Естественнонаучной картины мира

Лучше подвергнуть долгому испытанию

однажды открытую истину, чем допустить

легкомысленное признание всего, что

Ж. –Б. Ламарк

Урок-лекция №1.

План

ВВЕДЕНИЕ

1.Естествознание как познавательная деятельность.

2. Характеристика научной деятельности.

3. Что изучает естествознание?

4. Существуют ли в естествознании науки-лидеры?

5. Система наук о природе.

ВВЕДЕНИЕ

Естественно- научный метод познания и его составляющая: наблюдения, эксперимент, гипотеза, измерения, теория.

Естествознание-это совокупность наук о природе, которая изучает мир в его естественном состоянии. Эта обширная область человеческих знаний о природе и поиск путей их разумного и практического использования. Область познания природы естественными науками неисчерпаемая.

Естествознание исследует бесконечное множество объектов, начиная с субядерного уровня (микромир элементарных частиц), структурной организации материального мира до галактик мегамиров и вселенной. Одни науки естествознания такие как физика, астрономия, химия исследуют неорганическую природу, а другие, например, биологические науки исследуют органическую (биология, анатомия, ботаника, зоология, физиология, морфология, цитология, эмбриология, генетика, микробиология и т. д.).

Объектом и предметом изучения естествознания являются различные виды материи (механическая, физическая, биологическая, космологическая, термодинамическая, кибернатическая и т. д.). По своему содержанию и методу изучения явления природы естествознание может быть подразделено на:

1)Эмперическое

2)Теоретическое

А по характеру своего объекта на:

1)Неорганическое

2)Органическое

Этим определяется внутренняя структура естествознания.

В новый профиль.

Научную деятельность отличают следующие особенности:

1)цель науки - получить знания о мире.

2) Научные данные должны быть: объективны, обоснованы, доказуемы, систематизированы, открыты для обсуждения и воспроизводимы.

Существуют ли в естествознании науки-лидеры?

В течении долгого времени долгого времени лидером естествознания считалась физика. Свое приорететное положение в естествознании физика утвердила ещё в 18 веке, во многом благодаря работам И. Ньютона. Вместе с тем универсальность методов физики приводила к попыткам свести теоретический и имперический материал всех естественных наук к физическим законам. Такой подход получил название «редукционизм» (от лат. Reduction-возвращение).

Сама по себе идея редукционизма имеет древние корни. Например, Пифагор полагал, что в основе мироздания лежит гармония чисел. Аристотель считал, что мир подобен животному организму. В 17 веке Р. Декарт вдохновлялся идеей представления организма в виде механической машины.

В 19 веке роль механики стала играть физика, именно её стали воспринимать как идеал естественной науки, к которому должны стремиться все остальные естественно-научные дисциплины.

Однако уже в 19 веке некоторые исследователи природы усомнились в принципиальной возможности редуктировать химию к физике, а биологию сделать разделом физики и химии. Их позицию в поэтической форме выразил И. Гете:

Во всем подслушать жизнь стремясь,

Спешат явленья обездушить,

Забыв, что если в них нарушить

Одушевляющую связь,

То больше нечего и слушать.

Развитие науки второй половины 20-ого столетия ознаменовалась крупными успехами биологии, которая стала претендовать на лидерство в естествознании.

Успехи биологии были связаны с развитием техники и нанотехнологий. Например, рентгеноструктурный анализ привел к открытию структуры ДНК.

ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ КАК ПОЗНАВАТЕЛЬНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ. Естествознание прошло длительный путь развития. В XVI–XVII вв. оно обрело научную форму. Поэтому, прежде чем говорить об особенностях познания природы, необходимо выяснить, что же такое наука и каковы характерные черты научного метода.

Существует множество разных определений понятия «наука». Все они сходятся на том, что наука – это особый вид человеческой деятельности, главным приоритетом которого является получение нового знания. Науку интересуют самые разнообразные предметы и явления. Она изучает природу, человека, общество, культуру и даже самого себя. Но это не значит, что наука берется за решение любых вопросов. На каждом этапе своего развития наука задается определенным набором вопросов, тогда как другие остаются вне ее поля зрения и рассматриваются как запрещенные. К примеру вопрос о том, как связаны между собой сила тока, идущего по проводнику, напряжение и сопротивление, является (по крайней мере так было с конца XVIII в.) вполне осмысленным научным вопросом. Ответ на него, как вы знаете, дает закон Ома, но вопрос «Зачем существует закон Ома?» не является научным.

