ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»

В.М. Федоров Е.Н. Пономаренко Т.Л. Тураева

КОНЦЕПЦИИ СОВРЕМЕННОГО ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ: КУРС ЛЕКЦИЙ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2012

У ДК 681.3; 53

Ф едоров В.М. Концепции современного естествознания: курс лекций: учеб. пособие / В.М. Федоров, Е.Н. Пономаренко, Т.Л. Тураева. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. 162 с.

Приведенный лекционный материал охватывает широкий круг вопросов естественнонаучного характера: физики, химии, биологии, астрономии, экологии.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлениям подготовки, реализуемым в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», дисциплине «Концепции современного естествознания».

Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS WORD XP и содержится в файле «КСЕ. Курс лекций.doc».

Рецензенты: кафедра теории и методики профессионального образования Воронежского областного института повышения квалификации работников образования (зав. кафедрой канд. хим. наук, доц. О.В. Ключникова);

канд. техн. наук, проф. Э.Б. Дорофеев

© Федоров В.М., Пономаренко Е.Н., Тураева Т.Л., 2012

© Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012

Введение

Фундаментальная подготовка современного специалиста уже немыслима без ознакомления его с историей и современным состоянием естественнонаучного познания. Именно курс «Концепции современного естествознания» дает широкую панораму и истории естествознания, и общих элементов современной естественнонаучной картины мира, формирующихся в естествознании.

Изучение курса «Концепции современного естествознания» способствует выработке у студентов установок и ценностей рационалистического отношения к миру, природе, обществу, человеку.

Курс «Концепции современного естествознания» имеет следующие основные цели и задачи:

- понимание специфики гуманитарного и естественнонаучного типов познавательной деятельности, необходимости их глубокого внутреннего согласования;

- формирование ясного представления о содержании современных физической, астрономической и биологической картин мира как о системе фундаментальных знаний об основаниях целостности и многообразия природы;

- осознание содержания современных глобальных экологических проблем в их связи с основными законами естествознания;

- формирование представлений о принципах универсального эволюционизма и синергетики;

- ознакомление с методологией естественнонаучного познания, принципами теоретического моделирования объекта в естествознании

.

1. Естествознание. Определение и содержание понятия. Задачи естествознания

Слово «естествознание» («естество» – природа) означает знание о природе, или природоведение. В латинском языке слову “природа” соответствует слово natura, поэтому  в немецком языке, ставшем в 17-19 вв. языком науки, все о природе стали называться "Naturwissenchaft”.  На этой же основе появился и термин «натурфилософия» – общая философия природы. В древнегреческом языке слову природа очень близко слово «физис» («фюзис»).

Первоначально все знание о природе действительно относилось к физике (в древности – «физиология»). Физика, таким образом, стала основой всех наук о природе.

В настоящее время имеются два определения естествознания.

1. Естествознание – наука о природе, как о единой целостности.

2. Естествознание – совокупность наук о природе, взятое как единое целое.

Первое определение говорит об одной единой науке о природе, подчеркивая единство природы, ее нерасчлененность. Второе говорит о естествознании как о совокупности, т.е. множестве наук, изучающих природу, хотя в нем и содержится фраза, что это множество следует рассматривать как единое целое.

К естественным наукам относят физику, химию, биологию, космологию, астрономию, географию, геологию и частично психологию. Кроме того, существует множество наук, возникших на стыке названных (астрофизика, физическая химия, биофизика и т.д.).

Задачей естествознания является познание объективных законов природы и содействие их практическому использованию в интересах человека. Естественнонаучное знание создается в результате обобщения наблюдений, получаемых и накапливаемых в процессе практической деятельности людей, и само является теоретической основой их деятельности.

Современное естествознание характеризуется взаимопроникновением естественных наук друг в друга, но в нем есть и определенная упорядоченность, иерархичность.

В середине 19-го века немецкий химик Кекуле составил иерархическую последовательность наук по степени возрастания их сложности (а точнее, по степени сложности объектов и явлений, которые они изучают).

