ЗМУ для КР по КСЕ

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российский государственный профессионально-педагогический университет»

Институт электроэнергетики и информатики Кафедра общей физики

ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕЁ ВЫПОЛНЕНИЮ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

для студентов заочной формы обучения всех специальностей

Екатеринбург 2012

Задания к контрольной работе и методические указания к её выполнению по дисциплине «Концепции современного естествознания». Для студентов заочной формы обучения для всех специальностей. Екатеринбург, ФГАОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2012 . 37 с.

Составители: Федорова Л.М. доцент, канд. хим. наук Конев С.Н. доцент, канд. физ.-мат. наук

Контрольные задания по дисциплине “Концепции современного естествознания” составлены в соответствии с рабочей программой «Концепции современного естествознания» (ГОС-2000) для студентов всех специальностей.

Рекомендованы к печати методической комиссией Института

©ФГАОУ ВПО “Российский государственный профессионально-педагогический университет”, 2012

Методические указания составлены в соответствии с программой курса «Концепции современного естествознания» (ГОС-2000) и предназначены для студентов заочной формы обучения.

Целью изучения дисциплины «Концепции современного естествознания» является ознакомление с естествознанием как системой наук о природе, приобретение студентами основ знаний о природных явлениях, о фундаментальных законах природы и формирование на этой основе целостного представления о Природе.

Задачи дисциплины – формирование у студентов основы научного мировоззрения, культуры мышления, расширение общего кругозора, умения понимать окружающий мир и ориентироваться в сложном многообразии

междисциплинарным курсом, основанным на комплексном историкофилософском, культурологическом и эволюционно-синергетическом подходах к современному естествознанию.

Поэтому в основу формирования содержания разделов положены не отдельные специальные естественнонаучные дисциплины, а концепции и их философское содержание, обеспечивающее целостное представление о явлениях природы на различных уровнях (физическом, химическом, биологическом и др.)

Структура и построение методических указаний обеспечивают четкую и методически правильную организацию работы при изучении дисциплины

1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО

ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ»

Раздел 1. Естествознание в системе науки и культуры

1.1.Цели, задачи и структура современного естествознания.

1.2.Естественнонаучная и гуманитарная культура.

1.3.Современная наука и её характерные черты. Функции современной науки.

1.4.Классификация наук. Фундаментальные и прикладные науки. 1.5. Естествознание и гуманитарные науки.

Раздел 2. Наука как процесс познания. Формы и методы научного познания. Структура естественнонаучного познания

2.1.Особенности научного познания. Основные формы научного познания.

2.2.Cтруктура естественнонаучного познания. Соотношение эмпирического и теоретического уровней познания.

2.3.Научный метод. Методы научного познания. Классификация методов научного познания.

2.4.Эмпирические и теоретические методы познания. Общие методы познания.

2.5.Абсолютная и относительная истина. Конкретность и критерии истины.

Раздел 3. Эволюция науки. Этапы и история развития естествознания. Научные революции

3.1.Античный период в развитии естествознания. Натурфилософия.

3.2.Средневековый период в развитии естествознания.

3.3.Естествознание эпохи Возрождения и Нового времени.

3.4.Современное естествознание, его основные черты и характерные тенденции развития.

3.5.Три глобальные научные революции в развитии науки.

Раздел 4. Научные картины мира. Этапы развития и формирования научных картин мира. Естественнонаучная картина мира

4.1.Понятие картины мира. Научная картина мира.

4.2.Картина мира Аристотеля.

4.3.Механистическая картина мира.

4.4.Электромагнитная картина мира.

4.5.Современная научная картина мира (квантово-полевая картина мира).

4.6.Понятие причинности. Закон. Динамический закон и динамические теории.

4.7.Понятие случайности. Понятие вероятности. Флуктуация. Статический закон и статические теории.

4.8.Проблема соотношения статических и динамических законов в отображении закономерностей природы.

Раздел 5. Развитие представлений о материи, пространстве, времени и движении

5.1.Представления о материи, пространстве, времени и движении мыслителей в античный период.

5.2.Классическая концепция пространства, времени и движения. Абсолютизация этих категорий. Характеристика пространства и времени в классической механике Ньютона и их основные свойства.

5.3.Электромагнитные явления. Теория электромагнитных процессов. Новое понятие «поле». Гипотеза «Мировой эфир». Опыт Майкельсона. Электронная теория материи Х. Лоренца.

5.4.Понятие пространства и времени в специальной теории относительности А. Эйнштейна. Четырехмерный пространственновременной континуум. Относительность пространства и времени.

5.5.Влияние гравитации на пространство в время в общей теории относительности А. Эйнштейна. Искривление пространства и времени в гравитационном поле.

Раздел 6. Симметрия. Принципы симметрии. Пространственновременная симметрия. Законы сохранения

6.1.Понятие симметрии и асимметрии. Инвариантность. Формы симметрии. Калибровочная симметрия.

6.2.Геометрическая симметрия – симметрия пространства и времени. Связь симметрии пространства-времени с законами сохранения классической физики.

