Изучение экосистем. Научные достижения естествознания
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Кемеровский государственный университет»
Экономический факультет
Кафедра современного естествознания
ТВОРЧЕСКАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине: "Концепции современного естествознания"
Кемерово
2006
Введение
Естествознание – неотъемлемая и важная часть духовной культуры человечества. Знание его современных фундаментальных научных положений, мировоззренческих и методологических выводов является необходимым элементом общекультурной подготовки специалистов в любой области деятельности.
Цель написания данной творческой контрольной работы – это дать представление на примерах о принципах системности, научных революций, глобальном эволюционизме, уровнях организации мира, всеобщих методах научного познания в естествознании.
Задачи:
1. Привести примеры и дать описание 10 природных объектов как систем.
2. Привести примеры исторической смены парадигм.
3. Привести 5 примеров теорий эволюции природных систем, как доказательства справедливости принципа глобального эволюционизма.
4. Дать описание основных характеристик природных объектов (масса, размер, время и температура). Привести примеры реальных объектов на уровне мегамира, макромира, микромира.
5. Привести примеры применения общенаучных методов познания (синтеза, анализа, дедукции, индукции, абстрагирования, аналогии, обобщения, классификации и моделирования) из области физики, химии, биологии, экологии и обществознания.
1. Принцип системности в естествознании
Схема экологической системы
Автотрофные растения
Растительноядные животные
Плотоядные животные
Сапрофаги – разрушители органических останков
Органические остатки
2. Описание экосистемы пресного водоема
Растительными остатками и развивающимися на них бактериями питаются простейшие, которых поедают мелкие рачки. Рачки, в свою очередь, служат пищей рыбам, а последних могут поедать хищные рыбы. Пищевые цепи сложно переплетены. Если какой-нибудь член биогеоценоза выпадает, то система не нарушается, так как используются другие источники пищи. Чем больше видовое разнообразие, тем система устойчивее.
3. Описание экосистемы широколиственного леса
Между растениями происходит усиленная конкуренция за основные жизненные условия: пространство, свет, воду с растворенными в ней минеральными веществами. Верхний ярус образуют наиболее светолюбивые древесные породы: дуб, ясень, липа. Ниже располагаются сопутствующие им менее светолюбивые деревья: клен, яблоня, груша и др. Еще ниже расположен ярус подлеска, образованный различными кустарниками: лещиной, бересклетом, крушиной, калиной и т.п. Наконец, на почве произрастает ярус травянистых растений. Чем ниже ярус, тем более теневыносливы образующие его растения. Ярусность выражена также в расположении корневых систем. Деревья верхних ярусов обладают наиболее глубокой корневой системой и могут использовать воду и минеральные вещества из глубинных слоев почвы.
4. Описание экосистемы млекопитающих широколиственного леса
В дубравах очень много потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных – птиц и млекопитающих.
Среди млекопитающих пищевую цепь, например, составляют растительноядные мышевидные грызуны и зайцы, а также копытные, за счет которых существуют хищники: ласка, горностай, куница, лиса, волк. Все виды позвоночных служат средой обитания и источником питания для различных наружных паразитов: плоских и круглых червей, простейших, бактерий.
5. Описание экосистемы тундры
Растительность в тундре не очень богатая. Большую часть ее представляет ягель, который является основным кормом оленей. Если нарушить эту цепочку: уничтожить ягель, то вымрут и олени. Экосистема тундры очень шаткая.
6. Описание экосистемы океана
В питании животных океана преимущественное значение имеет планктон. Водорослями и простейшими питаются веслоногие рачки. Рачков поедают сельди и другие рыбы. Сельди идут в пищу хищным рыбам и чайкам. Исключительно планктоном питаются усатые киты. В океане, кроме планктона и свободноплавающих животных, много организмов, прикрепленных ко дну и ползающих по нему. В океане наблюдаются сгущения организмов: планктонное, прибрежное, донное. К живым сгущениям относятся и колонии кораллов, образующие рифы и острова. В основном в океане биомасса рассеяна. В громадной толще воды плавают рыбы, морские млекопитающие, кальмары. В океане, особенно на дне его, распространены бактерии, превращающие органические остатки в неорганические вещества.
