Система современного химического знания

Наименование разделов, тем и их содержание

Тематический план дисциплины

«Основы современного естествознания» заочной формы получения образования

Раздел, тема	Кол-во аудиторных часов	Управляемая самостоятельная работа
Лекционные	Семинарские (практические)
Введение. Система естественнонаучного знания: особенности современного состояния и основные тенденции развития
1 Физическое моделирование и описание природных явлений и фундаментальных взаимодействий
2 Химия в контексте устойчивого развития общества
3 Специфика, структура и проблемное поле современного биологического познания
Заключение. Социальное измерение современного естествознания
Всего:

ВВЕДЕНИЕ. СИСТЕМА ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ЗНАНИЯ: ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ

Естественнонаучное знание в системе общечеловеческой культуры. Особенности научного познания и его отличия от других форм познания мира. Наука и религия. Знания и вера. Идеалы и нормы научного познания. Революционные изменения в науке как смена научной парадигмы. Генерация радикально новых идей и проблема преемственности знания. Механизмы принятия новых концепций научным сообществом и условия их включения в систему сложившегося научного знания. Глобальные проблемы современности как реальная цена научных инноваций.

Взаимодействие естественнонаучного и гуманитарного знания. Естествознание и нравственность. Усиление интегративных и междисциплинарных тенденций. Появление новых областей науки (экоэтика, социобиология, этология, биогерменевтика, биоправо, биополитика и т.д.). Ценностные ограничения на свободу научного поиска. Результаты научных исследований и социальная ответственность ученого. Гуманитарная экспертиза естественнонаучных проектов. Положительные и отрицательные стороны преодоления ценностной нейтральности естественнонаучного знания.

РАЗДЕЛ 1. ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ ПРИРОДНЫХ ЯВЛЕНИЙ И ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

1.1. Особенности физического описания реальности. Идеальные образы объектов реальности (твердое тело, частица, вакуум, среда, поле, вихрь, волна). Физические характеристики идеальных объектов и представление о способах их описания (масса, заряды и действие на расстоянии; заряды как источники полей и пробные частицы; «свободные» поля, суперпозиция и взаимодействие полей). Единицы измерения физических величин.

1.2. Движение. Современные представления о пространстве-времени. Движение - перемещение в пространстве-времени. Характерные скорости живых существ, средств передвижения и т. д. Относительность покоя и движения с постоянной скоростью. Принцип относительности. Законы сохранения энергии, импульса и момента импульса. Пространство и время с точки зрения физического эксперимента. Эксперименты по сравнению хода покоящихся и движущихся часов в одной и той же системе отсчета. Экспериментальное обнаружение «эффекта близнецов». Собственное время. Экспериментальное обнаружение верхнего предела скорости движения физических объектов. Электромагнитные волны как материальная реализация движения с предельной скоростью. Возможность общения на космических расстояниях. Относительность понятий одновременности и расстояния для различных наблюдателей. Релятивистский закон сохранения энергии-импульса. Экспериментальное обнаружение нарушения закона сохранения массы.

Недостаточность ньютоновских представлений об абсолютном времени и «плоском» пространстве для космической навигации и для управления транспортом на Земле с помощью космических систем позиционирования. Эксперименты по сравнению хода часов в разных точках одной и той же системы отсчета. Сумма углов треугольника как мера кривизны пространства (на примере сферы, цилиндра и т.д.). Отклонение света Солнцем и гравитационные линзы. Примеры кратчайших расстояний на различных двумерных поверхностях. Представление о моделировании гравитации с помощью геометрии пространства-времени.

1.3. Теплота. Порядок-хаос. Макроскопические характеристики термодинамических систем. Превращение работы в тепло и тепла в работу: расширенная формулировка закона сохранения энергии.

Статистическая модель тепловых явлений. Чем отличается «коллектив» частиц от прямой суммы его механических слагаемых. Обратимые и необратимые процессы. Равновесное состояние как наиболее вероятное. Флуктуации. Энтропия - мера необратимости или хаоса. Закон возрастания энтропии. Запрет на создание "вечных" двигателей.

Слабо неравновесные системы (линейный отклик на внешнее воздействие). Образование макроскопических потоков (конвекция, теплопроводность). Поток энергии и энтропии во внешний мир (на примере поддержания температуры в комнате). Теплоизоляция.

Сильно неравновесные системы (нелинейный отклик на воздействие). Возникновение диссипативных структур. Бифуркации и аттракторы. Спонтанная самоорганизация (модель самозарождения жизни).

1.4. Кванты. Молекулы, атомы, ядра, поля-частицы. Фотоэффект. Эффект Комптона. Опыты по дифракции электронов и фотонов. Соотношение неопределенностей. Излучение и поглощение света атомами и молекулами. Лазеры. Равновесное излучение. Волновые свойства атомов и молекул. Квантовая инженерия в наномире. Атомные ядра, ядерные взаимодействия и распады (квантовое туннелирование). Атомная и термоядерная энергетика. Создание новых элементов таблицы Менделеева.

