Mancano di una comprensione scientifica dei modelli di sviluppo del mondo che li circonda e della capacità di applicare in modo completo le conoscenze acquisite studiando i fondamenti delle scienze naturali a scuola. Nel superare queste carenze nel contesto del sistema tradizionalmente stabilito di studio dei fondamenti delle scienze naturali a scuola grande ruoloè data a connessioni interdisciplinari.

Nella maggior parte dei casi, gli insegnanti si limitano a includere solo in modo frammentario gli MPS. Gli insegnanti raramente includono gli studenti lavoro indipendente sull'uso di conoscenze e abilità interdisciplinari durante lo studio del materiale del programma, nonché nel processo di trasferimento indipendente delle conoscenze precedentemente acquisite in una nuova situazione. La conseguenza è l'incapacità dei bambini di trasferire e sintetizzare la conoscenza di materie correlate.

Non c'è nemmeno continuità nella formazione. Pertanto, gli insegnanti di biologia "corrono costantemente avanti", introducendo gli studenti a vari processi fisici e chimici che si verificano negli organismi viventi, senza fare affidamento su concetti fisici e chimici.

La risoluzione di problemi interdisciplinari richiede abilità speciali: collegare e generalizzare la conoscenza della materia, vedere un oggetto nell'unità delle sue diverse proprietà e relazioni, valutare il particolare dal punto di vista generale, che garantisce la formazione della visione scientifica del mondo degli scolari.

Le abilità relative alle caratteristiche multilaterali complesse di un oggetto sono il tipo di abilità più complesso. Si tratta della capacità degli studenti di realizzare complesse connessioni interdisciplinari. Specifico per loro è l'effetto cognitivo dell'ampio trasferimento di conoscenze e competenze della materia a nuove condizioni per la loro complessa applicazione. Tali abilità nel loro contenuto si basano sulla conoscenza di diverse materie accademiche e idee generalizzate, e il loro lato operativo ha una struttura complessa di azioni con vari gradi di generalizzazione.

Le connessioni interdisciplinari complicano il contenuto e il processo attività cognitiva studenti. Pertanto è necessario introdurre gradualmente sia elementi di natura problematica, sia volume e complessità connessioni interdisciplinari. È importante garantire la crescita delle capacità cognitive e del successo formativo, rafforzando l'indipendenza degli studenti e l'interesse nell'apprendimento delle connessioni tra conoscenze di diverse materie. La metodologia per organizzare il processo di apprendimento si svolge nelle seguenti fasi:

1. IPS unilaterale nelle lezioni di materie correlate basate sull'educazione riproduttiva e su elementi problematici;
2. aumentare la complessità dei compiti cognitivi interdisciplinari e aumentare l'indipendenza degli studenti nel trovare le loro soluzioni;
3. l'inclusione di connessioni bilaterali e poi multilaterali tra materie coordinando le attività degli insegnanti (proponendo problemi educativi comuni, la loro soluzione passo dopo passo nel sistema di lezioni);
4. sviluppo di un ampio sistema nel lavoro degli insegnanti che svolgono ITS sia nei contenuti e nei metodi, sia nelle forme di organizzazione della formazione (compiti a casa complessi, lezioni, seminari, escursioni, conferenze), compreso il lavoro extracurriculare e l'ampliamento della portata del curriculum.

Per quegli studenti che non hanno una solida base di conoscenze, risolvere problemi interdisciplinari potrebbe essere difficile e il loro interesse per l’apprendimento diminuirà. Per gli studenti con alto livello conoscenza delle materie, il ricorso a connessioni interdisciplinari lo è una condizione necessaria il loro ulteriore sviluppo nel processo di apprendimento. Pertanto, nell'organizzazione dell'attività creativa degli studenti sulla base di MPS, il posto di primo piano è occupato dal lavoro educativo volto a padroneggiare il sistema di conoscenza della materia e padroneggiare i metodi del loro trasferimento e generalizzazione.

