- •Концепции современного естествознания
- •А.И. Бочкарёв, в.М. Васюков, о.В. Козловская, и.А. Дымченко
- •1. Рабочая учебная программа дисциплины
- •1.1. Цели освоения дисциплины
- •1.2. Место дисциплины в структуре ооп специальности
- •1.3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины
- •1.4. Структура и объем дисциплины
- •1.4.1. Структура дисциплины (распределение фонда времени по семестрам, неделям и видам занятий)
- •1.4.2. Содержание дисциплины (распределение фонда времени по темам и видам занятий)
- •Человеческой культуры. История естествознания
- •1.1. Научное познание и роль науки в обществе. Структура естествознания
- •1.2. Естественные и гуманитарные науки
- •1.3. Эмпирический и теоретический уровни в естествознании
- •1.4. Возникновение рационального мышления. Формирование научного метода. Классический и неклассический периоды естествознания Геоцентрическая система мира
- •Гелиоцентрическая система мира
- •2.1. Механика Ньютона и детерминизм Лапласа. Законы сохранения
- •2.2. Дискретность и непрерывность материи в классическом естествознании
- •2.3. Концепции дальнодействия и близкодействия
- •3.1. Эволюция представлений о пространстве и времени
- •3.2. Постулаты и следствия специальной теории относительности
- •3.3. Взаимосвязь массы и энергии как основа ядерной энергетики. Основные положения и выводы общей теории относительности
- •3.4. Описание состояний в динамических и статических теориях. Законы термодинамики
- •3.5. Хаос, беспорядок и порядок в природе. Энтропия
- •В физике микромира. На переднем плане микромира
- •4.1. Противоречия в классической теории излучения и проявления концепции квантов. Корпускулярно-волновой дуализм
- •4.2. Особенности описания состояний в квантовой механике. Дискретные уровни энергии электронов в атомах и принцип Паули
- •4.3. Методы изучения микромира. Ускорители элементарных частиц. Стандартная модель элементарных частиц
- •I. Классификация элементарных частиц по значению спина
- •II. Классификация элементарных частиц по участию во взаимодействиях
- •4.4. Проблемы объединения фундаментальных взаимодействий
- •5.1. Химия и алхимия
- •5.2. Учение о составе вещества. Понятие о химических элементах. Периодическая система д.И. Менделеева
- •5.3. Учение о структуре вещества
- •5.4. Химические связи и строение молекул. Учение о химических процессах
- •5.5. Неорганические и органические соединения
- •Неорганические соединения
- •Органические соединения
- •5.6. Каталитическая и эволюционная химия
- •6.1. Масштабы и строение Вселенной
- •6.2. Развитие космологических и космологических представлений
- •6.3. Экспериментальные обоснования концепции Большого Взрыва. Темная материя и темная энергия
- •6.4. Разнообразие звезд, их строение и устойчивость. Рождение и термоядерная жизнь звезд. Смерть звезд
- •6.5. Солнце и солнечная система
- •6.6. Предмет и методы наук и Земле. Возникновение Земли и основные периоды геологической эволюции
- •6.7. Внутренние и внешние оболочки Земли
- •6.8. Тектоника литосферных плит. Эволюция атмосферы и гидросферы
- •7.1. Структурная иерархия живой материи. Феноменология жизни Признаки живой материи
- •Уровни организации живой материи
- •7.2. Молекулярные процессы в клетке
- •Строение клеток
- •Воспроизведение клеток
- •Обмен веществ и превращение энергии в клетке
- •Биосинтез белка
- •3 Нуклеотида → 1 аминокислота
- •7.3. Происхождение жизни и основные этапы ее эволюции Гипотезы происхождения жизни на Земле
- •Начальные этапы развития жизни на Земле
- •7.4. Генетика и эволюция
- •Закономерности наследования
- •Изменчивость
- •Генная инженерия и клонирование
- •Основные эволюционные теории
- •Микро- и макроэволюция
- •Факторы эволюции
- •Основные направления эволюции
- •Правила эволюции
