Учебно-методический комплекс на модульной основе дисциплины «концепции современного естествознания» вузовского компонента цикла ен. Ф для направлений бакалавриата

Критерии оценивания:

65 – 75% «3»

75,1 – 85% «4»

85,1 % «5»

ИТОГОВЫЕ ВОПРОСЫ К СОДЕРЖАНИЮ МОДУЛЯ №2

1. 
   Структура микромира. Современные представления о строении атома. Существенные особенности «атомизма» 20 в. Атомы, молекулы, вещества, надмолекулярные структуры. Основные типы химических связей. Внутри- и межмолекулярные взаимодействия. Основные агрегатные состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное. Плазма – особое состояние вещества.
   
2. 
   Классификация и характеристика элементарных частиц. Кварки.
   
3. 
   Характеристика фундаментальных физических взаимодействий (сильное, электромагнитное, слабое, гравитационное). Теория Великого объединения. Модель супергравитации.
   
4. 
   Структура мегамира. Вселенная (Метагалактика), звездные системы (галактики), звездно-планетные системы, планеты, соотношение их уровней организации. Современная (звездная) эра Вселенной.
   
5. 
   Строение и эволюция галактик. Квазары. Типы галактик. Галактики «Млечный Путь», «Магеллановы Облака», «Туманность Андромеды» и др.
   
6. 
   Классификация и характеристика небесных тел. Звезды. Пульсары. Планеты. Астероиды. Метеориты. Кометы.
   
7. 
   Строение и эволюция звёзд. Типы звёзд. Пути эволюции звёзд: различные сценарии звездных превращений. «Черные дыры» и их свойства.
   
8. 
   Строение, состав и происхождение Солнечной системы. Характеристика Солнца и планет Солнечной системы.
   
9. 
   Строение и эволюция Земли как одной из планет Солнечной системы. Уровни структурной организации геологической ветви материи: минералы – горные породы – геологические формации – над-формационные структуры (геосинклинали, геоплатформы) – земная кора. Геосфера и ее оболочки (магнитосфера, атмосфера, гидросфера, литосфера, мантия, барисфера).
   
10. 
    Уровни организации биологической ветви материи.
    
11. 
    Биологические макромолекулы – основные структурно-функциональные элементы жизни. Химический состав клетки. Основные виды биомакромолекул, их функции: углеводы, липиды, белки, нуклеиновые кислоты. Витамины. Гормоны. Метаболизм: катаболизм и анаболизм. Процесс биосинтеза белка в клетке и его регуляция. Фотосинтез. Регуляция обмена веществ и функций (внутриклеточная, гормональная, нервная).
    
12. 
    Клетка – структурная и функциональная единица живого. Основные положения клеточной теории (Т. Шванн, М. Шлейден, Р. Вирхов). Органоиды клетки, их функции. Клеточно-молекулярный уровень организации материи. Строение, функции, типы клеток. Сравнительная характеристика клеток прокариот и эукариот. Вирусы. Законы наследственности Г. Менделя. Хромосомная теория наследственности. Генотип. Фенотип. Формы изменчивости. Митоз. Мейоз. Оплодотворение и индивидуальное развитие организма. Методы генной инженерии и биотехнологии. Проблема клонирования организмов.
    
13. 
    Системный уровень организации живой материи. Строение и функции систем организма человека (кровеносной, дыхательной, пищеварительной, выделительной и др.). Строение и функции нервной системы человека. Высшая нервная деятельность. Сознание. Память.
    
14. 
    Сложные биологические системы: популяция, вид, биогеоценоз. Их особенности и иерархия. Критерии и структура вида. Популяции. Образование новых видов. Микро- и макроэволюция. Видовое многообразие.
    
15. 
    Биосферный уровень организации материи. Геосфера, биосфера, ноосфера в структурной организации материи. Единство и различие всех сфер. Концепция В.И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Современное состояние биосферы и её влияние на геосферу. Техносфера как продукт антропогенеза и техногенеза. Экологические проблемы биосферы. Антропологические факторы, лимитирующие долголетие биосферы и геосферы, пути преодоления негативных последствий этих факторов.
    
16. 
    Человек и космос. Основные направления освоения космоса.
    

МОДУЛЬ 3. Универсальный эволюционизм природы. Проблема научного описания самоорганизации материи.