7. Описание экосистемы пустыни
Растительности там мало, животный мир тоже не обладает большой популяцией. В результате этого очень хрупкая система пустыни не выдерживает исчезания нескольких видов организмов. Необходимы и небольшие кустарники, и грызуны, и змеи и все виды растительности и животного мира, который там есть. Если не будет каких-то растений, начинают вымирать мелкие насекомые, следом будут вымирать ящерки, мелкие позвоночные и более крупные животные, которые едят более мелких животных, также начнут вымирать птицы, которые высматривают добычу сверху на песке.
8. Описание экосистемы степи (1)
Злаки и разнотравье едят копытные животные, которых в свою очередь едят хищники. На хищниках живут паразиты, возбудители болезней. Потом в конце всей цепочки все попадает к сапрофитам почвенной микрофлоры (бактериям и низшим грибам).
9. Описание экосистемы степи (2)
Злаки и разнотравье могут также поедать саранчовые, которых в свою очередь едят птицы и мелкие звери. Птиц и мелких зверей ловят и едят хищные птицы и звери. На всех них при этом могут жить паразиты. И так же в конце все попадает на землю, где есть сапрофиты, почвенная микрофлора.
10. Описание экосистемы овражистых земель
Растительность очень важна в этой системе. Как только разрушается слой деревьев, начинает размываться почва. Следом исчезают мелкая растительность и кустарники и деревья. Соответственно мелкие животные тоже исчезают. В итоге картина заканчивается весьма плачевно. Образуется постоянно осыпающийся овраг, который можно укрепить, только полностью восстановив всю цепочку.
11. Описание воздушной экосистемы
Невозможно представить себе воздух без птиц, но они питаются мелкими насекомыми, причем иногда не всеми подряд. Если исчезает вид съедобных насекомых, то погибают птицы, им питающиеся. Соответственно погибают какие-то змеи или хищные птицы, которые питаются яйцами и самими мелкими птицами, в свою очередь это вызовет нарушение равновесия в системе.
12. Научные революции в естествознании. Парадигма
Развитие естествознания не является лишь монотонным процессом количественного накопления знаний об окружающем природном мире. В развитии науки появляются переломные этапы, кризисы, выход на качественно новый уровень знаний, радикально меняющий прежнее видение мира.
Эти переломные этапы в генезисе научного знания получили наименование научных революций.
В физике можно привести примеры парадигм:
1) Раньше в физике не было взаимосвязи между электрическим и магнитным полями. В 1821 году Майкл Фарадей записал в своем дневнике: «Превратить магнетизм в электричество». Через 10 лет эта задача была им решена (29 августа 1831 года).
2) Раньше в физике не знали, что такое радиоактивность. В 1898 году Мария Склодовская-Кюри во Франции и другие ученые обнаружили излучение тория. В дальнейшем выделили полоний и радий. В конце 19 века была открыта радиоактивность.
В химии можно привести примеры парадигм:
1) Раньше в химии не было упорядоченной по группе системы химических элементов. 6 марта 1869 года Д.И. Менделеев открыл периодическую систему химических элементов, которая названа в его честь.
2) Раньше в химии не задумывались о том, что имеет место сохранение массы вещества. Превращение химии в подлинную науку завершилось во второй половине 18 века, когда был сформулирован закон сохранения массы вещества при химических реакциях (М.В. Ломоносов, А.Л. Лавуазье).
В биологии можно привести примеры парадигм:
1) Раньше в биологии теоретические основы генетики оставались неясными, до того как стали известны работы, Менделя в 1865 году. Первый его закон, получивший название закона расщепления заключается в том, что: гибриды первого поколения В1 при дальнейшем размножении расщепляются; в их потомстве В2 снова появляются особи с рецессивными признаками, составляющие примерно четвертую часть от всего числа потомков.
