Урок 2. Природа в зеркале науки
Предмет: Естествознание, 10 класс

Конспект урока

Естествознание, 10 класс

Урок 2. Природа в зеркале науки

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме:

Что изучает естествознание?
Можно ли объяснить природу средствами одной науки?
Какова роль математики в естественно-научном познании?

Глоссарий по теме:

Редукционизм (от лат. reductio — возвращение, приведение обратно) - методологический принцип, согласно которому сложные явления могут быть полностью объяснены с помощью законов, свойственных явлениям более простым. Абсолютизирует принцип редукции: сведения сложного к простому и высшего к низшему.

Система – совокупность взаимосвязанных компонентов, образующих единое целое и обладающих новой функцией, которой нет у отдельных компонентов.

Системный подход - метод познания, который рассматривает любой объект как иерархически организованные системы, выявляя в них компоненты различного уровня и прослеживая взаимосвязи между ними.

Целостный подход - позиция в философии и науке по проблеме соотношения части и целого, исходящая из идеи о возникновении новых свойств у совокупности объектов, в результате чего целое приобретает свойства, отсутствующие у его частей.

Основная и дополнительная литература по теме урока (точные библиографические данные с указанием страниц):

Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017. : с 6 - 9.
Общая теория систем /Иванов А.М., Петров В.П., Сидоров И.С., Козлов К.А. - СПб.: Научная мысль, 2005. – 480с. – с. 35-45.
Кузнецов О.Л., Кузнецов П.Г., Большаков Б.Е. Система природа-общество-человек: Устойчивое развитие. - ВНИИгеосистем; Университет "Дубна", 2000. - 392 c. – с.15-46.

Юдович В.И. Математические модели естествознания. Курс лекций / В.И. Юдович. — М.: Вузовская книга, 2009. — 288 с. – с. 5 -11.

Открытые электронные ресурсы по теме урока (при наличии);

Главные научные прорывы 2016 года URL: https://www.spb.kp.ru/daily/26625/3643338/
Как заставить нейтрино контролировать ядерный реактор // В мире науки URL: https://sciam.ru/catalog/details/9-2017-special - с. 84 – 93
Солнечное затмение URL: http://spacegid.com/solnechnoe-zatmenie-8-9-marta.html
Идеи, изменяющие мир. 20 путей к построению более чистого, здорового и рационального мира //в мире науки - №2, 2010 URL: https://sciam.ru/catalog/details/2-2010

Теоретический материал для самостоятельного изучения

При анализе слова «естествознание» мы выделяем два корня: «естеств» и «знан». В основе первого корня лежит слово «естественный», второго – «знание». Прилагательным естественный можно охарактеризовать объект, созданный природой, по ее законам. Смысл слова «знание» можно понимать как получение информации о неизвестном. Таким образом, в целом термин «естествознание» означает получение человеком новой информации о природных объектах и законах природы. Поскольку человек – часть природы, он тоже является объектом естествознания.

Естествознание позволяет проследить сложные взаимосвязи человека с природой. Основой содержания этого курса является изучение объектов естествознания в системе «природа - наука - техника - общество - человек». Заметьте, что человек, его деятельность оказываются включенными в саму структуру естественнонаучного знания, которое является необходимой базой для определения путей развития системы «природа – человек».

Чтобы проследить истоки знаний человека о природе и их влияние на общественное развитие, проследим основные этапы становления естествознания:

1 этап. Натурфилософия. Описание увиденного, размышления обо всем реально существующем.

2 этап. С XV—XVI веков происходит дифференциация знаний, возникновение и развитие возникновение и развитие физики, химии и биологии, а также целого ряда других, более частных, естественных наук (наряду с издавна существовавшими астрономией и математикой). Основная масса достижений в изучении Природы началась именно с периода вычленения отдельных наук и продолжается в настоящее время. Именно на данной стадии изучения Природы появился богатейший массив естественнонаучных знаний.

3 этап. Одновременно с разделением науки на отдельные отрасли знания начался процесс их объединения - интеграция: астрофизика, физхимия, биохимия, биогеография. Объединение различных областей знаний требуется для решения неотложных проблем отношений человека и природы.

Естествознание во все времена составляло фундамент научного миропонимания, так как, будучи системой научных знаний о природе, оно выявляет ту структуру мироздания и познаёт те фундаментальные законы природы, которые характеризуют общую научную картину мира своего времени.

В течение долгого времени лидером естествознания считалась физика. Именно в ходе развития физики возникали и возникают основные модели мира и способы его познания. Еще в XVII в., во многом благодаря работам И . Ньютона физика утвердила свое приоритетное положение в естествознании. Универсальность методов физики породило идею свести теоретический и эмпирический материал всех естественных наук к физическим законам. Такой подход получил название «редукционизм » (от лат. reductio- возвращение). Идея сведения всех естественных наук к механике начиная с XVII в. получает широкое распространение. Рене Декарт вдохновляется идеей представления организма в виде механической машины. Именно физику стали воспринимать как идеал естественной науки. К ней пытались свести все остальные естественнонаучные дисциплины. Однако уже в XIX в. некоторые исследователи природы усомнились в принципиальной возможности редуцировать химию к физике, а биологию сделать разделом физики и химии.

В XX веке изменились масштабы деятельности человека, связанной с проблемами природопользования, с освоением космического пространства, появились глобальные проблемы современности. Они напомнили о том, что природа и человек существуют в единой системе и взаимосвязи, что существует глобальная проблема выживания Человека на Планете и для ее положительного решения требуются системный и целостный подходы к организации научно обоснованного природопользования. Человек, его деятельность оказываются включенными в саму структуру естественнонаучного знания, которые необходимы человеку для согласования его деятельности с законами природы.

