теории, парадигмы.

3. Методы научного познания: наблюдение, эксперимент, индукция, дедукция, анализ, синтез, моделирование, абстрагирование.

4. Принципы верификации и фальсификации.

5. Псевдонаука и её отличительные признаки.

6. Понятие об этике научного познания.

Дополнительная литература

1. Рузавин Г.И. Методология научного исследования М.: Мир, 1999.

2. Томпсон М. Философия науки. М. 2003.

3. Канке В.А. Основные философские направления и концепции науки: Учебное пособие. М., 2004.

4. Медведев Ж.А. Взлет и падение Лысенко. М., 1993.

5. Вернадский В.И. Научная мысль как планетарное явление. М.:Наука,1991.

Тема 2. История естествознания: формирование научных программ в эпоху античности

Вопросы, выносимые на обсуждение:

1. Проблемы поиска первоначала и идеи мыслителей Ионийского периода развития греческой науки (Фалес Милетский, Анаксимандр, Гераклит).

2. Мыслители Элейской школы (Эмпедокл, Ксенофан, Парменид, Зенон). Дуализм познания.

3. Пифагор и пифагорейцы: научное мировоззрение; космология и космогония.

4. Апории Зенона и природа континуума.

5. Атомизм Левкиппа и Демокрита. Пустота и атомы.

6. Физическая картина мира по Аристотелю.

Дополнительная литература

1. Соломатин В.А. История науки: Учебное пособие. М., 2003.

2. Виргинский В.С., Хотенков В.Ф. Очерки истории науки и техники до середины ХV в. М., 1993.

3. Рожанский И.Д. Античная наука. М., 1980.

Тема 3. Становление классической физики. Механическая картина мира

Вопросы, выносимые на обсуждение:

Занятие 1.

1. Вклад Г. Галилея в развитие научной мысли.

2. Классическая механика И.Ньютона. Представления об основных характеристиках механического движения: о материальной точке и её координатах, траектории, скорости, ускорении, импульсе, силе, энергии, работе силы.

3. Законы Ньютона: 1, 2 и 3-й законы. Фундаментальность законов Ньютона.

Дополнительная литература

1. Гайденко П.П. У истоков классической механики //Вопросы философии. 1996. №5.С.80-89.

2. Трофимова Т.И.Курс физики. М.: Высшая школа, 1994.

3. Брехт Б. Жизнь Галилея. М.: Искусство, 1957.

4. Кирсанов В.С. Научная революция XVII века. М.: Наука, 1987.

5. Григорьев В.И. Силы в природе. М.: Наука, 1977.

6. Ньютон И. Математические начала натуральной философии. М.: Наука, 1989.

Занятие 2.

1. Теория Всемирного тяготения И.Ньютона. Принцип дальнодействия.

2. Принцип относительности Галилея в классической механике.

3. Детерминизм. Концепция механического детерминизма (детерминизм П.С.Лапласа).

4. Развитие корпускулярных и волновых представлений о природе света.

5. Влияние ньютоновской парадигмы на развитие культуры.

Дополнительная литература

1. Воронов В.К., Гречнева М.В., Сагдеев Р.З. Основы современного естествознания. М.: Высшая школа, 1999.

2. Гусев Д.А. Краткая история естествознания: Три научные картины мира. М.: НЦ ЭНАС, 2004.

3. Гайденко П.П. Эволюция понятия науки, становление первых научных программ. М.: Наука, 1980.

4. Мэрион Дж. Физика и физический мир. М.: Мир, 1975.

5. Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Наука, 1989.

Тема 4. Симметрия пространства и времени. Законы сохранения

Вопросы, выносимые на обсуждение:

1. Понятие и роль симметрии в естествознании.

2. Однородность пространства и закон сохранения импульса.

3. Изотропность пространства и закон сохранения момента импульса.

4. Однородность времени и закон сохранения энергии.

5. Формы энергии (механическая, тепловая, химическая, энергия связи атомного ядра и т.д.). Закон сохранения и превращения энергии.