Разумеется, человек получает знания о мире не только в результате научных исследований. Многое мы узнаем из произведений литературы и искусства, философских трактатов, а также из обыденной жизни. Вопреки широко распространенному мнению, «истинное» и «научное» - совсем не одно и то же. С одной стороны, вы можете иметь истинное знание, но оно не обязательно будет научным (например, знание о том, что ваш приятель прогулял урок по естествознанию). С другой стороны, далеко не каждое научное утверждение является истинным. История науки знает немало случаев, когда некоторая теория в течение долгого времени принималось научным сообществом как истинная, активно и плодотворно использовалась, приводя к важным и, как потом выяснялось, истинным выводам, но, тем не менее, в итоге сама она оказывалась ложной. Типичный пример – теория теплорода.

В XVII – начале XIXв. широкое распространение получило представление о тепле как об особой тонкой материи («флюиде»). Эта материя, переносящая тепло, была названа теплородом. И хотя к середине девятнадцатого столетия теплородная теория стала фактом истории науки, с ее помощью, пока она господствовала, удалось добиться многих важных результатов. Например, в рамках этой теории началось изучение тепловых явлений при химических реакциях, что привело к становлению научной термохимии, открытию закона Гесса и развитию других научных направлений.

ХАРАКТЕРИСТИКА НАУЧНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. Чем же наука отличается от других видов человеческой деятельности?

1. Для науки получение знания о мире служит абсолютным приоритетом, главной целью, определяющей научную деятельность. Этого нельзя сказать о других видах человеческой деятельности, главные цели которых иные, даже если там используют научные достижения и проводят специальные научные исследования (в юриспруденции или в военном деле). Так, например, в искусстве на первом плане стоит отношения художника к реальности, а не отображение ее самой.

2. Для научного познания характерно стремление к обоснованности и доказательности получаемого знания. Это важнейшая особенность науки. Однако сами критерии обоснованности и доказательности заметно изменяются со временем. Истина, по словам Ф. Бэкона, - дочь времени, а не авторитета.

В естествознании доказательность знания связана, прежде всего, с экспериментом. Если эксперимент воспроизводится при тех же условиях с получением того же результата, то результат является достоверным. Однако теоретическое объяснение результата эксперимента может быть неоднозначным и носить характер гипотезы. Нередко гипотеза требует дополнительной экспериментальной проверки.

3. Наука дает не сумму знаний о мире, а систематизированное знание. Иными словами, научное знание – это не груда отдельных фактов, наблюдений и закономерностей. Научное знание определенным образом организовано. Оно включает в себя такие фундаментальные положения (принципы), из которых можно вывести множество следствий. Научная теория в области своей применимости охватывает широкий круг явлений и объектов. Так, механика может описывать с единых позиций и перемещение планет, и работу часов, и многие виды движений животных.

4. Научное знание имеет открытый характер, поскольку оно доступно для профессиональной, компетентной критики.

5. Научное знание имеет тенденцию к устранению из него всякой субъективности, связанной со спецификой личности ученого, его мировоззрением, его предпочтениями и вкусами.

6. Наука исходит из того, что все сущее в мире может быть понято из него самого, без обращения к каким-либо надприродным силам.

7. Наука использует широкий арсенал методов и средств для познания мира ( дедукцию и индукцию, анализ и синтез, абстрагирование и обобщение, идеализацию, аналогии, наблюдение, эксперимент, измерения идр.). Однако методы, используемые в разных науках, не одинаковы. Различна степень математизации разных наук.

Наука подобна живой природе. Жизнь может существовать, не воплощаясь во множестве форм. Так же и наука. Многообразие ее методов и подходов обусловлено многообразием окружающего мира.

В новый портфель

Научную деятельность отличают следующие особенности:

· цель науки – получить знания о мире;

· научные данные должны быть: объективны, обоснованны, доказуемы, систематизированы, открыты для обсуждения и воспроизводимы.

