Контрольная работа по "Концепции современного естествознания"

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Федеральное Государственное  автономное образовательное учреждение ВПО «РГППУ»

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Концепции  современного естествознания »

Вариант №16

 

 

 

 

Выполнила: студентка

                                                                                              Гр. ПУ-212 ИД

                                                                              

                                                                       Проверил преподаватель

                                                                                  Харина Г.В.

г.Первоуральск 2011

 

 

 

1.17. Общие методы познания. Обобщение и абстрагирование. Аналогия и моделирование. Назовите известные вам виды моделирования. Приведите примеры и поясните роль этих методов в естествознании.

 

2.79. Молекула как система атомов. Взаимодействие между атомами. Химическая связь (её сущность и условия образования). Энергия химической связи. Какие электроны участвуют в образовании химической связи? Типы химической связи ( ковалентная, ионная и металлическая)? Дать краткое пояснение их сущности и привести примеры молекул. В которых эти связи реализуются.

 

3.146. Механизмы эволюции (адаптационные и катастрофические), в чем их сущность? Законы эволюции (закон дивергенции, принцип гомеостаза, закон необратимости и процесс автоматизации онтогенеза).

 

 

 

 

1,17.   Общие методы познания.   Методология – это система наиболее важных принципов и способов организации и осуществления какого-либо вида деятельности, а также учение об этой системе. У каждого вида деятельности имеется своя методология, существующая в явном или неявном виде, сформулированная и зафиксированная в каких-либо формах или применяемая стихийно-интуитивно. Принципы – это ключевые положения методологии, а методы – набор конкретных приемов, с помощью которых осуществляется тот или иной вид деятельности (с греческого «методос» – путь к чему-либо).

Методология науки в целом и все научные  методы исходят из принципа причинности. Его содержание менялось по мере развития науки, но ключевое положение, на котором зиждется научный подход, остается неизменным: все, что бы не происходило в природе, обусловлено своими причинами. Глобальная задача науки и заключается в выяснении всех значимых причинно – следственных связей в окружающем мире. Они могут быть неодномерны, сложны, непознанны, но это не отменяет их существования. Никакого места произволу, сверхъестественному вмешательству потусторонних сил природа не оставляет.

Очень важно  понять, что принцип причинности  является основополагающим не только для «точных» наук, но и для истории, социологии, юриспруденции и т.д. Действительно, трудно себе представить, к примеру, следователя, расследующего  уголовное преступление и допускающего «чудеса» в виде беспричинного появления  или исчезновения улик с места  преступления, «сверхъестественного»  чутья на завоз денег в банк или внезапного падения курса  определенных акций.

Известный французский  философ, физик, математик и физиолог 17 века Р. Декарт формулировал понятие  метода следующим образом «Под методом  я разумею точные и простые  правила, строгое соблюдение которых  … без лишней траты умственных сил, но постепенно и непрерывно увеличивая знания, способствует тому, что ум достигает  истинного познания всего, что ему  доступно». В наше время такому пониманию  скорее соответствует термин «алгоритм».

Обычно выделяют несколько групп (уровней) методов познания, в частности, практически во всех классификациях присутствуют:

ü             Общенаучные методы

ü             Частнонаучные методы

ü             Специальные методы

По другим признакам их можно разделить  на эмпирические, теоретические и методы моделирования.

В свою очередь, все их можно дифференцировать и  дальше. Так, общенаучные эмпирические методы включают наблюдение, эксперимент, измерение.

Наблюдение  – простейший их них. На начальных  стадиях развития любой науки  наблюдения играют важнейшую роль и  образуют эмпирический базис науки. Он позволяет провести поиск, сравнение, классификацию объектов и т.п., однако по мере развития науки его ценность падает. Более информативен эксперимент  – целенаправленное воздействие  на объект в строго контролируемых условиях и изучение его поведения  в этих условиях.

