Мир глазами современного естествознания
методическая разработка по естествознанию (10, 11 класс)

ПРОГРАММА

курса «Мир глазами современного естествознания»

(17 часов)

(Курс для учащихся 10 или 11 класса)

составитель:

Барсуков И.С.

учитель химии  СПб ГБУЗ ВДЦОиТ «Огонёк»

Санкт-Петербург, 2022

Пояснительная записка.

Фундаментальные теоретические представления в области естественных наук, хотя и имеют решающее значение для формирования полноценной картины мира, остаются слабо представленными в программах школьных курсов, особенно это касается новейших достижений естествознания. Поэтому специальный курс, существенно расширяющий и направленный на формирование полной объективной картины окружающего мира, как альтернатива ограниченным представлениям, не просто актуален, а необходим современному школьнику, мировоззрение которого находится на этапе становления.

Глубокое понимание фундаментальных основ строения материи, эволюции Вселенной, молекулярно-генетических основ жизни, несмотря на видимость избыточности такого рода материала, на самом деле влияет на способность к обобщающим, т.е. синтезирующим действиям интеллекта, обладают эвристической силой. Фундаментальные теории актуализируют стиль мышления, благодаря которому появились сами эти теории, позволяют человека даже при поверхностном знакомстве с ними увидеть порядок, симметрию, простоту и красоту мира, позволяют взглянуть на обыденные явления по-новому, увидеть необычное в обычном, в знакомом явлении обнаружить новые черты, и, напротив, познакомиться с необычными формами материальных объектов (экзотические атомы, экзотические астрономические объекты), такими необычными процессами как: нарушение симметрии на которых основаны законы сохранения, стохастическое поведение больших систем, перенос энергии и информации в живых системах), сопоставить разнородные вещи и события друг с другом. Всё это должно работать на пробуждение фантазии и воображения учащегося, более полного раскрытия его творческого потенциала.

Другой важной проблемой в преподавании блока естественнонаучных дисциплин в средней школе является отсутствие взаимосвязи физики, химии и биологии в результате чего формируется несистемное видение мира, разрозненная картина мира, что отрицательно сказывается на формировании творческого потенциала личности. Одним из вариантов решения проблемы формирования творческого потенциала может стать преподавание элективного курса с позиции достижений современной физики как самой фундаментальной естественнонаучной дисциплины на уровне качественного описания понятий в доступной для школьника восприятия фундаментальных теорий форме. При этом, важным остаётся также сохранение специфики каждой формы движения материи (механической, химической, биологической).

Цель – рассмотреть современные теории, отражающие объекты и процессы на различных уровнях структурной организации окружающего мира, раскрыть единство и качественное своеобразие существующих материальных объектов.

Порядок расположения материала предполагает движение от анализа процессов макромира к микромиру, и обратное восхождение к массивным структурным образованиям Вселенной. Заканчивается курс анализом места и роли живой природы и человека в эволюционирующей Вселенной.

В подготовке материалов элективного курса использованы идеи Р.Фейнмана, В.Крейчи, А.И.Новикова и других учёных – популяризаторов науки.

Теоретические принципы курса:

1. Философские (всеобщие): идеи структурной целостности и взаимосвязи, самодвижения и самоорганизации (развития).
2. Общенаучные:  

1. Идея эволюции и самоорганизации неживой и живой природы:

2. Идея взаимосвязи строения и свойств вещества
3. Идея взаимосвязи теории с практикой
4. Идея взаимосвязи природа – общество – сознание

3. Специальные: современные представления о строении и свойствах веществ (квантово-механические, термодинамические, кинетические).

ПРОГРАММА

курса «Мир глазами современного естествознания»

1. Мир, воспринимаемый органами чувств (2 ч.)  

Чувственный опыт и механическое движение. Парадоксы. Процесс падения. Законы сохранения при столкновении тел. Электрические и магнитные явления. Волны и свет. Корпускулярное строение вещества.

2. Элементарные частицы (3 ч.)