ЧТО ИЗУЧАЕТ ЕСТЕСТВОЗНАНИЕ? Естествознание изучает природу. Однако природный мир может быть предметом внимания не только ученного-естественника, но и писателя, художника, фотографа, да и вообще любого человека. Каждый может любоваться небом и закатом. Но профессиональный интерес ученного-естественника отличается от взгляда простого созерцателя. Его, ученого, интересует, почему небо голубое, а закат красный, а главное – какие законы природы определяют небесную голубизну и красоту заката.

СУЩЕСТВУЮТ ЛИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ НАУКИ-ЛИДЕРЫ?

Современное естествознание – система сложная, неоднородная и многоплановая. Традиционно выделяют некоторую совокупность наук, составляющих основу естествознания, их классификация находится в постоянной динамике. К таким наукам относят физику, астрономию, химию, биологию, географию, геологию. Каждая из этих наук объединяет множество дисциплин. Так, физика включает механику, оптику, электродинамику, квантовую механику. Кроме того, существует множество наук, возникших на стыке разных дисциплин, например астрофизика, физическая химия, биохимия. В течение долгого времени лидером естествознания считалась физика. Именно в ходе развития физики вырабатывались и вырабатываются основные модели мира и способны его познания. Свое приоритетное положение в естествознании физика утвердила еще в XVIII в., во многом благодаря работам И. Ньютона. Вместе с тем универсальность методов физики приводила к попыткам свести теоретический и эмпирический материал всех естественных наук к физическим законам. Такой подход получил название «редукционизм» (от лат. reduction - возвращение).

Сама по себе идея редукционизма имеет древние корни. Например, Пифагор полагал, что в основе мироздания лежит гармония чисел. Аристотель считал, что мир подобен животному организму. В XVIIв. Р. Декарт вдохновлялся идеей представления организма в виде механической машины. Идея сведения всех естественных наук, к механике начиная с XVII в. получает широкое распространение. В XIX в. роль механики стала играть физика, именно ее начали воспринимать как идеал естественной науки, к которому должны стремиться и в итоге быть сведены все остальные естественно-научные дисциплины.

Однако уже в XIX в. некоторые исследователи природы усомнились в принципиальной возможности редуцировать химию к физике, а биологию сделать разделом физики и химии. Их позицию в поэтической форме выразил И. Гете:

Во всем подслушать жизнь стремясь,

Спешат явленья обездушить,

Забыв, что если в них нарушить

Одушевляющую связь,

То больше нечего и слушать.

Сегодня большинство ученых принимают идею возникновения новых свойств у совокупности объектов, в результате чего целое приобретает свойства, отсутствующие у его частей. Эта идея является ведущей идеей целостного подхода.

Развитие науки второй половины двадцатого столетия ознаменовалась крупными успехами биологии, которая стала претендовать на лидерство в естествознании. Стало очевидным, что познание живого невозможно на основе редукции к физико-химическим закономерностям.

Успехи биологии были связаны не только с развитием методов исследования (например, рентгеноструктурный анализ привел к открытию структуры ДНК), но и с новым методом познания – системным подходом. Этот метод основан на рассмотрении любых объектов природы как иерархически (от низших к высшим) организованных систем. Например, природные системы (организм, экосистема, ландшафт), технические системы (часы, компьютер, ракета), социальные системы (система образования, здравоохранения). Понятие «система» широко используется и в конкретных науках (корневая система, система уравнений, дыхательная система).

Почему понятие «система» можно использовать при изучении столь различных объектов или явлений? Рассмотрим свойства систем.

Основной признак, присущий любой системе, - ее целостность. Это означает, что система обладает определенным свойством, которого не имеет какая-либо отдельная часть этой системы (элемент, звено, деталь).

Система состоит из отдельных частей, однако груда деталей (например, часовой механизм) еще не является системой. Система должна иметь внутреннюю упорядоченность – структуру, которая подразумевает взаимодействие компонентов. В биологических системах возникает единство внутренней структуры и функционирования именно благодаря организованности этого взаимодействия, появляется качественно новый объект, т.е. система, способная выполнять новую функцию (саморегуляцию процессов жизнедеятельности).

МАТЕМАТИЗАЦИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК. Специфическая особенность научных исследований в области естествознания состоит в широком использовании математики. Математика служит и средством познания, и языком естественных наук (и не только естественных). Особенность математики заключается в том, что она анализируют определенные соотношение в какой-либо системе объектов, абстрагируясь от природы самой системы и объектов, т. е. выстраивает математическую модель.

В конце 30-х гг. ХХ в. было открыто деление ядра урана при столкновении его с нейтроном. При таком делении выделяется энергия в виде кинетической энергии новых образовавшихся ядер.

Как видно на рисунке, 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 после образования этих нейтронов. Попробуем вычислить, как со временем будет возрастать число разделившихся ядер. Ваших математических знаний хватит для решения этой задачи. Если в момент времени t = 0 число разделившихся ядер N₀, то через время их число утроится, через время 2 произойдет еще одно утроение и т.д. Образуется известная вам геометрическая прогрессия: через время n число разделившихся ядер будет 3ⁿN₀, т.е. спустя время t = n с начала деления число ядер будет определяться выражением N(t)=3^t/ N₀. 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. Представьте себе абстрактную популяцию животных. Предположим, что животное данного вида достигает половой зрелости спустя время после рождения, после чего каждая пара животных дает потомство из шести детенышей. Допустим, что время жизни животного после рождения детеныша много меньше величины и что у животных достаточно корма и нет врагов. Попробуйте вычислить, с какой скоростью возрастает число животных со временем. Вы получите абсолютно те же самые результаты, что и при делении ядер урана. (Естественно, что время в данном случае во много раз больше, чем в предыдущей задаче.) Конечно, рост реальной популяции со временем определяется более сложными законами, однако в ряде случаев этот рост носит взрывной характер, подобный ядерному взрыву.

Таким образом, совершенно различные по природе объекты (к рассмотренным выше примерам можно добавить химическую систему, в которой реализуется химическая взрывная реакция) описываются одинаковыми математическими уравнениями. Отсюда создается впечатление, что математические уравнения, по выражению Г.Герца, мудрее, чем мы.

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 осмысленны с его позиций. Обращению к математическому аппарату должен предшествовать детальный анализ возможностей его использования в данной области.

В новый портфель:

Естествознание – это система экспериментальных наук, имеющих общие объекты изучения и методы их использования. 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.

Контрольные вопросы.

1. В чем состоят особенности естествознания?

2. Чем отличается научное знание от других видов знания?

3. Что изучает естествознание?

4. Можно ли объяснить природу средствами одной науки?

5. Какова роль математики в естественно-научном познании?

6. Дайте понятие «система».

К главе 1 «Предмет и структура естествознания»

1. Наука сформировалась:

1) в Древней Греции;

2) в Европе в XVI–XVIII вв.;

3) в Европе в XIII–XV вв.;

4) в Древнем Риме.

2. Науку от обыденного познания отличает:

1) актуальность объекта познания;

2) достоверность полученных знаний;

3) значимость результатов познания;

4) используемый язык.

3. Определенный способ понимания какого-либо предмета, процесса или явления – это:

1) концепция;

2) закон;

3) гипотеза;

4) теория.

4. В научном исследовании выделяются уровни:

1) созерцательный и эмпирический;

2) созерцательный и концептуальный;

3) эмпирический и теоретический;

4) теоретический и концептуальный.

5. Дифференциация естественных наук начала происходить на стадии:

1) натурфилософии;

2) аналитического естествознания;

3) синтетического естествознания;

4) интегрального естествознания.

6. Совокупным объектом естествознания является:

1) Земля;

2) Галактика;

3) природа;

4) географическая оболочка Земли.

7. Теория – это:

1) предположительное знание, которое носит вероятностный характер;

2) истинное, доказанное, подтвержденное знание о сущности явлений;

3) утверждение, раскрывающее общие связи изучаемых явлений.

8. Методом эмпирического уровня познания является:

1) аналогия;

2) наблюдение;

3) моделирование;

4) синтез.

9. Классификация – это:

1) установление сходства и различия признаков исследуемых объектов;

2) объединение различных признаков исследуемых объектов;

3) отнесение объектов к определенному классу явлений.

Лекция № 2

Тема 1.1.1. Механическое движение, его относительность.

Дата добавления: 2017-01-14