Искусство экспериментатора в первую очередь как раз и  заключается в создании таких  условий эксперимента, которые позволяют  «очистить» ситуацию от влияния большого числа побочных факторов и оставить один – два, которыми можно сознательно  управлять и целенаправленно  воздействовать на объект, изучая его  отклики на эти контролируемые воздействия. При этом, зачастую заранее не известно, какие факторы являются важными, а какие – менее важными, все  ли неконтролируемые воздействия исключены  и не создают ли они помех, сопоставимых или даже больших, чем реакция  объекта на контролируемое воздействие. В самой постановке опыта, ограничивающего  степени свободы объекта и  набор факторов на него действующих, заложена большая опасность «с пеной  выплеснуть ребенка из ванночки».

Эксперименты  могут быть качественными и количественными. Первые могут помочь в решении  принципиальных вопросов: существует ли такой эффект в природе? растет или падает скорость процесса при  увеличении давления? постоянна ли данная величина в действительности при изменении условий в широких  пределах (например, заряд электрона, скорость света в вакууме и  т.п.)? и т.д. Гораздо более информативны количественные эксперименты, включающие измерения. Так, известный английский физик В. Томсон (лорд Кельвин), именем которого названа шкала абсолютных температур, писал «каждая вещь известна лишь настолько, насколько ее можно  измерить». Измерение – есть процесс  определения количественных характеристик  объекта или процесса, выраженных в заранее принятых единицах измерения  данной величины (например, в метрах, секундах, граммах, Вольтах, градусах и  т.д.).

Среди общенаучных  теоретических методов можно  выделить абстрагирование, мысленный  эксперимент, индукцию, дедукцию и др. Абстрагирование состоит в мысленном упрощении объекта путем игнорирования ряда его несущественных (в данной постановке задачи) признаков и наделении его несколькими (иногда одним, двумя) наиболее существенными, например, материальная точка, береза, неустойчивое состояние. В первом примере игнорируются все геометрические и физические характеристики реального тела (объем, форма, материал и его физические свойства) кроме массы, мысленно сосредотачиваемой в центре масс. Во втором, несмотря на то, что в мире нет двух абсолютно одинаковых берез, - мы все-таки ясно понимаем, что речь идет о разновидности дерева со своими характерными особенностями архитектуры, формы и строения листочков и т.д., в третьем примере подразумевается некоторая абстрактная система (без рассмотрения ее устройства и состава), которая под действием ничтожно малых случайных причин может выйти из своего исходного состояния, характеризующегося некоторым набором параметров, и самопроизвольно перейти в другое, с другим набором характеристик. Конечно, мы теряем при таком рассмотрении множество деталей, характеризующих реальный объект, но взамен получаем простую схему, допускающую широкие обобщения. И впрямь, не можем же мы ставить перед собой задачу изучить каждую березу на Земле, хотя все они чем-то и отличаются друг от друга.

Под материальной точкой в разных задачах может  подразумеваться молекула, автомобиль, Луна, Земля, Солнце  и т.д. Такая абстракция удобна для описания механического движения, но совершенно непродуктивна при анализе, скажем, физических или химических свойств реального твердого тела. Многие исключительно полезные абстракции пережили века и тысячелетия (атом, геометрическая точка и прямая линия) хотя и наполнялись разными смыслом в разные эпохи. Другие  - (теплород, мировой эфир) не выдержали испытания временем и опытом.

Другим методом  теоретического анализа является мысленный эксперимент. Он проводится  с идеализированными объектами, отражающими наиболее существенные свойства реальных, и в ряде случаев позволяет путем логических умозаключений получить некоторые предварительные результаты, помогающие упростить, сузить фронт дальнейших детальных исследований. Таким методом было решено много принципиальных задач в естествознании. Так, Галилей открыл закон инерции, мысленно понижая, а затем и вовсе исключая силы трения при движении, а Максвелл прояснил суть важнейшего для понимания природы закона – второго начала термодинамики – путем мысленного расположения на пути летящих молекул гипотетического «демона», сортирующего их по скоростям.

Индукция (от латинского inductio – наведение, побуждение, возбуждение) – это метод познания, заключающийся в получении, выведении общих суждений, правил, законов на основании отдельных фактов. Т.е. индукция – это движение мысли от частного к общему и более универсальному. Строго говоря, большая часть наиболее общих законов природы получена методом индукции, т.к. изучить досконально абсолютно все объекты данного типа совершенно нереально. Обычно вопрос заключается лишь в том, сколько же частных случаев необходимо рассмотреть и потом учесть, чтобы на этом основании сделать убедительный обобщающий вывод. Скептики считают, что достоверно доказать этим способом ничего невозможно, поскольку ни тысяча, ни миллион, ни миллиард фактов, подтверждающих общий вывод не гарантируют, что тысяча первый или миллион первый факт не будет противоречить ему.