L '"apprendimento" degli studenti si ottiene attraverso un sistema di formazione del lavoro indipendente, praticando singoli elementi delle abilità di complessa applicazione della conoscenza: riconoscere MPS nei testi didattici, in estratti da articoli scientifici, nelle fonti primarie, selezione di materiale fattuale per confermare, dimostrare le leggi della dialettica, idee scientifiche generali, concetti; analisi di esempi specifici (dal campo della biologia, fisica, chimica, storia) dal punto di vista di modelli e categorie generali; consapevolezza della natura interdisciplinare dei compiti di apprendimento cognitivo; formulazione (visione) indipendente di compiti interdisciplinari, problemi basati sul confronto e sull'analisi di fatti scientifici di materie borderline (biochimica, fisico-chimica, biofisica, ecc.); elaborare un piano per risolvere un problema interdisciplinare, ecc.

Un ruolo importante è svolto mostrando un esempio di completamento di tali compiti, conducendo conversazioni di orientamento che determinano la logica del ragionamento, portando alla consapevolezza la sequenza di azioni eseguite e un approccio differenziato che tenga conto degli interessi cognitivi e delle capacità degli studenti. Sono necessarie fasi successive nella formazione delle competenze per realizzare connessioni interdisciplinari:

1. risvegliare l'interesse cognitivo degli studenti nella risoluzione di problemi interdisciplinari, il loro riconoscimento e consapevolezza della necessità di utilizzare conoscenze di diverse discipline;
2. sviluppo di metodi individuali di attività creativa basati su connessioni interdisciplinari;
3. sintesi di competenze particolari in un'abilità olistica di complessa applicazione della conoscenza nella risoluzione di problemi interdisciplinari. La condizione principale per il successo del trasferimento della conoscenza della materia è la somiglianza e la somiglianza della struttura dei contenuti e degli elementi procedurali in una serie di compiti cognitivi interdisciplinari di un certo tipo. In classe, è necessario incoraggiare gli studenti a risolvere autonomamente tali problemi eseguendo azioni secondo il modello e padroneggiando linee guida generalizzate nella sintesi della conoscenza.

Interazione di interessi e competenze nel processo di risoluzione di problemi interdisciplinari.

Lo sviluppo degli interessi cognitivi dipende dalla padronanza da parte degli studenti delle competenze generalizzate dell’attività di ricerca e dalla capacità di implementare MPS. Lo studio della psicologia del pensiero ha dimostrato che lo stimolatore interno dell'attività di ricerca, agendo in concomitanza con conoscenze e metodi, è la consapevolezza di un obiettivo, un bisogno cognitivo, che regola il processo di ricerca, influenzandone l'intensità emotiva. L'accettazione di un compito interdisciplinare dipende in gran parte dall'orientamento teorico degli interessi cognitivi dello studente, dal suo desiderio di comprendere gli aspetti filosofici e di visione del mondo della conoscenza della materia.

L'identificazione consapevole di un problema interdisciplinare, essendo una delle manifestazioni delle azioni creative degli studenti, promuove una stretta correlazione tra conoscenze e metodi di azione nella struttura delle competenze per risolverlo. Il calcolo dei coefficienti di correlazione ha mostrato una stretta connessione tra livelli di conoscenza e modalità di azione nei lavori degli studenti che hanno individuato autonomamente un compito cognitivo interdisciplinare.

Nel processo di risoluzione di un compito cognitivo interdisciplinare, gli studenti includono le competenze della materia; la loro attività dipende anche dal motivo di interesse per l'argomento pertinente discipline accademiche. Qui c'è anche una stretta connessione tra il livello di interesse per l'argomento, l'ampiezza e il successo dell'utilizzo della conoscenza da esso. Gli studenti traggono nuove informazioni da ulteriori fonti di informazione, trovano modi originali per analizzarle e collegarle al materiale del programma. La mancanza di interessi e conoscenze disciplinari stabili priva lo studente di basi in attività “interdisciplinari”, provocando talvolta un atteggiamento negativo nei suoi confronti.