АННОТАЦИЯ

Требования к обязательному минимуму содержания данного модуля дисциплины: Мировые константы в физике. Эволюционная концепция. Проблемы самоорганизации в природе. Живые системы против энтропии.
Цели модуля: сформировать общее представления о новых научных направлениях теоретического описания эволюции систем различной природы, об особенностях развития открытых систем, концепциях глобального эволюционизма и самоорганизации.
Задачи модуля: сформировать понятие диссипативной структуры, способной к самоорганизации, выявить условия, необходимые для самоорганизации диссипативных структур, ознакомление с концепциями эволюции жизни и эволюции Вселенной, овладение понятийным аппаратом естественных наук, приобретение опыта анализа информации, проникающей в массовое сознание.
Взаимосвязь модуля с другими дисциплинами учебного плана направления «Естественнонаучное образование»:

Содержание данного модуля связано с другими дисциплинами : «Математика», «Физика», «Химия», «Биология с основами экологии», «Философия».
Ожидаемые результаты освоения модуля: В результате освоения модуля студент должен обладать следующими предметными специальными компетенциями:

Знание особенностей развития открытых систем, сущности понятия диссипативная структура, способная к самоорганизации, условий, необходимых для самоорганизации диссипативных структур.

Знание истории проблем происхождения жизни, Вселенной, человека, расширяющие общепрофессиональную, фундаментальную подготовку.

Знание и использование современных научных гипотез и теорий, объясняющих биогенез, антропогенез и эволюцию Вселенной, способность к системному мышлению.

Способность генерировать новые идеи и методические решения

Способность объективно оценивать результаты своей профессиональной деятельности.

Способность понимать и глубоко осмысливать философские концепции естествознания, место естественных наук в выработке научного мировоззрения.

Владение основами методологии научного познания

Демонстрировать самостоятельность в управлении обучением

Рабочая программа модуля №3.

Проблема научного описания самоорганизации материи: ограничения, накладываемые классической (равновесной) термодинамикой. Идеи Э.С.Бауэра, Э.Шредингера об исключительной неуравновешенности живых организмов.

Понятие о диссипативных структурах и их основные свойства (И. Пригожин). Значение изучения диссипативных структур для объяснения механизмов структурной самоорганизации.

Синергетический подход к построению теории самоорганизации материи и его отличие от неравновеснотермодинамического. Предмет изучения и области применения синергетики. (Г. Хакен).

Общее понятие о новых научных направлениях теоретического описания эволюции систем различной природы (теории самодезорганизации, бифуркации, перестроек, катастроф, нелинейных колебаний и волн, эволюционика).

Симметрия – универсальное свойство природных объектов и процессов. Пространственная симметрия формы объектов. Элементы и операции симметрии. Понятие асимметрии, дисимметрии, антисимметрии. Проявление симметрии формы в мега- и макромире.

Симметрия свойств природных объектов (физических, химических, биологических). Индикатрисы изотропных и анизотропных объектов живой и неживой природы. Общность и различия симметрий формы и свойств объектов. Зеркальная симметрия – наиболее распространенный вид природной симметрии. Различия в свойствах и поведении у «правых» и «левых» природных объектов (физических, химических, биологических) и фундаментальные причины этого.

Симметрия физических явлений и процессов и ее связь с симметрией пространства и времени. Проблема роли симметрии и ее нарушений в происхождении и эволюции материального мира. Фундаментальная роль науки о симметрии в естествознании.

Универсальный эволюционизм природы. Проблема научного познания космогенеза: история, современное состояние, перспективы. Важность решения этой проблемы для естествознания. Исторические попытки теоретического описания состояния Вселенной (А.Эйнштейн, А.А.Фридман, Ж. Леметр). Гипотеза Ж. Леметра «Большого взрыва» Вселенной, ее теоретические и опытные обоснования. Закон Э.Хаббла и его значение для космологии. Гипотезы, альтернативные «Большому взрыву», и их обоснования. Общие представления о возникновении и развитии Вселенной согласно гипотезе «Большого взрыва». Хронология эволюции Вселенной (основные эры и эпохи).