Метод противоположный  по направлению движения мысли –  от общего к частному – называется дедукция (от латинского deductio – выведение). Вспомните знаменитый дедуктивный метод сыска Шерлока Холмса. Т.е. дедукция и индукция – взаимодополняющие методы построения логических умозаключений.

Примерно  в таком же соотношении между  собой находятся методы анализа и синтеза, используемые как в эмпирических так и теоретических исследованиях. Анализ – мысленное или реальное расчленение объекта на составные части и исследование их порознь. Вспомните обычную поликлинику – учреждение для диагностики и лечения болезней человека и ее структуру, представленную кабинетами окулиста, невропатолога, кардиолога, уролога и т.д. Ввиду исключительной сложности человеческого организма гораздо легче научить врача распознавать болезни отдельных органов или систем, а не всего организма в целом. В ряде случаев этот подход дает желаемый результат, в более сложных – нет. Поэтому методы анализа дополняются методом синтеза, т.е. сведения всех знаний о частных фактах в единое связанное целое.

В течение  нескольких последних десятилетий  интенсивно развивались методы моделирования, являющиеся младшими, но более развитыми братьями метода аналогий. Вывод «по аналогии» осуществляют переносом результатов, полученных на одном объекте, на другой – «аналогичный». Степень этой аналогичности определяют различными критериями, наиболее систематично вводимыми в так называемой «Теории подобия».

Моделирование обычно подразделяют на мысленное, физическое и численное (компьютерное). Мысленное  моделирование реального объекта  или процесса посредством идеальных  объектов и связей – важнейший  метод науки. Без мысленной модели невозможно понять, проинтерпретировать  результаты эксперимента, «сконструировать»  математическую или компьютерную модели явления, поставить сложный натурный эксперимент. Известный по не только блестящим результатам в физике, но и остроумным высказываниям, академик А. Мигдал сказал как-то: «Если математика – это искусство избегать вычислений («чистая», неприкладная математика, как  правило, не имеет дел с вычислениями), то теоретическая физика – это  искусство вычислять без математики». Конечно же здесь слово «вычислять»  не имеет буквального смысла –  проведение тщательных, точных вычислений. Подразумевается искусство предвидеть результат в рамках удачной, адекватной модели по порядку величины, или  в виде соотношения: если одна величина достигнет какого-то значения, то другая будет равна тому-то, или искомая  величина обязана быть больше некоторой  критической, или лежать в определенном интервале значений. Как правило, в большинстве задач и реальных проблем высококвалифицированный  ученый может прийти к таким заключениям  не проводя никаких опытов, а просто построив в уме некоторую качественную модель явления. Искусство в том  и состоит, чтобы модель была реалистичной и в то же время простой.

Физическое (предметное) моделирование проводят в тех случаях, когда невозможно или затруднительно (по технологическим  или финансовым причинам) провести эксперимент на оригинальном объекте. Например, для определения трудно поддающегося расчетам аэродинамического  сопротивления самолета, автомобиля, поезда или гидродинамического сопротивления  корабля на стадии проектирования обычно строят модель уменьшенных размеров и продувают ее в специальных  аэродинамических трубах или гидравлических каналах. В известном смысле любой  натуральный эксперимент можно  рассматривать как физическую модель некоторой более сложной ситуации.

Математическое  моделирование является важнейшей  разновидностью символического моделирования. (К ним так же относятся разнообразные  графовые и топологические представления, символьные записи структуры молекул  и химических реакций и много  другое). В сущности, математическая модель – это система уравнений, дополненная начальными и граничными условиями и другими данными, взятыми из опыта. Для того, чтобы  такое моделирование было результативным, необходимо, во-первых, составить адекватную изучаемому явлению мысленную модель, отражающую все существенные стороны  явления, а во-вторых, решить чисто  математическую задачу, зачастую имеющую  очень высокий уровень сложности.