Рис.1. Лестница Кекуле

Такая иерархия естественных наук позволяла как бы «выводить» одну науку из другой. Так физику (правильнее было бы – часть физики, молекулярно-кинетическую теорию) называли механикой молекул, химию, физикой атомов, биологию – химией белков или белковых тел. Эта схема достаточно условна. Но она позволяет пояснить одну из проблем науки – проблему редукционизма.

Редукционизм в науке – это стремление описать более сложные явления языком науки, описывающей менее сложные явления или класс явлений  (например, сведение биологии  к механике и т.п.). Разновидностью редукционизма является физикализм – попытка объяснения всего многообразия мира на языке физики.

Редукционизм неизбежен при анализе сложных объектов и явлений.  Однако здесь надо хорошо осознать следующее. Нельзя рассматривать жизнедеятельность организма, сводя все к физике или химии. Но важно знать, что законы физики и химии справедливы и должны выполняться и для биологических объектов. Нельзя рассматривать поведение человека в обществе только как биологического существа, нам важно знать, что корни многих человеческих действий лежат в глубоком доисторическом прошлом и являются результатом работы генетических программ, унаследованных от животных предков.

В настоящее время достигнуто понимание необходимости целостного, холистического (от англ. whole -целый) взгляда на мир. Холизм, или интегратизм можно рассматривать как противоположность редукционизма, как присущее современной науке стремление создать действительно обобщенное, интегрированное знание о природе.

2. История развития естествознания

2.1. Этапы познания природы

История науки свидетельствует о том, что в своем познании Природы, начиная с древних времен, человечество прошло три стадии и вступает в четвертую.

На первой стадии сформировались недетализированные представления об окружающем мире как о чем-то целом. Именно тогда появилась натурфилософия (философия Природы), содержавшая идеи и догадки, ставшие в 13-15 столетиях зачатками естественных наук. В натурфилософии господствовали методы наблюдения, но не эксперимента, догадки, но не точные выводы.

Именно на этом этапе возникли представления о мире как развивающемся из хаоса, эволюционирующем. Но отсутствие экспериментальных методов не по­зволило тогда получать точные знания. Начало естествознания как точной науки ис­торически относят к 15-16 векам, т.е. к тому времени, когда исследование При­роды вступило во второй этап - аналитический.

Вторая стадия - аналитическая характерна для 15 – 18 веков. На этой стадии происходило мысленное расчле­нение и выделение частностей, приведшее к возникновению и развитию физики, химии и биологии, а также целого ряда других наук (наряду с издавна существо­вавшей астрономией).

Накопленные с тех пор и до настоящего времени знания в изучении Природы появились как раз на втором этапе. Накопление знаний шло не только на основе пассивных наблюдений, но и на основе спланированных экспериментальных исследований. Естественное стремление исследователей ко всё большему охвату разнооб­разных природных объектов и к все более глубокому проникновению в их детали привело к неудержимой дифференциации, т.е. разделению соответствующих наук. Например, химия сначала была разделена на органическую и неорганическую, затем появились физическая, аналитическая химия и т.д. Сегодня этот перечень очень велик.

Основные особенности аналитической стадии познания.

1. Дифференциация естественных наук.

2. Преобладание эмпирических знаний.

3. Опережающее, преимущественное исследование предметов Природы по отношению к изучению процессов в Природе.

4. «Статичность» Природы. Эта особенность аналитического периода развития естествознания состоит в том, что сама Природа вплоть до середины 19-го века рассматривалась неизменной, окостенелой, вне эволюции.

Третья стадия - синтетическая. Постепенно, в течение 19-20 вв. стало происходить воссоздание целостной картины Природы на основе ранее познанных частностей, т.е. наступила третья, так называемая синтетическая стадия.

В настоящее время встала новая задача: обосновать принципиальную целостность всего естествознания. Важно ответить на вопрос: почему именно физика, химия и биология (а также психология) стали основными и как бы самостоятельными разделами науки о Природе. Ряд исследователей считает, что в наши дни начинает осуществляться четвертая интегрально - дифференциальная стадия, на которой рождается действительно единая наука о природе.