Современная (звездная) эра Вселенной. Начало структурной самоорганизации вещества во Вселенной. Жизнь звезд. Различные сценарии звездных превращений. Механизмы образования легких, средних и тяжелых химических элементов во Вселенной, их распространенность в космосе. Возникновение космического молекулярного вещества.

Основные параметры Вселенной в настоящее время, методы их определения. Теоретические модели будущего развития Вселенной и три основных сценария этого процесса. Плотность вещества Вселенной как основной критерий выбора адекватной модели ее развития. Образование звездно-планетных систем – закономерный этап развития Вселенной. Основные характеристики Солнца – центрального тела солнечной системы. Параметры Солнца как звезды Галактики. Строение и состав Солнечной системы (планеты, спутники, кометы, метеориты). Земля как планета солнечной системы. Внутреннее строение Земли. Научные представления о происхождении и эволюции нашей планеты. Земля как динамическая неравновесная система.

Возникновение жизни – закономерный этап земной эволюции. Жизнь как космический феномен (В.И.Вернадский). Научные данные о сроках возникновения жизни на Земле. Проблема выбора сценария появления жизни. Гипотезы стационарного состояния и панспермии. Абиогенез как наиболее вероятный гипотетический вариант и его основные положения (А.И.Опарин, Дж. Холдейн). Опыты С.Миллера как косвенное подтверждение гипотезы Опарина-Холдейна. Химическая эволюция как второй этап биогенеза. Необходимые условия для протекания химической эволюции и научные представления об их существовании на древней Земле. Предбиологическая (биохимическая и микроструктурная) эволюция как необходимый этап возникновения живых организмов. Основные итоги предбиологической эволюции: возникновение белково-нуклеотидных комплексов, ферментов, универсального генетического кода, механизмов биологического воспроизводства (репликации, транскрипции, трансляции, белковой сборки), появление первичных клеток – протобионтов.

Научные попытки определения жизни. Два основных подхода к анализу признаков живого – «структурный» и «функциональный», их основные достижения и ограничения. Критерии жизни.

Теория эволюции живых организмов. Движущие силы эволюции.

Общие черты и качественные отличия эволюции человека в сравнении с другими биологическими видами. Этапы филогенеза гоминид, социальная и биологическая эволюция человека. Развитие мозга – магистральное направление эволюции человека. Понятие о нейронном ансамбле как функциональной единице мозга. Развитие мозга в онтогенезе и формирование интеллекта. Основные характерные черты разума, его отличия от психики животных. Связь интеллекта со структурами мозга. Происхождение земного разума как итог биологической эволюции гоминид.

Возникновение интеллекта – закономерный этап эволюции Вселенной. Креационизм и другие нематериалистические подходы к пониманию происхождения интеллекта. Антропный принцип; история и формулировки.

Будущее интеллекта и жизни как кардинальная проблема космологии. Варианты будущего Земли с позиций влияния космических и геофизических факторов. Антропогенные факторы, лимитирующие естественное долголетие биосферы и геосферы, пути преодоления негативных последствий этого.

Объективные причины, предопределяющие выход человека в космос. К.Э.Циолковский – провозвестник космической эры человечества. Космические достижения землян. Основные направления освоения космоса. Проекты заселения человеком космических объектов.

Будущее интеллекта – наиболее захватывающая проблема эволюции человека. Научные подходы к трактовке биологической эволюции человека в настоящем и будущем. Возможности интеллекта в созидании биологической судьбы человечества. Искусственный и естественный интеллекты: взаимоотношения и перспективы эволюции.

ГЛОССАРИЙ К МОДУЛЮ №3

Антропный принцип космологии - Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателя.

Античастица – элементарная частица с той же массой, что у данной частицы, но с противоположным зарядом (или магнитным моментом - для нейтральных частиц).

Биогеоценоз (экосистема) - совокупность особей разных видов, проживающих в определенном ареале со всеми абиотическими  факторами среды.

Биосфера – область распространения жизни на Земле.

Вакуум – низшее энергетическое состояние поля с нулевым числом квантов.

Виртуальная частица – элементарная частица в промежуточных (ненаблюдаемых) состояниях, рассматриваемая как существующая условно.

Гипотеза панспермии - во Вселенной вечно существуют зародыши жизни.

Гипотеза стационарного состояния - жизнь и материя, по Вернадскому, взаимосвязаны, между ними нет временной последовательности.