Le connessioni interdisciplinari nelle prime fasi dell'inclusione nell'attività cognitiva modificano la corrispondenza dei livelli di competenze e interessi degli studenti nelle materie. Le capacità dimostrate nella risoluzione di problemi interdisciplinari iniziano a dipendere in misura maggiore dall'esperienza del transfert, padroneggiandone i metodi, che da un interesse precedentemente stabilito, ma comunque commovente, per un particolare argomento. Per alcuni studenti, sotto l'influenza di connessioni interdisciplinari, aumenta l'interesse per materie che prima non li interessavano, ma il livello di conoscenze e competenze rimane ancora basso. Per altri, al contrario, le capacità di trasferimento interdisciplinare aumentano in modo significativo, ma non si osservano cambiamenti evidenti nello sviluppo degli interessi disciplinari. Rimangono stabili. Ciò è spiegato dal fatto che gli MPS non sono l’unico fattore che modella gli interessi cognitivi degli studenti.

L'esperienza cognitiva, limitata a un quadro tematico ristretto, impedisce di vedere ciò che è ben noto in un aspetto nuovo, insolito, necessario per una soluzione creativa a un problema interdisciplinare. La discrepanza tra competenze e interessi degli studenti precedentemente formati, che sorge nelle prime fasi dell'attività cognitiva sulla base di connessioni interdisciplinari, viene successivamente livellata e le relazioni tra competenze e interessi vengono rafforzate su una base di contenuti generalizzati qualitativamente nuovi. Gli IPS sistematicamente inclusi nella conoscenza educativa cambiano positivamente l'ampiezza e la gamma di applicazione delle conoscenze e delle abilità. Ciò contribuisce sviluppo mentale scolari e la formazione di ampi interessi cognitivi come uno degli indicatori dello sviluppo della personalità. Nelle attività basate su MPS sorge una dipendenza stabile: ampiezza degli interessi cognitivi - percezione consapevole dei compiti interdisciplinari - necessità di conoscenza delle connessioni interdisciplinari - approccio creativo - capacità di pensare in modo sistematico - indipendenza cognitiva dello studente.

Formazione dell'orientamento ideologico degli interessi cognitivi degli studenti delle scuole superiori.

L'inclusione di connessioni interdisciplinari nel processo di apprendimento come stimolo di interesse cognitivo trasforma qualitativamente gli altri suoi stimoli. Ciò si verifica perché il processo educativo è un sistema in cui tutti i componenti sono in connessione strutturale-funzionale e la modifica di uno di essi interrompe queste connessioni e richiede un approccio sistematico all'organizzazione dell'intero processo. Le connessioni interdisciplinari incluse nel contenuto della lezione ne aumentano la novità, provocano l'aggiornamento di materiale già noto e combinano conoscenze nuove e precedenti in un sistema.

Le connessioni tra corsi correlati consentono di penetrare più a fondo nell'essenza delle materie e rivelare, ad esempio, connessioni fisico-chimiche di causa-effetto nei processi biologici. Ciò consente di mostrare in modo più completo la storia della scienza, dei metodi e dei risultati scienza moderna, in cui si rafforza l'integrazione delle conoscenze e un approccio sistematico alla cognizione. Rafforzando il contenuto stimolante delle lezioni, le connessioni interdisciplinari attivano anche il processo di assimilazione delle conoscenze, basato sulla loro costante applicazione. La necessità pratica e l'utilità della conoscenza in tutte le materie diventa chiara. La consapevolezza della necessità di conoscenza rafforza in modo affidabile l'interesse per il suo approfondimento e la sua espansione. Il processo cognitivo stesso, arricchito da connessioni interdisciplinari, attivando processi di pensiero, funge da fonte di interesse sostenibile per gli scolari.Le connessioni interdisciplinari migliorano la natura generalizzante del contenuto del materiale educativo, che richiede cambiamenti nei metodi di insegnamento.