Примечательно, что переход к третьей (синтетической) и даже к четвертой (интегрально-дифференциальной) стадиям исследования Природы не исключает проявления всех только что перечисленных особенностей аналитического периода. Более того, процессы дифференциации естественных наук ныне усиливаются, а объем эмпирических исследований резко возрастает. Но как-то так и другое теперь происходит на фоне все более усиливающихся интегративных тенденций и рождения универсальных теорий, стремящихся всё бесконечное разнообразие природных явлений вывести из одного или нескольких общетеоретических принципов.

Таким образом, строгих границ между аналитической и синтетической стадиями изучения Природы нет. Аналитические исследования интенсивно ведутся и на синтетической стадии, а синтетические идеи пробивали дорогу на аналитиче­ские стадии. Тем более относительной оказывается граница между синтетической и интегрально- дифференциальной стадиями развития естествознания.

3. Методология научных исследований

3.1. Понятие методологии и метода

Методология - это учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности.

Методология естествознания - учение о принципах построения, формах и способах естественнонаучного познания. Так, например, методологическое значение имеют в естествознании законы сохранения. При любых исследованиях, теоретических построениях они должны обязательно учитываться.

Метод - это совокупность приемов или операций практической или теоретической деятельности. Метод можно также охарактеризовать как форму теоретического и практического освоения действительности, исходящего из закономерностей поведения изучаемого объекта. Ф. Бэкон сравнивал правильный научный метод со светильником, освещающим путнику дорогу в темноте.

Методы научного познания включают так называемые всеобщие методы, т.е. общечеловеческие приемы мышления, общенаучные методы и методы конкретных наук. Методы могут быть классифицированы и по соотношению эмпирического знания (т.е. знания полученного в результате опыта, опытного знания) и знания теоретического, суть которого - познание сущности явлений, их внутренних связей.

Классификация методов научного познания представлена на рис. 2.

Рис.2. Методы научного познания

Каждая отрасль естествознания наряду с общенаучными применяет свои конкретно-научные, специальные методы, обусловленные сущностью объекта исследования. Однако зачастую методы, характерные для какой-либо конкретной науки применяются и в других науках. Это происходит потому, что объекты исследования этих наук подчиняются также и законам данной науки. Например, физические и химические методы исследования применяются в биологии на том основании, что объекты биологического исследования включают в себя в том или ином виде физические и химические формы движения материи и, следовательно, подчиняются физическим и химическим законам.

Всеобщих методов в истории познания - два: диалектический и метафизический. Это общефилософские методы.

Диалектический метод - это метод познания действительности в ее противоречивости, целостности и развитии.

Метафизический метод - метод, противоположный диалектическому, рассматривающий явления вне их взаимной связи и развития.

С середины 19-го века метафизический метод все больше и больше вытеснялся из естествознания диалектическим методом.

3.2. Методы научного познания

Соотношение общенаучных методов также можно представить в виде схемы (рис.3).

Рис.3. Общенаучные методы

Анализ - мысленное или реальное разложение объекта на составляющие его части.

Синтез - объединение познанных в результате анализа элементов в единое целое.

Обобщение - процесс мысленного перехода от единичного к общему, от менее общего - к более общему.

Абстрагирование (идеализация) - мысленное внесение определенных изменений в изучаемый объект в соответствии с целями исследования. В результате идеализации из рассмотрения могут быть исключены некоторые свойства, признаки объектов, которые не являются существенными для данного исследования.

Индукция - процесс выведения общего положения из наблюдения ряда частных единичных фактов, т.е. познание от частного к общему. На практике чаще всего применяется неполная индукция, которая предполагает вывод о всех объектах множества на основании познания лишь части объектов. Неполная индукция, основанная на экспериментальных исследованиях и включающая теоретическое обоснование называется научной индукцией. Выводы такой индукции часто носят вероятностный характер.