Диссипативные структуры – новые структуры, требующие для своего образования большого количества энергии; способны к самоорганизации.

Изотропность Вселенной означает, что ее свойства не зависят от направления.

Кибернетика – наука об общих принципах управления.

Клетка - структурная и функциональная единица живого, единица роста и развития.

Континуальный – непрерывный.

Креационизм - религиозно-идеалистический подход к пониманию происхождения жизни, согласно которому жизнь является следствием божественного творческого акта.

Нестационарность Вселенной означает, что Вселенная не может находиться в статическом состоянии, а должна либо расширяться, либо сжиматься.

Ноосфера - высшая стадия развития биосферы. Сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором развития.

Нуклеиновые кислоты – кислоты (дезоксирибонуклеиновая – ДНК - и рибонуклеиновая – РНК), присутствующие в клетках всех живых организмов. Функция нуклеиновых кислот – хранение и передача наследственной информации.

Однородность Вселенной означает однородное в среднем распределение вещества во Вселенной.

Плазма - особое агрегатное состояние вещества, которое достигается при нагревании  газов до высоких температур (10³-10⁶ К). В полностью ионизированном состоянии плазма состоит из свободных электронов и свободных "голых ядер".

Самоорганизация – процесс взаимодействия элементов, в результате которого возникает новый уровень порядка или структуры в системе.

Сингулярность – в космологии особенное состояние в «окрестностях» Большого взрыва.

Синергетика – учение о самоорганизующихся системах

Система – множество элементов, состоящих в отношениях взаимосвязи друг с другом, образующих целостность.

Структура – совокупность устойчивых связей объекта, определяющих его строение и функционирование.

Теория биохимической эволюции: жизнь возникла в результате процессов, подчиняющихся химическим и физическим законам.

Флуктуация – случайные отклонения системы от среднего положения.

Экология – учение об окружающей среде и взаимоотношениях с ней.

Элиминация – удаление, устранение.

Энтропия – физическая величина, определяющая меру неравновесности системы, степень ее удаленности от порядка.

ПЛАНЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ К МОДУЛЮ №3

Семинарское занятие № 1. Возникновение жизни – закономерный этап земной эволюции.

1. 
   Определение жизни (живого). Многогранность живого.
   
2. 
   Структурный и функциональный подходы в попытках определения жизни.
   
3. 
   Концептуальные уровни познания живого.
   
4. 
   Проблема происхождения жизни на Земле.
   
5. 
   Концепции происхождения жизни
   

Семинарское занятие № 2. Проблема происхождения Вселенной. Концепция глобального эволюционизма

1. 
   Универсальный эволюционизм природы.
   
2. 
   Исторические попытки теоретического описания состояния Вселенной (Эйнштейн, Фридман, Ж. Леметр).
   
3. 
   Гипотеза «Большого взрыва» (Леметр). Теоретические и опытные обоснования.
   
4. 
   Закон Хаббла и его значение для космологии.
   
5. 
   Хронология эволюции Вселенной (основные эры).
   
6. 
   Теоретические модели будущего развития Вселенной. Плотность вещества Вселенной как основной критерий выбора адекватной модели ее развития.
   
7. 
   Гипотеза «пульсирующей Вселенной».
   

Семинарское занятие № 3. Проблема научного описания самоорганизации материи.

1. 
   Ограничения, накладываемые классической (равновесной) термодинамикой
   
2. 
   Синергетический подход к построению теории самоорганизации материи и его отличие от неравновесно-термодинамического.
   
3. 
   Предмет изучения и области применения синергетики. (Г.Хакен).
   
4. 
   Понятие о диссипативных структурах и их основные свойства (И.Пригожин)
   
5. 
   Значение изучения диссипативных структур для объяснения механизмов структурной самоорганизации.
   
6. 
   Связи, их роль в саморегуляции.
   

Основные положения теории систем. Виды систем

Семинарское занятие № 4. Симметрия – универсальное свойство природных объектов и процессов.

1. 
   Симметрия физических явлений и процессов и ее связь с симметрией пространства и времени.
   
2. 
   Проблема роли симметрии и ее нарушений в происхождении и эволюции материального мира.
   
3. 
   Фундаментальная роль науки о симметрии в естествознании