Дополнительная литература

1. Трофимова Т.И.Курс физики. М.: Высшая школа, 1994.

2. Фейнман Р. Характер физических законов. М.: Наука, 1989.

3. Свиридов В.В. Концепции современного естествознания. СПб.: Питер, 2005.

4. Пригожин И., Стенгерс И. Время, хаос, квант. М.: Прогресс, 1999.

5 Вигнер Э. Инвариантность и законы сохранения. Этюды о симметрии. М.: Мир, 2002.

Тема 5. Концепция пространства-времени. Релятивистский мир

Вопросы, выносимые на обсуждение:

Занятие 1. Специальная теория относительности.

1. Постулаты Эйнштейна: принцип относительности, инвариантность скорости света.

2. Преобразования координат и времени Лоренца и следствия из них:

а) относительность времени;

б) сокращение размеров тела в направлении движения;

в) относительность промежутков времени.

3. Релятивистская динамика: релятивистский импульс, эквивалентность массы и энергии.

Дополнительная литература

1. Дьюрелл К. Азбука теории относительности. М.: Мир, 1970.

2. Свиридов В.В. Концепции современного естествознания. СПб.: Питер, 2005. 3. Чернин А.Д. Физика времени. М.: Наука, 1987.

4. Савельев И.В. Курс физики. Т.1: Механика. Молекулярная физика. М.: Наука, 1989.

Занятие 2. Общая теория относительности.

1. Принцип эквивалентности гравитационного поля и сил инерции.

2. Экспериментальная проверка общей теории относительности:

а) отклонение луча в поле тяготения Солнца;

б) гравитационное красное смещение;

в) замедление хода времени в поле тяготения.

3. Гравитационный радиус и гравитационный коллапс.

Дополнительная литература

1.Чирцов А.С. Концепции современного естествознания. СПб.: Бельведер, 2002.

2. Хокинг С., Млодинов Л. Кратчайшая история времени. СПб.: Амфора, 2008.

3. Вернадский В.И. Размышления натуралиста: пространство и время в живой и неживой природе. М.: Наука, 1975.

4. Пахомов Б.Я. Становление современной физической картины мира. М.: Мир, 1985.

Тема 6. Статистические методы описания природы на примере молекулярно-кинетической теории газа

Вопросы, выносимые на обсуждение:

1. Основные отличия описания состояния физических систем с помощью динамических и статистических теорий. Принцип соответствия.

2. Понятия случайности, вероятности и функции распределения случайной величины.

3. Основные положения молекулярно-кинетической теории газов.

4. Статистический подход к описанию состояния вещества на примерах

а) распределения Максвелла (распределение молекул идеального газа по скоростям);

б) распределения Больцмана (распределение молекул, находящихся под действием внешних сил, по потенциальным энергиям);

Дополнительная литература

1. Савельев И.В. Курс физики. Т.1: Механика. Молекулярная физика. М.: Наука, 1989.

2. Чирцов А.С. Концепции современного естествознания. СПб.: Бельведер, 2002.

3. Мякишев Г. Динамические и статистические закономерности в физике. М.: Мир, 1973.

4. Данин Д.С. Вероятностный мир. М.: Знание, 1981.

Тема 7. Энтропия. Принцип возрастания энтропии

Вопросы, выносимые на обсуждение:

1. Понятие энтропии (энтропия по Клаузиусу и энтропия по Больману).

2. Представление об изолированных и открытых системах. Обратимые и необратимые процессы.

3. Второй закон термодинамики. Почему этот закон можно рассматривать как физическое утверждение о направленности времени?

4. Что такое «тепловая смерть Вселенной»?

5. Энтропия открытой системы. Функция диссипации.

Дополнительная литература

1. Свиридов В.В. Концепции современного естествознания. СПб.: Питер, 2005.

2. Денбиг К. К вопросу об энтропии, беспорядке и организации.// Знание-сила. 1995. №9. С.35-40.

3. Савельев И.В. Курс физики. Т.1: Механика. Молекулярная физика. М.: Наука, 1989.