Электроны и ионы. Превращение ядер. Нейтрон. Три основных строительных блока вещества: электрон, протон, нейтрон. Волновые свойства частиц. Соотношение неопределённостей. Революция в физике. Элементарные частицы при высоких энергиях: возникновение новых частиц, аннигиляция (пары: частица – античастица). Мезоны. Релятивистские эффекты в движении частиц. Каоны. Гипероны. Три типа взаимодействий. Кварки. Достигла ли физика действительно элементарных частиц?

3. Законы сохранения при превращениях элементарных частиц (3ч.)

Законы сохранения импульса и энергии. Закон сохранения электрического заряда. Закон сохранения барионного заряда. Законы сохранения, действующие в ограниченных пределах. Нарушение закона зеркальной симметрии.  

4. Строение вещества (2ч.)

Дейтрон. Ядерный синтез. Энергия связи нуклонов в ядрах. Структура атомного ядра. Модель сильных взаимодействий. Термоядерный синтез – происхождение атомных ядер.

Образование нейтральных атомов. Атом водорода. Тонкая и сверх тонкая структура. Атомы с большим числом электронов.

5. Совокупности или ансамбли частиц (2ч.)

Распределение Максвелла. Энтропия. Уравнение состояния и диаграмма состояния. Сверхтекучесть. Сверхпроводимость. Виды плазмы (неизотермическая, горячая). Взаимодействие между атомами. Вода и водородный мостик. Остаточные электромагнитные взаимодействия. Кристаллы. Изомеры и гигантские молекулы.  

6. Вещество в космическом пространства (2ч.)

Гравитационная постоянная. Чёрные дыры. Звёзды. Эволюция звёзд. Гравитационный коллапс и сверхновая. Планетные системы. Звёздные сообщества. Жизнь вселенной.

7. Живые организмы (3ч.)

Витализм. Строение живой материи. Структура белка. Фермент. Нуклеиновые кислоты. Синтез молекул ДНК. Синтез молекул ДНК. Биологическая функция нуклеиновых кислот. Мутации. Генетическая карта и генетический код. Генная инженерия. Многоклеточные организмы. Высшая форма организации материи. 

Тематическое планирование

курса «Мир глазами современного естествознания»

10 или 11 класс (17 часов)

Литература

Новиков И. Д. Эволюция вселенной. М.: Наука, 1983. – 189 с.

Новиков И. Д. Чёрные дыры и Вселенная. М.: Молодая гвардия, 1985. –  188 с. 

Новиков И. Д., Фролов В. П. Физика чёрных дыр. М.: Наука, 1986. 328 с.

Новиков И. Д. Энергетика чёрных дыр. М.: Знание, 1986. 66 с.

Новиков И. Д. Как взорвалась Вселенная. М.: Наука, 1988. – 176 с. (Библиотечка «Квант» Выпуск 68) 

Новиков И. Д. Куда течет река времени? М.: Молодая Гвардия, 1990. 238 с.

В.Крейчи. Мир глазами современной физики. – М: Мир, 1984. – 311с.

Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Современная наука о природе. Законы механики. Пространство. Время. Движение.  Москва: АСТ, 2019. Т. 1. 478 с. (Феймановские лекции по физике). 

Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Излучение. Волны. Кванты. Кинетика. Теплота. Звук. Москва: АСТ, 2019. Т. 2. 496 с. (Феймановские лекции по физике).

Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Электричество и магнетизм.  М: АСТ, 2019. Т. 3.304 с. (Феймановские лекции по физике). 

Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Электродинамика. Москва: АСТ, 2020.  Т. 4.352 с. (Феймановские лекции по физике). 

 Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Физика сплошных сред. Москва: АСТ, 2020.  Т. 5.  320 с. (Феймановские лекции по физике).

Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Квантовая механика. Москва: АСТ, 2021.  Т. 6.  528 с. (Феймановские лекции по физике). 

 Фейнман Р., Лейтон Р., Сендс М. Задачи и упражнения.  Москва: АСТ, 2021.  Т. 7. 400 с. (Феймановские лекции по физике).