6.3.Фундаментальные законы сохранения (законы сохранения энергии, импульса и момента импульса).. Теорема Нётер. Связь между свойствами пространства и времени с законами сохранения.

6.4.Динамическая симметрия – симметрия физических взаимодействий. Связь динамической симметрии с законами сохранения электрического заряда и лептонного заряда. Следствия динамической симметрии.

Раздел 7. Системный подход – фундаментальная концепция современного естествознания. Структурные уровни организации материи

7.1. Системный подход и его сущность. Основы системного подхода.

7.2.Целостность системы. Условия целостности системы. Аддитивные и интегративные свойства систем. Устойчивость системы.

7.3.Классификация систем. Материальные и абстрактные системы. Изолированные и неизолированные (открытые и закрытые) системы. Динамические системы.

7.4.Иерархия систем. Иерархичность природы.

7.5.Структурные уровни организации материи в живой и неживой природе. Три уровня строения материи: микромир, макромир и мегамир.

Раздел 8. Силы в природе. Фундаментальные взаимодействия в природе

8.1. Силы в природе. Взаимодействие. Физическое взаимодействие. В чем его сущность? Виды фундаментальных взаимодействий в природе.

8.2.Гравитационное и электромагнитное взаимодействия. В чем сущность концепции дальнодействия?

8.3.Фундаментальные взаимодействия, обусловливающие явления микромира. В чем сущность концепции близкодействия?

8.4.Поиски единой теории фундаментальных взаимодействий. Теория «Великого объединения».

8.5.Полевой механизм передачи энергии.

8.6.Вакуум. Физический вакуум, его современная трактовка.

Раздел 9. Микромир: концепция корпускулярно-волнового дуализма, квантовая механика

9.1.Мир элементарных частиц. Корпускулярно-волновой дуализм.

9.1.1.Структурные уровни организации материи в микромире.

9.1.2.Классификация элементарных частиц по массе, времени жизни, спину.

9.1.3.Частицы и античастицы. Аннигиляция элементарных частиц. Реальные и виртуальные частицы.

9.1.4.Корпускулярно-волновые свойства света.

9.1.5.Основная концепция микромира – корпускулярно-волновой дуализм микрочастиц. Волновой характер движения микрочастиц, гипотеза Л. Де Бройля.

9.1.6. Квантовая механика. Принцип неопределенности В. Гейзенберга. Принцип дополнительности Н. Бора. Статический метод описания микрообъектов.

9.1.7 Уравнение Э.Шредингера – основное уравнение квантовой механики. Волновая функция. Интерпретация квадрата волновой функции.

9.2. Мир атомов и молекул.

9.2.1. Концепция атомизма (от античности до современности). Современное понятие атома. Состав атома. Структура атомного ядра. Изотопы.

9.2.2.Проблема устойчивости атомных ядер. Радиоактивность. Типы радиоактивных распадов. Термоядерные реакции.

9.2.3.Квантово-механическая модель строения атома. Электронное облако. Атомная орбиталь. Квантовые числа. Энергетические уровни. Принцип запрета Паули и его следствие.

9.2.4.Электронная формула строения атома. Правило Хунда. Правило Клечковского. Валентные электроны.

9.2.5.Нормальное и возбужденное состояние атома. Валентность и степень окисления атома.

9.2.6.Электронная структура атома и его химические свойства.

9.2.7.Периодический закон Д.И. Менделеева, его физический смысл. Причина периодического изменения свойств химических элементов и их соединений.

9.2.8.Системный подход в химии. Периодическая систем Д.И.Менделеева

9.2.9.Молекула как система атомов. Химическая связь. Энергия связи.

9.2.10.Ковалентная химическая связь, механизм её образования и свойства. Донорно-акцепторная связь. Атом углерода – главный элемент органического мира.

9.2.11.Природа ионной и металлической связей. Их основные свойства.

9.2.12.Строение молекулы воды. Роль полярности ее молекул. Водородная связь. Особые свойства воды.

Раздел 10. Химические концепции современного естествознания

10.1.Вещество. Состав вещества. Учение о составе вещества –

первый уровень химических знаний.

10.2.Структура химических соединений. Структурная химия –

второй уровень химических знаний.

10.3. Процессы в веществах (термодинамика, кинетика и химическое равновесие). Учение о химических процессах – третий уровень

химических знаний.

10.3.1.Основы термодинамики и равновесная термодинамика.

10.3.2.Первое начало термодинамики и его применение. Термохимия.

10.3.3.Второе начало термодинамики. Его статическая природа. Энтропия.

10.3.4. Термодинамические потенциалы. Термодинамическое равновесие.

10.3.5. Кинетические закономерности процессов. Закон действующих масс. Правило Вант-Гоффа.

10.3.6.Катализ и его виды. Катализаторы и ингибиторы.

10.3.7.Обратимые процессы. Химическое равновесие. Принцип Ле Шателье-Брауна.

10.4.Эволюционная химия – четвертый уровень химических

знаний.

10.4.1.Эволюционные процессы в химии. Самоорганизация и саморазвитие химических систем.

10.4.2.Биокатализ – основа живого организма.