Le connessioni interdisciplinari mettono in gioco tutti gli stimoli di interesse cognitivo associati alle attività formative: introducono problemi, elementi di ricerca e creatività, diversificano le forme di lavoro autonomo e favoriscono l'acquisizione di nuove competenze. Trasformando i metodi di insegnamento, le IPU influenzano il cambiamento e i suoi forme organizzative. Sono necessarie forme collettive di organizzazione del lavoro educativo che forniscano al meglio soluzioni ai problemi interdisciplinari, creando le condizioni per la manifestazione delle conoscenze e degli interessi degli studenti in altre materie. Allo stesso tempo, il successo è possibile per tutti.

Il successo di un'attività, come è noto, è lo stimolatore più importante dell'attività e dell'interesse per essa. Nelle forme collettive di lavoro educativo sono attivi incentivi per l'interesse cognitivo associato alle relazioni tra i partecipanti. processo educativo: tono emotivo, fiducia nelle capacità cognitive degli studenti, sostegno reciproco nelle attività, elementi di competizione, incoraggiamento e altro (G. I. Shchukina).

Nel processo di formazione degli interessi cognitivi degli studenti, le connessioni interdisciplinari (sostanziale, operativo-attività, organizzativo-metodologico) svolgono funzioni multiformi. Innanzitutto fungono da stimolo per l’interesse degli studenti verso le lezioni, rifrangendosi su tutti gli altri stimoli positivi provenienti dai contenuti, dalle attività e dalle relazioni. Attività educative basato su connessioni interdisciplinari, suscita un interesse diretto per le lezioni. Se eseguiti sistematicamente, diventano una condizione per la formazione di interessi cognitivi stabili degli scolari. Tali abilità si formano sulla base della creazione di connessioni interdisciplinari, quando l'insegnante offre compiti come "esprimere critiche", "dimostrare", "giustificare", "argomentare la conclusione", ecc. Il fattore valutativo nella cognizione stimola l'interesse e l'attività degli studenti.

Pertanto, l’apprendimento sulla base di diverse connessioni interdisciplinari forma attivamente interessi cognitivi ideologici stabili e ampi, che sono particolarmente preziosi per lo sviluppo completo della personalità di uno studente delle scuole superiori.

L’orientamento della visione del mondo degli interessi cognitivi è il desiderio sostenibile dello studente di comprendere e comprovare le connessioni essenziali che spiegano le relazioni “individuo e società”, “natura e società” e “uomo e lavoro”. Il processo di formazione di un orientamento sulla visione del mondo degli interessi cognitivi comprende le seguenti fasi:

1. risvegliare l'interesse e il desiderio di fare affidamento su connessioni interdisciplinari quando si padroneggiano idee generali sulla visione del mondo dei soggetti con l'aiuto di elementi problematici;
2. sviluppo ed espansione dell'interesse per l'assimilazione delle idee della visione del mondo, la formazione dell'indipendenza cognitiva nella risoluzione di problemi interdisciplinari;
3. rafforzamento e approfondimento dell'interesse per i problemi ideologici nel processo di sviluppo costante dell'attività e dell'attività indipendente degli studenti (un sistema di lavori creativi e lavoro extracurriculare di contenuto interdisciplinare).

Lo sviluppo dell'indipendenza cognitiva degli studenti delle scuole superiori in attività basate su connessioni interdisciplinari avviene in stretta connessione con la formazione della visione del mondo e degli orientamenti di valore dell'individuo, regolando la sua attività sociale.