- •8.1. Человек в иерархической структуре царства животных. Основные стадии антропогенеза
- •8.2. Социальная природа человека
- •8.3. Человек разумный Социально-географические особенности демографии
- •Социально-экологические особенности демографии. Окружающая среда и здоровье человека
- •8.4. Экосистема и ее элементы
- •Типы взаимодействия организмов
- •8.5. Геохимические функции живого вещества. Биосфера и человек
- •8.6. Глобальный экологический кризис
- •9.1. Естествознание и техника
- •9.2. Особенности эволюционных процессов в природе Самоорганизация в неживой природе
- •Самоорганизация в живой природе
- •Принципы универсального эволюционизма
- •Структурность и целостность в природе
- •Принципы целостности современного естествознания
- •9.3. Синергетика как наука о самоорганизации. Закономерности самоорганизации. Генезис синергетики. Моделирование самоорганизующихся процессов в природе и обществе
- •Методология постижения открытого мира
- •Принципы синергетики и синергетическая среда
- •Формирование инновационной культуры
- •3.Практические занятия
- •Практическое занятие 7. Естествознание и научно-технический прогресс. Самоорганизация в природе и в обществе (раздел 9)
- •Правила выполнения и оформления лабораторных работ
- •Лабораторная работа № 1. Изучение движения тел
- •Лабораторная работа № 2. Изучение статического равновесия механических систем
- •Лабораторная работа № 3. Изучение эволюции организационных структур методом моделирования электростатических полей
- •Лабораторная работа № 4. Исследование обменных процессов
- •Лабораторная работа № 5. Основные закономерности протекания химических процессов
- •Лабораторная работа № 6. Земля во вселенной
- •Лабораторная работа № 7. Солнечная активность
- •Лабораторная работа № 8. Сравнение строения клеток прокариот и эукариот
- •Лабораторная работа 9. Выявление активности процесса фотосинтеза
- •Лабораторная работа № 10. Исследование динамики открытых систем
- •Лабораторная работа № 11. Имитационное моделирование филогенеза
- •Лабораторная работа № 12. Изучение индивидуальных авторитмов
- •Лабораторная работа № 13. Исследование принципа симметрии
- •Лабораторная работа № 14. Экологическая характеристика места жительства, жилища и образа жизни
- •Лабораторная работа № 15. Изучение информационного поля конкурентного взаимодействий в малой социальной группе
- •Лабораторная работа № 16. Изучение оптических явлений и иллюзий восприятия действительности
- •Иллюзии цвета и контраста
- •Иллюзии восприятия глубины
- •4.Самостоятельная работа
- •Перечень тем творческих реферативных работ
- •5.Образовательные технологии
- •6.Оценочные средства для контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
- •Примерные тестовые задания для текущего, промежуточного и итогового контроля успеваемости обучающихся
- •Тема 1. Естествознание в контексте человеческой культуры. История естествознания
- •Тема 2. Механический детерминизм. Корпускулярные и континуальные концепции в естествознании
- •Тема 3. Пространство, время, относительность. Статистические закономерности в природе
- •Тема 4. Квантовые представления в физике микромира. На переднем крае физики микромира
- •Тема 5. Строение вещества
- •Тема 6. Вселенная. Звезды. Земля
- •Тема 7. Жизнь
- •Тема 8. Человек. Биосфера
- •Тема 9. Естествознание и научно-технический прогресс. Самоорганизация в природе и в обществе
- •7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
- •8. Материально-техническое обеспечение дисциплины
- •«Концепции современного естествознания»
- •445677, Г. Тольятти, ул. Гагарина, 4.
Лабораторная работа № 11. Имитационное моделирование филогенеза
Цель работы: Исследование филогенеза методом имитационного моделирования.
Оборудование: видеоролик, игра «Жизнь», программное обеспечение Gnuplot, интернет ресурсы.
Теоретическая часть
Происхождение жизни − одна из важнейших нерешенных проблем не только биологии, но и естествознания в целом. Твердо установлено, что на Земле биогенез последовал за планетогенезом, а последний − за космогенезом и астрогенезом. Поэтому возникновение жизни и ее дальнейшая эволюция − это, скорее всего, закономерный этап глобального эволюционизма Природы, т. е. Вселенной в целом. Такую концепцию утвердил выдающийся отечественный естествоиспытатель, отец биогеохимии и ноосферного подхода В.И. Вернадский.
Вместе с тем, ввиду пока теоретической нерешенности проблемы глобального эволюционизма, его этапы, в том числе − биогенез и филогенез, также остаются не раскрытыми наукой до конца. Поэтому любые теоретические разработки указанного плана являются научно значимыми.
Одна из таких разработок, весьма популярная в научных кругах, это − игровая модель под названием «Жизнь». Ее автор − математик из Великобритании Дж. Г. Конвей, год создания модели − 1970. По мнению ученых, эта модель превосходно имитирует рост, распад и другие изменения в развитии популяций.
Имитационная модель «Жизнь» позволяет изучать основные закономерности эволюции популяций. Игра «Жизнь» исходно разработана как компьютерная модель, и в этом виде она наиболее продуктивна в научном исследовании и в преподавании.
Практическая часть
1. Усвойте правила игры «Жизнь», для проведения которой достаточно иметь клетчатое поле формуляра отчета:
1.1. Клеточная популяция (например, колония или многоклеточный организм) имитируется определенной конфигурацией клеток поля, которая эволюционирует от исходного к конечному виду по определенным правилам игры;
1.2. Судьба конкретной клетки в конфигурации однозначно определяется числом соседних с ней клеток, в качестве которых рассматриваются клетки, контактирующие с данной по вертикали, горизонтали или диагонали;
1.3. Клетка выживает (остается на игровом поле) в следующем поколении, если у нее имеется 2 или 3 соседние клетки;
1.4. Клетка гибнет (исчезает с поля) в следующем поколении, если занято более трех («перенаселение») или менее двух («незащищенность») соседних клеток;
1.5. Клетка рождается (пустое место занимается клеткой) в последующем поколении, если занято три (и только три!) соседних (с местом рождения) клетки.
2. Закрепите на простом примере эволюцию исходной конфигурации, представленной на рис.:
Анализ производится одномоментно для всех занятых и пустых клеток (рис.). Знаком X удобно обозначать погибающие клетки, знаком О − рождающиеся, точкой − незанятую клетку (при необходимости ее различения с занятой).
3. Уясните основные исходы эволюции клеточной конфигурации:
а) гибель:
б) стабилизация:
в) циклическое воспроизводство:
г) неограниченный рост:
Показанные на рисунке начальные конфигурации не обязательно являются исходными для популяции. Они могут образовываться в процессе эволюции последней, что, очевидно, не меняет конечного результата. Циклическое воспроизводство может происходить не только в трех поколениях но и в гораздо большем их числе.
4. Проделайте процедуры по правилам игры для следующей конфигурации:
Ответьте, каков итог такой эволюции и почему эта фигура называется «лемминг»?
5. Проделайте процедуры игры для следующей конфигурации:
Объясните, почему эта фигура называется «планер»? Есть ли общие черты в эволюции для «лемминга» и «планера»?
6. Осуществите эволюцию для фигуры, представленной на рис.:
Проведите действия для 10 поколений, внимательно выполняя все процедуры. Какой вывод можно сделать по итогам такой эволюции?
7. Проведите действия для следующей фигуры «два лемминга»:
В отличие от предыдущего рис. данная конфигурация четко доводится в своей эволюции до логического завершения. Каков итог такой эволюции?
8. Дополнительные примеры для работы в аудитории или самостоятельно можно почерпнуть из списка приведенной литературы.
Контрольные задания
1. Какие гипотезы происхождения живой материи вам известны?
2. Какими признаками отличается живое от неживого?
3. Какие аналогии между живой и неживой материей можно провести?
4. Какая эволюция предшествовала клеточному уровню развития жизни? Можно ли вирусы отнести к живым организмам?
5. Какие основные функции ДНК?