10.4.3. Общая теория химической эволюции и биогенеза А.П. Руденко. Её сущность и следствия.

Раздел 11. Макромир: концепция классического естествознания, классическая механика

11.1.Классическое естествознание. Классическая наука. Важнейшие характеристики классической науки (механистичность, метафизичность).

11.2.Классическая механика. Законы Ньютона. Роль классической механики в развитии естествознания.

11.3.Закон всемирного тяготения. В чем его сущность? Гравитационная постоянная.

11.4.В чем ограниченность классической механики? Магнитные и оптические явления.

Раздел 12. Мегамир: современные космологические и космогонические концепции

12.1.Структура Мегамира. Теория Мегамира.

12.1.1.Основные структурные уровни организации материи в Мегамире. Единицы измерения в Мегамире.

12.1.2.Общая теория относительности А. Эйнштейна – теоретическая основа современной космологии.

12.1.3.Представление о Вселенной в разные эпохи (от античности до современности).

12.2.Современные космологические концепции.

12.2.1.Космология. Современные космологические концепции. Теоретическая основа и важнейший постулат современной космологии.

12.2.2.Модель стационарной Вселенной А.Эйнштейна.

12.2.3. Модель нестационарной Вселенной. Работы А.Фридмана. Бесконечно расширяющаяся Вселенная.

12.2.4.Эффект Допплера. Закон Хаббла. Эффект красного смещения. Факт «разбегания» Галактик.

12.2.5.Модель «Большого взрыва». Космологическая сингулярность.

12.2.6.Этапы эволюции Вселенной.

12.3.Современные космогонические концепции.

12.3.1.Звезды – основная структурная единица Мегамира.

12.3.2.Звездные системы. Галактики. Форма галактик.

12.3.3.Солнце и Солнечная система.

12.3.4.Планеты и их спутники.

12.3.5.Астероиды, кометы, метеориты.

12.3.6.Земля – наша планета. Строение и форма Земли. Внутреннее строение Земли.

Раздел 13. Самоорганизация материи

13.1. Понятие самоорганизации. Открытые системы. Неравновесные системы. Самоорганизация в открытых системах. Условия самоорганизации

.

13.2.Синергетика – теория самоорганизации. Сложные системы и их моделирование. Неравновесная термодинамика.

13.3.Нелинейность. Нелинейные системы. Почему нелинейные системы являются неравновесными и открытыми системами?

13.4.Диссипативность и её формы. Диссипативные структуры. Хаос как фактор самоорганизации. Понятие хаоса в синергетике.

13.5.Закономерности самоорганизации (аттракторы, бифуркации и др.). Механизм возникновения порядка из хаоса.

Раздел 14. Биологические аспекты современного естествознания

14.1.Жизнь. Сущность жизни. Основные свойства живого.

14.2.Структурные уровни организации живой материи.

14.2.1.Молекулярно-генетический уровень.

14.2.2.Клеточный уровень.

14.2.3.Онтогенетический уровень.

14.2.4.Популяционно-видовой уровень.

14.2.5. Биосферный уровень.

14.3.Концепции возникновения жизни.

14.3.1.Концепция креационизма.

14.3.2.Концепция самопроизвольного зарождения жизни.

14.3.3.Концепция стационарного состояния.

14.3.4. Концепция панспермии.

14.3.5.Концепция биохимической эволюции.

14.4.Современные представления о появлении жизни на Земле.

14.4.1.Условия необходимые для появления жизни на Земле.

14.4.2.Формирование и развитие биосферы Земли. Этапы её развития.

14.4.3.Основные этапы эволюции органического мира. Геологическая история Земли.

14.5.Принципы биологической эволюции.

14.5.1.Искуственная и естественная классификация ( К.Линей, Ж.Б.Ламарк)

14.5.2.Теория эволюции Ч. Дарвина.

14.5.3.Механизмы и законы эволюции.

14.5.4.Методы исследования эволюции.

14.6.Генетика. Основы генетики. Методы генетики.

14.7.Генетика и эволюция.

14.7.1.Генетика о наследственности (законы Г.И. Менделя и хромосомная теория Т.Х. Моргана).

14.7.2.Генетика об изменчивости.

15.2.Современная антропологическая концепция. Этапы становления и эволюции человека.

15.3.Сходство и различие человека и животного.

15.4.Сущность человека. Биологическое и социальное в онтогенезе человека.

Раздел 16. Экологические аспекты современного естествознания.

16.1. Экосистемы (состав, структура, биотический круговорот веществ) 16.1.1. Экосистема. Состав и структура экосистемы. Биотические и

абиотические компоненты. Биоценоз, биотоп, биогеоценоз. 16.1.2. Функциональные группы организмов (автотрофы и

гетеротрофы).

16.1.3. Биотический круговорот веществ. Потоки вещества и энергии в экосистеме.

16.2. Биосфера. Основы учения о биосфере и ноосфере.

16.2.1. Биосфера. Границы и состав биосферы. Распределение живого вещества в биосфере.

16.2.2. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Вещественный состав биосферы.