Le modalità di attuazione dei collegamenti interdisciplinari possono essere diverse:

• questioni di contenuto interdisciplinare: indirizzare le attività degli scolari per riprodurre precedentemente studiati in altri corsi di addestramento e argomenti di conoscenza e la loro applicazione durante la padronanza di nuovo materiale.
• compiti interdisciplinari che richiedono la connessione di conoscenze di varie materie o sono compilati su materiale di una materia, ma vengono utilizzati per uno scopo cognitivo specifico nell'insegnamento di un'altra materia. Contribuiscono a un'assimilazione più profonda e significativa del materiale del programma, migliorando la capacità di identificare le relazioni di causa-effetto tra i fenomeni.
• compiti a casa di natura interdisciplinare: porre domande per la riflessione, preparare messaggi, abstract, preparare aiuti visuali, compilando tabelle, diagrammi, cruciverba che richiedono conoscenze interdisciplinari.
• ausili visivi interdisciplinari - tabelle riassuntive, diagrammi, diagrammi, poster. Permettono agli studenti di vedere chiaramente il corpo delle conoscenze di diverse materie, rivelando questioni di contenuto interdisciplinare.
• esperimento chimico - se il suo oggetto sono oggetti biologici e fenomeni chimici che si verificano in essi.

L'uso di connessioni interdisciplinari ha causato l'emergere di nuove forme di organizzazione del processo educativo: una lezione con connessioni interdisciplinari, un seminario completo, un'escursione complessa, un'escursione interdisciplinare, ecc.

Le lezioni a contenuto interdisciplinare possono essere delle seguenti tipologie: lezione-lezione frontale; lezione-seminario; lezione-conferenza; lezione di gioco di ruolo; consultazione-lezione, ecc.

La necessità di connessioni interdisciplinari nell’apprendimento è innegabile. La loro attuazione coerente e sistematica migliora significativamente l’efficacia del processo educativo e forma il modo di pensare dialettico degli studenti. Inoltre, i collegamenti interdisciplinari costituiscono una condizione didattica indispensabile per lo sviluppo del loro interesse per la conoscenza dei fondamenti delle scienze, comprese quelle naturali.

LETTERATURA

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Novikova Irina Petrovna
insegnante di chimica
Istituto scolastico municipale Sovkhoznaya sosh
Distretto di Tambov

Nel mondo antico le scienze della natura venivano chiamate in greco fisica, da qui il nome moderno della scienza naturale fondamentale: la fisica. La fisica era intesa come la conoscenza di una persona del mondo che la circonda. In Europa, veniva solitamente chiamata conoscenza scientifica filosofia naturale, poiché si sono formati in un'epoca in cui la filosofia era considerata la scienza principale; in Germania nel XIX secolo. Filosofia naturale era il nome dato a tutte le scienze naturali nel loro insieme.

IN mondo moderno Per scienza naturale si intende o: a) una scienza unificata sulla natura nel suo insieme; b) l'insieme delle scienze naturali. In ogni caso, oggetto di studio delle scienze naturali è la natura, intesa come il mondo che circonda l'uomo e anche l'uomo stesso.

Le scienze naturali includono fisica, chimica, biologia, cosmologia, astronomia, geografia, geologia, psicologia (non completamente) e le cosiddette scienze dell'interfaccia - astrofisica, biofisica, biochimica, ecc. e scienze applicate - geografia, geochimica, paleontologia, ecc.

Inizialmente, le scienze naturali dovevano affrontare il compito di comprendere il mondo circostante e le sue leggi oggettive. Nei tempi antichi, ciò veniva fatto dalla matematica e dalla filosofia, poi dalla matematica, dalla chimica e dalla fisica, e dopo la divisione della conoscenza scientifica in scienze più ristrette - da tutte quelle precedenti e da quelle più ristrette non elencate.