Современные ускорители. Процессы рождения и аннигиляции релятивистских частиц-полей. Распады частиц как их взаимопревращения. Технологические применения релятивистских частиц и излучений.

Бозоны и фермионы. Виды взаимодействий фундаментальных частиц. Законы сохранения в мире фундаментальных частиц. Кварки и лептоны: представление о Стандартной Модели. Виртуальные частицы: квантовый вакуум. Проблемы объединения Стандартной Модели и теории гравитации.

1.5. Элементарные частицы и физический эксперимент. Современные ускорители. Рождение и аннигиляция элементарных частиц. Виды взаимодействий фундаментальных частиц. Теория кварков.

Виртуальные частицы: квантовый вакуум.

1.6. Физическая Вселенная: современная космология. Космические объекты и методы их исследования. Экспериментальное обнаружение: нецентрального положения Солнечной системы в галактике; существования других галактик (Туманность Андромеды); разбегания галактик. Модель Большого Взрыва. Соотношение водорода и гелия во Вселенной. Образование легчайших атомов и отделение света от вещества. Экспериментальное открытие реликтового (космического микроволнового, фонового) излучения. Возникновение и эволюция звезд (ядерный синтез химических элементов). Взрывы сверхновых: создание тяжелых элементов таблицы Менделеева. Возникновение и динамика звездных систем. «Темная материя». Галактика Млечный путь и ее соседи. Современные научные представления о Земле. Антропный принцип.

РАЗДЕЛ 2. ХИМИЯ В КОНТЕКСТЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ОБЩЕСТВА

Предмет химии как науки. Эволюция химических знаний и современная химическая картина мира.

Основные понятия и законы химии. Структурные уровни организации материи, изучаемые в химии: атом, химический элемент, ион, молекула, химическое вещество. Нано-, микро- и макрообъекты. Периодический закон и его значение для современной науки. Корреляции в химии.

Химические вещества: простые и сложные, органические и неорганические. Смеси. Химические вещества в природе. Нефть и природный газ как источники органических веществ.

Причины многообразия химических веществ. Классификация и основные химические свойства неорганических и органических соединений. Материальное единство и взаимосвязь между классами неорганических и органических соединений.

Теория химического строения вещества. Взаимосвязь между строением, свойствами и реакционной способностью вещества.

Растворы: водные и неводные. Структура и уникальные свойства воды. Особенности растворения различных веществ в воде. Способы выражения состава раствора. Водородный показатель (рН) как мера кислотности (основности) среды.

Химическая идентификация. Качественный и количественный анализ. Понятие о ПДК. Представление о физико-химических методах анализа. Экспресс-методы анализа, их роль в современной медицине и технологии. Химико-аналитический контроль и диагностика состояния окружающей среды. Химические процессы. Классификация химических реакций. Признаки и условия протекания химических реакций. Тепловой эффект химических реакций и проблемы производства и рационального потребления тепловой энергии.

Скорость реакции. Понятие о химическом равновесии. Методы управления химическими процессами. Катализ и катализаторы. Равновесие и катализ в биологических системах.

Окислительно-восстановительные реакции и электрохимические процессы. Прямое преобразование солнечной энергии в тепловую и электрическую энергию.

Понятие о цепных реакциях и свободных радикалах.

Неравновесные процессы. Самоорганизация в химических системах (химические периодические процессы в пространстве и времени, темплатный синтез). Радиоактивность и самопроизвольный синтез химических элементов в природе. Химические процессы и информация.

Химия экстремальных состояний (плазмохимия, химия высоких энергий, криохимия, химия высоких давлений и др.).

2.2. Современная химия: экономический и социальный аспекты. Масштабы химического производства. Способы оценки и прогнозирования возможных негативных воздействий производства на окружающую среду. Проблема сырья в обстановке истощения природных ресурсов. Источники энергии и новые виды топлива. Понятие о «зеленой химии» как экологически безопасных технологиях.

Перспективные химические процессы и материалы. Свойства и области практического применения полимеров, металлов и сплавов, силикатных материалов, биологически активных веществ. Традиционные материалы с новыми свойствами (древесина, стекло, керамика). Композиты, оптические материалы, материалы, используемые для создания современных носителей информации. Химия наноструктурированных материалов и нанотехнологии как новое направление на стыке естественных наук.

Роль химии в современном обществе. Экологические и социальные аспекты химии. Переработка вторичных ресурсов. Химия и охрана окружающей среды. «Кислотные» дожди. Проблема атмосферного озона и озоновых дыр. Загрязнение атмосферы. Загрязнение почв тяжелыми металлами и пестицидами. Роль химии в решении продовольственной проблемы (повышение урожайности, химическая защита урожая, поиск новых пищевых ресурсов и др.). Роль химии в решении проблем устойчивого развития цивилизации. Значение химических знаний в повседневной жизни (пищевые добавки, лекарства, средства контрацепции, бытовая химия и др.). Медиаобразование и химия.

РАЗДЕЛ 3. СПЕЦИФИКА, СТРУКТУРА И ПРОБЛЕМНОЕ ПОЛЕ СОВРЕМЕННОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОЗНАНИЯ

Дата добавления: 2014-12-07