4. Чирцов А.С. Концепции современного естествознания. СПб.: Бельведер, 2002.

Тема 8. Корпускулярно-волновой дуализм. Соотношения неопределенностей

Вопросы, выносимые на обсуждение:

1. Волновые свойства света: интерференция, дифракция, поляризация.

2. Корпускулярные свойства света: фотоэффект.

3. Корпускулярно-волновой дуализм всех частиц микромира.

4. Соотношение неопределенностей. Дополнительные или канонически сопряженные переменные в микромире.

5. Квантовые флуктуации. Эффект Казимира, рождение электрон-позитронных пар в электрическом поле.

Дополнительная литература

1. Трофимова Т.И. Краткий курс физики. М.: Высшая школа, 2000.

2. Купер Л. Физика для всех. М.: Мир, 1973.

3. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М.: Мир, 1989.

4. Физический энциклопедический словарь. М.: Мир, 1995.

5. Лешкевич Т.Г. Неопределенность в мире и мир неопределенности. Ростов н/Д: Изд-во Рост. ун-та. 1994.

Тема 9. Космогония. Геологическая эволюция

Вопросы, выносимые на обсуждение:

1. Гипотезы о происхождении Солнца и планет: гипотеза Канта-Лапласа, гипотеза О.Ю. Шмидта.

2. Солнечная система. Краткая характеристика планет.

3. Модель внутреннего строения Солнца. Солнечная активность.

4. Земля: строение, химический состав оболочек, магнитное поле, электрическое поле, атмосфера и климат.

Дополнительная литература

1. Голубев В.С. Модель эволюции геосфер. М., 1990.

2. Зигель Ф.Ю. Планета Земля, её прошлое, настоящее и будущее. М., 1974.

3. Воронцов-Вельяминов Б.А. Очерки о Вселенной. М.: Наука, 1980.

4. Сурдин В.Г. Гравитация и звезды // Природа. №1, 2002.

5. Маров М.Я. Планеты Солнечной системы. М.: Наука, 1986.

6. Шкловский И.С. Звезды: их рождение, смерть. М.: Наука, 1984.

Тема 10. Процессы на химическом уровне организации материи

Вопросы, выносимые на обсуждение:

1. Краткая характеристика основных этапов развития химии.

2. Периодический закон Д.И.Менделеева.

3. Химические процессы (химические реакции, энергетика химических процессов).

4. Понятие о химической кинетике (скорость химической реакции, факторы, влияющие на реакционную способность веществ). Закон действующих масс.

5. Закон Вант-Гоффа. Принцип Ле-Шателье.

6. Катализаторы и ингибиторы химических реакций. Автокатализ.

Дополнительная литература

1. Кузнецов В.И. Общая химия: Тенденции развития. М.: Высшая школа, 1989.

2. Азимов А. Краткая история химии. Развитие идей и представлений в химии. М., 1983.

3. Глинка Н.Л. Общая химия. Л.: Химия, 1982.

4. Коровин Н.В. Общая химия. М., 2000

Тема 11. Биологический уровень организации материи. Эволюционные учения

Вопросы, выносимые на обсуждение:

Занятие 1.

1. Иерархическая организация живого.

2. Молекулярные основы жизни: аминокислоты, полипептиды, белки.

3. Нуклеиновые кислоты и их функции.

4. Генетический код.

Занятие 2.

1. Эволюционное учение Ж.Б. Ламарка.

2. Теория эволюции Ч. Дарвина. Понятия изменчивости, наследственности, естественного отбора.

3. Синтетическая теория эволюции. Понятие о популяции.

4. Факторы эволюции.

5. Понятие о макро- и микроэволюции.

Дополнительная литература

1. Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонон Н.И. Общая биология. М.: Дрофа, 1999.

2. Медников Б.М. Аксиомы биологии. М.: Знание, 1986

3. Уотсон Дж. Двойная спираль. Воспоминания об открытии структуры ДНК. М.: Мир, 1069.

4. Азимов А. Генетический код. От теории эволюции до расшифровки ДНК. М.: Центрполиграф. 2006.