Relativamente parlando, la scienza naturale è stata chiamata a risolvere una serie di misteri o le cosiddette domande eterne: sull'origine del mondo e dell'uomo, sui livelli della struttura del mondo, sulla trasformazione dei morti in viventi e , al contrario, sul vettore della direzione del tempo, sulla possibilità di viaggi su distanze estremamente lunghe nello spazio, ecc. In ogni fase dello sviluppo della conoscenza, si è scoperto che i problemi erano stati risolti solo parzialmente. E ogni nuova fase di conoscenza avvicinava la soluzione, ma non riuscivo ancora a risolvere i problemi.

Nella moderna scienza naturale, una serie di compiti è intesa come la conoscenza delle leggi oggettive della natura e la loro promozione. uso pratico nell’interesse dell’uomo, mentre il valore pratico delle conoscenze acquisite risulta essere un fattore decisivo, che determina i problemi di finanziamento: i rami scientifici promettenti ricevono buoni finanziamenti, quelli poco promettenti si sviluppano più lentamente a causa di finanziamenti scarsi.

2. Interrelazione delle scienze naturali

Tutti i fenomeni nel mondo sono collegati tra loro, quindi le strette connessioni tra le scienze naturali sono naturali. Qualsiasi oggetto vivente e inanimato del mondo circostante può essere descritto matematicamente (dimensioni, peso, volume, rapporto tra queste categorie), fisicamente (proprietà della sostanza, liquido, gas di cui è costituito), chimicamente (proprietà dei processi chimici che si verificano in esso e le reazioni della sostanza dell'oggetto) e così via.

In altre parole, gli oggetti del mondo circostante, siano essi viventi o inanimati, obbediscono alle leggi dell'esistenza di questo mondo scoperto dall'uomo: fisiche, matematiche, chimiche, biologiche, ecc. Per molto tempo c'è stata una visione semplificata del complesso oggetti e fenomeni viventi; applicare le stesse leggi che esistono nella natura inanimata, poiché gli scienziati potrebbero comprendere e descrivere i processi negli organismi viventi solo da un punto di vista meccanicistico.

Era semplificato, anche se per quel tempo era abbastanza visione scientifica; lo chiamiamo riduzionista.

Nella conoscenza scientifica moderna, al contrario, esiste un approccio diverso: intero o olistico. Negli oggetti e nei fenomeni complessi si applicano tutte le leggi della natura conosciute dall'uomo, ma non agiscono separatamente, ma in sintesi, e quindi non ha senso considerarle isolate l'una dall'altra. Ridurre l'approccio determinava l'uso del metodo analitico, cioè presupponeva la scomposizione di un oggetto complesso nei componenti più piccoli, olistico implica lo studio di un oggetto come la totalità di tutti i suoi componenti, il che richiede lo studio a un livello molto più complesso di tutte le connessioni esistenti. Si è scoperto che anche per studiare la materia inanimata non è sufficiente fare affidamento sulle leggi conosciute della fisica e della chimica, ma è necessario creare nuove teorie che considerino tali oggetti da un nuovo punto di vista. Di conseguenza, leggi ben note non furono abrogate, ma nuove teorie aprirono nuovi orizzonti di conoscenza e contribuirono alla nascita di nuovi rami delle scienze naturali (ad esempio, la fisica quantistica).

3. Divisione delle scienze naturali in fondamentali e applicate

Le scienze naturali possono essere suddivise in fondamentali e applicate. Scienza applicata risolvere un certo ordine sociale, cioè la loro esistenza è finalizzata a soddisfare un compito richiesto dalla società in una determinata fase del suo sviluppo. Scienze di base non soddisfano alcun ordine, sono impegnati ad acquisire conoscenza del mondo, poiché ottenere tale conoscenza è la loro diretta responsabilità.

