"Естественнонаучная картина мира"
Учебно-методическое пособие
Автор: Зарипова Рая Салиховна, доцент, ФГБОУ ВО "НГПУ", Набережные Челны
В раздел высшее образование
1
Р.С.Зарипова, А.Р.Хасанова, В.Р.Махубрахманова
ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ
КАРТИНА МИРА: Организация и
проведение семинарских
занятий и самостоятельной работы
студентов
2
Авторы-составители: Р.С.Зарипова,
А.Р.Хасанова, В.Р.Махубрахманова
ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА
МИРА:
Организация и проведение семинарских
занятий и самостоятельной работы студентов
Учебно-методическое пособие
Набережные Челны, 2016
3
УДК 50(075.8)
ББК 20я73
З 34
Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «Набережночелнинский государственный педагогический университет»
Рецензенты:
Смирнова А
.
В.
– кандидат биологических наук, доцент, ФГБОУ ВО «НГПУ»
Каюмов А.Т. -
доктор философских наук, профессор, Набережночелнинский институт КФУ
З 34
Естественнонаучная картина мира. Организация и проведение семинарских занятий и самостоятельной работы студентов /авт.-сост.: Р.С.Зарипова, А.Р.Хасанова, В.Р.Махубрахманова – Набережные Челны: «НГПУ», 2016. –
63
с. Учебно-методическое пособие составлено с учетом Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки «Педагогическое образование» (квалификация «бакалавр») ©Зарипова Р.С.,2016 ©Хасанова А.Р.2016 ©Махубрахманова В.Р.2016
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ......................................................................................
Часть 1.
Организация самостоятельной работы студентов 1.1. Использование материалов рабочей программы 1.2. Рекомендации по работе с учебной и научной литературой
1.3. Рекомендации по подготовке к семинарским занятиям 1.4. Организация самостоятельной работы у студентов, обучающихся по заочной форме обучения. 1.5. Рекомендации по написанию сообщения с презентацией
ЧАСТЬ 2.
Задания для подготовки к семинарским занятиям и организации самостоятельной работы ............................................. Тема 1. Возникновение и развитие естественных наук Тема 2. Научные революции в области физики Тема 3. Самоорганизация в открытых системах. Основные принципы синергетики. Тема 4. Современная астрофизическая картина мира Тема 5. Достижения современной химии Тема 6. Биологическая картина мира. Эволюция жизни на Земле Тема 7. Человек: соотношение биологического и социального Тема 8. Достижения современной молекулярной биологии и генетики. Тема 9. «Биосфера и цивилизация»
Использованная литература ..........................................................
Приложения ......................................................................................
5 9 9 9 10 12 13 14 14 18 21 24 29 34 39 43 45 57 58
5
Предисловие
В длинных столбцах удостоверенных фактов и общепринятых мер и весов - вот где надо искать красоту.
О Генри. Учебно-методическое пособие «Естественнонаучная картина мира. Организация и проведение семинарских занятий и самостоятельной работы студентов» составлено для обучающихся по направлению подготовки «Педагогическое образование». Цель данного пособия – помочь студентам усвоить программный материал, сформировать у них умение работать с научной и методической литературой, творчески подходить к организации учебного процесса. Содержание учебно-методического пособия определено требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования, направление подготовки «Педагогическое образование». При его разработке были использованы электронный учебник «Концепции современного естествознания» (Зарипова Р.С., 2008) и другие источники, полный перечень которых приводится в списке использованной литературы. В учебно-методическом пособии представлены основные вопросы современного естествознания, раскрыты важнейшие понятия по курсу. Также в пособии даны задания по всем темам курса, в ряде случаев приведены методические материалы, необходимые для выполнения соответствующих заданий. В некоторых темах имеются задания разной сложности, что позволяет учитывать индивидуальные возможности и степень подготовленности студента. Для проверки усвоения студентами основных
6 вопросов по изучаемой дисциплине в конце тем приводятся тестовые задания, вопросы для самопроверки. Современное образование базируется на интеграции естественнонаучного и гуманитарного знания. Интеграция обусловлена тем, что студенты должны видеть необходимость с одной стороны рационального, с другой стороны образного отражения окружающего мира и места человека в этом мире, понимать различие между точными знаниями и верой, уметь анализировать и самостоятельно оценивать некритические и иногда тенденциозные интерпретации наблюдаемых явлений. «Естественнонаучная картина мира» представляет собой фундаментальную дисциплину, которая принимает участие в формировании особого типа мировоззрения, основанного на достижениях современной науки. Ценность дисциплине «Естественнонаучная картина мира» придает то, что в отличие от большинства вузовских предметов она носит интегративный характер. Подобная структурированность материала позволяет студенту не только расширить собственный кругозор, но и обусловливает осмысленный, комплексный подход к действительности, учет всех ее взаимосвязей. Основу современной естественнонаучной картины мира составляют концепции (теории, законы, модели, гипотезы, эмпирические обобщения), которые в основном возникли в ХХ веке. Однако, к современным концепциям естествознания могут быть отнесены и те положения, на которых базируется современная наука, к примеру периодический закон Д.И.Менделеева, генетические законы Г. Менделя, электромагнитная теория Дж.Максвелла. В курсе естественнонаучной картины мира освещаются пути познания человеком природы и самого себя. Цель дисциплины: формирование интеллектуальной личности, способной получить и осмыслить знания по
7 истории возникновения и развития естествознания от истоков до современного состояния; понять культурно-историческое значение естественнонаучного мировоззрения; понять общенаучную роль естествознания. Основные задачи курса: - изучение и понимание сущности фундаментальных законов природы, являющихся основой современной физики, химии и биологии; -формирование у студентов научного мировоззрения через знакомство с ведущими естественнонаучными принципами, законами и теориями; -формирование понимания необходимости интеграции гуманитарной и естественнонаучной культур на основе целостного взгляда на мир. «Естественнонаучная картина мира» не является механическим соединением традиционных естественнонаучных курсов (физики, химии, биологии, и т.д.). Основой изучаемых разделов дисциплины являются основные естественнонаучные концепции и их философское содержание, которые обеспечивают целостное представление о явлениях природы на различных уровнях (физическом, химическом, биологическом). Формируемая компетенция. Во время образовательного процесса у студента должна сформироваться общекультурная компетенция способность использовать естественнонаучные и математические знания для ориентирования в современном информационном пространстве. Формирование вышеуказанной компетенции основано на инструментальных (навыки управления информацией) и системных (способность применять знания на практике) способностях. Они формируются при выполнении следующих учебных, учебно-исследовательских и практических задач: -поиск релевантных материалов в библиотеках и в сети
8 Интернет; -решение задач, сформулированных преподавателем; -составление таблиц, схем, позволяющих в наглядной форме представить результаты систематизации информации; -подготовка презентаций с использованием оборудования; -обмен вопросами и информацией с другими студентами; -анализ конкретных ситуаций; -изложение аргументов в устной и письменной форме. Сформированность компетенции проявляется а) на уровне воспроизводства знаний и б) на уровне оперативного применения знаний в ситуациях, связанных с учебно- производственной деятельностью и проверяется разными формами и способами (табл.)
Виды контроля сформированности компетенции
Наименование составляющих компетенции Формы и способы контроля Знание и воспроизводство фундаментальных естественнонаучных понятий, основных принципов, законов и концепций современного естествознания, задач и возможностей научного метода, его специфику Тестирование; проверка заданий для самостоятельной работы; опрос на семинарских занятиях; контрольные работы Умение ориентироваться в современных естественнонаучных исследованиях, способность анализировать полученную из разных источников информацию естественнонаучного содержания, оценивать ее соответствие нормам научной достоверности и объективности подготовка сообщений, анализ представленных преподавателем цитат и отрывков из научно- популярной литературы; участие в дискуссиях, «попперовские» дебаты Применение полученных знаний в профессиональной деятельности. составление интеллект-карт; опрос на семинарах
9
Часть 1. Организация самостоятельной работы
студентов
1.1. Использование материалов рабочей программы
Изучение естественнонаучной картины мира начинается с ознакомления с содержанием рабочей программы дисциплины (РПД). РПД в электронном и бумажном видах представлена в библиотеке вуза. Рекомендуем обратить особое внимание на ожидаемые результаты, приведенные в перечне знаний и умений, которые студент должен приобрести в ходе изучения данного предмета, на содержание вопросов к текущему контролю знаний.
1.2. Рекомендации по работе с учебной и научной
литературой
Работа с учебной литературой - это, прежде всего, изучение новых понятий и определений из лекций, словаря терминов, написание краткого конспекта. Проработка лекционного материала и основных терминов поможет лучше понять и усвоить курс. Усвоение понятий из лекций и словаря терминов, как правило, проверяется в ходе текущего контроля и на зачете/экзамене. Некоторые общие рекомендации по изучению литературы: 1) цель написания конспекта по дисциплине - формирование информационной компетентности- поиск, отбор, анализ учебного материала. Эти метапредметные умения являются обязательными для любого специалиста с высшим образованием, вне зависимости от выбранного направления подготовки;
10 2) написание конспекта должно быть творческим и должно быть направлено не на копирование-переписывание текста из источников, а на смысловое чтение и краткое изложение своими словами содержания ответа. Копирование и заучивание неосмысленного текста не имеет познавательной и практической ценности; 3) при работе над конспектом возможно появление вопросов, с которыми уместно обратиться к преподавателю в ходе семинаров или в индивидуальном порядке; 4) при работе над терминами необходимо уточнение значений по словарям, энциклопедиям.
1.3.
Рекомендации
по
подготовке
к
семинарским
занятиям
Семинарские занятия нацелены на закрепление изученного материала, развитие умений и навыков подготовки докладов, сообщений (познавательные общеучебные и логические универсальные учебные действия -УУД), приобретения опыта устных публичных выступлений, ведения дискуссии, аргументации и защиты выдвигаемых положений (коммуникативные УУД), а также для контроля преподавателем степени подготовленности студентов по изучаемой дисциплине. Подготовку к семинарскому занятию рекомендуется осуществлять в следующем порядке: 1) проанализировать план семинарского занятия; 2) прочитать конспект лекции и материал по учебной литературе; 3) найти определения ключевых понятий; 4) написать небольшие конспекты к каждому вопросу семинарского занятия; 5) решить задания теста (при их наличии); 6) по согласованию с другими студентами группы выбрать один вопрос и подготовить по нему устное сообщение и
11 презентацию
.
Семинар начинается со вступительного слова преподавателя, формулирующего цель занятия и характеризующего его основную проблематику. В ходе семинара предполагается свободный обмен мнениями по избранной тематике: обсуждаются ключевые понятия, рассматриваются намеченные вопросы, возможен просмотр фрагмента фильма по теме семинара. Основная часть семинара - заслушивание сообщений студентов. Сообщение является самостоятельной работой, студентом анализируются и обобщаются публикации по заданной тематике, вырабатывается и обосновывается собственная позиции студента в отношении рассматриваемой проблемы. Подготовка сообщения требует приложения достаточно кропотливых усилий: необходимо изучить широкий круг первоисточников, монографий, статей, проанализировать и обобщать. Рекомендуемое время сообщения - 7-10 минут. К оцениванию выступления обычно привлекаются студенты. Основные критерии следующие: а) соответствие содержания и темы выступления; б) свободное изложение материала и ответы на вопросы; в) качество презентации. Сообщения заканчиваются рефлексией. В заключительном слове преподаватель подводит итоги обсуждения, где указывает на достоинства и недостатки сообщения. При подготовке к семинару студенты могут обратиться к преподавателю за консультацией: график работы преподавателя имеется на кафедре. Во второй части учебно-методического пособия указаны ключевые понятия, вопросы для рассмотрения и обсуждения, задания для самостоятельной работы, представлен список литературы для подготовки к семинарам. Кроме указанных тем, студенты могут предлагать и готовить сообщения по интересующим их темам. Качество учебной работы студентов оценивается в
12 конце семинара, в рабочий журнал проставляются баллы, которые два раза в семестр суммируются и указываются в электронной балльно-рейтинговой системе. У студента имеется право и возможность ознакомления с ними.
1.4.
Организация
самостоятельной
работы
у
студентов, обучающихся по заочной форме обучения
Требования, предъявляемые к студенту ОЗО, практически такие же, как и требования к студентам ОДО. Поэтому студентам-заочникам необходимо исключительно серьезно относиться к организации самостоятельной работы. Это обстоятельство требует соблюдения студентами заочной формы обучения определенных правил и технологии подготовки. Эта подготовка включает несколько необходимых пунктов. 1. Старосте курса следует получить на кафедре необходимые методические указания и рабочую программу по изучаемому предмету и изучить требования, предъявляемые программой учебной дисциплины. При необходимости надлежит обратиться на кафедру и/или преподавателю за указаниями и консультацией. 2. Студенту необходимо создать (рационально и эмоционально) максимально высокий уровень мотивации к последовательному и планомерному изучению дисциплины. 3. Студенту следует убедиться в наличии в библиотеке в бумажном или электронном виде рекомендуемых учебников и пособий по изучаемой дисциплине. При необходимости посетить все доступные электронные магазины, такие как, 4. Требуется постоянно, с помощью словарей и энциклопедий, в том числе электронных, уточнять значения используемых терминов и понятий. Пользование словарями,
13 справочниками должно стать привычкой. Неточное, или неправильное понимание и употребление понятийного аппарата учебной дисциплины приводит к неудовлетворительному усвоению предмета. 5. Желательно тщательно планировать время, составить план самостоятельной работы с источниками и литературой по дисциплине в виде графика работы с датами и в дальнейшем его придерживаться, не допуская аврала в сессионный период.
1.5. Рекомендации по написанию сообщения с
презентацией
1. Выберите тему. Она должна быть интересна Вам. 2. Найдите книги и статьи по выбранной теме, в том числе в интернет-ресурсах. Сделайте выписки из книг и статей. 3. Составьте план сообщения. 4. Составьте сообщение на 5-7 минут. 5. Подготовьте тезисы и иллюстрации по теме сообщения. 6. Подготовьте презентацию. Ниже представлен примерный план сообщения как образец, которого следует придерживаться при их подготовке. Тема: «Влияние космоса на биосферные процессы и на человека». Введение. 1. Сущность терминов «космос», «биосфера», «человек». 2. Космические излучения. 3. Фотопериодизм. 4. А.Л.Чижевский о влиянии солнца на социальные процессы и на жизнедеятельность человека. 5. Гипотеза Л.Н.Гумилева о пассионарности. Заключение.
14
ЧАСТЬ 2. Задания для подготовки к семинарским
занятиям и организации самостоятельной работы
Тема 1. Возникновение и развитие естественных наук
Цель:
-
сформировать представления об особенностях естествознания, структуре и методах научного познания, о взаимоотношениях естественнонаучной и гуманитарной культур; -рассмотреть основные этапы становления и развития естественнонаучной картины мира. 1.
Дать определения
ключевых понятий: Дифференциация наук. Интеграция наук. Теоретическое познание. Эмпирическое познание. Концепция. Гипотеза. Теория. Научный эксперимент. Парадигма. 2.
Вопросы для рассмотрения:
1. Что является предметом изучения естествознания? 2. В чем заключается разница между естественнонаучным и гуманитарным знанием? 3. Почему естествознание называют точным? 4. Какая разница существует между эмпирическими и теоретическими объяснениями? 5. В чем заключается сходство и различие между пониманием и интерпретацией? 6. Приведите пример естественнонаучного объяснения. 7. Какие функции в естествознании выполняет математика? 8. В чем состоят преимущества и недостатки механической картины мира? 9. Как влияют на развитие науки внешние и внутренние факторы? 10. Прокомментируйте высказывания: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю!» (Архимед).
15 «Самым поразительным по новизне и по своим неслыханным практическим последствиям в области техники является со времени Кеплера и Галилея естественнонаучное знание с его применением математической теории» (С. Ясперс). «Природа весьма согласна и подобна себе самой» (И. Ньютон). 3.
Просмотр
фрагмента
фильма
«Вклад
мусульманских
ученых в развитие естествознания».
Найти ответы на вопросы: 1. Какие естественные науки выделились из натурфилософии в самостоятельном виде впервые в мусульманском мире? 2. Какие науки получили дальнейшее развитие, в чем это проявилось? 4. Какие методы являлись основой изучения природы? 5. Когда и где появились первые университеты? Что и как изучалось? Роль университетов в развитии естествознания.
4. Сообщения с презентациями на темы:
1. Наука и техника Средневековья. 2. Галилео Галилей и его вклад в развитие механики. 3. Классическая физика Исаака Ньютона.
5
.
Задания для самостоятельной работы
1. Заполните таблицу «Основные открытия в естествознании» Наука Эпоха Возрождения Новое время 19 век 20 век Физика Химия Биология Астрономия Геология
16 Проанализируйте результаты таблицы. Когда наблюдается бурное развитие в той или иной области научного знания? Когда произошла дифференциация естествознания? 2. Заполните таблицу Характеристика Естественнонаучное знание Гуманитарное знание Объект исследования Используемые методы Особенности Пути интеграции 3. Проанализируйте приведенный перечень химических дисциплин. Что изучают эти науки? Постройте аналогичную последовательность для физики, биологии.
ХИМИЯ
Неорганическая Органическая
Физическая Аналитическая
Коллоидных
растворов
Биологическая
4. Выполните тестовые задания. 1. Одной из главных особенностей науки является… а) зависимость от личности исследователя б) подчиненность религиозным догмам в) фрагментарность г) объективность
17 2. Возможность многократной проверки полученных результатов свидетельствует о ____ научного знания
.
а) объективности б) системности в) достоверности г) универсальности 3*. Математика – это наука … а) о количественных отношениях действительности б) естественная в) междисциплинарная г) гуманитарная 4*. Отметьте признаки, характерные для гуманитарного знания: а) субъективно (опирается на язык образов) б) объективно в) субъект неизбежно участвует в исследуемом процессе) г) субъект является сторонним наблюдателем 5*. Примером интеграции естественных наук является: а) биохимия б) генетика в) геофизика г) минералогия Примечание: *-2 правильных ответа.
Литература
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. Большой новейший справочник необходимых знаний/авт.составитель А.П.Кондрашов. –М.: РИПОЛ- классик, 2007.1088 с.
18 3. Интерактивная лекция на тему: «Естественнонаучные и гуманитарные методы познания. Методология научных исследований». [электронный ресурс] URL:
Тема 2. Научные революции в области физики
Цель:
ознакомление с современными исследованиями в области физики.
1.
Дать определения
ключевых понятий: Научная картина мира. Элементарные частицы, античастицы. Барионы. Мезоны. Лептоны. Кварки. Аннигиляция. Корпускулярно-волновой дуализм. Пространственно- временной континуум. Реликтовое излучение. Физический вакуум.
2.
Вопросы для рассмотрения.
1. Кем заложены основы электромагнитной теории? 2. Какой вклад в картину мира вносит электромагнитная теория? 3. Из каких элементарных частиц «построен» атом? 4. В чем изменились взгляды на природу в связи с исследованием процессов в микромире? 5. Что нового вносит СТО в принцип относительности классической механики? 6. Как была проверена правильность ОТО? 7. Кто впервые выдвинул идею кварков? 8. Кем и когда была опровергнута концепция о неделимости атомов? 9. Что является главным инструментом исследования элементарных частиц? Где этот инструмент впервые создан? 10. Объясните высказывания: «Теория Максвелла-это уравнения Максвелла» (Г. Герц).
19 «Природа предшествует человеку, человек предшествует естествознанию» (В. Гейзенберг). «Самым непонятным в нашем мире является то, что он все- таки понятен» (А. Эйнштейн).
3.
Просмотр
фрагмента
фильма
«Большой
адронный
коллайдер».
Найти ответы на вопросы: 1. Перечислите основные направления исследований (проекты), реализуемые в ЦЕРНе. 2. В каких проектах принимали и принимают участие российские специалисты? 3. Перечислите практические разработки, полученные на установках коллайдера и использующиеся во всем мире.
4.
Подготовить сообщения с презентациями на темы:
1. История создания квантовой механики. Открытия М.Планка, Н.Бора. 2. А.Эйнштейн: специальная и общая теория относительности
5.
Задания для самостоятельной работы
1
.
Необходимо исключить лишнее: а) свойства времени: трёхмерность, анизотропность, однородность, обратимость. б) свойства пространства – абсолютность, одномерность, однородность, необратимость, изотропность. в) в специальной теории относительности имеются понятия: скорость света, неинерциальное движение, время, пространство, четырёхмерный континуум. г) в общей теории относительности рассматриваются понятия: время, пространство, инерциальное движение, тяготение, искривление пространства и времени.
20 2. К какому из видов фундаментальных взаимодействий относятся: ходьба, скатывание с горы, освещение с помощью электричества, движение планеты по орбите, источник излучения звёзд. 3. Заполните таблицу: Виды взаимодействий Радиус взаимодействия Переносчик 4. Установите соответствие между формой материи и ее определением: а) низшее энергетическое состояние квантового поля б) иерархически организованная система корпускулярных структур – кварков, нуклонов, ядер, атомов Варианты ответов: 1. физический вакуум 2. поле 3. вещество 5. Пространство и время впервые предложил объединить в четырехмерное многообразие пространство-время: а) Эйнштейн б) Лоренц в) Минковский г) Планк.
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011.
21 2. Большой новейший справочник необходимых знаний/авт.составитель А.П.Кондрашов. –М.: РИПОЛ- классик, 2007.1088 с. 3. - сайт, содержащий открытые учебники по естественнонаучным дисциплинам. 4. - сетевая энциклопедия «Кругосвет». 5.
Тема 3. Самоорганизация в открытых системах.
Основные принципы синергетики
Цель:
сформировать представление об энергии и энтропии, особенностях их изменения в открытых и закрытых системах, об основных принципах синергетики и самоорганизации.
1.
Дать
определение
понятий
: энергия, энтропия, самоорганизация, синергетика, аттрактор, бифуркация.
2. Вопросы для повторения
. 1. Что понимается под стационарным неравновесным состоянием? 2. Что представляют собой автоволновые процессы? 3. Дайте простую формулировку второго закона термодинамики. 4. Какие условия необходимы, чтобы начался процесс самоорганизации в простейших системах неорганической природы? 5. Как в лазерной установке проявляется самоорганизация? 6. Как биологи относятся к синергетике? 7. Какие системы и процессы изучаются в рамках синергетики? 8. Приведите примеры самоорганизации в живой и неживой природе.
22 9. Кто впервые выдвинул идею «тепловой смерти» Вселенной? В чем её несостоятельность по современным представлениям?
3. Игра с элементами ТРИЗ
(Формирование и закрепление навыков по теме
«
Самоорганизация»). 1.Вспомните «Сказку о рыбаке и рыбке» А.С. Пушкина и ответьте на следующие вопросы: Вопрос
1.
Перечислите узловые события этой сказки, определившие именно такой ход развития событий, который описал Пушкин? Вопрос
2.
Как мог бы закончиться процесс ловли рыбы? Вопрос
3.
Что могло бы произойти после того, как старик поймал золотую рыбку? 2. В любой сказке, как и в жизни любого человека, можно найти узловые, ключевые события. Найдите другие узловые события в следующих сказках самостоятельно. Рассмотрите одну из сказок: «Сказка о царе Салтане», «Конек-горбунок» или поэму «Руслан и Людмила». Вопрос
1.
Назовите главных действующих лиц в этой сказке? Вопрос
2.
Перечислите «судьбоносные» события этой сказки, без которых сказка бы развалилась. Вопрос
3.
Определите, какие «веера» событий могли бы быть в каждой сказке?
5. Задания для самостоятельной работы
1. Какое (-ие) утверждение (-я) верно (-ы): а) система с большей упорядоченностью имеет более низкую энтропию; в) энтропия системы не зависит от её состояния; г) возрастание энтропии повышает порядок; д) полная энергия изолированной системы остается неизменной.
23 2. Кто из приведенных в списке ученых внёс вклад в развитие синергетики: С.Хокинг, Г. Хакен, А. Эйнштейн, Дж.Максвелл, Т. Кун, И. Пригожин, Н.Бор, М.Планк, Н.И. Моисеев, 3. Исключите лишнее: а) самоорганизации характеризуется: необратимостью, линейностью, открытостью, кооперативностью, нелинейностью, неравновесностью, предсказуемостью; б) бифуркация – это плавное развитие; скачок; стабильное состояние; неустойчивое состояние; взрыв; равновесие. 4. Какое из перечисленных облучений обладает наибольшей энергией: а) микроволновое; б) инфракрасное; в) гамма-излучение; г) реликтовое излучение. 5. Возрастание энтропии физической системы ведет в ней к: а) повышению температуры; б) увеличению беспорядка; в) поышению порядка; г) переходу в стационарное состояние.
Литература
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. Хакен Г. Информация и самоорганизация. М., 1991. 3. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе. М., 1997. 4. Самоорганизация: кооперативные процессы в природе и обществе. Ч.1. М.1990.
24
Тема 4. Современная астрофизическая картина мира
Цель:
сформировать представление об основных концепциях происхождения и эволюции Вселенной, строении и истории геологического развития Земли.
1. Дать определения
терминов: сингулярность, протозвезда, звезда, планета, галактика, метагалактика, квазар, пульсар, черная дыра, красный гигант, красное смещение.
2. Вопросы для рассмотрения:
1. Что изучают следующие науки: космогония, космология, астрономия, астрофизика, космонавтика? 2. Когда появились первые космологические концепции? 3. Что значит стационарность и нестационарность Вселенной? 4. Когда и кем была разработана модель расширяющейся Вселенной? 5. Когда по стандартной модели Вселенная стала «прозрачной»? 6. Почему планету Нептун называют «планетой, открытой на кончике пера»? Какое значение имело открытие этой планеты? 7. Опишите главные атрибуты звезд, планет, комет? 8. Теория континентального дрейфа и теория тектоники литосферных плит – в чем суть? 9. Как узнать метеорит? 10. Объясните высказывание: «Уже само наше существование влечет за собой строгий отбор типов Вселенной, которую мы могли бы познать» (Дж. Барроу).
3. Просмотр фрагмента фильма «Рождение Земли».
Найти ответы на вопросы: 1. Сколько лет Земле? 2. От чего зависит формирование магнитосферы?
25 3. Откуда взялась Луна? 4. Назовите основные гипотезы появления воды на Земле. 5. Что отличало состав первичной атмосферы от нынешней? 6. Строматолиты – что это такое?
4. Подготовить сообщение с презентацией на тему:
1. Антропологический принцип Вселенной. 2. Стивен Хокинг и его взгляды на эволюцию Вселенной. 3. Проблема поиска жизни во Вселенной
5. Задания для самостоятельной работы
1. Ниже представлен пример интеллект-карты по структуре Вселенной. Используя имеющиеся понятия, заполните её до конца. Рис. Пример «скелетной» карты понятий, относящихся к структуре Вселенной
26 2. Прочитайте текст по материалам ФЭПО (Федерального интернет-тестирования) и ответьте на вопросы
.
Представьте, что с помощью машины времени организован симпозиум, на котором могут встретиться и обменяться мнениями выдающиеся мыслители и ученые различных эпох. В дискуссии о сущности материи, движения, механизмах взаимодействий участвуют: один из первых атомистов Демокрит, древнегреческий философ Гераклит, самый универсальный мыслитель античности Аристотель, основоположник первой научной картины мира (механической) Ньютон, создатель молекулярно- кинетической теории газов и основоположник электромагнитной картины мира Максвелл, один из создателей атомно-молекулярного учения Ломоносов, создатель теории относительности Альберт Эйнштейн, основоположник и вдохновитель развития квантовой механики Нильс Бор, выдающийся физик 2-й половины XX века Ричард Фейнман и известнейший физик современности Стивен Хокинг. 2.1.* В своем выступлении по вопросу о движении Гераклит заявил, что … а) все течет б) невозможно дважды войти в одну и ту же реку в) Земля все-таки вертится г) в движении атомов присутствует неизбежный элемент случайности 2.2.* Из названных участников симпозиума доказывали, что ни один материальный объект не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме …. а) Эйнштейн б) Ньютон в) Аристотель г) Фейнман
27 2.3. Установите соответствие между участником симпозиума и его мнением по вопросу о пустоте (вакууме). а) Аристотель б) Хокинг в) Демокрит 1) вакуум не пустота, а одна из форм материи, определяющая облик Вселенной; 2) вакуум – это пустое пространство, лишенное материи, которое легко создать с помощью насосов; 3) пустоты не существует, Вселенная всюду плотно заполнена материей; 4) пустота существует и, наряду с атомами, является самостоятельным началом мироздания. 3. В схеме изображено устройство Солнечной системы 3.1.* В схеме допущена серьезная ошибка, так как а) пропорции между размерами Солнца и размерами планетных орбит искажены б) не указаны все составляющие элементы солнечной
28 системы в) между размерами разных планет пропорции сильно искажены г) порядок следования планет от Солнца перепутан 3.2. * Первая научная гипотеза происхождения Солнечной системы- гипотеза Канта – Лапласа объясняла следующие особенности ее устройства … а) планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении б) орбиты планет лежат практически в одной плоскости в) имеется два класса планет: земная группа- каменистые планеты и гиганты, состоящие из газа г) легкие химические элементы играют доминирующая роль в составе всех планет-гигантов Примечание: *-2 правильных ответа. 4. Ознакомьтесь с суждением К.Э. Циолковского об обитаемости планет с газовыми оболочками. «Всё же вывод такой: большинство крупных планет, или, вернее, планет с газовыми оболочками, или есть, или было, или будет обитаемо» [6]. Ответьте на вопросы: можно ли приведенное высказывание К.Э Циолковского назвать научным? Согласны ли вы с мнением философа об обитаемости (в том числе потенциальной) планет с газовыми оболочками?
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011 2.Большой новейший справочник необходимых знаний/ авт.составитель А.П.Кондрашов. –М.: РИПОЛ-классик, 2007.1088 с.
29 3. С.Хокинг.Краткая история времени: от Большого взрыва до черных дыр. М.: 2006.
Тема 5. Достижения современной химии
Цель:
сформировать представление об основных концепциях современной химии и современных химических технологиях 1.
Дать определения
ключевых понятий: Атом. Молекула. Соединение. Структурная формула. Химический элемент. Изотоп. Катализатор. Фермент. 2.
Вопросы для рассмотрения.
1. Какие задачи ставили алхимики? 2. Кто создал теорию химического строения вещества? 3. Чем отличается формулировка периодического закона элементов, данная Д.И.Менделеевым от современной формулировки? 4. В чем отличие простого и сложного веществ? 5. Какую роль играет вода в живых системах? 6. Современные эффективные катализаторы: где применяются и что они из себя представляют? Приведите примеры. 7. Охарактеризуйте наиболее распространенные металлоорганические соединения. 8. Приведите примеры применения современных химических технологий. 9. Что является объектом изучения космохимии? Каким образом изучается химический состав космических объектов? 10. В чем отличие лунных пород от земных?
3. Подготовить сообщения с презентациями на темы:
1. Качественное многообразие химических элементов.
30 2. Перспективы применения новых материалов. 3. А.П.Руденко и его теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем.
4. Проблемная работа «Химические основы жизни»
Для выполнения работы присутствующие делятся на несколько групп. Работа может выполняться как устно, так и письменно. Студентам предлагается обоснованно ответить на любые 3 вопроса. Все остальные ответы рассматриваются как бонусные. Вопросы: 1. Китайская кухня известна во всем мире, но она почти не содержит молочных продуктов. В чем причина, если с детства человек знает, что молоко обладает высокой пищевой ценностью? 2. В живом организме избыток глюкозы, не используемой для энергетических нужд, переносится кровотоком в печень и превращается в животный крахмал – гликоген, который при необходимости снова разлагается до глюкозы. Почему глюкоза запасается в виде крахмала, являющегося полимером, а не в мономерной форме? 3. Многие люди любят сладкое. Почему нельзя питаться одним сахаром? 4. Вегетарианцы, как известно, не употребляют в пищу мясо и другие продукты животного происхождения. Откуда в их организм поступают белки? 5. Пиво и сухое вино образуются в процессе брожения (ферментации) сахарозы или крахмала, содержащегося в солоде и винограде. Почему с помощью одного только процесса брожения нельзя получить пиво и вино с концентрацией спирта (этанола) выше 15,5 %? 6. Содержание углеводов в листьях и клубнях растений составляет почти 90% сухого веса. В клетках мышц и печени животных углеводов 5%, а в других клетках – менее 1%. Чем
31 можно объяснить такое различие в количестве углеводов животных и растительных клеток? 7. Молочные продукты являются источником витаминов А и В 2 , а также минеральных солей. Объясните, с каким из компонентов молока связан каждый из витаминов? Источником какого химического элемента в нашей диете являются молочные продукты?
5.
Просмотр
фрагмента
из
фильма
«Нанотехнологии».
Найти ответы на вопросы: 1. «Внизу полным полно места»- как Вы понимаете это высказывание Фейнмана? Какие материалы могут называться наноматериалами? 2.Микроэлектронные технологии можно ли называть нанотехнологией? 3. Где, в каких отраслях промышленности применяются достижения современной химии?
6.
Задания для самостоятельной работы:
Выполните тестовые задания. 1) Эпоха рекомбинации в эволюции химических элементов это время: а) раздельного существования электронов, протонов и нейтронов микромира; б) отрыва электронов от ядер атомов водорода и гелия и их свободное движение в виде космических лучей; в) захват и удержание электронов ядрами атомов водорода; г) захват и удержание протонами свободных нейтронов. 2. Установите соответствие между химическим элементом и его функцией в организме: а) железо б) углерод
32 в) иод 1) микроэлемент, входящий в состав гормонов, стимуляторов; 2) органоген- элемент живого мира, входящий в структурную основу многообразия белков; 3) макроэлемент, обеспечивающий транспорт кислорода в крови. 3. Установите соответствие между названием стадии в концепции биохимической эволюции и примером изменений, происходящих на этой стадии: а) абиогенез; б) коацервация; в) эволюция; 1) концентрирование органических молекул и образование полимеров; 2) синтез органических молекул из неорганических газов; 3) возникновение автотрофов, образование восстановительной атмосферы молодой Земли. 4. Установите соответствие между свойством воды и его значением для жизни на Земле: а) высокая полярность молекулы в) аномальная плотность в твердом состоянии г) высокая теплота испарения; 1) возможность существования жизни в замерзающих водоемах; 2) регуляция температуры тела в процессе потоотделения; 3) высокая растворяющая способность. 5. Химическим(-ми) элементом(-ами), образующимся(- имися) помимо реакций ядерного синтеза в недрах звезд является (-ются)…. а) водород и гелий; б) только водород;
33 в) только гелий; г) все элементы таблицы Менделеева от водорода до железа. 6) В основе открытых каталитических систем А.Руденко лежат принципы: а) вероятностный, кинетический, термодинамический, мультиплетный; в) вероятностный, кинетический, термодинамический, информационный; г) информационный, морфогенетический, кинематический, мультиплетный; д) статистический, информационный, генетический, кинематический, мультиплетный. 7) Наивысшей лабильностью среди элементов-органогенов обладает а) сера; в) водород; г) углерод; д) азот; е) кислород. 8) Тяжелые химические элементы в природе образуются в результате а) жизнедетельности организмов; в) вспышек на Солнце; г) взрывов сверхновых; д) в недрах звезд. 9). Химическим процессом является а) превращение воды в лед; в) превращение некоего порошка в воздухе в белое вещество с выделением газа; г) образование снежинки;
34 д) отражение света от поверхности. 10). Основной поставщик углерода в земных условиях а) минералы (известняк, мел, мрамор; в) углекислый газ в атмосфере; г) фотосинтез; д) «озоновые дыры».
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания. Концепции и принципы.Ростов-на-Дону, «Феникс», 2006 3.Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Изд. «Высшая школа», 2000.
Тема 6. Биологическая картина мира. Эволюция
жизни на Земле.
Цель:
сформировать представление об основных концепциях происхождения и эволюции жизни на Земле.
1
.
Дать определения ключевых понятий:
Креационизм. Панспермия. Самозарождение. Биогенез. Абиогенез. Коацерваты. Хиральность. Голобиоз. Генобиоз. Эволюция. Биологический прогресс, регресс. Животные. Бактерии. Грибы. Растения.
2
.
Вопросы для рассмотрения
. 1. Какие свойства отличают живое от неживого? 2. Какие предпосылки появления живого? 3. В чем заключаются сильные и слабые стороны гипотезы абиогенеза А.И. Опарина.
35 4. В чем заключается главный недостаток учения Дарвина об эволюции? 5. Каковы современные представления о происхождении и эволюции жизни? 6. Какая гипотеза о происхождении жизни является ключевой в биологии ХХ века? 7. Назовите основные формы естественного отбора? 8. Чем отличается макроэволюция от микроэволюции? 9. Какой биом отличается наибольшим разнообразием видов? Какие факторы обусловливают видовое разнообразие?
3. Просмотр фрагмента фильма «Был ли Дарвин
прав?»
Найти ответы на вопросы: 1. К какой группе относятся первые организмы? «Археи»- что для них характерно? Почему их назвали «экстремофилами? 2. Какие сведения, полученные в последнее время, являются доказательством правоты Дарвина?
4. Подготовить сообщения с презентациями на темы:
1. Многообразие биологических видов. 2. Ж.Кювье и его концепция эволюции. 3. Ж.-Б.Ламарк и его идеи об эволюции.
5. Задания для самостоятельной работы
1. Заполните таблицу: «Возникновение эволюционных представлений» Историческая эпоха Представления Натурфилософия Эпоха Возрождения XYIII век XIX век XX век
36 2. Выполните тестовые задания: 1) Гипотеза генобиоза (методологический подход в вопросе происхождения жизни) основана на идее... а) первичными являются структуры, которые обладают способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментных белков; б) одновременного появления нуклеиновых кислот и ферментных белков; в) первичности молекулярной системы со свойствами генетического кода; г) первичности жизнеспособных систем, способных к автокатализу. 2) Организмы, способные жить и развиваться только при наличии в среде свободного кислорода, – это…. а) аэробы; б) вирусы; в) фитонциды; г) анаэробы 3) Форма естественного отбора, которая расчленяет ранее единую популяцию на две и более разные популяции и ведет к образованию новых видов, называется _________ отбором а) стабилизирующим; б) нормализующим; в) искусственным; г) дизруптивным 4) Процесс выборочного выживания и размножения организмов, более приспособленных к изменившимся внешним условиям, называется … а) естественным отбором;
37 в) коэволюцией; г) борьбой за существование. 5) Существует гипотеза о том, что древнейшая жизнь на Земле первоначально существовала в форме а) первичной молекулы ДНК; б) автотрофных бактерий; в) гетеротрофных бактерий; г) единичной молекулы белка. 3. Рассмотрите подход В.И. Вернадского к проблеме самозарождения жизни. «Ф. Реди утверждал: всякий живой организм происходит от другого живого же организма... Западное человечество последовало по пути, раскрытому для мысли Ф. Реди и Л. Пастером, лишь неохотно и с большим усилием. Идеи о вечности жизни, отрицание ее начала, мысль о непереходимом - в аспекте известных физико-химических явлений - различии, существующем между косной и живой материей, были в полнейшем противоречии с навыками его мысли, с его мировоззрением. Идеи о начале и конце видимого космоса, всего материального мира, так же как о реальном единстве всего существующего, оставили глубокий след на его умственном складе. Самозарождение, то есть генезис живого организма за счет косной материи, без посредства другого живого организма, многим ученым все еще кажется логично необходимым... Конечно, возможно, что они соответствуют реальности. Нельзя их считать научно опровергнутыми. Но ничто не указывает на их вероятность. Ничто также не указывает на то, что проблема самозарождения не принадлежит к тому же ряду исканий, как и задача о квадратуре круга, о трисекции угла, о философском камне. Стремление разрешить все эти проблемы было не бесплодно, оно имело очень важные
38 последствия. Оно привело к великим новым открытиям, но самые проблемы оказались нереальными. Оставаясь на почве науки, мы должны признать, что: 1) нигде и ни в каких явлениях, происходящих или когда- либо имевших место в земной коре, не было найдено следов самозарождения жизни; 2) жизнь, какой она нам представляется в своих проявлениях и в своем количестве, существует непрерывно со времени образования самых древних геологических отложений, со времени архейской эры; 3) нет ни одного организма среди сотен тысяч различных изученных видов, генезис которого не отвечал бы принципу Реди» [3]. Ответьте на вопрос: допускаете ли вы вслед за В.И. Вернадским, что жизнь - вечное явление, разделяете ли его мысли «о непереходимом... различии, существующем между косной и живой материей»? 4.Проанализируйте позицию А.Л. Чижевского о жизни как космическом явлении. «Поток электронов и протонов, вылетевший из жерла солнечного пятна и пролетающий мимо Земли, вызывает огромные возмущения во всем физическом и органическом мире планеты: вспыхивают огни полярных сияний, Землю охватывают магнитные бури, резко увеличивается число внезапных смертей, заболеваний, случаев сумасшествия, эпилептических припадков, несчастных случаев вследствие шока в нервной системе и т.д. Мы привыкли придерживаться грубого и узкого взгляда на жизнь как на результат случайной игры только земных сил. Это, конечно, неверно. Жизнь же, как мы видим, в значительно большей степени есть явление космическое, чем земное. Она создана воздействием творческой динамики космоса на инертный материал Земли. Она живет динамикой этих сил, и каждое
39 биение органического пульса согласовано с биением космического сердца — этой грандиозной совокупности туманностей, звезд, Солнца и планет» [7]. Ответьте на вопрос: согласны ли вы с идеями А.Л. Чижевского?
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. Сайт «Репозиторий Вселенной» «Космическая теория происхождения жизни на Земле» [электронный ресурс] URL: 3. "Чарльз Дарвин и теория эволюции" статья А. РУБЦОВ, канд. биол. наук. (журнал "Наука и жизнь"№1 2009) – сайт по вопросам эволюции.
Тема 7. Человек: соотношение биологического и
социального
Цель:
сформировать представления об основных достижениях естествознания в изучении человека
1.
Дать
определения
терминов:
инстинкт, стереотип, сознание, мышление, интеллект, эмоции, творчество.
2. Вопросы для рассмотрения.
1. Что такое латентное научение? запечатление? 2. Каково соотношение инстинкта и интеллекта? 4. Какие животные называются «общественными»? 5. Как можно объяснить альтруизм у животных? 6. Какие науки занимаются изучением человека? 7. Где находится по гипотезе «Ноева ковчега» прародина человечества?
40 8. Назовите основные проблемы изучения антропогенез. 9. Назовите выдающихся этологов. Какую роль играет этология в изучении человека? 10. Каков вклад социобиологии в изучение человека? 11. Объясните высказывание: «Человечество было сформировано не императорами, жрецами и полководцами, а теми, кто создал топор, колесо, самолет; кто нашел злаки; следил за звездами, кто открыл железо, полупроводники, радиоволны» (Д.Гранин).
3.Просмотр
фрагмента
фильма
«У
истоков
человечества».
Найти ответы на вопросы: 1. Сколько миллионов лет назад началась история рода Homo? Начертите схему эволюцию человека. 2. Дайте описание следующих этапов человечества: «человек умелый», «человек прямоходящий», «неандерталец», «человек разумный»? 3. Какую роль сыграли экологические факторы в возникновении человека и его эволюции? 4. Где находится «колыбель человечества» по мнению современных антропологов?
4. Подготовить сообщение с презентацией на тему:
1. Социальное и биологическое в человеке. 2. Важнейшие жизненные эмоции и их роль в становлении личности. 3. Проблемы этнологии и взгляды на них Л.Н. Гумилева. 4. Психические различия мужчины и женщины.
5. Задания для самостоятельной работы
1. Соотнесите перечисленные признаки с их принадлежностью человекообразным обезьянам или человеку. а) 46 хромосом в клетках; б) объем мозга более 1500 см 3 ;
41 в) развитые надбровные дуги ; г) хватательный тип стопы ; д) расширенный таз; е) наличие подбородного выступа ; ж) 48 хромосом в клетках ;з) S -образный позвоночник; и) теплокровность; к) наличие плаценты; л) развитие жаберных щелей в эмбриогенезе; м) объем мозга до 500 см 3 . Человек Человекообразные обезьяны 2. Проведите попарную антагонистическую группировку эмоций: 1 Восторг А страх 2 Симпатия Б депрессия 3 Радость В ужас 4 Подъем Г отвращение 5 Чувство безопасности Д ненависть 6 Любовь Е расстройство 3. Соотнесите перечисленные характеристики с их принадлежностью к сознанию и к бессознательному: 1) конкретное, образно-визуальное; 2) формально- логическое; 3) вторичные мыслительные процессы; 4) свобода комбинаций знаков и образов; 5) формализация. 6) абстрактное, концептуальное; 7) неформальная логика; 8) образное; 9) символическое; 10) первичные мыслительные процессы; 11) синтаксическая связность; 12) сновидения, фантазии. Сознательное Бессознательное 4. Проанализируйте таблицу «Психические различия мужчин и женщин». Приведите примеры.
42
Мужчины
Женщины
Новаторство Консерваторы Играют большую роль в изменении среды Хранители «домашнего очага» Суждения отличаются большей логикой, способны к абстракции Преобладают эмоции в суждениях, конкретны Способны на сверхусилия Более устойчивы и выносливы Обладают более жесткой психикой Характерна лабильная психика Играют большую роль в поиске и приобретении информации Играют большую роль в сохранении и трансляции информации Обладатели высокого творческого потенциала Более консервативны 5. Сравните поведенческие особенности обезьян и первобытного человека Общественная система Обезьяны Первобытные люди Организация Управление Половое поведение Отношения между матерью и потомством Игры Обмен информацией
Литература
1. Алексеев В.П. Становление человечества. М. 1984.
43 2. Бунак В.В. Род Нomo, его возникновение и последующая эволюция. М.,1980. 3. Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания. Концепции и принципы. Ростов-на-Дону, «Феникс», 2006. 5.Антропогенез.ру (достающее звено) [электронный ресурс] музея в Вашингтоне, его естественнонаучная коллекция, происхождение человека
Тема
8.
Достижения
современной
молекулярной
биологии и генетики
Цель:
рассмотреть механизмы воспроизводства живых систем, сформировать представления об основных достижениях молекулярной биологии и генетики.
1. Дать определения ключевых терминов:
Ген. Геном. Генотип. Фенотип. Гомозигота. Гетерозигота. Репродукция. Хромосома. Мутация. Клонирование. Модификация.
2. Вопросы для повторения
. 1. Каковы особенности развития биологии на современном этапе? 2.Что является предметом изучения генетики, генной инженерии, молекулярной биологии, биохимии, биоэтики? 3.Перечислите основные уровни живого. 4. Когда и как расшифровали генетический код? 5. Биосинтез белка – как он происходит? Приведите пример. 6. Как классифицируются мутагены? 7. Как проявляются молекулярно-генетические механизмы изменчивости?
44
4. Подготовить сообщения с презентациями на темы:
1. Реальная польза и потенциальный риск генных технологий 2. Классификация наследственных заболеваний и перспективы их лечения. 3. Ричард Докинз как популяризатор генетики. 4. Биоэтика: основные задачи.
5. Задания для самостоятельной работы
1. Какие наиболее значимые открытия и достижения в области молекулярной биологии произошли в 20-21 веке? Укажите имена учёных, с которыми они связаны. 2. Принцип, именуемый «бритвой Оккама» (сформулирован в XIV в. англ. философом У. Оккамом) предлагает: «Не умножай сущностей без надобности». Попытайтесь привести примеры использования либо нарушения этого принципа в различных учениях в биологии. 3. Дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.
Признак
ДНК
РНК
1 .Место локализации 2.Строение мономера 3.Азотистые основания 4.Количество цепей 5. Функции 4.Решите генетические задачи: «Если у отца первая группа крови, у матери - четвертая, то какие группы крови возможны у детей этой пары?», «Муж гетерозиготен по резус-фактору, жена- резус- отрицательна. Какие прогнозы можно дать этой паре?» «Голубоглазая женщина с 3 группой крови (ее родители имели третью группу крови) вышла замуж за кареглазого мужчину
45 со 2 группой крови (его отец имел голубые глаза и первую группу крови). Какие могут родиться дети?»
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. nkjarchive/articles/14128- Генетически модифицированные организмы (В. Кузнецов, докт. биол. наук, А. Баранов, канд. биол. наук, В. Лебедев, канд. биол. наук) Журнал "Наука и жизнь" [электронный ресурс].
Тема 9. «Биосфера и цивилизация»
Цель:
Ознакомление с трудами выдающихся русских ученых-философов
,
представлениями о «ноосфере».
1. Дайте определения ключевых понятий:
Живое и косное вещества. Биокосное и биогенные вещества. Биом. Устойчивость. Стабильность. Экологический кризис. Рациональное природопользование. Экологический императив. Техносфера.
2. Вопросы для повторения
. 1. Какие экологические законы Вы знаете? 2. Назовите основные звенья «пастбищных» и «детритных» цепей. 3.Назовите 4 фундаментальных типа экосистем, выделяемые в современной экологии? 4. Человек и биосфера - «друзья» или «враги»? 5.Назовите основные экологические проблемы современности. 6. Кто и где впервые применил термин «ноосфера»? 7. Назовите вклад В.И. Вернадского в разработку концепции ноосферы.
46 8. Почему В.И.Вернадский сравнивает деятельность разума человека с геологической силой? 9. Являются ли отходы всегда опасными для природы? 10.Назовите несколько положений «Концепции устойчивого развития»
3. Подготовить сообщение с презентацией на тему:
1. Технологическая цивилизация и её влияние на биосферу. 2. Космос, биосфера и человек. 3. Будущее человечества: что нас ждет? (по прогнозам ученых Римского клуба).
4. Задания для самостоятельной работы
1. Прочитайте представленную ниже статью Ярослава Коробатова
«Шокирующие подробности эксперимента
«Биосфера-2».
Перечислите, какие недочеты обнаружились в ходе эксперимента «Биосфера-2». Подумайте, можно ли устранить эти погрешности? Готов ли человек к колонизации Марса? На днях на Землю после годовой (!) экспедиции на МКС российско-американский экипаж в составе Михаила Корниенко и Скотта Келли. Ни «Роскосмос», ни НАСА не скрывали, что эта длительная миссия ничто иное, как репетиция полета на Марс. По расчетам отправка десанта на Красную планету может состояться в течении ближайших 15-20 лет. Полет Келли и Корниенко должен был дать ответ на главный вопрос: возможно ли защитить организм космонавтов от космической радиации в течении 15-месячного перелета на соседнюю планету? По итогам годовой миссии медики отрапортовали о том, что решили эту задачу. Значит путь к колонизации Луны и Марса открыт? Но не все так просто. Как только космонавты покинут орбиту Земли, их могут подстерегать опасности, которые сейчас ученые не в состоянии просчитать. Яркой иллюстрацией на
47 эту тему стал знаменитый эксперимент «Биосфера -2», который проходил в США в начале 90-х годов. На создание замкнутой экологической системы в пустыне Аризона миллиардер-энтузиаст Эдвард Баас потратил 200 миллионов долларов. Цель эксперимента: понять сможет ли человек жить в искусственно созданной среде. Грандиозный опыт ставился как раз с прицелом на колонизацию Марса или на создание убежищ на Земле в случае глобальной экологической катастрофы. «Биосфера-2» состояла из павильонов с разными климатическими зонами (тропический лес, пустыня, океан, саванна, мангровые заросли), ее населили более чем тремя тысячами представителей флоры и фауны. В одном из павильонов проекта. Фото: University of Arizona
48 Комплекс зданий проекта «Биосфера -2». Фото: FACEBOOK
«Мы ели самих себя»
Экипаж полностью герметичной гигантской капсулы состоял из ученых топ-класса, это вам не «Дом-2»! Когда эксперимент начинался, многие думали, что колонисты уходят на 2-летние райские каникулы. Однако восьмерке ученых пришлось балансировать на грани жизни и смерти. Поначалу колонисты были увлечены исключительно экспериментом. - Только тут я впервые осознала, что являюсь частью биосферы, - рассказывала Джейн Пойнтер. - И это вовсе не абстрактные слова. Углекислый газ, который я выдыхала, поглощали листья батата. Мы так много ели батата, что в конце концов у меня кожа стала оранжевой от него. И углерод из этого батата снова становился частью меня. Можно сказать, я ела один и тот же углерод раз за разом. По- сути, я ела саму себя.
49 Спустя несколько недель после начала эксперимента обнаружилось, что содержание кислорода в атмосфере капсулы по непонятным причинам падает. И через несколько месяцев должно наступить кислородное голодание. Впоследствии выяснилось, что проектировщики не учли, что большое количество кислорода будут поглощать бактерии, которых оказалось очень много в специально завезенной плодородной почве. Кроме того, кислород реагировал с бетонной облицовкой внутри «Биосферы» и оседал на стенах в виде карбоната кальция. Колонисты могли рассчитывать, что их спасут зеленые «легкие» - деревья из тропической зоны. Вдобавок они каждый клочок земли засадили быстрорастущими растениями, чтобы увеличить фотосинтез. Но обнаружился еще один прокол создателей комплекса. Они не предусмотрели такого явления, как ветер. А без регулярного раскачивания стволы деревьев становились хрупкими и ломкими. Периодически зеленые деревья, на которые молились ученые, с треском падали, ломая все вокруг... Из-за повышения концентрации углекислого газаначался падеж животных. Вымерло большинство обитателей фермы, исчезли все насекомые- опылители. Зато в неимоверных количествах развелись муравьи и тараканы. Спустя 16 месяцев после начала эксперимента уровень кислорода упал настолько, что люди стали задыхаться по ночам, когда из-за темноты выработка кислорода растениями прекращается. Днем же они испытывали состояние хронической апатии и усталости. В один прекрасный момент врач Рой Уолфорд поймал себя на том, не может сложить в уме два двузначных числа. Только тогда колонисты запросили помощь Большой Земли и им, вопреки условиям эксперимента, стали закачивать под купол кислород.
50
Другим шокирующим событием для экипажа стал голод. В один прекрасный день заведующая фермой Джейн Пойнтер призналась, что весь их сельскохозяйственный комплекс может обеспечить колонию продуктами только на 83 процента от планируемого рациона. Эти расчеты появились у нее еще за несколько месяцев до старта проекта, но врач Рой Уолфорд убедил Джейн молчать о своих опасениях. Дело в том, что Уолфорд разработал теорию продления жизни на основе ограничения калорийности питания (при условии, что организм, тем не менее, получает все жизненно необходимые вещества). И, пользуясь случаем, доктор хотел провести в рамках проекта «Биосфера-2» еще и собственный эксперимент. Его лабораторные мыши, которым калорийность сократили на 50 процентов, жили вдвое дольше. Но с людьми все оказалось гораздо сложнее... За первый год колонисты потеряли в весе в среднем 16- 18 процентов. То есть сбросили почти пятую часть массы тела. После кражи бананов из кладовой (в «преступлении» никто так и не признался) продуктовое хранилище стали закрывать на замок. Доктор, тем не менее, торжествовал: медицинские анализы доказывали, что у подопечных снизился уровень холестерина, стабилизировалось артериальное давление, улучшился метаболизм и работа иммунной системы. Мужчины и женщины помолодели, показатели их здоровья улучшились. Постоянный голод, плюс нехватка кислорода драматическим образом сказались на отношениях в команде. Колонисты стали испытывать друг к другу откровенную вражду. Одни категорически отказывались от помощи извне, ссылаясь на чистоту эксперимента, и утаивали от Большой Земли проблемы, которые возникали на станции. Другие во главе с Джейн Пойнтер считали, что эксперимент ничего не
51 потеряет, если их перестанут мучить и помогут с продовольствием и кислородом. Команда все же смогла закончить эксперимент, однако, им пришлось вскрыть неприкосновенный запас продовольствия и закачать дополнительный объем кислорода. В условиях полета на Марс или колонизации Красной планеты этот трюк уже не прошел. Люди бы погибли, потому что на помощь уже некому было прийти. «Биосфера 2» - хороший урок-предостережение организаторам будущих экспедиций. Наш мир очень хрупок.
Хронология событий
- 26 сентября 1991 года - начало эксперимента. Команде из 8 участников предстояло в течении 2 лет прожить в искусственно созданной биосистеме абсолютно изолированной от внешнего мира. - Ноябрь-декабрь 1991 года. Ученые обнаружили, что уровень кислорода в атмосфере начинает снижаться со скоростью 0,5% в месяц. Колонисты принялись интенсивно выращивать биомассу, чтобы поднять содержание кислорода в воздухе, но их усилия были тщетными. - Январь 1992 года. Перед колонистами замаячил продовольственный кризис. Посевы риса оказались уничтожены вредителями. Шведский стол отменили, ввели пайки. Их энергетическая ценность составляла 1700 калорий в день на одного человека. Что недостаточно для людей занятых тяжелым физическим трудом. - Апрель-май 1992 года. В результате постоянных конфликтов команда разделилась на 2 враждующие группы. 4 человека во главе с Джейн Пойнтер настаивали на том, чтобы принять помощь извне. Другая половина экипажа была категорически против нарушения чистоты эксперимента. - Ноябрь 1992 года. Страдающие от голода обитатели «Биосферы 2» вскрыли аварийные запасы продовольствия. Джейн Пойнтер известила об этом руководство проекта. Она
52 была немедленно уволена, ей приказали покинуть территорию эксперимента, но Джейн отказалась это сделать. - К январю 1993 году уровень кислорода понизился с 21 до 14,2%. Такая концентрация газа наблюдается в горах на высоте 4080 метров. Люди стали испытывать сильное кислородное голодание. Руководство проекта приняло решение тайно закачать внутрь «Биосферы» 23 тонны кислорода. - Май-июль 1993 года. Колонистам удалось вырастить хороший урожай общим весом более тонны. Это позволило увеличить калорийность рациона и люди частично компенсировали значительную потерю в весе, которая наблюдалась в первый год. - 26 сентября 1993 года - окончание эксперимента.
Ресурсы
Новые робинзоны располагали сельскохозяйственными угодьями площадью 1,27 гектара. Они выращивали бананы, папайю, бататы, свеклу, арахис, фасоль, рис, пшеницу и другие культуры. На животноводческой ферме обитали: 4 козы и 1 козел; 35 кур-несушек и 3 петуха; 2 свиноматки и 1 кабан. Кроме того, у колонистов было свое рыбное хозяйство: они разводили неприхотливую рыбу тиляпию.
8.
Изучите материалы по теме
«Русский космизм
о
вариантах будущего человечества».
Ответьте на вопросы. Русский космизм рассматривал как зависимость человека от космоса, так и обратное влияние человека на окружающий мир. В русском космизме обосновывались принципы нового отношения человека к природе, что стало основой осознания тех проблем, которые в дальнейшем получили название глобальных.
53 У каждого из космистов свой вариант будущего развития человечества. Так, по мнению К.Э. Циолковского климат можно будет изменить по желанию человека, появятся возможности для развития всех свойств человека: как общественных, так и индивидуальных. С помощью техники в будущем станет возможным изучение всех планет, человечество освоит их. Более реалистичным будущее рассматривалось в концепции В.И. Вернадского. По его мнению в будущем состоится переход биосферы в ноосферу, и возрастет регулирующая роль человеческого Разума. Человек будет развиваться и приобретет способность изменить не только окружающий мир (макрокосм), но и собственную природу (микрокосм). Переход к ноосфере В.И.Вернадским принимался как несомненное благо, который принесёт человечеству разрешение всех трудных проблем.
1). Прочтите мнение В.И. Вернадского о независимости
человека от остальных форм жизни.
«Но в последние века человеческое общество все более выделяется по своему влиянию на среду, окружающую живое вещество. Это общество становится в биосфере, то есть в верхней оболочке нашей планеты, единственным в своем роде агентом, могущество которого растет с ходом времени все более увеличивающейся быстротой. Оно одно изменяет новым образом и с возрастающей быстротой структуру самых основ биосферы. Оно становится все более независимым от других форм жизни, и эволюционирует к новому жизненному проявлению» [3]. Ответьте на вопрос: к какому «новому жизненному проявлению», с вашей точки зрения, эволюционирует человеческое общество?
54
2).Ознакомьтесь
со
взглядами
В.И.
Вернадского
на
феномен «ноосферы».
«В XX в. впервые в истории Земли человек узнал и охватил всю биосферу, закончил географическую карту планеты Земли, расселился по всей ее поверхности. Человечество своей жизнью стало единым целым... Все это результат... роста человеческого мозга и направляемого им его труда... Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Перед ним открываются все более и более широкие творче- ские возможности» [3]. Ответьте на вопросы: что означает понятие «ноосфера»? Согласны ли вы с мнением о том, что переход к ноосфере позволит человеку осуществлять активную эволюцию?
3).Рассмотрите
сценарий
развития
будущего
человечества по К.Э. Циолковскому.
«Можно вскоре ожидать наступления разумного и умеренного общественного устройства на Земле, которое будет соответствовать его свойствам и его ограниченности. Наступит объединение, прекратятся вследствие этого войны, так как не с кем будет воевать. Счастливое общественное устройство, подсказанное гениями, заставит технику и науку идти вперед с невообразимой быстротой и с такою же быстротой улучшать человеческий быт. Это повлечет за собою усиленное размножение. Население возрастет в 1000 раз, отчего человек сделается истинным хозяином Земли. Он будет преобразовывать сушу, изменять состав атмосферы и широко эксплуатировать океаны. Климат будет изменяться
55 по желанию или надобности. Вся Земля сделается обитаемой и приносящей великие плоды... Будет полный простор для развития как общественных, так и индивидуальных свойств человека, не вредящих людям... Техника будущего даст возможность одолеть земную тяжесть и путешествовать по всей Солнечной системе. Посетят и изучат все ее планеты. Несовершенные миры ликвидируют и заменят собственным населением. Окружат Солнце искусственными жилищами, заимствуя материал от астероидов, планет и их спутников... Кругом Солнца, по близости астероидов, будут расти и совершенствоваться миллиарды миллиардов существ. Получатся очень разнообразные породы: пригодные для жизни в разных атмосферах, при разной тяжести, на разных планетах, пригодные для существования в пустоте или в разреженном газе, живущие пищей и живущие без нее — одними солнечными лучами, существа, переносящие жар, существа, переносящие холод, переносящие резкие и значительные изменения температуры... Во Вселенной господствовал, господствует и будет господствовать разум и высшие общественные организации. Разум есть то, что ведет к вечному благосостоянию каждого атома. Разум есть высший или истинный эгоизм... Видим беспредельную Вселенную с бесконечным числом дециллионов совершенных существ, получившихся безболезненным раз- множением и расселением…» [6]. Дайте оценку сценарию развития человечества по К.Э. Циолковскому.
Литература
1.Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. naturalscience - вопросы естествознания.
56 3. – сайт, содержащий открытые учебники по естественнонаучным дисциплинам.
57
Использованная литература
1. Алексеев В.П. Становление человечества. М. 1984. 2. Бунак В.В. Род Нomo, его возникновение и последующая эволюция. М.,1980. 3. Вернадский В.И. Автотрофность человечества./ В.И.Вернадский . – М.: Педагогика- Пресс, 1993. 4. Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания. Концепции и принципы.Ростов-на-Дону, «Феникс», 2006 5. Циолковский К.Э. Монизм Вселенной. / К.Э.Циолковский.- М.: Педагогика-Пресс, 1993. 6. Чижевский А.Л. Колыбель жизни и пульсы Вселенной./А.Л.Чижевский.- М.:, Педагогика-Пресс, 1993. 7. Большой новейший справочник необходимых знаний/ авт.составитель А.П.Кондрашов. –М.: РИПОЛ-классик, 2007.1088 с. Концепции современного естествознания. Электронный учебник. 2008. дисциплины «Естественнонаучная картина мира» , 2014, составитель Зарипова Р.С.
58 Приложение 1
ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ОТКРЫТИЯ КОНЦА ХХ -
НАЧАЛА ХХI ВЕКА
1970
- Ферментобратная транскриптаза (Д.Балтимор, Р.Дульбекко, Х.Темин, США); рестрикционные ферменты (Х.Смит, США).
1971
- Механизм образования черных дыр (С.У.Хокинг, Великобритания).
1972-
- Захват атомов лазерным излучением (В.С.Летохов, СССР); циркадный ритм (М.Сиффр, Франция).
1974
- Квантовое испарение черных дыр (С.У.Хокинг, Великобритания).
1975
- Синтез гена (Х.Г.Корана, США); Фракталы (Б.Миндельброт, США); эндорфины (Д.Хьюз, США).
1981
- Онкогены (Р.Вайнберг, Д.Купер, М.Уиглер, США); СПИД (США).
1982
- Прионы (белковые инфекционные частицы (С.Прунизер, США).
1985
- Фуллерены (Х.Крото, Великобритания; Р.Кёрл, Р.Смолли, США); Ингибин (Р.Гиймен, Франция); интерлейкин-2 (С.Розенберг, США).
1986
- Высокотемпературная сверхпроводимость (Й.Г.Берднорц, Германия; К.А.Мюллер, Швейцария).
1989
- Вирус гепатита –С (США).
1995
- Получение бозе-эйнштейновского конденсата-пятого агрегатного состояния вещества (Э.Корнелл, К.Уайнман, CША; В.Кеттерле, Германия).
1997
- Клонирование млекопитающих (Великобритания).
2000-2003
- Расшифровка генома человека (Международное сотрудничество: Великобритания, США. Китай, Германия, Франция, Япония).
59
2004
- Открытие фермионного конденсата-шестого агрегатного состояния вещества (Международное сотрудничество).
2005
-Изучение ткани мягкого типа динозавров «Tyrannosaurus Rex».
2006
- Подтверждение существования тёмной материи (Сол Перлмуттериз, Брайан Шмидт, Эдам Рисс, США); построение искусственных мышц из нанотрубочной пряжи (США).
2007
-получение стволовых клеток этическим путем (Синь Яманаки, Япония)
2008
-обнаружение воды с помощью зонда "Феникс", на Марсе (США).
2007-2009
- открытие системы CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) -иммунная система бактерий, защищающая их от вирусов. (Канада).
2015
- Синтез в лабораторных условиях органических соединений, входящих в состав ДНК и РНК — урацила, цитозина и тимина (Исследовательский центр Эймса при NASA, США).
60 Приложение 2
ХРОНОЛОГИЯ ВАЖНЫХ СОБЫТИЙ В
КОСМОНАВТИКЕ
1881
- Н.Кибальчич создал проект пилотируемого порохового летательного аппарата.
1903
- Публикация книги К.Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами».
1914
- опубликование первых патентов Р.Годдарда по ракетной технике (США).
1929,
15
мая
-организация первого советского центра по разработке жидкостного ракетного двигателя.
1932,
19
апреля
- пуск Р.Годдардом первой управляемой ракеты (США).
1948, 10 октября
- первый полет советской баллистической ракеты Р-1, созданной под руководством С.П.Королева.
1957, 4 октября
– Вывод на орбиту первого искусственного спутника Земли- ИСЗ (СССР).
1957, 3 ноября
– Вывод на орбиту первого ИСЗ с животным (собака Лайка) (СССР).
1958,
17
марта
– Вывод на орбиту первой научной лаборатории (СССР).
1958, 18 декабря
– Вывод на орбиту первого спутника связи (США).
1959, 2 января
- первый запуск в район Луны автоматической межпланетной станции «Луна-1» (СССР).
1959, 14 сентября
- впервые достигнута поверхность Луны (СССР).
1960, 19-20 августа
- запущен и впервые возвращен с орбиты на Землю спускаемый аппарат с собаками Белкой и Стрелкой на борту (СССР).
1961, 12 апреля
- первый полет человека вокруг Земли – Ю.А.Гагарин (СССР).
61
1962, 12-15 августа
- первый групповой полет. Расстояние между КК 6,5 км (А.Г.Николаев и П.Р.Попович, СССР).
1963,
16-19
июня
-первый полет женщины в космос (В.В.Терешкова, СССР).
1964, 12 октября
–полет первого экипажа из трех человек (СССР).
1965, 18 марта
- первый выход человека из КК в открытый космос (А.А.Леонов, СССР).
1969, 16 января
- первая стыковка двух пилотируемых КК, первый групповой выход в космос и переход из одного КК в другой (СССР).
1969, 20-21 июля
- первая посадка на Луну пилотируемого КК (Аполлон-11) . Впервые люди побывали на Луне (Н.Армстронг и Э.Олдрин) (США).
1971,
19
апреля-
вывод на орбиту первой орбитальной станции («Салют», СССР)
1971,
14
ноября
- вывод на орбиту Марса первого ИС («Маринер», США).
1972,
22
июля
- впервые осуществлена посадка на освещенной стороне Венеры, исследован в районе посадки грунт планеты (СССР).
1976, 26 октября
- вывод на орбиту первого спутника для передачи программ телевидения (СССР).
1977,
20
августа
- старт автоматического аппарата «Вояджер-2» для исследования внешних планет – Юпитера (1979), Сатурна (1981), Урана (1986), Нептуна (1989) (США).
1978,
11
января
-на орбите создан первый научно- исследовательский комплекс (СССР);
26 января-
запущена космическая обсерватория с четырьмя УФ-спектрографами (США, Великобритания).
1983,
26
января
- запуск обсерватории IRAS для инфракрасного обзора (США, Нидерланды, Великобритания).
62
1989,
18
октября
– запущена АМС «Галилео» для наблюдения над кометами Шумейкера-Леви, исследования Юпитера и его спутников (США).
1989,
15
ноября
-первый полет орбитального корабля «Буран» с РН «Энергия» и первая в мире автоматическая посадка на космодром (СССР).
1990,
25
апреля
- вывод на околоземную орбиту космического телескопа «Хаббл» (США).
1999,
25
июля
- вывод на околоземную орбиту рентгеновской обсерватории «Чандра» (США).
2000, 11 февраля
- на орбиту выведен радиолокационный комплекс для высокоточной съемки Земли (США).
63 Естественнонаучная картина мира. Организация и проведение семинарских занятий и самостоятельной работы студентов
Учебно-методическое пособие Авторы-составители: Рая Салиховна Зарипова, Альфия Радифовна Хасанова, Венера Радиковна Махубрахманова Корректор В.Б.Тулвинский Макет Т.Ш.Гильфанов Подписано в печать 11.11.2016 Бумага офсетная. Печать RISО. Усл. печ. л. 4,0 Тираж 50 экз. Издательство ФГБОУ ВО «Набережночелнинский государственный педагогический университет» 423806, г. Набережные Челны, ул. Низаметдинова, 28
Р.С.Зарипова, А.Р.Хасанова, В.Р.Махубрахманова
ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ
КАРТИНА МИРА: Организация и
проведение семинарских
занятий и самостоятельной работы
студентов
2
Авторы-составители: Р.С.Зарипова,
А.Р.Хасанова, В.Р.Махубрахманова
ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНАЯ КАРТИНА
МИРА:
Организация и проведение семинарских
занятий и самостоятельной работы студентов
Учебно-методическое пособие
Набережные Челны, 2016
3
УДК 50(075.8)
ББК 20я73
З 34
Печатается по решению редакционно-издательского совета ФГБОУ ВО «Набережночелнинский государственный педагогический университет»
Рецензенты:
Смирнова А
.
В.
– кандидат биологических наук, доцент, ФГБОУ ВО «НГПУ»
Каюмов А.Т. -
доктор философских наук, профессор, Набережночелнинский институт КФУ
З 34
Естественнонаучная картина мира. Организация и проведение семинарских занятий и самостоятельной работы студентов /авт.-сост.: Р.С.Зарипова, А.Р.Хасанова, В.Р.Махубрахманова – Набережные Челны: «НГПУ», 2016. –
63
с. Учебно-методическое пособие составлено с учетом Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки «Педагогическое образование» (квалификация «бакалавр») ©Зарипова Р.С.,2016 ©Хасанова А.Р.2016 ©Махубрахманова В.Р.2016
4
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие ......................................................................................
Часть 1.
Организация самостоятельной работы студентов 1.1. Использование материалов рабочей программы 1.2. Рекомендации по работе с учебной и научной литературой
1.3. Рекомендации по подготовке к семинарским занятиям 1.4. Организация самостоятельной работы у студентов, обучающихся по заочной форме обучения. 1.5. Рекомендации по написанию сообщения с презентацией
ЧАСТЬ 2.
Задания для подготовки к семинарским занятиям и организации самостоятельной работы ............................................. Тема 1. Возникновение и развитие естественных наук Тема 2. Научные революции в области физики Тема 3. Самоорганизация в открытых системах. Основные принципы синергетики. Тема 4. Современная астрофизическая картина мира Тема 5. Достижения современной химии Тема 6. Биологическая картина мира. Эволюция жизни на Земле Тема 7. Человек: соотношение биологического и социального Тема 8. Достижения современной молекулярной биологии и генетики. Тема 9. «Биосфера и цивилизация»
Использованная литература ..........................................................
Приложения ......................................................................................
5 9 9 9 10 12 13 14 14 18 21 24 29 34 39 43 45 57 58
5
Предисловие
В длинных столбцах удостоверенных фактов и общепринятых мер и весов - вот где надо искать красоту.
О Генри. Учебно-методическое пособие «Естественнонаучная картина мира. Организация и проведение семинарских занятий и самостоятельной работы студентов» составлено для обучающихся по направлению подготовки «Педагогическое образование». Цель данного пособия – помочь студентам усвоить программный материал, сформировать у них умение работать с научной и методической литературой, творчески подходить к организации учебного процесса. Содержание учебно-методического пособия определено требованиями Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования, направление подготовки «Педагогическое образование». При его разработке были использованы электронный учебник «Концепции современного естествознания» (Зарипова Р.С., 2008) и другие источники, полный перечень которых приводится в списке использованной литературы. В учебно-методическом пособии представлены основные вопросы современного естествознания, раскрыты важнейшие понятия по курсу. Также в пособии даны задания по всем темам курса, в ряде случаев приведены методические материалы, необходимые для выполнения соответствующих заданий. В некоторых темах имеются задания разной сложности, что позволяет учитывать индивидуальные возможности и степень подготовленности студента. Для проверки усвоения студентами основных
6 вопросов по изучаемой дисциплине в конце тем приводятся тестовые задания, вопросы для самопроверки. Современное образование базируется на интеграции естественнонаучного и гуманитарного знания. Интеграция обусловлена тем, что студенты должны видеть необходимость с одной стороны рационального, с другой стороны образного отражения окружающего мира и места человека в этом мире, понимать различие между точными знаниями и верой, уметь анализировать и самостоятельно оценивать некритические и иногда тенденциозные интерпретации наблюдаемых явлений. «Естественнонаучная картина мира» представляет собой фундаментальную дисциплину, которая принимает участие в формировании особого типа мировоззрения, основанного на достижениях современной науки. Ценность дисциплине «Естественнонаучная картина мира» придает то, что в отличие от большинства вузовских предметов она носит интегративный характер. Подобная структурированность материала позволяет студенту не только расширить собственный кругозор, но и обусловливает осмысленный, комплексный подход к действительности, учет всех ее взаимосвязей. Основу современной естественнонаучной картины мира составляют концепции (теории, законы, модели, гипотезы, эмпирические обобщения), которые в основном возникли в ХХ веке. Однако, к современным концепциям естествознания могут быть отнесены и те положения, на которых базируется современная наука, к примеру периодический закон Д.И.Менделеева, генетические законы Г. Менделя, электромагнитная теория Дж.Максвелла. В курсе естественнонаучной картины мира освещаются пути познания человеком природы и самого себя. Цель дисциплины: формирование интеллектуальной личности, способной получить и осмыслить знания по
7 истории возникновения и развития естествознания от истоков до современного состояния; понять культурно-историческое значение естественнонаучного мировоззрения; понять общенаучную роль естествознания. Основные задачи курса: - изучение и понимание сущности фундаментальных законов природы, являющихся основой современной физики, химии и биологии; -формирование у студентов научного мировоззрения через знакомство с ведущими естественнонаучными принципами, законами и теориями; -формирование понимания необходимости интеграции гуманитарной и естественнонаучной культур на основе целостного взгляда на мир. «Естественнонаучная картина мира» не является механическим соединением традиционных естественнонаучных курсов (физики, химии, биологии, и т.д.). Основой изучаемых разделов дисциплины являются основные естественнонаучные концепции и их философское содержание, которые обеспечивают целостное представление о явлениях природы на различных уровнях (физическом, химическом, биологическом). Формируемая компетенция. Во время образовательного процесса у студента должна сформироваться общекультурная компетенция способность использовать естественнонаучные и математические знания для ориентирования в современном информационном пространстве. Формирование вышеуказанной компетенции основано на инструментальных (навыки управления информацией) и системных (способность применять знания на практике) способностях. Они формируются при выполнении следующих учебных, учебно-исследовательских и практических задач: -поиск релевантных материалов в библиотеках и в сети
8 Интернет; -решение задач, сформулированных преподавателем; -составление таблиц, схем, позволяющих в наглядной форме представить результаты систематизации информации; -подготовка презентаций с использованием оборудования; -обмен вопросами и информацией с другими студентами; -анализ конкретных ситуаций; -изложение аргументов в устной и письменной форме. Сформированность компетенции проявляется а) на уровне воспроизводства знаний и б) на уровне оперативного применения знаний в ситуациях, связанных с учебно- производственной деятельностью и проверяется разными формами и способами (табл.)
Виды контроля сформированности компетенции
Наименование составляющих компетенции Формы и способы контроля Знание и воспроизводство фундаментальных естественнонаучных понятий, основных принципов, законов и концепций современного естествознания, задач и возможностей научного метода, его специфику Тестирование; проверка заданий для самостоятельной работы; опрос на семинарских занятиях; контрольные работы Умение ориентироваться в современных естественнонаучных исследованиях, способность анализировать полученную из разных источников информацию естественнонаучного содержания, оценивать ее соответствие нормам научной достоверности и объективности подготовка сообщений, анализ представленных преподавателем цитат и отрывков из научно- популярной литературы; участие в дискуссиях, «попперовские» дебаты Применение полученных знаний в профессиональной деятельности. составление интеллект-карт; опрос на семинарах
9
Часть 1. Организация самостоятельной работы
студентов
1.1. Использование материалов рабочей программы
Изучение естественнонаучной картины мира начинается с ознакомления с содержанием рабочей программы дисциплины (РПД). РПД в электронном и бумажном видах представлена в библиотеке вуза. Рекомендуем обратить особое внимание на ожидаемые результаты, приведенные в перечне знаний и умений, которые студент должен приобрести в ходе изучения данного предмета, на содержание вопросов к текущему контролю знаний.
1.2. Рекомендации по работе с учебной и научной
литературой
Работа с учебной литературой - это, прежде всего, изучение новых понятий и определений из лекций, словаря терминов, написание краткого конспекта. Проработка лекционного материала и основных терминов поможет лучше понять и усвоить курс. Усвоение понятий из лекций и словаря терминов, как правило, проверяется в ходе текущего контроля и на зачете/экзамене. Некоторые общие рекомендации по изучению литературы: 1) цель написания конспекта по дисциплине - формирование информационной компетентности- поиск, отбор, анализ учебного материала. Эти метапредметные умения являются обязательными для любого специалиста с высшим образованием, вне зависимости от выбранного направления подготовки;
10 2) написание конспекта должно быть творческим и должно быть направлено не на копирование-переписывание текста из источников, а на смысловое чтение и краткое изложение своими словами содержания ответа. Копирование и заучивание неосмысленного текста не имеет познавательной и практической ценности; 3) при работе над конспектом возможно появление вопросов, с которыми уместно обратиться к преподавателю в ходе семинаров или в индивидуальном порядке; 4) при работе над терминами необходимо уточнение значений по словарям, энциклопедиям.
1.3.
Рекомендации
по
подготовке
к
семинарским
занятиям
Семинарские занятия нацелены на закрепление изученного материала, развитие умений и навыков подготовки докладов, сообщений (познавательные общеучебные и логические универсальные учебные действия -УУД), приобретения опыта устных публичных выступлений, ведения дискуссии, аргументации и защиты выдвигаемых положений (коммуникативные УУД), а также для контроля преподавателем степени подготовленности студентов по изучаемой дисциплине. Подготовку к семинарскому занятию рекомендуется осуществлять в следующем порядке: 1) проанализировать план семинарского занятия; 2) прочитать конспект лекции и материал по учебной литературе; 3) найти определения ключевых понятий; 4) написать небольшие конспекты к каждому вопросу семинарского занятия; 5) решить задания теста (при их наличии); 6) по согласованию с другими студентами группы выбрать один вопрос и подготовить по нему устное сообщение и
11 презентацию
.
Семинар начинается со вступительного слова преподавателя, формулирующего цель занятия и характеризующего его основную проблематику. В ходе семинара предполагается свободный обмен мнениями по избранной тематике: обсуждаются ключевые понятия, рассматриваются намеченные вопросы, возможен просмотр фрагмента фильма по теме семинара. Основная часть семинара - заслушивание сообщений студентов. Сообщение является самостоятельной работой, студентом анализируются и обобщаются публикации по заданной тематике, вырабатывается и обосновывается собственная позиции студента в отношении рассматриваемой проблемы. Подготовка сообщения требует приложения достаточно кропотливых усилий: необходимо изучить широкий круг первоисточников, монографий, статей, проанализировать и обобщать. Рекомендуемое время сообщения - 7-10 минут. К оцениванию выступления обычно привлекаются студенты. Основные критерии следующие: а) соответствие содержания и темы выступления; б) свободное изложение материала и ответы на вопросы; в) качество презентации. Сообщения заканчиваются рефлексией. В заключительном слове преподаватель подводит итоги обсуждения, где указывает на достоинства и недостатки сообщения. При подготовке к семинару студенты могут обратиться к преподавателю за консультацией: график работы преподавателя имеется на кафедре. Во второй части учебно-методического пособия указаны ключевые понятия, вопросы для рассмотрения и обсуждения, задания для самостоятельной работы, представлен список литературы для подготовки к семинарам. Кроме указанных тем, студенты могут предлагать и готовить сообщения по интересующим их темам. Качество учебной работы студентов оценивается в
12 конце семинара, в рабочий журнал проставляются баллы, которые два раза в семестр суммируются и указываются в электронной балльно-рейтинговой системе. У студента имеется право и возможность ознакомления с ними.
1.4.
Организация
самостоятельной
работы
у
студентов, обучающихся по заочной форме обучения
Требования, предъявляемые к студенту ОЗО, практически такие же, как и требования к студентам ОДО. Поэтому студентам-заочникам необходимо исключительно серьезно относиться к организации самостоятельной работы. Это обстоятельство требует соблюдения студентами заочной формы обучения определенных правил и технологии подготовки. Эта подготовка включает несколько необходимых пунктов. 1. Старосте курса следует получить на кафедре необходимые методические указания и рабочую программу по изучаемому предмету и изучить требования, предъявляемые программой учебной дисциплины. При необходимости надлежит обратиться на кафедру и/или преподавателю за указаниями и консультацией. 2. Студенту необходимо создать (рационально и эмоционально) максимально высокий уровень мотивации к последовательному и планомерному изучению дисциплины. 3. Студенту следует убедиться в наличии в библиотеке в бумажном или электронном виде рекомендуемых учебников и пособий по изучаемой дисциплине. При необходимости посетить все доступные электронные магазины, такие как, 4. Требуется постоянно, с помощью словарей и энциклопедий, в том числе электронных, уточнять значения используемых терминов и понятий. Пользование словарями,
13 справочниками должно стать привычкой. Неточное, или неправильное понимание и употребление понятийного аппарата учебной дисциплины приводит к неудовлетворительному усвоению предмета. 5. Желательно тщательно планировать время, составить план самостоятельной работы с источниками и литературой по дисциплине в виде графика работы с датами и в дальнейшем его придерживаться, не допуская аврала в сессионный период.
1.5. Рекомендации по написанию сообщения с
презентацией
1. Выберите тему. Она должна быть интересна Вам. 2. Найдите книги и статьи по выбранной теме, в том числе в интернет-ресурсах. Сделайте выписки из книг и статей. 3. Составьте план сообщения. 4. Составьте сообщение на 5-7 минут. 5. Подготовьте тезисы и иллюстрации по теме сообщения. 6. Подготовьте презентацию. Ниже представлен примерный план сообщения как образец, которого следует придерживаться при их подготовке. Тема: «Влияние космоса на биосферные процессы и на человека». Введение. 1. Сущность терминов «космос», «биосфера», «человек». 2. Космические излучения. 3. Фотопериодизм. 4. А.Л.Чижевский о влиянии солнца на социальные процессы и на жизнедеятельность человека. 5. Гипотеза Л.Н.Гумилева о пассионарности. Заключение.
14
ЧАСТЬ 2. Задания для подготовки к семинарским
занятиям и организации самостоятельной работы
Тема 1. Возникновение и развитие естественных наук
Цель:
-
сформировать представления об особенностях естествознания, структуре и методах научного познания, о взаимоотношениях естественнонаучной и гуманитарной культур; -рассмотреть основные этапы становления и развития естественнонаучной картины мира. 1.
Дать определения
ключевых понятий: Дифференциация наук. Интеграция наук. Теоретическое познание. Эмпирическое познание. Концепция. Гипотеза. Теория. Научный эксперимент. Парадигма. 2.
Вопросы для рассмотрения:
1. Что является предметом изучения естествознания? 2. В чем заключается разница между естественнонаучным и гуманитарным знанием? 3. Почему естествознание называют точным? 4. Какая разница существует между эмпирическими и теоретическими объяснениями? 5. В чем заключается сходство и различие между пониманием и интерпретацией? 6. Приведите пример естественнонаучного объяснения. 7. Какие функции в естествознании выполняет математика? 8. В чем состоят преимущества и недостатки механической картины мира? 9. Как влияют на развитие науки внешние и внутренние факторы? 10. Прокомментируйте высказывания: «Дайте мне точку опоры, и я сдвину Землю!» (Архимед).
15 «Самым поразительным по новизне и по своим неслыханным практическим последствиям в области техники является со времени Кеплера и Галилея естественнонаучное знание с его применением математической теории» (С. Ясперс). «Природа весьма согласна и подобна себе самой» (И. Ньютон). 3.
Просмотр
фрагмента
фильма
«Вклад
мусульманских
ученых в развитие естествознания».
Найти ответы на вопросы: 1. Какие естественные науки выделились из натурфилософии в самостоятельном виде впервые в мусульманском мире? 2. Какие науки получили дальнейшее развитие, в чем это проявилось? 4. Какие методы являлись основой изучения природы? 5. Когда и где появились первые университеты? Что и как изучалось? Роль университетов в развитии естествознания.
4. Сообщения с презентациями на темы:
1. Наука и техника Средневековья. 2. Галилео Галилей и его вклад в развитие механики. 3. Классическая физика Исаака Ньютона.
5
.
Задания для самостоятельной работы
1. Заполните таблицу «Основные открытия в естествознании» Наука Эпоха Возрождения Новое время 19 век 20 век Физика Химия Биология Астрономия Геология
16 Проанализируйте результаты таблицы. Когда наблюдается бурное развитие в той или иной области научного знания? Когда произошла дифференциация естествознания? 2. Заполните таблицу Характеристика Естественнонаучное знание Гуманитарное знание Объект исследования Используемые методы Особенности Пути интеграции 3. Проанализируйте приведенный перечень химических дисциплин. Что изучают эти науки? Постройте аналогичную последовательность для физики, биологии.
ХИМИЯ
Неорганическая Органическая
Физическая Аналитическая
Коллоидных
растворов
Биологическая
4. Выполните тестовые задания. 1. Одной из главных особенностей науки является… а) зависимость от личности исследователя б) подчиненность религиозным догмам в) фрагментарность г) объективность
17 2. Возможность многократной проверки полученных результатов свидетельствует о ____ научного знания
.
а) объективности б) системности в) достоверности г) универсальности 3*. Математика – это наука … а) о количественных отношениях действительности б) естественная в) междисциплинарная г) гуманитарная 4*. Отметьте признаки, характерные для гуманитарного знания: а) субъективно (опирается на язык образов) б) объективно в) субъект неизбежно участвует в исследуемом процессе) г) субъект является сторонним наблюдателем 5*. Примером интеграции естественных наук является: а) биохимия б) генетика в) геофизика г) минералогия Примечание: *-2 правильных ответа.
Литература
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. Большой новейший справочник необходимых знаний/авт.составитель А.П.Кондрашов. –М.: РИПОЛ- классик, 2007.1088 с.
18 3. Интерактивная лекция на тему: «Естественнонаучные и гуманитарные методы познания. Методология научных исследований». [электронный ресурс] URL:
Тема 2. Научные революции в области физики
Цель:
ознакомление с современными исследованиями в области физики.
1.
Дать определения
ключевых понятий: Научная картина мира. Элементарные частицы, античастицы. Барионы. Мезоны. Лептоны. Кварки. Аннигиляция. Корпускулярно-волновой дуализм. Пространственно- временной континуум. Реликтовое излучение. Физический вакуум.
2.
Вопросы для рассмотрения.
1. Кем заложены основы электромагнитной теории? 2. Какой вклад в картину мира вносит электромагнитная теория? 3. Из каких элементарных частиц «построен» атом? 4. В чем изменились взгляды на природу в связи с исследованием процессов в микромире? 5. Что нового вносит СТО в принцип относительности классической механики? 6. Как была проверена правильность ОТО? 7. Кто впервые выдвинул идею кварков? 8. Кем и когда была опровергнута концепция о неделимости атомов? 9. Что является главным инструментом исследования элементарных частиц? Где этот инструмент впервые создан? 10. Объясните высказывания: «Теория Максвелла-это уравнения Максвелла» (Г. Герц).
19 «Природа предшествует человеку, человек предшествует естествознанию» (В. Гейзенберг). «Самым непонятным в нашем мире является то, что он все- таки понятен» (А. Эйнштейн).
3.
Просмотр
фрагмента
фильма
«Большой
адронный
коллайдер».
Найти ответы на вопросы: 1. Перечислите основные направления исследований (проекты), реализуемые в ЦЕРНе. 2. В каких проектах принимали и принимают участие российские специалисты? 3. Перечислите практические разработки, полученные на установках коллайдера и использующиеся во всем мире.
4.
Подготовить сообщения с презентациями на темы:
1. История создания квантовой механики. Открытия М.Планка, Н.Бора. 2. А.Эйнштейн: специальная и общая теория относительности
5.
Задания для самостоятельной работы
1
.
Необходимо исключить лишнее: а) свойства времени: трёхмерность, анизотропность, однородность, обратимость. б) свойства пространства – абсолютность, одномерность, однородность, необратимость, изотропность. в) в специальной теории относительности имеются понятия: скорость света, неинерциальное движение, время, пространство, четырёхмерный континуум. г) в общей теории относительности рассматриваются понятия: время, пространство, инерциальное движение, тяготение, искривление пространства и времени.
20 2. К какому из видов фундаментальных взаимодействий относятся: ходьба, скатывание с горы, освещение с помощью электричества, движение планеты по орбите, источник излучения звёзд. 3. Заполните таблицу: Виды взаимодействий Радиус взаимодействия Переносчик 4. Установите соответствие между формой материи и ее определением: а) низшее энергетическое состояние квантового поля б) иерархически организованная система корпускулярных структур – кварков, нуклонов, ядер, атомов Варианты ответов: 1. физический вакуум 2. поле 3. вещество 5. Пространство и время впервые предложил объединить в четырехмерное многообразие пространство-время: а) Эйнштейн б) Лоренц в) Минковский г) Планк.
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011.
21 2. Большой новейший справочник необходимых знаний/авт.составитель А.П.Кондрашов. –М.: РИПОЛ- классик, 2007.1088 с. 3. - сайт, содержащий открытые учебники по естественнонаучным дисциплинам. 4. - сетевая энциклопедия «Кругосвет». 5.
Тема 3. Самоорганизация в открытых системах.
Основные принципы синергетики
Цель:
сформировать представление об энергии и энтропии, особенностях их изменения в открытых и закрытых системах, об основных принципах синергетики и самоорганизации.
1.
Дать
определение
понятий
: энергия, энтропия, самоорганизация, синергетика, аттрактор, бифуркация.
2. Вопросы для повторения
. 1. Что понимается под стационарным неравновесным состоянием? 2. Что представляют собой автоволновые процессы? 3. Дайте простую формулировку второго закона термодинамики. 4. Какие условия необходимы, чтобы начался процесс самоорганизации в простейших системах неорганической природы? 5. Как в лазерной установке проявляется самоорганизация? 6. Как биологи относятся к синергетике? 7. Какие системы и процессы изучаются в рамках синергетики? 8. Приведите примеры самоорганизации в живой и неживой природе.
22 9. Кто впервые выдвинул идею «тепловой смерти» Вселенной? В чем её несостоятельность по современным представлениям?
3. Игра с элементами ТРИЗ
(Формирование и закрепление навыков по теме
«
Самоорганизация»). 1.Вспомните «Сказку о рыбаке и рыбке» А.С. Пушкина и ответьте на следующие вопросы: Вопрос
1.
Перечислите узловые события этой сказки, определившие именно такой ход развития событий, который описал Пушкин? Вопрос
2.
Как мог бы закончиться процесс ловли рыбы? Вопрос
3.
Что могло бы произойти после того, как старик поймал золотую рыбку? 2. В любой сказке, как и в жизни любого человека, можно найти узловые, ключевые события. Найдите другие узловые события в следующих сказках самостоятельно. Рассмотрите одну из сказок: «Сказка о царе Салтане», «Конек-горбунок» или поэму «Руслан и Людмила». Вопрос
1.
Назовите главных действующих лиц в этой сказке? Вопрос
2.
Перечислите «судьбоносные» события этой сказки, без которых сказка бы развалилась. Вопрос
3.
Определите, какие «веера» событий могли бы быть в каждой сказке?
5. Задания для самостоятельной работы
1. Какое (-ие) утверждение (-я) верно (-ы): а) система с большей упорядоченностью имеет более низкую энтропию; в) энтропия системы не зависит от её состояния; г) возрастание энтропии повышает порядок; д) полная энергия изолированной системы остается неизменной.
23 2. Кто из приведенных в списке ученых внёс вклад в развитие синергетики: С.Хокинг, Г. Хакен, А. Эйнштейн, Дж.Максвелл, Т. Кун, И. Пригожин, Н.Бор, М.Планк, Н.И. Моисеев, 3. Исключите лишнее: а) самоорганизации характеризуется: необратимостью, линейностью, открытостью, кооперативностью, нелинейностью, неравновесностью, предсказуемостью; б) бифуркация – это плавное развитие; скачок; стабильное состояние; неустойчивое состояние; взрыв; равновесие. 4. Какое из перечисленных облучений обладает наибольшей энергией: а) микроволновое; б) инфракрасное; в) гамма-излучение; г) реликтовое излучение. 5. Возрастание энтропии физической системы ведет в ней к: а) повышению температуры; б) увеличению беспорядка; в) поышению порядка; г) переходу в стационарное состояние.
Литература
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. Хакен Г. Информация и самоорганизация. М., 1991. 3. Эткинс П. Порядок и беспорядок в природе. М., 1997. 4. Самоорганизация: кооперативные процессы в природе и обществе. Ч.1. М.1990.
24
Тема 4. Современная астрофизическая картина мира
Цель:
сформировать представление об основных концепциях происхождения и эволюции Вселенной, строении и истории геологического развития Земли.
1. Дать определения
терминов: сингулярность, протозвезда, звезда, планета, галактика, метагалактика, квазар, пульсар, черная дыра, красный гигант, красное смещение.
2. Вопросы для рассмотрения:
1. Что изучают следующие науки: космогония, космология, астрономия, астрофизика, космонавтика? 2. Когда появились первые космологические концепции? 3. Что значит стационарность и нестационарность Вселенной? 4. Когда и кем была разработана модель расширяющейся Вселенной? 5. Когда по стандартной модели Вселенная стала «прозрачной»? 6. Почему планету Нептун называют «планетой, открытой на кончике пера»? Какое значение имело открытие этой планеты? 7. Опишите главные атрибуты звезд, планет, комет? 8. Теория континентального дрейфа и теория тектоники литосферных плит – в чем суть? 9. Как узнать метеорит? 10. Объясните высказывание: «Уже само наше существование влечет за собой строгий отбор типов Вселенной, которую мы могли бы познать» (Дж. Барроу).
3. Просмотр фрагмента фильма «Рождение Земли».
Найти ответы на вопросы: 1. Сколько лет Земле? 2. От чего зависит формирование магнитосферы?
25 3. Откуда взялась Луна? 4. Назовите основные гипотезы появления воды на Земле. 5. Что отличало состав первичной атмосферы от нынешней? 6. Строматолиты – что это такое?
4. Подготовить сообщение с презентацией на тему:
1. Антропологический принцип Вселенной. 2. Стивен Хокинг и его взгляды на эволюцию Вселенной. 3. Проблема поиска жизни во Вселенной
5. Задания для самостоятельной работы
1. Ниже представлен пример интеллект-карты по структуре Вселенной. Используя имеющиеся понятия, заполните её до конца. Рис. Пример «скелетной» карты понятий, относящихся к структуре Вселенной
26 2. Прочитайте текст по материалам ФЭПО (Федерального интернет-тестирования) и ответьте на вопросы
.
Представьте, что с помощью машины времени организован симпозиум, на котором могут встретиться и обменяться мнениями выдающиеся мыслители и ученые различных эпох. В дискуссии о сущности материи, движения, механизмах взаимодействий участвуют: один из первых атомистов Демокрит, древнегреческий философ Гераклит, самый универсальный мыслитель античности Аристотель, основоположник первой научной картины мира (механической) Ньютон, создатель молекулярно- кинетической теории газов и основоположник электромагнитной картины мира Максвелл, один из создателей атомно-молекулярного учения Ломоносов, создатель теории относительности Альберт Эйнштейн, основоположник и вдохновитель развития квантовой механики Нильс Бор, выдающийся физик 2-й половины XX века Ричард Фейнман и известнейший физик современности Стивен Хокинг. 2.1.* В своем выступлении по вопросу о движении Гераклит заявил, что … а) все течет б) невозможно дважды войти в одну и ту же реку в) Земля все-таки вертится г) в движении атомов присутствует неизбежный элемент случайности 2.2.* Из названных участников симпозиума доказывали, что ни один материальный объект не может двигаться со скоростью, превышающей скорость света в вакууме …. а) Эйнштейн б) Ньютон в) Аристотель г) Фейнман
27 2.3. Установите соответствие между участником симпозиума и его мнением по вопросу о пустоте (вакууме). а) Аристотель б) Хокинг в) Демокрит 1) вакуум не пустота, а одна из форм материи, определяющая облик Вселенной; 2) вакуум – это пустое пространство, лишенное материи, которое легко создать с помощью насосов; 3) пустоты не существует, Вселенная всюду плотно заполнена материей; 4) пустота существует и, наряду с атомами, является самостоятельным началом мироздания. 3. В схеме изображено устройство Солнечной системы 3.1.* В схеме допущена серьезная ошибка, так как а) пропорции между размерами Солнца и размерами планетных орбит искажены б) не указаны все составляющие элементы солнечной
28 системы в) между размерами разных планет пропорции сильно искажены г) порядок следования планет от Солнца перепутан 3.2. * Первая научная гипотеза происхождения Солнечной системы- гипотеза Канта – Лапласа объясняла следующие особенности ее устройства … а) планеты вращаются вокруг Солнца в одном направлении б) орбиты планет лежат практически в одной плоскости в) имеется два класса планет: земная группа- каменистые планеты и гиганты, состоящие из газа г) легкие химические элементы играют доминирующая роль в составе всех планет-гигантов Примечание: *-2 правильных ответа. 4. Ознакомьтесь с суждением К.Э. Циолковского об обитаемости планет с газовыми оболочками. «Всё же вывод такой: большинство крупных планет, или, вернее, планет с газовыми оболочками, или есть, или было, или будет обитаемо» [6]. Ответьте на вопросы: можно ли приведенное высказывание К.Э Циолковского назвать научным? Согласны ли вы с мнением философа об обитаемости (в том числе потенциальной) планет с газовыми оболочками?
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011 2.Большой новейший справочник необходимых знаний/ авт.составитель А.П.Кондрашов. –М.: РИПОЛ-классик, 2007.1088 с.
29 3. С.Хокинг.Краткая история времени: от Большого взрыва до черных дыр. М.: 2006.
Тема 5. Достижения современной химии
Цель:
сформировать представление об основных концепциях современной химии и современных химических технологиях 1.
Дать определения
ключевых понятий: Атом. Молекула. Соединение. Структурная формула. Химический элемент. Изотоп. Катализатор. Фермент. 2.
Вопросы для рассмотрения.
1. Какие задачи ставили алхимики? 2. Кто создал теорию химического строения вещества? 3. Чем отличается формулировка периодического закона элементов, данная Д.И.Менделеевым от современной формулировки? 4. В чем отличие простого и сложного веществ? 5. Какую роль играет вода в живых системах? 6. Современные эффективные катализаторы: где применяются и что они из себя представляют? Приведите примеры. 7. Охарактеризуйте наиболее распространенные металлоорганические соединения. 8. Приведите примеры применения современных химических технологий. 9. Что является объектом изучения космохимии? Каким образом изучается химический состав космических объектов? 10. В чем отличие лунных пород от земных?
3. Подготовить сообщения с презентациями на темы:
1. Качественное многообразие химических элементов.
30 2. Перспективы применения новых материалов. 3. А.П.Руденко и его теория саморазвития элементарных открытых каталитических систем.
4. Проблемная работа «Химические основы жизни»
Для выполнения работы присутствующие делятся на несколько групп. Работа может выполняться как устно, так и письменно. Студентам предлагается обоснованно ответить на любые 3 вопроса. Все остальные ответы рассматриваются как бонусные. Вопросы: 1. Китайская кухня известна во всем мире, но она почти не содержит молочных продуктов. В чем причина, если с детства человек знает, что молоко обладает высокой пищевой ценностью? 2. В живом организме избыток глюкозы, не используемой для энергетических нужд, переносится кровотоком в печень и превращается в животный крахмал – гликоген, который при необходимости снова разлагается до глюкозы. Почему глюкоза запасается в виде крахмала, являющегося полимером, а не в мономерной форме? 3. Многие люди любят сладкое. Почему нельзя питаться одним сахаром? 4. Вегетарианцы, как известно, не употребляют в пищу мясо и другие продукты животного происхождения. Откуда в их организм поступают белки? 5. Пиво и сухое вино образуются в процессе брожения (ферментации) сахарозы или крахмала, содержащегося в солоде и винограде. Почему с помощью одного только процесса брожения нельзя получить пиво и вино с концентрацией спирта (этанола) выше 15,5 %? 6. Содержание углеводов в листьях и клубнях растений составляет почти 90% сухого веса. В клетках мышц и печени животных углеводов 5%, а в других клетках – менее 1%. Чем
31 можно объяснить такое различие в количестве углеводов животных и растительных клеток? 7. Молочные продукты являются источником витаминов А и В 2 , а также минеральных солей. Объясните, с каким из компонентов молока связан каждый из витаминов? Источником какого химического элемента в нашей диете являются молочные продукты?
5.
Просмотр
фрагмента
из
фильма
«Нанотехнологии».
Найти ответы на вопросы: 1. «Внизу полным полно места»- как Вы понимаете это высказывание Фейнмана? Какие материалы могут называться наноматериалами? 2.Микроэлектронные технологии можно ли называть нанотехнологией? 3. Где, в каких отраслях промышленности применяются достижения современной химии?
6.
Задания для самостоятельной работы:
Выполните тестовые задания. 1) Эпоха рекомбинации в эволюции химических элементов это время: а) раздельного существования электронов, протонов и нейтронов микромира; б) отрыва электронов от ядер атомов водорода и гелия и их свободное движение в виде космических лучей; в) захват и удержание электронов ядрами атомов водорода; г) захват и удержание протонами свободных нейтронов. 2. Установите соответствие между химическим элементом и его функцией в организме: а) железо б) углерод
32 в) иод 1) микроэлемент, входящий в состав гормонов, стимуляторов; 2) органоген- элемент живого мира, входящий в структурную основу многообразия белков; 3) макроэлемент, обеспечивающий транспорт кислорода в крови. 3. Установите соответствие между названием стадии в концепции биохимической эволюции и примером изменений, происходящих на этой стадии: а) абиогенез; б) коацервация; в) эволюция; 1) концентрирование органических молекул и образование полимеров; 2) синтез органических молекул из неорганических газов; 3) возникновение автотрофов, образование восстановительной атмосферы молодой Земли. 4. Установите соответствие между свойством воды и его значением для жизни на Земле: а) высокая полярность молекулы в) аномальная плотность в твердом состоянии г) высокая теплота испарения; 1) возможность существования жизни в замерзающих водоемах; 2) регуляция температуры тела в процессе потоотделения; 3) высокая растворяющая способность. 5. Химическим(-ми) элементом(-ами), образующимся(- имися) помимо реакций ядерного синтеза в недрах звезд является (-ются)…. а) водород и гелий; б) только водород;
33 в) только гелий; г) все элементы таблицы Менделеева от водорода до железа. 6) В основе открытых каталитических систем А.Руденко лежат принципы: а) вероятностный, кинетический, термодинамический, мультиплетный; в) вероятностный, кинетический, термодинамический, информационный; г) информационный, морфогенетический, кинематический, мультиплетный; д) статистический, информационный, генетический, кинематический, мультиплетный. 7) Наивысшей лабильностью среди элементов-органогенов обладает а) сера; в) водород; г) углерод; д) азот; е) кислород. 8) Тяжелые химические элементы в природе образуются в результате а) жизнедетельности организмов; в) вспышек на Солнце; г) взрывов сверхновых; д) в недрах звезд. 9). Химическим процессом является а) превращение воды в лед; в) превращение некоего порошка в воздухе в белое вещество с выделением газа; г) образование снежинки;
34 д) отражение света от поверхности. 10). Основной поставщик углерода в земных условиях а) минералы (известняк, мел, мрамор; в) углекислый газ в атмосфере; г) фотосинтез; д) «озоновые дыры».
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания. Концепции и принципы.Ростов-на-Дону, «Феникс», 2006 3.Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания. Изд. «Высшая школа», 2000.
Тема 6. Биологическая картина мира. Эволюция
жизни на Земле.
Цель:
сформировать представление об основных концепциях происхождения и эволюции жизни на Земле.
1
.
Дать определения ключевых понятий:
Креационизм. Панспермия. Самозарождение. Биогенез. Абиогенез. Коацерваты. Хиральность. Голобиоз. Генобиоз. Эволюция. Биологический прогресс, регресс. Животные. Бактерии. Грибы. Растения.
2
.
Вопросы для рассмотрения
. 1. Какие свойства отличают живое от неживого? 2. Какие предпосылки появления живого? 3. В чем заключаются сильные и слабые стороны гипотезы абиогенеза А.И. Опарина.
35 4. В чем заключается главный недостаток учения Дарвина об эволюции? 5. Каковы современные представления о происхождении и эволюции жизни? 6. Какая гипотеза о происхождении жизни является ключевой в биологии ХХ века? 7. Назовите основные формы естественного отбора? 8. Чем отличается макроэволюция от микроэволюции? 9. Какой биом отличается наибольшим разнообразием видов? Какие факторы обусловливают видовое разнообразие?
3. Просмотр фрагмента фильма «Был ли Дарвин
прав?»
Найти ответы на вопросы: 1. К какой группе относятся первые организмы? «Археи»- что для них характерно? Почему их назвали «экстремофилами? 2. Какие сведения, полученные в последнее время, являются доказательством правоты Дарвина?
4. Подготовить сообщения с презентациями на темы:
1. Многообразие биологических видов. 2. Ж.Кювье и его концепция эволюции. 3. Ж.-Б.Ламарк и его идеи об эволюции.
5. Задания для самостоятельной работы
1. Заполните таблицу: «Возникновение эволюционных представлений» Историческая эпоха Представления Натурфилософия Эпоха Возрождения XYIII век XIX век XX век
36 2. Выполните тестовые задания: 1) Гипотеза генобиоза (методологический подход в вопросе происхождения жизни) основана на идее... а) первичными являются структуры, которые обладают способностью к элементарному обмену веществ при участии ферментных белков; б) одновременного появления нуклеиновых кислот и ферментных белков; в) первичности молекулярной системы со свойствами генетического кода; г) первичности жизнеспособных систем, способных к автокатализу. 2) Организмы, способные жить и развиваться только при наличии в среде свободного кислорода, – это…. а) аэробы; б) вирусы; в) фитонциды; г) анаэробы 3) Форма естественного отбора, которая расчленяет ранее единую популяцию на две и более разные популяции и ведет к образованию новых видов, называется _________ отбором а) стабилизирующим; б) нормализующим; в) искусственным; г) дизруптивным 4) Процесс выборочного выживания и размножения организмов, более приспособленных к изменившимся внешним условиям, называется … а) естественным отбором;
37 в) коэволюцией; г) борьбой за существование. 5) Существует гипотеза о том, что древнейшая жизнь на Земле первоначально существовала в форме а) первичной молекулы ДНК; б) автотрофных бактерий; в) гетеротрофных бактерий; г) единичной молекулы белка. 3. Рассмотрите подход В.И. Вернадского к проблеме самозарождения жизни. «Ф. Реди утверждал: всякий живой организм происходит от другого живого же организма... Западное человечество последовало по пути, раскрытому для мысли Ф. Реди и Л. Пастером, лишь неохотно и с большим усилием. Идеи о вечности жизни, отрицание ее начала, мысль о непереходимом - в аспекте известных физико-химических явлений - различии, существующем между косной и живой материей, были в полнейшем противоречии с навыками его мысли, с его мировоззрением. Идеи о начале и конце видимого космоса, всего материального мира, так же как о реальном единстве всего существующего, оставили глубокий след на его умственном складе. Самозарождение, то есть генезис живого организма за счет косной материи, без посредства другого живого организма, многим ученым все еще кажется логично необходимым... Конечно, возможно, что они соответствуют реальности. Нельзя их считать научно опровергнутыми. Но ничто не указывает на их вероятность. Ничто также не указывает на то, что проблема самозарождения не принадлежит к тому же ряду исканий, как и задача о квадратуре круга, о трисекции угла, о философском камне. Стремление разрешить все эти проблемы было не бесплодно, оно имело очень важные
38 последствия. Оно привело к великим новым открытиям, но самые проблемы оказались нереальными. Оставаясь на почве науки, мы должны признать, что: 1) нигде и ни в каких явлениях, происходящих или когда- либо имевших место в земной коре, не было найдено следов самозарождения жизни; 2) жизнь, какой она нам представляется в своих проявлениях и в своем количестве, существует непрерывно со времени образования самых древних геологических отложений, со времени архейской эры; 3) нет ни одного организма среди сотен тысяч различных изученных видов, генезис которого не отвечал бы принципу Реди» [3]. Ответьте на вопрос: допускаете ли вы вслед за В.И. Вернадским, что жизнь - вечное явление, разделяете ли его мысли «о непереходимом... различии, существующем между косной и живой материей»? 4.Проанализируйте позицию А.Л. Чижевского о жизни как космическом явлении. «Поток электронов и протонов, вылетевший из жерла солнечного пятна и пролетающий мимо Земли, вызывает огромные возмущения во всем физическом и органическом мире планеты: вспыхивают огни полярных сияний, Землю охватывают магнитные бури, резко увеличивается число внезапных смертей, заболеваний, случаев сумасшествия, эпилептических припадков, несчастных случаев вследствие шока в нервной системе и т.д. Мы привыкли придерживаться грубого и узкого взгляда на жизнь как на результат случайной игры только земных сил. Это, конечно, неверно. Жизнь же, как мы видим, в значительно большей степени есть явление космическое, чем земное. Она создана воздействием творческой динамики космоса на инертный материал Земли. Она живет динамикой этих сил, и каждое
39 биение органического пульса согласовано с биением космического сердца — этой грандиозной совокупности туманностей, звезд, Солнца и планет» [7]. Ответьте на вопрос: согласны ли вы с идеями А.Л. Чижевского?
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. Сайт «Репозиторий Вселенной» «Космическая теория происхождения жизни на Земле» [электронный ресурс] URL: 3. "Чарльз Дарвин и теория эволюции" статья А. РУБЦОВ, канд. биол. наук. (журнал "Наука и жизнь"№1 2009) – сайт по вопросам эволюции.
Тема 7. Человек: соотношение биологического и
социального
Цель:
сформировать представления об основных достижениях естествознания в изучении человека
1.
Дать
определения
терминов:
инстинкт, стереотип, сознание, мышление, интеллект, эмоции, творчество.
2. Вопросы для рассмотрения.
1. Что такое латентное научение? запечатление? 2. Каково соотношение инстинкта и интеллекта? 4. Какие животные называются «общественными»? 5. Как можно объяснить альтруизм у животных? 6. Какие науки занимаются изучением человека? 7. Где находится по гипотезе «Ноева ковчега» прародина человечества?
40 8. Назовите основные проблемы изучения антропогенез. 9. Назовите выдающихся этологов. Какую роль играет этология в изучении человека? 10. Каков вклад социобиологии в изучение человека? 11. Объясните высказывание: «Человечество было сформировано не императорами, жрецами и полководцами, а теми, кто создал топор, колесо, самолет; кто нашел злаки; следил за звездами, кто открыл железо, полупроводники, радиоволны» (Д.Гранин).
3.Просмотр
фрагмента
фильма
«У
истоков
человечества».
Найти ответы на вопросы: 1. Сколько миллионов лет назад началась история рода Homo? Начертите схему эволюцию человека. 2. Дайте описание следующих этапов человечества: «человек умелый», «человек прямоходящий», «неандерталец», «человек разумный»? 3. Какую роль сыграли экологические факторы в возникновении человека и его эволюции? 4. Где находится «колыбель человечества» по мнению современных антропологов?
4. Подготовить сообщение с презентацией на тему:
1. Социальное и биологическое в человеке. 2. Важнейшие жизненные эмоции и их роль в становлении личности. 3. Проблемы этнологии и взгляды на них Л.Н. Гумилева. 4. Психические различия мужчины и женщины.
5. Задания для самостоятельной работы
1. Соотнесите перечисленные признаки с их принадлежностью человекообразным обезьянам или человеку. а) 46 хромосом в клетках; б) объем мозга более 1500 см 3 ;
41 в) развитые надбровные дуги ; г) хватательный тип стопы ; д) расширенный таз; е) наличие подбородного выступа ; ж) 48 хромосом в клетках ;з) S -образный позвоночник; и) теплокровность; к) наличие плаценты; л) развитие жаберных щелей в эмбриогенезе; м) объем мозга до 500 см 3 . Человек Человекообразные обезьяны 2. Проведите попарную антагонистическую группировку эмоций: 1 Восторг А страх 2 Симпатия Б депрессия 3 Радость В ужас 4 Подъем Г отвращение 5 Чувство безопасности Д ненависть 6 Любовь Е расстройство 3. Соотнесите перечисленные характеристики с их принадлежностью к сознанию и к бессознательному: 1) конкретное, образно-визуальное; 2) формально- логическое; 3) вторичные мыслительные процессы; 4) свобода комбинаций знаков и образов; 5) формализация. 6) абстрактное, концептуальное; 7) неформальная логика; 8) образное; 9) символическое; 10) первичные мыслительные процессы; 11) синтаксическая связность; 12) сновидения, фантазии. Сознательное Бессознательное 4. Проанализируйте таблицу «Психические различия мужчин и женщин». Приведите примеры.
42
Мужчины
Женщины
Новаторство Консерваторы Играют большую роль в изменении среды Хранители «домашнего очага» Суждения отличаются большей логикой, способны к абстракции Преобладают эмоции в суждениях, конкретны Способны на сверхусилия Более устойчивы и выносливы Обладают более жесткой психикой Характерна лабильная психика Играют большую роль в поиске и приобретении информации Играют большую роль в сохранении и трансляции информации Обладатели высокого творческого потенциала Более консервативны 5. Сравните поведенческие особенности обезьян и первобытного человека Общественная система Обезьяны Первобытные люди Организация Управление Половое поведение Отношения между матерью и потомством Игры Обмен информацией
Литература
1. Алексеев В.П. Становление человечества. М. 1984.
43 2. Бунак В.В. Род Нomo, его возникновение и последующая эволюция. М.,1980. 3. Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания. Концепции и принципы. Ростов-на-Дону, «Феникс», 2006. 5.Антропогенез.ру (достающее звено) [электронный ресурс] музея в Вашингтоне, его естественнонаучная коллекция, происхождение человека
Тема
8.
Достижения
современной
молекулярной
биологии и генетики
Цель:
рассмотреть механизмы воспроизводства живых систем, сформировать представления об основных достижениях молекулярной биологии и генетики.
1. Дать определения ключевых терминов:
Ген. Геном. Генотип. Фенотип. Гомозигота. Гетерозигота. Репродукция. Хромосома. Мутация. Клонирование. Модификация.
2. Вопросы для повторения
. 1. Каковы особенности развития биологии на современном этапе? 2.Что является предметом изучения генетики, генной инженерии, молекулярной биологии, биохимии, биоэтики? 3.Перечислите основные уровни живого. 4. Когда и как расшифровали генетический код? 5. Биосинтез белка – как он происходит? Приведите пример. 6. Как классифицируются мутагены? 7. Как проявляются молекулярно-генетические механизмы изменчивости?
44
4. Подготовить сообщения с презентациями на темы:
1. Реальная польза и потенциальный риск генных технологий 2. Классификация наследственных заболеваний и перспективы их лечения. 3. Ричард Докинз как популяризатор генетики. 4. Биоэтика: основные задачи.
5. Задания для самостоятельной работы
1. Какие наиболее значимые открытия и достижения в области молекулярной биологии произошли в 20-21 веке? Укажите имена учёных, с которыми они связаны. 2. Принцип, именуемый «бритвой Оккама» (сформулирован в XIV в. англ. философом У. Оккамом) предлагает: «Не умножай сущностей без надобности». Попытайтесь привести примеры использования либо нарушения этого принципа в различных учениях в биологии. 3. Дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.
Признак
ДНК
РНК
1 .Место локализации 2.Строение мономера 3.Азотистые основания 4.Количество цепей 5. Функции 4.Решите генетические задачи: «Если у отца первая группа крови, у матери - четвертая, то какие группы крови возможны у детей этой пары?», «Муж гетерозиготен по резус-фактору, жена- резус- отрицательна. Какие прогнозы можно дать этой паре?» «Голубоглазая женщина с 3 группой крови (ее родители имели третью группу крови) вышла замуж за кареглазого мужчину
45 со 2 группой крови (его отец имел голубые глаза и первую группу крови). Какие могут родиться дети?»
Литература:
1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. nkjarchive/articles/14128- Генетически модифицированные организмы (В. Кузнецов, докт. биол. наук, А. Баранов, канд. биол. наук, В. Лебедев, канд. биол. наук) Журнал "Наука и жизнь" [электронный ресурс].
Тема 9. «Биосфера и цивилизация»
Цель:
Ознакомление с трудами выдающихся русских ученых-философов
,
представлениями о «ноосфере».
1. Дайте определения ключевых понятий:
Живое и косное вещества. Биокосное и биогенные вещества. Биом. Устойчивость. Стабильность. Экологический кризис. Рациональное природопользование. Экологический императив. Техносфера.
2. Вопросы для повторения
. 1. Какие экологические законы Вы знаете? 2. Назовите основные звенья «пастбищных» и «детритных» цепей. 3.Назовите 4 фундаментальных типа экосистем, выделяемые в современной экологии? 4. Человек и биосфера - «друзья» или «враги»? 5.Назовите основные экологические проблемы современности. 6. Кто и где впервые применил термин «ноосфера»? 7. Назовите вклад В.И. Вернадского в разработку концепции ноосферы.
46 8. Почему В.И.Вернадский сравнивает деятельность разума человека с геологической силой? 9. Являются ли отходы всегда опасными для природы? 10.Назовите несколько положений «Концепции устойчивого развития»
3. Подготовить сообщение с презентацией на тему:
1. Технологическая цивилизация и её влияние на биосферу. 2. Космос, биосфера и человек. 3. Будущее человечества: что нас ждет? (по прогнозам ученых Римского клуба).
4. Задания для самостоятельной работы
1. Прочитайте представленную ниже статью Ярослава Коробатова
«Шокирующие подробности эксперимента
«Биосфера-2».
Перечислите, какие недочеты обнаружились в ходе эксперимента «Биосфера-2». Подумайте, можно ли устранить эти погрешности? Готов ли человек к колонизации Марса? На днях на Землю после годовой (!) экспедиции на МКС российско-американский экипаж в составе Михаила Корниенко и Скотта Келли. Ни «Роскосмос», ни НАСА не скрывали, что эта длительная миссия ничто иное, как репетиция полета на Марс. По расчетам отправка десанта на Красную планету может состояться в течении ближайших 15-20 лет. Полет Келли и Корниенко должен был дать ответ на главный вопрос: возможно ли защитить организм космонавтов от космической радиации в течении 15-месячного перелета на соседнюю планету? По итогам годовой миссии медики отрапортовали о том, что решили эту задачу. Значит путь к колонизации Луны и Марса открыт? Но не все так просто. Как только космонавты покинут орбиту Земли, их могут подстерегать опасности, которые сейчас ученые не в состоянии просчитать. Яркой иллюстрацией на
47 эту тему стал знаменитый эксперимент «Биосфера -2», который проходил в США в начале 90-х годов. На создание замкнутой экологической системы в пустыне Аризона миллиардер-энтузиаст Эдвард Баас потратил 200 миллионов долларов. Цель эксперимента: понять сможет ли человек жить в искусственно созданной среде. Грандиозный опыт ставился как раз с прицелом на колонизацию Марса или на создание убежищ на Земле в случае глобальной экологической катастрофы. «Биосфера-2» состояла из павильонов с разными климатическими зонами (тропический лес, пустыня, океан, саванна, мангровые заросли), ее населили более чем тремя тысячами представителей флоры и фауны. В одном из павильонов проекта. Фото: University of Arizona
48 Комплекс зданий проекта «Биосфера -2». Фото: FACEBOOK
«Мы ели самих себя»
Экипаж полностью герметичной гигантской капсулы состоял из ученых топ-класса, это вам не «Дом-2»! Когда эксперимент начинался, многие думали, что колонисты уходят на 2-летние райские каникулы. Однако восьмерке ученых пришлось балансировать на грани жизни и смерти. Поначалу колонисты были увлечены исключительно экспериментом. - Только тут я впервые осознала, что являюсь частью биосферы, - рассказывала Джейн Пойнтер. - И это вовсе не абстрактные слова. Углекислый газ, который я выдыхала, поглощали листья батата. Мы так много ели батата, что в конце концов у меня кожа стала оранжевой от него. И углерод из этого батата снова становился частью меня. Можно сказать, я ела один и тот же углерод раз за разом. По- сути, я ела саму себя.
49 Спустя несколько недель после начала эксперимента обнаружилось, что содержание кислорода в атмосфере капсулы по непонятным причинам падает. И через несколько месяцев должно наступить кислородное голодание. Впоследствии выяснилось, что проектировщики не учли, что большое количество кислорода будут поглощать бактерии, которых оказалось очень много в специально завезенной плодородной почве. Кроме того, кислород реагировал с бетонной облицовкой внутри «Биосферы» и оседал на стенах в виде карбоната кальция. Колонисты могли рассчитывать, что их спасут зеленые «легкие» - деревья из тропической зоны. Вдобавок они каждый клочок земли засадили быстрорастущими растениями, чтобы увеличить фотосинтез. Но обнаружился еще один прокол создателей комплекса. Они не предусмотрели такого явления, как ветер. А без регулярного раскачивания стволы деревьев становились хрупкими и ломкими. Периодически зеленые деревья, на которые молились ученые, с треском падали, ломая все вокруг... Из-за повышения концентрации углекислого газаначался падеж животных. Вымерло большинство обитателей фермы, исчезли все насекомые- опылители. Зато в неимоверных количествах развелись муравьи и тараканы. Спустя 16 месяцев после начала эксперимента уровень кислорода упал настолько, что люди стали задыхаться по ночам, когда из-за темноты выработка кислорода растениями прекращается. Днем же они испытывали состояние хронической апатии и усталости. В один прекрасный момент врач Рой Уолфорд поймал себя на том, не может сложить в уме два двузначных числа. Только тогда колонисты запросили помощь Большой Земли и им, вопреки условиям эксперимента, стали закачивать под купол кислород.
50
Другим шокирующим событием для экипажа стал голод. В один прекрасный день заведующая фермой Джейн Пойнтер призналась, что весь их сельскохозяйственный комплекс может обеспечить колонию продуктами только на 83 процента от планируемого рациона. Эти расчеты появились у нее еще за несколько месяцев до старта проекта, но врач Рой Уолфорд убедил Джейн молчать о своих опасениях. Дело в том, что Уолфорд разработал теорию продления жизни на основе ограничения калорийности питания (при условии, что организм, тем не менее, получает все жизненно необходимые вещества). И, пользуясь случаем, доктор хотел провести в рамках проекта «Биосфера-2» еще и собственный эксперимент. Его лабораторные мыши, которым калорийность сократили на 50 процентов, жили вдвое дольше. Но с людьми все оказалось гораздо сложнее... За первый год колонисты потеряли в весе в среднем 16- 18 процентов. То есть сбросили почти пятую часть массы тела. После кражи бананов из кладовой (в «преступлении» никто так и не признался) продуктовое хранилище стали закрывать на замок. Доктор, тем не менее, торжествовал: медицинские анализы доказывали, что у подопечных снизился уровень холестерина, стабилизировалось артериальное давление, улучшился метаболизм и работа иммунной системы. Мужчины и женщины помолодели, показатели их здоровья улучшились. Постоянный голод, плюс нехватка кислорода драматическим образом сказались на отношениях в команде. Колонисты стали испытывать друг к другу откровенную вражду. Одни категорически отказывались от помощи извне, ссылаясь на чистоту эксперимента, и утаивали от Большой Земли проблемы, которые возникали на станции. Другие во главе с Джейн Пойнтер считали, что эксперимент ничего не
51 потеряет, если их перестанут мучить и помогут с продовольствием и кислородом. Команда все же смогла закончить эксперимент, однако, им пришлось вскрыть неприкосновенный запас продовольствия и закачать дополнительный объем кислорода. В условиях полета на Марс или колонизации Красной планеты этот трюк уже не прошел. Люди бы погибли, потому что на помощь уже некому было прийти. «Биосфера 2» - хороший урок-предостережение организаторам будущих экспедиций. Наш мир очень хрупок.
Хронология событий
- 26 сентября 1991 года - начало эксперимента. Команде из 8 участников предстояло в течении 2 лет прожить в искусственно созданной биосистеме абсолютно изолированной от внешнего мира. - Ноябрь-декабрь 1991 года. Ученые обнаружили, что уровень кислорода в атмосфере начинает снижаться со скоростью 0,5% в месяц. Колонисты принялись интенсивно выращивать биомассу, чтобы поднять содержание кислорода в воздухе, но их усилия были тщетными. - Январь 1992 года. Перед колонистами замаячил продовольственный кризис. Посевы риса оказались уничтожены вредителями. Шведский стол отменили, ввели пайки. Их энергетическая ценность составляла 1700 калорий в день на одного человека. Что недостаточно для людей занятых тяжелым физическим трудом. - Апрель-май 1992 года. В результате постоянных конфликтов команда разделилась на 2 враждующие группы. 4 человека во главе с Джейн Пойнтер настаивали на том, чтобы принять помощь извне. Другая половина экипажа была категорически против нарушения чистоты эксперимента. - Ноябрь 1992 года. Страдающие от голода обитатели «Биосферы 2» вскрыли аварийные запасы продовольствия. Джейн Пойнтер известила об этом руководство проекта. Она
52 была немедленно уволена, ей приказали покинуть территорию эксперимента, но Джейн отказалась это сделать. - К январю 1993 году уровень кислорода понизился с 21 до 14,2%. Такая концентрация газа наблюдается в горах на высоте 4080 метров. Люди стали испытывать сильное кислородное голодание. Руководство проекта приняло решение тайно закачать внутрь «Биосферы» 23 тонны кислорода. - Май-июль 1993 года. Колонистам удалось вырастить хороший урожай общим весом более тонны. Это позволило увеличить калорийность рациона и люди частично компенсировали значительную потерю в весе, которая наблюдалась в первый год. - 26 сентября 1993 года - окончание эксперимента.
Ресурсы
Новые робинзоны располагали сельскохозяйственными угодьями площадью 1,27 гектара. Они выращивали бананы, папайю, бататы, свеклу, арахис, фасоль, рис, пшеницу и другие культуры. На животноводческой ферме обитали: 4 козы и 1 козел; 35 кур-несушек и 3 петуха; 2 свиноматки и 1 кабан. Кроме того, у колонистов было свое рыбное хозяйство: они разводили неприхотливую рыбу тиляпию.
8.
Изучите материалы по теме
«Русский космизм
о
вариантах будущего человечества».
Ответьте на вопросы. Русский космизм рассматривал как зависимость человека от космоса, так и обратное влияние человека на окружающий мир. В русском космизме обосновывались принципы нового отношения человека к природе, что стало основой осознания тех проблем, которые в дальнейшем получили название глобальных.
53 У каждого из космистов свой вариант будущего развития человечества. Так, по мнению К.Э. Циолковского климат можно будет изменить по желанию человека, появятся возможности для развития всех свойств человека: как общественных, так и индивидуальных. С помощью техники в будущем станет возможным изучение всех планет, человечество освоит их. Более реалистичным будущее рассматривалось в концепции В.И. Вернадского. По его мнению в будущем состоится переход биосферы в ноосферу, и возрастет регулирующая роль человеческого Разума. Человек будет развиваться и приобретет способность изменить не только окружающий мир (макрокосм), но и собственную природу (микрокосм). Переход к ноосфере В.И.Вернадским принимался как несомненное благо, который принесёт человечеству разрешение всех трудных проблем.
1). Прочтите мнение В.И. Вернадского о независимости
человека от остальных форм жизни.
«Но в последние века человеческое общество все более выделяется по своему влиянию на среду, окружающую живое вещество. Это общество становится в биосфере, то есть в верхней оболочке нашей планеты, единственным в своем роде агентом, могущество которого растет с ходом времени все более увеличивающейся быстротой. Оно одно изменяет новым образом и с возрастающей быстротой структуру самых основ биосферы. Оно становится все более независимым от других форм жизни, и эволюционирует к новому жизненному проявлению» [3]. Ответьте на вопрос: к какому «новому жизненному проявлению», с вашей точки зрения, эволюционирует человеческое общество?
54
2).Ознакомьтесь
со
взглядами
В.И.
Вернадского
на
феномен «ноосферы».
«В XX в. впервые в истории Земли человек узнал и охватил всю биосферу, закончил географическую карту планеты Земли, расселился по всей ее поверхности. Человечество своей жизнью стало единым целым... Все это результат... роста человеческого мозга и направляемого им его труда... Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше. Перед ним открываются все более и более широкие творче- ские возможности» [3]. Ответьте на вопросы: что означает понятие «ноосфера»? Согласны ли вы с мнением о том, что переход к ноосфере позволит человеку осуществлять активную эволюцию?
3).Рассмотрите
сценарий
развития
будущего
человечества по К.Э. Циолковскому.
«Можно вскоре ожидать наступления разумного и умеренного общественного устройства на Земле, которое будет соответствовать его свойствам и его ограниченности. Наступит объединение, прекратятся вследствие этого войны, так как не с кем будет воевать. Счастливое общественное устройство, подсказанное гениями, заставит технику и науку идти вперед с невообразимой быстротой и с такою же быстротой улучшать человеческий быт. Это повлечет за собою усиленное размножение. Население возрастет в 1000 раз, отчего человек сделается истинным хозяином Земли. Он будет преобразовывать сушу, изменять состав атмосферы и широко эксплуатировать океаны. Климат будет изменяться
55 по желанию или надобности. Вся Земля сделается обитаемой и приносящей великие плоды... Будет полный простор для развития как общественных, так и индивидуальных свойств человека, не вредящих людям... Техника будущего даст возможность одолеть земную тяжесть и путешествовать по всей Солнечной системе. Посетят и изучат все ее планеты. Несовершенные миры ликвидируют и заменят собственным населением. Окружат Солнце искусственными жилищами, заимствуя материал от астероидов, планет и их спутников... Кругом Солнца, по близости астероидов, будут расти и совершенствоваться миллиарды миллиардов существ. Получатся очень разнообразные породы: пригодные для жизни в разных атмосферах, при разной тяжести, на разных планетах, пригодные для существования в пустоте или в разреженном газе, живущие пищей и живущие без нее — одними солнечными лучами, существа, переносящие жар, существа, переносящие холод, переносящие резкие и значительные изменения температуры... Во Вселенной господствовал, господствует и будет господствовать разум и высшие общественные организации. Разум есть то, что ведет к вечному благосостоянию каждого атома. Разум есть высший или истинный эгоизм... Видим беспредельную Вселенную с бесконечным числом дециллионов совершенных существ, получившихся безболезненным раз- множением и расселением…» [6]. Дайте оценку сценарию развития человечества по К.Э. Циолковскому.
Литература
1.Горелов А.А. Концепции современного естествознания. М., 2011. 2. naturalscience - вопросы естествознания.
56 3. – сайт, содержащий открытые учебники по естественнонаучным дисциплинам.
57
Использованная литература
1. Алексеев В.П. Становление человечества. М. 1984. 2. Бунак В.В. Род Нomo, его возникновение и последующая эволюция. М.,1980. 3. Вернадский В.И. Автотрофность человечества./ В.И.Вернадский . – М.: Педагогика- Пресс, 1993. 4. Савченко В.Н., Смагин В.П. Начала современного естествознания. Концепции и принципы.Ростов-на-Дону, «Феникс», 2006 5. Циолковский К.Э. Монизм Вселенной. / К.Э.Циолковский.- М.: Педагогика-Пресс, 1993. 6. Чижевский А.Л. Колыбель жизни и пульсы Вселенной./А.Л.Чижевский.- М.:, Педагогика-Пресс, 1993. 7. Большой новейший справочник необходимых знаний/ авт.составитель А.П.Кондрашов. –М.: РИПОЛ-классик, 2007.1088 с. Концепции современного естествознания. Электронный учебник. 2008. дисциплины «Естественнонаучная картина мира» , 2014, составитель Зарипова Р.С.
58 Приложение 1
ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ ОТКРЫТИЯ КОНЦА ХХ -
НАЧАЛА ХХI ВЕКА
1970
- Ферментобратная транскриптаза (Д.Балтимор, Р.Дульбекко, Х.Темин, США); рестрикционные ферменты (Х.Смит, США).
1971
- Механизм образования черных дыр (С.У.Хокинг, Великобритания).
1972-
- Захват атомов лазерным излучением (В.С.Летохов, СССР); циркадный ритм (М.Сиффр, Франция).
1974
- Квантовое испарение черных дыр (С.У.Хокинг, Великобритания).
1975
- Синтез гена (Х.Г.Корана, США); Фракталы (Б.Миндельброт, США); эндорфины (Д.Хьюз, США).
1981
- Онкогены (Р.Вайнберг, Д.Купер, М.Уиглер, США); СПИД (США).
1982
- Прионы (белковые инфекционные частицы (С.Прунизер, США).
1985
- Фуллерены (Х.Крото, Великобритания; Р.Кёрл, Р.Смолли, США); Ингибин (Р.Гиймен, Франция); интерлейкин-2 (С.Розенберг, США).
1986
- Высокотемпературная сверхпроводимость (Й.Г.Берднорц, Германия; К.А.Мюллер, Швейцария).
1989
- Вирус гепатита –С (США).
1995
- Получение бозе-эйнштейновского конденсата-пятого агрегатного состояния вещества (Э.Корнелл, К.Уайнман, CША; В.Кеттерле, Германия).
1997
- Клонирование млекопитающих (Великобритания).
2000-2003
- Расшифровка генома человека (Международное сотрудничество: Великобритания, США. Китай, Германия, Франция, Япония).
59
2004
- Открытие фермионного конденсата-шестого агрегатного состояния вещества (Международное сотрудничество).
2005
-Изучение ткани мягкого типа динозавров «Tyrannosaurus Rex».
2006
- Подтверждение существования тёмной материи (Сол Перлмуттериз, Брайан Шмидт, Эдам Рисс, США); построение искусственных мышц из нанотрубочной пряжи (США).
2007
-получение стволовых клеток этическим путем (Синь Яманаки, Япония)
2008
-обнаружение воды с помощью зонда "Феникс", на Марсе (США).
2007-2009
- открытие системы CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats) -иммунная система бактерий, защищающая их от вирусов. (Канада).
2015
- Синтез в лабораторных условиях органических соединений, входящих в состав ДНК и РНК — урацила, цитозина и тимина (Исследовательский центр Эймса при NASA, США).
60 Приложение 2
ХРОНОЛОГИЯ ВАЖНЫХ СОБЫТИЙ В
КОСМОНАВТИКЕ
1881
- Н.Кибальчич создал проект пилотируемого порохового летательного аппарата.
1903
- Публикация книги К.Э. Циолковского «Исследование мировых пространств реактивными приборами».
1914
- опубликование первых патентов Р.Годдарда по ракетной технике (США).
1929,
15
мая
-организация первого советского центра по разработке жидкостного ракетного двигателя.
1932,
19
апреля
- пуск Р.Годдардом первой управляемой ракеты (США).
1948, 10 октября
- первый полет советской баллистической ракеты Р-1, созданной под руководством С.П.Королева.
1957, 4 октября
– Вывод на орбиту первого искусственного спутника Земли- ИСЗ (СССР).
1957, 3 ноября
– Вывод на орбиту первого ИСЗ с животным (собака Лайка) (СССР).
1958,
17
марта
– Вывод на орбиту первой научной лаборатории (СССР).
1958, 18 декабря
– Вывод на орбиту первого спутника связи (США).
1959, 2 января
- первый запуск в район Луны автоматической межпланетной станции «Луна-1» (СССР).
1959, 14 сентября
- впервые достигнута поверхность Луны (СССР).
1960, 19-20 августа
- запущен и впервые возвращен с орбиты на Землю спускаемый аппарат с собаками Белкой и Стрелкой на борту (СССР).
1961, 12 апреля
- первый полет человека вокруг Земли – Ю.А.Гагарин (СССР).
61
1962, 12-15 августа
- первый групповой полет. Расстояние между КК 6,5 км (А.Г.Николаев и П.Р.Попович, СССР).
1963,
16-19
июня
-первый полет женщины в космос (В.В.Терешкова, СССР).
1964, 12 октября
–полет первого экипажа из трех человек (СССР).
1965, 18 марта
- первый выход человека из КК в открытый космос (А.А.Леонов, СССР).
1969, 16 января
- первая стыковка двух пилотируемых КК, первый групповой выход в космос и переход из одного КК в другой (СССР).
1969, 20-21 июля
- первая посадка на Луну пилотируемого КК (Аполлон-11) . Впервые люди побывали на Луне (Н.Армстронг и Э.Олдрин) (США).
1971,
19
апреля-
вывод на орбиту первой орбитальной станции («Салют», СССР)
1971,
14
ноября
- вывод на орбиту Марса первого ИС («Маринер», США).
1972,
22
июля
- впервые осуществлена посадка на освещенной стороне Венеры, исследован в районе посадки грунт планеты (СССР).
1976, 26 октября
- вывод на орбиту первого спутника для передачи программ телевидения (СССР).
1977,
20
августа
- старт автоматического аппарата «Вояджер-2» для исследования внешних планет – Юпитера (1979), Сатурна (1981), Урана (1986), Нептуна (1989) (США).
1978,
11
января
-на орбите создан первый научно- исследовательский комплекс (СССР);
26 января-
запущена космическая обсерватория с четырьмя УФ-спектрографами (США, Великобритания).
1983,
26
января
- запуск обсерватории IRAS для инфракрасного обзора (США, Нидерланды, Великобритания).
62
1989,
18
октября
– запущена АМС «Галилео» для наблюдения над кометами Шумейкера-Леви, исследования Юпитера и его спутников (США).
1989,
15
ноября
-первый полет орбитального корабля «Буран» с РН «Энергия» и первая в мире автоматическая посадка на космодром (СССР).
1990,
25
апреля
- вывод на околоземную орбиту космического телескопа «Хаббл» (США).
1999,
25
июля
- вывод на околоземную орбиту рентгеновской обсерватории «Чандра» (США).
2000, 11 февраля
- на орбиту выведен радиолокационный комплекс для высокоточной съемки Земли (США).
63 Естественнонаучная картина мира. Организация и проведение семинарских занятий и самостоятельной работы студентов
Учебно-методическое пособие Авторы-составители: Рая Салиховна Зарипова, Альфия Радифовна Хасанова, Венера Радиковна Махубрахманова Корректор В.Б.Тулвинский Макет Т.Ш.Гильфанов Подписано в печать 11.11.2016 Бумага офсетная. Печать RISО. Усл. печ. л. 4,0 Тираж 50 экз. Издательство ФГБОУ ВО «Набережночелнинский государственный педагогический университет» 423806, г. Набережные Челны, ул. Низаметдинова, 28
В раздел высшее образование