В рамках целостного подхода система «Человек - Мир» интерпретируется:

как единая система, включающая в себя локальные, региональные и глобальные подсистемы;
как интегрированная система, основанная на многомерных взаимозависимостях между отдельными подсистемами;
как живая самоорганизующаяся система, в основе которой лежат принципы саморегуляции, уравновешенности и баланса;
как развивающаяся система, для которой важно сбалансированное развитие, причем нарушение этой сбалансированности порождает глобальные проблемы, решение которых требует совместных усилий всех стран мира.

С понятием система вы сталкивались при изучении разных учебных дисциплин и привыкли употреблять этот термин в своей речи. Например: «система телекоммуникации», «Солнечная система», «дыхательная система», «общественно-политическая система» и другие.

В целом, понятие «система» рассматривается как совокупность взаимосвязанных компонентов, образующих единое целое и обладающих новой функцией, которой нет у отдельных компонентов. К общим признакам системы относят: целостность - свойство объекта как совокупности составляющих его элементов, организованных в соответствии с определенными принципами; структура - внутренняя упорядоченность, которая подразумевает взаимодействие компонентов; иерархичность — каждый компонент системы рассматриваться как система (подсистема) и как элемент некоторой надсистемы; эмерджентность — появление у системы свойств, не присущих элементам системы. Возможности системы превосходят сумму возможностей составляющих её частей; общая производительность или функциональность системы лучше, чем у простой суммы элементов.

Общая теория систем в 40 - х годах ХХ в. была разработана австрийским биологом

Л. Барталанфи. Однако многие принципы системного подхода были описаны в работах отечественных ученых Д.Д. Богданова, В. И . Вернадского и др.

Рассматривать любой объект как иерархически организованные системы, выявляя в них компоненты различного уровня и прослеживая взаимосвязи между ними, позволяет такой метод познания как системный подход. Он позволяет получить целостное представление об изучаемом объекте и способствует более глубокому усвоению получаемых знаний.

В задачи естествознания входит объяснять имеющиеся факты и делать определенные предсказания, которые затем можно проверить опытным путем. Математика позволяет сделать предсказания, основываясь не на интуиции и «разумных» рассуждениях, а на основе строгих логических выводов. Например, наблюдая солнечные и лунные затмения, человек вполне мог «разумно» предположить, что подобные явления будут повторяться и впредь. Однако именно математика позволяет предсказать точную дату очередного затмения. Таким образом, математика выступает и средством познания и языком естественных наук.

Математика дает естествознанию огромное разнообразие абстрактных структур и методов, которые сами по себе не связаны с реальностью. Естествознание же выбирает и использует только те из них, которые осмыслены с его позиций. Обращению к математическому аппарату должен предшествовать детальный анализ возможностей его использования в данной области.

Рассмотрим это на примере деления ядра урана при столкновении его с нейтроном, которое было открыто в конце XX века. При таком делении выделяется энергия в виде кинетической энергии новых образовавшихся ядер. В результате процесса образуются три (иногда два) новых нейтрона, которые, сталкиваясь с другими ядрами урана, в свою очередь, могут вызвать деление их ядер. Допустим, что такое деление происходит через время ∆t после образования этих нейтронов. Вычислим, как со временем будет возрастать число разделившихся ядер. Несложно заметить, что процесс деления ядер составляет геометрическую прогрессию. Если в момент времени t = 0 число разделившихся ядер N0, то . Такой закон возрастания со временем носит взрывной характер, поэтому соответствующая ядерная реакция протекает как взрыв и реализуется в атомной бомбе.

Аналогичные процессы происходят и в живой природе. Например, бактерии размножаются делением одной клетки на две. Аналогично предыдущему примеру, несложно заметить, что размножение также происходит в геометрической прогрессии и час через сутки может образоваться 72 поколения, т.е. . Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под действием солнечного света, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100ºС, в результате борьбы между видами и т.д. Однако в ряде случаев этот рост носит взрывной характер, подобный ядерному взрыву.

Естествознание использует математические методы исследования в качестве языка описания, моделирования и прогнозирования различных явлений. Роль математических методов в естествознании зависит от специфики конкретной научной области.

Выводы:

Естествознание – это научные знания о природе и месте человека в ней. Современное естествознание объединяет множество самостоятельных наук о природе и месте человека в ней. Познает законы природы, по которым существует и развивается окружающий мир. Эти знания необходимы человеку для научно обоснованного природопользования.

Примеры и разбор решения заданий тренировочного модуля:

Задание 1. Прочитайте текст и вставьте пропущенные слова:

структуру; 2) картину мира; 3) системой; 4) фундаментальные; 5) природе

Естествознание во все времена составляло фундамент научного миропонимания, так как, будучи ________ научных знаний о _________, оно выявляет ту __________ мироздания и познаёт те _____________ законы природы, которые характеризуют общую научную _______ своего времени.

Правильный вариант:

Естествознание во все времена составляло фундамент научного миропонимания, так как, будучи системой научных знаний о природе, оно выявляет ту структуру мироздания и познаёт те фундаментальные законы природы, которые характеризуют общую научную картину мира своего времени.

Задание 2: Установите соответствие между картинкой и формулой, описывающей изображенный на ней процесс.

Формулы:

Правильный вариант:

Подсказка: Прочитайте или прослушайте часть урока, который описывает общие математические закономерности при описании процессов: деления ядра урана при столкновении его с нейтроном и размножение бактерий.