Sono detti fondamentali perché costituiscono il fondamento su cui si costruiscono le scienze applicate e la ricerca (o tecnologie) scientifico-tecnica. Nella società a ricerca di base c'è sempre un atteggiamento scettico, e questo è comprensibile: non portano immediatamente i dividendi necessari, poiché sono in anticipo rispetto allo sviluppo delle scienze applicate esistenti nella società, e questo ritardo nell'“utilità” si esprime solitamente in decenni, e talvolta secoli. La scoperta di Keplero delle leggi della relazione tra l'orbita dei corpi cosmici e la loro massa non ha portato alcun beneficio alla scienza contemporanea, ma con lo sviluppo dell'astronomia, e poi della ricerca spaziale, è diventata rilevante.

Le scoperte fondamentali nel tempo diventano la base per la creazione di nuove scienze o rami di scienze esistenti e contribuiscono al progresso scientifico e tecnologico dell'umanità. Le scienze applicate sono saldamente legate al progresso di tali conoscenze e determinano il rapido sviluppo di nuove tecnologie.

Le tecnologie in senso stretto sono solitamente intese come l'insieme di conoscenze sui metodi e sui mezzi per eseguire i processi produttivi, nonché sui processi tecnologici stessi, in cui si verifica un cambiamento qualitativo nell'oggetto lavorato; in senso lato, si tratta di modi per raggiungere gli obiettivi fissati dalla società, determinati dallo stato delle conoscenze e dall'efficienza sociale.

Nella vita di tutti i giorni, la tecnologia si riferisce a dispositivi tecnici (un significato ancora più ristretto della parola). Ma in ogni senso la tecnologia è fornita dalle scienze applicate e le scienze applicate sono fornite dalle scienze di base. E puoi costruire un diagramma di relazioni a tre livelli: le altezze dominanti saranno occupate dalle scienze fondamentali, le scienze applicate saranno al piano inferiore e le tecnologie che non possono esistere senza le scienze saranno in fondo.

4. Scienze naturali e culture umanitarie

La conoscenza originaria del mondo non era divisa in scienze naturali e arte; in Grecia, la filosofia naturale studiava il mondo nella sua interezza, senza cercare di separare il materiale dallo spirituale o lo spirituale dal materiale. Questo processo di scissione della conoscenza in due parti ha avuto inizio nell’Europa medievale (anche se lentamente) e ha raggiunto il suo apice in epoca moderna, quando le rivoluzioni sociali avvenute hanno portato alle rivoluzioni industriali e il valore della conoscenza scientifica è aumentato, poiché essa e solo ha contribuito al progresso.

La cultura spirituale (arte, letteratura, religione, moralità, mitologia) non poteva contribuire al progresso materiale. I finanziatori della tecnologia non ne erano interessati. Un altro motivo era che la cultura umanitaria era satura di religione e non aiutava lo sviluppo della conoscenza delle scienze naturali (anzi, lo ostacolava). Sviluppandosi rapidamente, le scienze naturali iniziarono molto rapidamente a isolare sempre più nuovi rami al loro interno, diventando scienze indipendenti. L'unica connessione che impedì loro di cadere in scienze isolate e autonome era la filosofia.

La filosofia era una scienza umanitaria per definizione, ma fondamentale per le discipline naturali. Con il passare del tempo le scienze divennero sempre meno filosofia e sempre più calcoli ed elementi applicati. Se nel Medioevo le leggi dell'universo venivano studiate con l'obiettivo globale di comprendere l'ordine mondiale dato alle persone da Dio al fine di migliorare l'uomo per la vita nel mondo costruito da Dio, allora in più ora tarda La componente umanitaria lasciò le scienze naturali, iniziarono a estrarre conoscenze “pure” e a scoprire leggi “pure”, basate su due principi: rispondere alla domanda “come funziona” e dare consigli “come usarlo per il progresso” Dell'umanità."

C'era una divisione della parte pensante dell'umanità in umanisti e scienziati. Gli scienziati iniziarono a disprezzare gli umanisti per la loro incapacità di usare apparato matematico e gli umanisti iniziarono a vedere gli scienziati come "cracker" in cui non era rimasto nulla di umano. Il processo raggiunse il suo apice nella seconda metà del XX secolo. Ma poi divenne chiaro che l’umanità era entrata in una crisi ecologica e che la conoscenza umanitaria era necessaria come elemento per il normale funzionamento delle scienze naturali.