5. Войткевич Г.В. Возникновение и развитие жизни на Земле. М., 1988.

6. Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. М.: Высшая школа, 1998.

7. Галл Я.М. Эволюционное учение. «Энциклопедия Кирилла и Мефодия», 2003.

8. Иорданский Н.Н. Эволюция жизни. М., 2001.

Тема 12. Биосфера и человек. Некоторые вопросы экологии

Вопросы, выносимые на обсуждение:

1. Понятие экосистемы. Элементы экосистем (биотоп, биоценоз). Виды природных экосистем.

2. Пищевые (трофические) цепи, пирамиды. Энергетические потоки в экосистемах (правило 10 %).

3. Экологические кризисы. Причины и индикаторы экологических кризисов.

4. Представление о ноосфере.

5. Понятие о биоэтике.

Дополнительная литература

1. Пехов А.П. Биология с основами экологии. СПб.: Лань, 2007.

2. Агаджанян Н.А. Экология, здоровье, качество жизни. М. Астрахань. 1996.

3. Гумилев Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. Л.,1990.

4. Тарко А.М. Антропные изменения глобальных биосферных процессов. М.: Наука, 2005.

5. Лосев К.С., Садовничий В.А. Биосфера и человечество на пути к диалогу. Учебник. М.: Изд-во МГУ. 2001.

14

Основная литература

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М.: ВЛАДОС, 2003.

2. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания. М.: Гардарики, 2003.

3. Тулинов В.Ф. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. – 2-е изд. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2004.

4. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 2005.

5. Хорошавина С.Г. Концепции современного естествознания. Курс лекций. Ростов н/Д: «Феникс» 2003.

6. Большая Советская энциклопедия. – М.: Советская энциклопедия.

7. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. М.: Академия. 2009.

15
ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ К ЭКЗАМЕНУ

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

1. Естественнонаучная и гуманитарная культуры.

2. Научный метод. Критерии научности знания.

3. История естествознания: смена научных картин мира – механической, электромагнитной, неклассической и постнеклассической.

4. Тенденции развития естествознания.

5. Корпускулярная и континуальная концепции описания природы.

6. Структурные уровни организации материи.

7. Порядок и беспорядок в природе. Хаос.

8. Симметрия.

9. Симметрия пространства и времени. Законы сохранения.

10. Принцип относительности Галилея.

11. Принцип относительности Эйнштейна.

12. Основные положения специальной теории относительности.

13. Основные принципы общей теории относительности.

14. Развитие представлений о взаимодействии. Дальнодействие и близкодействие.

15. Четыре фундаментальных взаимодействия.

16. Понятие состояния.

17. Принципы суперпозиции, неопределенности, дополнительности.

18. Динамические и статистические закономерности в природе.

19. Энтропия.

20. Второе начало термодинамики.

21. Космологические концепции современного естествознания. Модели Вселенной. Реликтовое излучение.

22. Структура Вселенной. Галактика и метагалактика. Звезды.

23. Солнечная система. Образование и строение.

24. Строение Земли.

25. Литосфера – абиотическая основа жизни. Функции литосферы.

26. Концепция глобальной геологической эволюции Земли.

27. Химические процессы. Реакционная способность. Катализаторы и ингибиторы реакций. Автокатализ.

28. Принцип Ле-Шателье и закон Вант-Гоффа.

29. Уровни организации живой материи. Особенности живых систем.

30. Биосфера и ее функции.

31. Основные эволюционные учения: учение Ж.Б. Ламарка, Ч.Дарвина, синтетическая теория эволюции.

32. Факторы эволюции.

33. Принципы эволюции в современном естествознании.

34. Генетика и эволюция. Генетический код.

35. Антропогенез.

36. Понятие об экологии.

37. Коэволюция человека и биосферы. Ноосфера.

38. Здоровье человека.

39. Биоэтика.

40. Необратимость времени.

41. Самоорганизация в живой и неживой природе.

42. Принципы универсального эволюционизма.

Поиск по сайту: