Естествознание как отрасль научного познания. Роль естественно научного познания в профессиональной деятельности

Тема № 1. Естествознание как отрасль научного познания. Роль естественно научного познания в профессиональной деятельности
I. Естественнонаучная и гуманитарная культура.
Культура – это система знаний, ценностей и норм, с помощью которых люди взаимодействуют друг с другом. Она охватывает все многообразие материальной и духовной деятельности людей. Английский историк и писатель Чарльз Сноу разделил культуру на две части: научно-техническую и художественно-гуманитарную. Он утверждал, что между представителями этих двух культур отсутствует взаимопонимание и многие негативные явления, происходящие в обществе, связаны с названным разделением.
Науку делят на естественную и гуманитарную, соответственно культуру делят на естественнонаучную и гуманитарную. Естественнонаучная культура - это система знаний о природе, а гуманитарная - это система знаний о человеке и человеческом обществе.
Естественнонаучная культура основывается на знаниях естественных наук: физики, химии, биологии, геологии и др. Например геология, геохимия, геофизика, география и др. исследуют Землю и вещества Земли. Биологические науки исследуют живую природу от протобионтов до биосферы.
Гуманитарная культура основывается на знаниях истории, религии, философии, искусствоведения, филологии, юриспруденции и других наук.
Основные различия между естественными и гуманитарными науками таковы:
1. Объекты исследования. Естественные науки изучают более простые объекты и явления природы, а гуманитарные науки изучают самые сложные объекты: человека и человеческое общество. Естествознание ориентировано на нахождение общего закона, а гуманитарные науки ориентированы на выявление особых и уникальных явлений.
2. Объяснение и понимание. В естествознании на основе принципов, законов и теории объясняются отдельные факты и явления природы. В гуманитарных науках нельзя подвести уникальные и неповторимые явления под единую теорию. Поэтому вместо объяснения применяется метод понимания. Понимание это интерпретация или толкование смысла явлений или событий, понимание целей, намерений или мотивов в деятельности людей.
2. Понятие науки. Практические и теоретические основы научного знания.
Научное знание – это исследование, которое характерно своими особенными целями, заданиями, методами получения и проверки новых знаний с целью овладения силами природы, познать законы развития общества и поставить их на службу, влиять на движение исторических событий.
Предметом научного исследования могут быть причины возникновения процесса или явления, закономерности его развития, различные свойства, качества и др. В процессе научного исследования выделяют такие этапы: возникновение идеи; формирование понятий, утверждений; выдвижение гипотез; обобщение научных факторов; доказательство правильности гипотез и утверждений. Основою разработки каждого научного исследования является методология, то есть совокупность методов, способов, приемов и их определенная последовательность, которая приемлема для научного исследования. Наука – сфера человеческой деятельности, задания которой – разработка и теоретическая систематизация объективных знаний о действительности. Непосредственная цель науки – описание, объяснение и предвидение процессов, явлений действительности, которые есть предметом ее изучения, для использования их в практической деятельности человечества. Науку можно рассматривать в разных измерениях: как специфическую форму общественного сознания, основу которой составляет система знаний; как процесс познания закономерностей объективного мира; как определенный вид общественного разделения труда; как важный фактор общественного развития и как процесс производства новых знаний и их использование. Основным содержанием науки есть: теория как система знаний, которая выступает в форме общественного сознания и достижений интеллекта человека; общественная роль в практическом использовании рекомендаций в производстве как основы развития общества. Наука в современных условиях исполняет ряд конкретных функций: познавательную – удовлетворение потребностей людей в познании законов природы, общества и мышления; культурно-воспитательную – развитие культуры, формирование интеллекта человека; практическую – усовершенствование производства и системы общественных отношений.
3. Структура и методы научного познания.
Наука как система знаний имеет специфическую структуру, которая включает ряд элементов: научная идея, гипотеза, теория, закон, понятие и др.
Научная идея – интуитивное объяснение явлений без промежуточной аргументации, без осознания всей совокупности связей, на основании которых делаются выводы.
Гипотеза – научное предположение, выдвинутое для объяснения каких-либо явлений (процессов) или причин, которые обусловливают данное следствие. Гипотеза (как и идея) имеет вероятностный характер и проходит в своем развитии три стадии: накопление фактического материала и выдвижение на его основе предположений; формирование гипотезы и обоснование на основе предположения приемлемой теории; проверка полученных результатов на практике и на ее основе уточнение гипотезы.
Теория – система обобщенных знаний, объяснение тех или иных сторон действительности.
Понятие – это мысль, выраженная в обобщенной форме, которая определяет существенные и необходимые признаки предметов и явлений, а также взаимосвязи.
Методы научного познания включают в себя:
• общечеловеческие приемы мышления (анализ, синтез, сравнение, обобщение, индукцию, дедукцию...)
• способы эмпирического и теоретического исследования
для процессов построения теоретических систем знания особое значение имеет метод восхождения от абстрактного к конкретному
Метод (греч. methodos) — в самом широком смысле слова — «путь к чему-либо», способ деятельности субъекта в любой ее форме.
Основная функция метода — внутренняя организация и регулирование процесса познания или практического преобразования того или иного объекта. Поэтому метод - совокупность определенных правил, приемов, способов, норм познания и действия.

Тема № 2. Донаучный период развития естествознания и его отличительные особенности
1. Основные натурфилософские концепции ранних античных мыслителей. Возникновение античной науки.
Милетская школа (ионийская школа натурфилософии) — философская школа, основанная Фалесом. Философы. Ввели первую научную терминологию, впервые стали писать свои сочинения прозой. Милетская школа рассматривала мир как живое целое; не делала принципиального различия между живым и мёртвым, психическим и физическим; признавала за неодушевлёнными предметами только меньшую степень одушевлённости (жизни). Сама одушевлённость («душа») рассматривалась как «тонкий» и подвижный вид первовещества.
Фалес. Анаксимандр. Признал единым и постоянным источником рождения всех вещей уже не «воду», и вообще не какое-либо отдельное вещество, а первовещество. Это первоначало, отличное от остальных веществ (и в этом смысле неопределённое), не имеет границ и потому есть «беспредельное». Анаксимен. Приняв в качестве первовещества «воздух», Анаксимен ввёл новую и важную идею о процессе разрежения и сгущения, посредством которого из воздуха образуются все вещества: вода, земля, камни, огонь. «Воздух» для Анаксимена — дыхание, обнимающее весь мир, подобно тому как наша душа, будучи дыханием, держит нас. По своей природе пневма — род пара или тёмного облака и сродни пустоте. Земля — плоский диск, поддерживаемый воздухом, так же как парящие в нём плоские, состоящие из огня, диски светил. Анаксимен исправил учение Фалеса и Анаксимандра о порядке расположения в мировом пространстве Луны, Солнца и звезд. Атоми́зм — натурфилософская и физическая теория, согласно которой чувственно воспринимаемые (материальные) вещи состоят из химически неделимых частиц — атомов. Школа атомистов. Атомизм был создан представителями досократическогопериода развития древнегреческой философии Левкиппоми его учеником Демокритом Абдерским. Согласно их учению, существуют только атомы и пустота. Атомы — мельчайшие неделимые, невозникающие и неисчезающие, качественно однородные, непроницаемые (не содержащие в себе пустоты) сущности (частицы), обладающие определённой формой. Атомы бесчисленны, так как пустота бесконечна. Форма атомов бесконечно разнообразна. Атомы являются первоначалом всего сущего, всех чувственных вещей, свойства которых определяются формой составляющих их атомов. Демокрит предложил продуманный вариант механистического объяснения мира: целое у него представляет собой сумму частей, а беспорядочное движение атомов, их случайные столкновения оказываются причиной всего сущего. В атомизме отвергается положение элеатово неподвижности бытия, поскольку это положение не дает возможности объяснить движение и изменение, происходящее в чувственном мире. Стремясь найти причину движения, Демокрит «раздробляет» единое бытие Парменидана множество отдельных «бытий»-атомов, мысля их как материальные, телесные частицы.
2. Физико-космологическая модель мира Аристотеля.
Модель Вселенной по Аристотелю. Земля – центр Вселенной, Вселенная сферична и конечна, вечное движение небесных тел по сферам, окружающим неподвижную Землю. Чтобы сферы, окружающие Землю, вращались, должна быть некая движущая сила – эта сила исходила из самой внешней по отношению к Земле сферы (неподвижная сфера звезд). Таким образом, Аристотелем была создана первая и всесторонне продуманная логическая геоцентрическая система мира: центр – Земля, вокруг которой обращались планеты вместе со своими сферами – Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн и замыкающая сфера – сфера неподвижных звезд.
3.Основные достижения античного естествознания (математика, механика, медицина).
Древнегреческая натурфилософия прославилась вкладом ее представителей в формирование и развитие математики. Здесь прежде всего следует отметить знаменитого древнегреческого мыслителя Пифагора. Помимо всем известной "теоремы Пифагора" на счету этого античного ученого имеется и ряд других научных достижений. К их числу относится, например, открытие того факта, что отношение диагонали и стороны квадрата не может быть выражено целым числом и дробью. Тем самым в математику было введено понятие иррациональности. Имеются упоминания о том, что Пифагор придерживался мнения о шарообразности Земли, ее вращения вокруг собственной оси. Вместе с тем в своих космологических воззрениях Пифагор был геоцентристом, т. е. считал Землю центром Вселенной.
В XI веке страны Европы пришли в соприкосновение с богатствами арабской цивилизации, а переводы арабских текстов стимулировали восприятие знаний Востока европейскими народами.
Большую роль в подъеме западной христианской науки сыграли университеты (Парижский, Болонский, Оксфордский, Кембриджский и др.), которые стали образовываться, начиная с XII век. И хотя эти университеты первоначально предназначались для подготовки духовенства, но в них уже тогда начинали изучаться предметы математического и естественнонаучного направления, а само обучение носило, более чем когда-либо раньше, систематический характер. XIII век характерен для европейской науки началом эксперимента и дальнейшей разработкой статики Архимеда. Здесь наиболее существенный прогресс был достигнут группой ученых Парижского университета во главе с Иорданом Неморарием (вторая половина XIII в.). Они развили античное учение о равновесии простых механических устройств, решив задачу, с которой античная механика справиться не могла, — задачу о равновесии тела на наклонной плоскости.
Основателем научной медицины принято считать Гиппократа (около 460 – около 370 гг. до н.э.), который основал Косскую (по названию острова Кос) медицинскую школу. Основные его работы – трактаты: «О ветрах», «О воздухах, водах и местностях», «Прогностика», «О диетах при острых болезнях», «О суставах», «О переломах», знаменитая «Клятва» Гиппократа. Основным положением учения Гиппократа следует считать следующее: болезни людям посылаются не богами, как принято было считать, а возникают они (болезни) по вполне естественным причинам.
4. Создание универсальной математической модели мира на основе принципа геоцентризма (1 йппарх, Птолемей).
Великий астроном и математик Клавдий Птолемей (87 - 165) сделал выбор в пользу геоцентрической модели Мира. Он завершил начатое Гиппархом математическое описание движений небесных тел и блестяще выполнил программу Платона- "с помощью равномерных и правильных круговых движений спас явления, представляемые планетами ". Он пытался объяснить устройство Вселенной с учетом видимой сложности движения планет. Считая Землю шарообразной, а размеры ее ничтожными по сравнению с расстоянием до планет и тем более звезд. Птолемей, однако, вслед за Аристотелем утверждал, что Земля - неподвижный центр Вселенной. В основе системы мира Птолемея лежат четыре постулата: I. Земля находится в центре Вселенной. II. Земля неподвижна. III. Все небесные тела движутся вокруг Земли. IV. Движение небесных тел происходит по окружностям с постоянной скоростью, т. е. равномерно.
Так как Птолемей считал Землю центром Вселенной, его система мира была названа геоцентрической. Вокруг земли, по Птолемею, движутся (в порядке удаленности от Земли) Луна, Меркурий, Венера, Солнце, Марс, Юпитер, Сатурн, звезды. Но если движение Луны, Солнца, звезд круговое, то движение планет гораздо сложнее. Каждая из планет, по мнению Птолемея, движется не вокруг Земли, а вокруг некоторой точки. Точка эта в свою очередь движется по кругу, в центре которого находится Земля. Круг, описываемый планетой вокруг движущейся точки, Птолемей назвал эпициклом, а круг, по которому движется точка около Земли,- деферентом. Птолемей построил геоцентрическую модель Мира (по сути дела - модель солнечной системы), которая позволила объяснить все наблюдаемые особенности движения планет, Солнца и Луны, а главное, стала мощным инструментом для предсказания положений этих небесных тел. Главный труд Птолемея - "Большое математическое построение ".

Тема № 4. Революция в физике конца XIX- начала XX века и формирование релятивистской картины мира
1. Идея электромагнитного поля и начало крушения механической картины мира (Фарадей, Максвелл, Герц).
Английский химик и физик Майкл Фарадей (1791-1867) ввел в науку понятие электромагнитного поля. Ему удалось показать опытным путем, что между магнетизмом и электричеством существует прямая динамическая связь. Тем самым он впервые объединил электричество и магнетизм, признал их одной и той же силой природы. В результате в естествознании начало утверждаться понимание того, что кроме вещества, в природе существует еще и поле. Математическую разработку идей Фарадея предпринял выдающийся английский ученый Джеймс Клерк Максвелл (1831-1879). Его основной работой, заключавшей в себе математическую теорию электромагнитного поля, явился «Трактат об электричестве и магнетизме», изданный в 1873 г. Введение Фарадеем понятия электромагнитного поля и математическое определение его законов, данное в уравнениях Максвелла, явились самыми крупными событиями в физике со времен Галилея и Ньютона. Но потребовались новые результаты, чтобы теория Максвелла стала достоянием физики. Решающую роль в победе максвелловской теории сыграл немецкий физик Генрих Рудольф Герц (1857-1894). Именно ему по поручению Гельмгольца (Герц был его любимым учеником) довелось проверить экспериментально теоретические выводы Максвелла. В 1886 г. Герц продемонстрировал «беспроволочное распространение» электромагнитных волн. Он смог также доказать принципиальную тождественность полученных им электромагнитных переменных полей и световых волн.
Работы в области электромагнетизма положили начало крушению механистической картины мира. Оценивая этот качественный поворот в миропонимании, А. Эйнштейн и Л. Инфельд писали: «Во второй половине девятнадцатого столетия в физику были введены новые революционные идеи; они открыли путь к новому философскому взгляду, отличающемуся от механического. Результаты работ Фарадея, Максвелла и Герца привели к развитию современной физики, к созданию новых понятий, образующих новую картину действительности».
С тех пор механистические представления о мире были существенно поколеблены. Ведь любые попытки распространить механические принципы на электрические и магнитные явления оказались несостоятельными. Поэтому естествознание вынуждено было в конце концов отказаться от признания особой, универсальной роли механики. Механистическая картина мира начала сходить с исторической сцены, уступая место новому пониманию физической реальности.
Четвертая научная революция. Проникновение в глубь материи. Теория относительности и квантовая механика. Окончательное крушение механистической картины мира.
Открытие закона сохранения энергии дало начало термодинамическим исследованиям. Термодинамику считают количественной теорией тепловых процессов. Развитие техники, появление первых тепловых двигателей дало толчок для развития данной науки. Первой задачей термодинамики стало: получение оптимальных условий использования теплоты при совершении работы. Термодинамику называют описательной (феноменологической) теорией.
Для описания процессов обмена энергией в термодинамике применяют понятия и величины, смысл которых не связан с представлениями о микромире. Это так называемые макроскопические (феноменологические, термодинамические) параметры. Данные понятия имеют смысл только для макроскопических тел.

1. Основные черты НТР: а) превращение науки в непосредственную производительную силу;
Наука как производительная сила - сфера умственной деятельности человечества, которая заключается в разработке и теоретической систематизации знаний о реальной деятельности, используемый для повышения эффективности производства материальных и духовных благ.
Всего к концу XVIII в ученые изучали отдельные изолированные явления, накапливали данные из различных сфер знаний. В XIX веке под влиянием потребностей производства, в частности промышленного переворота, наука начала описывать процессы, генезис и развитие отдельных вещей, явлений весомым результатом таких исследований стало открытие клетки и создание клеточной теории, закона сохранения и превращения энергии, эволюционная теория. Ч. Дарвина. Выявление электрона и глубокое изучение элементарных частиц начало революции в естествознании. Появление методов искусственного создания новых химических элементов, изучение энергетических процессов на. Земле, Солнце, в космическом пространстве стали важнейшими условиями возникновения. НТР в середине 50-х годов XX вв XX ст.
б) автоматизация производства;
это процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам. Введение автоматизации на производстве позволяет значительно повысить производительность труда, обеспечить стабильное качество выпускаемой продукции, сократить долю рабочих, занятых в различных сферах производства.
в) открытие новых источников энергии;
Солнечные станции Люди издавна задумывались над тем, возможно ли использование энергии солнца на земле. Под солнечными лучами нагревали воду, сушили одежду и глиняную посуду перед ее отправкой в печь, однако эти способы нельзя назвать эффективными. Первые технические средства, преобразующие солнечную энергию, появились еще в 18 веке. Французский ученый Ж. Бюффон показал опыт, в котором ему удалось с помощью большого вогнутого зеркала в ясную погоду воспламенить сухое дерево с расстояния около 70 метров.
Ветровая энергетика
Энергия ветра - также использовалась людьми еще с древности, самым простым примером можно назвать хождение под парусом и ветряные мельницы. Ветряки используются и сейчас, особенно они эффективны в областях с постоянными ветрами, например, на побережье. Ученые постоянно выдвигают идеи, как модернизировать уже имеющиеся приспособления для преобразования ветряной энергии, одна из них - ветряки в виде парящих турбин.
г) создание композитных материалов;
Композиционные или композитные материалы – материалы будущего.
После того как современная физика металлов подробно разъяснила нам причины их пластичности, прочности и ее увеличения, началась интенсивная систематическая разработка новых материалов. Это приведет, вероятно, уже в вообразимом будущем к созданию материалов с прочностью, во много разпревышающей ее значения у обычных сегодня сплавов. При этом большое внимание будет уделяться уже известным механизмам закалки стали и старения алюминиевых сплавов, комбинациям этих известных механизмов с процессами формирования и многочисленными возможностями создания комбинированных материалов. Два перспективных пути открывают комбинированные материалы, усиленные либо волокнами, либо диспергированными твердыми частицами. Упервых в неорганическую металлическую или органическую полимерную матрицу введены тончайшие высокопрочные волокна из стекла, углерода, бора, бериллия, стали или нитевидные монокристаллы. В результате такого комбинирования максимальная прочность сочетается с высоким модулем упругости и небольшой плотностью. Именно такими материалами будущего являются композиционные материалы.

Тема № 7. Эволюция биосферы в условиях техногенной цивилизации: «экологический кри¬зис» и «коэволюционная стратегия»
1. Учение В. И. Вернадского о биосфере. Глобальное единство процессов живой и неживой природы.
Целостное учение о биосфере создал био-геохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.
Биосфере, присуща система свойств, которые обеспечивают ее функционирование, саморегулирование, устойчивость и другие параметры. Рассмотрим основные из них.
Биосфера - централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы (живое вещество).
Биосфера - открытая система. Ее существование немыслимо без поступления энергии из вне. Она испытывает воздействие космических сил, прежде всего солнечной активности.
Биосфера - саморегулирующаяся система. (способна возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения включением ряда механизмов.)
Разнообразие - важнейшее свойство всех экосистем. Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.
Важнейшее свойство биосферы - наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот вещества и связанного с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.
2. Сущность экологического кризиса, его основные черты.
Экологический кризис – кризис взаимоотношений общества и природы, сохранения окружающей среды. На протяжении тысячелетий человек постоянно увеличивал свои технические возможности, усиливал вмешательство в природу, забывая о необходимости поддержания в ней биологического равновесия.
Экологический кризис переводит окружающую среду в область равновесия с меньшими, в сравнении с исходным уровнем сложности, энергетическим и экологическим потенциалом. Сущность экологического кризиса проявляется в виде упрощения структуры экосистемы, снижении ее энергетического или экологического потенциала. Экологический кризис возникает нередко на основе прямого или косвенного антропогенного воздействия, а также неблагоприятного и опасного природного явления, например, вследствие изменения климата.

Тема № 8. Технологическая революция конца XX века и усиление роли антропогенных факторов в эволюции биосферы
1 Теоретическая и практическая сущность технологической революции конца XX века: а) переход от исследования объектов техники как системных образований к исследованию их структур и структурных изменений;
Системные исследования – одно из самых современных и молодых научных направлений. Они представлены, в настоящее время, системным подходом, общей или абстрактной теорией систем и системным анализом. Данные дисциплины составляют определенные аспекты или стороны современных системных исследований. По своим задачам названные компоненты системных исследований, выходят за рамки существующего сегодня дисциплинарного членения науки и техники. Получаемые этими компонентами результаты применимы к целым комплексам научных и технических дисциплин [1]. Главным из этих компонентов является системный подход, имеющий методологическую природу и общенаучный междисциплинарный характер [2]. Ведущая, ключевая роль системного подхода обусловлена его положением в структуре взаимодействия компонентов системных исследований.
В рамках системных исследований используются средства концептуального и методологического анализа в соединении с формальным аппаратом современной логики и некоторых разделов математики. Специалистами в этой области разрабатываются принципы, на основе которых разрабатываются системные модели объектов произвольной природы и системные методы их исследования. Результатом этих исследований и разработок, с учетом специфики подхода, являются, во-первых, методы анализа особого класса природных и социальных объектов, наиболее адекватным названием которых можно считать термин «сложные системы», а, во-вторых, средства систематизации, классификации и упорядочения научных (и не только научных) знаний.
Системные исследования, в целом, и системный подход, в частности, представляют собой определенный этап в развитии методов познания, методов исследовательской и конструкторской деятельности, способов описания природы естественных или искусственных объектов, то есть определенный этап в развитии науки.
Схема на рисунке 1.2 иллюстрирует функции каждого из компонентов современных системных исследований по аналогии с функциями объекта, теории (концепции), метода, методики и методологии самостоятельной научной дисциплины (научного направления) [3, 4].
Главной целью научно-исследовательской деятельности является познание свойств и сущности объекта, который в рамках системных исследований
б) конструирование структурных связей объектов и управление их изменениями.
Общая теория систем — это научная и методологическая концепция исследования объектов, представляющих собой системы. Она тесно связана с системным подходом и является конкретизацией его принципов и методов. Первый вариант общей теории систем был выдвинут Людвигом фон Берталанфи, основная идея которого состоит в признании изоморфизма законов, управляющих функционированием системных объектов.