2) Раньше в биологии даже и подумать не могли о производстве клонов. В конце 20 века эта задача решена практически полностью.
В экологии можно привести примеры парадигм:
1) Раньше в экологии, в 1866 году немецкий естествоиспытатель Эрнест Геккель назвал экологией один из разделов биологии. Ныне, когда человек осваивает космос, ойкумена вышла за пределы Земли, а экология, пусть еще не как знание, но хотя бы как термин, проникла в сознание каждого.
2) Раньше вообще не задумывались об озоновых дырах. В начале 20 века об этой проблеме стали говорить и думать о путях ее решения.
В обществознании можно привести примеры парадигм:
1) Раньше были разные меры наказания за убийство. Так, штраф за убийство управителя был огромен, жизнь холопа ценилась в 16 раз дешевле. Теперь же, с конца 19 века жизнь любого человека ценится одинаково и преступление на жизнь карается законом одинаково для всех.
2) Раньше было принято религиозное мировоззрение. С конца 19 века люди могут иметь свое собственное мировоззрение, хоть обыденно, хоть религиозное, хоть научное.
13. Принцип глобального эволюционизма
1) С точки зрения ламаркизма, длина шеи и ноги жирафа – результат того, что многие поколения его некогда коротконогих и короткошеих предков питались листьями деревьев, за которыми им приходилось тянуться все выше и выше. Незначительное удлинение шеи и ног, происходящее в каждом поколении, передавались следующему поколению, пока эти части тела не достигли своей нынешней длины.
2) Современная лошадь произошла считается от животных, живших в эпоху плейстоцена (Эогиппус – Меригиппус – Гиппарион – Современная лошадь). Со временем эволюционировали. Изменились пястные и плюсневые кости, зубы, рост.
3) Заяц-беляк эволюционировал для жизни в зимнем лесу. Более белые особи лучше выживали, могли спрятаться от хищников, их не было видно на снегу в лесу.
4) У рабочих пчел эволюционировали хоботки. Они соответствуют строению цветков опыляемых ими растений.
5) Большой интерес с эволюционной точки зрения представляют растения. Из споры мха развивается сначала ветвящаяся нить, похожая на нитчатую водоросль. Это говорит о родстве наземных растений с водорослями.
6) От динозавров произошли млекопитающие; от ихтиозавров – первые птицы; от хвощей – первые папоротники – нынешние растения.
14. Уровни организации мира (мега-, макро-, микро-)
Описание основных характеристик природных объектов:
– Связь между энергией и массой неизбежно следует из закона сохранения энергии и того факта, что масса зависит от скорости его движения. Любое тело уже только благодаря факту своего существования обладает энергией, которая пропорциональна массе покоя.
При увеличении скорости тела его масса не остается постоянной, а растет (зависимость массы от скорости). Масса может меняться от 0 до и выше.
– Размер природного объекта может изменяться от минимального – атома, до Метагалактики, чьи размеры 15–20 млрд световых лет.
– Время – можно считать с разных точек зрения, например от какого-нибудь события (дата рождения человека; с рождениях Иисуса Христа, нынешнее летоисчисление). К примеру, возраст Метагалактики 15–20 млрд лет. А можно говорить о том, что было миллиарды лет назад от нынешней точки отсчета.
– Температура может меняться от минусовой до очень высокой, выше 40000С. (Самый тугоплавкий металл – вольфрам: его температура плавления – 33900С).
Атом представляет собой целостную ядерно-электронную систему. Ядро является основой атома. Ядро является примером микромира. Молекулы – это очередной после атомов качественный уровень строения и эволюции вещества.
Нет жесткой границы, однозначно разделяющей микро-, макро- и мегамиры. При несомненно качественном различии они связаны конкретными процессами взаимопереходов.
Наша Земля представляет макромир, но в качестве одной из планет Солнечной системы она одновременно выступает и как элемент мегамира.
Ядро, являющееся основой атома представляет микромир.
Массы звезд составляют от 0,1 до 50 солнечных масс. Размеры диаметров звезд различаются очень сильно – от 10–20 км (нейтронные звезды) до сотен миллионов километров (красные сверхгиганты). Плотности вещества звезд колеблются от 1г/см3 до 1014 г/см3 (нейтронные звезды). Светимости звезд колеблются от 0,001 до 1 млн. солнечной светимости, то есть различаются на 9 порядков (в миллиард раз). Они представляют мегамир.
Человек представляет собой макромир, как совокупность органов, атомов, молекул и т.д.
В качестве примера микромира можно рассмотреть бактерии, которые есть почти везде.
15. Всеобщие методы научного познания
Синтез – это процесс соединения воедино составных частей (сторон, свойств, признаков и т.п.) изучаемого объекта, расчлененных в результате анализа. На этой основе происходит дальнейшее изучение объекта, но уже как единого целого.
Например, синтезирование нового вещества в химии.
Анализ – это разделение объекта (мысленно или реально) на составные частицы с целью их отдельного изучения. В качестве таких частей могут быть какие-то вещественные элементы объекта или же его свойства, признаки, отношения и т.п.
Например, уже в Древнем Риме анализ использовался для проверки качества золота и серебра в виде так называемого купелирования (анализируемое вещество взвешивалось до и после нагрева) (Химия).
Дедукция – это получение частных выводов на основе знания каких-то общих положений. Другими словами, это движение нашего мышления от общего к частному, единичному.
Например, из общего положения, что все металлы обладают электропроводимостью, можно сделать дедуктивное умозаключение об электропроводимости конкретной медной проволоки (зная, что медь – металл) (Физика).
Индукция – это метод познания, основывающийся на формальнологическом умозаключении, которое приводит к получению общего вывода на основании частных посылок. Или – это есть движение нашего мышления от частного, единичного к общему.
Например, в процессе экспериментального изучения электрических явлений использовались проводники тока, выполненные из различных металлов. На основании многочисленных единичных опытов сформировался общий вывод об электропроводимости всех металлов. Наряду с другими методами познания, индуктивный метод сыграл важную роль в открытии некоторых законов природы (всемирного тяготения, атмосферного давления, теплового расширения тел и др.) (Физика).
В результате изучения чувственно-конкретного человек приходит к каким-то обобщенным представлениям, понятиям, к тем или иным теоретическим положениям, т.е. научным абстракциям. Результат, полученный в процессе абстрагирования, именуют абстракцией.
Понимание электромагнитных явлений (конкретного) после появления знаменитых уравнений Максвелла существенно расширилось и обогатилось. Из его математических абстракций вытекали важные выводы, касающиеся конкретных проявлений электромагнитного поля. Эти выводы свидетельствовали, что всякое изменение электрического поля вызывает появление поля магнитного, и, наоборот, что реально существуют электромагнитные волны (впоследствии экспериментально открытые Герцем), что скорость распространения их в пустоте равна скорости распространения в ней света (отсюда следовало, что свет имеет электромагнитную природу), что электромагнитная волна переносит определенную энергию, что при попадании на препятствие эта волна должна оказывать на него давление (которое впервые измерил русский физик П.Н. Лебедев, установивший, что оно совпадает с теоретическим значением, полученным Максвеллом) (Физика).
Аналогия – это подобие, сходство каких-то свойств, признаков или отношений у различных в целом объектов. Установление сходства (или различия) между объектами осуществляется в результате их сравнения. Таким образом, сравнение лежит в основе метода аналогии. Метод аналогии применяет и в физике, и в химии, и в гуманитарных дисциплинах.
Например, в биологии, при сравнении каких-либо растений можно сказать, что аналогичны они или нет, аналогично ли строение их клеток, соцветий и т.п. (Биология).
Обобщение – это логический процесс перехода от единичному к общему, от менее общего к более общему значению.
Например, обобщенное понятие, суждение, закон науки, теория. В формальной логике под обобщением понятия понимают переход от видового к родовому понятию.
Так, например, при переходе от понятия «дуб» к понятию «дерево» отбрасываются признаки, специфические для дуба (Биология). Или в экологии: от понятия «озоновая дыра» переходят к понятию «экологическая угроза для атмосферы» или «засыхание реки» – «неблагоприятная окружающая среда».
Классификация – это некоторая совокупность делений (деление некоторого класса на виды, деление этих видов).
Например, может использоваться как в химии, так и в биологии. В биологии все виды делятся на подвиды, классы на подклассы по каким-то общим признакам (например, класс млекопитающих, класс пресмыкаю-щихся). В химии химические вещества делятся на металлы и неметаллы.
Моделирование – это изучение моделируемого объекта (оригинала), базирующегося на взаимооднозначном соответствии определенной части свойств оригинала и замещающего его при исследовании объекта (модели) и включающее в себя построение модели, изучение ее и перенос полученных сведений на моделируемый объект – оригинал. Моделирование бывает мысленное (идеальное), физическое, символическое (знаковое) или математическое и численное моделирование на электронных вычислительных машинах (ЭВМ).
Например, можно применить моделирование в обществознании: используя мысленное моделирование представить схему государства, правовое его обеспечение, как все это будет работать. Или, например, модель атома, предложенная Э. Резерфордом, напоминала солнечную систему: вокруг ядра («Солнца») обращались электроны («планеты»). Также моделирование можно применить и в экологии. При исследованиях водных экосистем в качестве моделей часто применяют аквариумы, в которые вводят различные компоненты из естественных экосистем и изучают формы взаимоотношений между ними.
Заключение
В современном естествознании органически переплетаются два противоположных процесса: непрерывной дифференциации естествознания и все более узкие области науки и интеграции этих обособленных наук.
Достижение успеха в понимании фундаментальных свойств Вселенной возможно только на основе интегральных представлений об окружающем нас реальном мире, включающих как физический мир, так и человеческое существование. А это значит, что все новейшие концепции естествознания, все исследования на стыке космологии, физики элементарных частиц, химии, биологии, психологии и других научных дисциплин, вышедших на передний план поступательного движения от неизвестного к известному, приводят к осмыслению вечной проблемы соотношения космоса и человека.
Все ближе наука подходит к пониманию того, что само существование человека обусловлено основными закономерностями развития Вселенной в целом.
Список литературы
Естествознание и основы экологии: Учеб. пособие для студ. сред. пед. учеб. заведений / Р.А. Петросова, В.П. Голов, В.И. Сивоглазов, Е.К. Страут. – М.: Издательский центр «Академия», 2002
Концепции современного естествознания: Сер. «Учебники и учебные пособия». – Ростов н/Д: «Феникс», 1997
Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Физика: Учеб. для 11 кл. сред. шк. – М.: Просвещение, 1991
Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек: Учеб. пособие для вузов. – М.: Агентство «ФАИР», 1998
Общая биология: Учеб. для 9–10 кл. сред. шк. / Ю.И. Полянский, А.Д. Браун, Н.М. Верзилин и др.; Под ред. Ю.И. Полянского. – М.: Просвещение, 1987
Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия: Орган. химия. Основы общ. химии: Учеб. для 11 кл. общеобразоват. учреждений. – М.: Просвещение, 1996
Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. – М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1999
Самыгин С.И. Концепции современного естествознания для студентов вузов. – Ростов-на-Дону, 1997
Солопов Е.Ф. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие для вузов. – М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 1998
Человек и общество: Учеб. пособие по обществознанию для учащихся 10-11 кл. общеобразоват. учреждений / Л.Н. Боголюбов, Л.Ф. Иванова, А.Ю. Лазебникова и др.; Под ред. Л.Н. Боголюбова, А.Ю. Лазебниковой. – М.: Просвещение, 2000