5. Fasi della conoscenza scientifica naturale della natura

La storia dello sviluppo della conoscenza scientifica è un processo lungo e complesso che può essere suddiviso in più fasi.

Primo stadio copre il periodo da dalla nascita della filosofia naturale fino al XV secolo. In questo periodo conoscenza scientifica sviluppato sincreticamente, cioè indifferenziato. La filosofia naturale rappresentava il mondo come un tutto unico; la filosofia era la regina delle scienze. I metodi principali della filosofia naturale erano l'osservazione e la speculazione. A poco a poco, a circa XIII secolo, aree di conoscenza altamente specializzate iniziarono ad emergere dalla filosofia naturale: matematica, fisica, chimica, ecc. Nel XV secolo. queste aree di conoscenza hanno preso forma in scienze specifiche.

Seconda fase – dal XV al XVIII secolo. L'analisi, un tentativo di dividere il mondo in parti sempre più piccole e di studiarle, è diventata in primo piano nei metodi della scienza. Il problema principale Questa volta è iniziata la ricerca della base ontologica del mondo, strutturata dal caos primordiale. La divisione sempre più fine del mondo in parti provocò anche una divisione più fine della filosofia naturale in scienze separate, e queste in scienze ancora più piccole. (Da un'unica alchimia filosofica si formò la scienza della chimica, che poi si divise in inorganica e organica, fisica e analitica, ecc.)

Nella seconda fase è apparso un nuovo metodo scientifico: sperimentare. La conoscenza è stata acquisita principalmente empiricamente, cioè attraverso la sperimentazione. Ma l'attenzione non era rivolta ai fenomeni, ma agli oggetti (oggetti), grazie ai quali la natura veniva percepita in condizioni statiche e non in cambiamento.

Terza fase copre i secoli XIX-XX. Fu un periodo di rapida crescita della conoscenza scientifica, rapida e breve progresso scientifico. Durante questo periodo, l'umanità ha acquisito più conoscenza che in tutta la storia della scienza. Questo periodo è solitamente chiamato sintetico, poiché il principio principale di questo tempo è sintesi.

Dalla fine del 20° secolo. la scienza è passata a una nuova stadio integrale-differenziale . Ciò spiega l’emergere di teorie universali che combinano i dati varie scienze con una componente umanitaria molto forte. Il metodo principale è combinazione di sintesi ed esperimento.

6. Formazione di un quadro scientifico del mondo

La visione scientifica del mondo, proprio come la scienza stessa, ha attraversato diverse fasi di sviluppo. All'inizio ha prevalso immagine meccanicistica del mondo, guidati dalla regola: se ci sono leggi fisiche, quindi possono essere applicati a qualsiasi oggetto nel mondo e a qualsiasi suo fenomeno. Non potevano esserci incidenti in questa immagine del mondo; il mondo si basava fermamente sui principi della meccanica classica e obbediva alle leggi della meccanica classica.

La visione meccanicistica del mondo prese forma nell'era della coscienza religiosa, anche tra gli stessi scienziati: trovavano il fondamento del mondo in Dio, le leggi della meccanica erano percepite come leggi del Creatore, il mondo era considerato solo come un macromondo, movimento - come movimento meccanico, tutti i processi meccanici erano determinati dal principio del determinismo complesso, che nella scienza significa una determinazione accurata e inequivocabile dello stato di qualsiasi sistema meccanico.

L'immagine del mondo in quell'epoca sembrava un meccanismo perfetto e preciso, come un orologio. In questa immagine del mondo non esisteva il libero arbitrio, esisteva il destino, non esisteva la libertà di scelta, esisteva il determinismo. Questo era il mondo di Laplace.

Questa immagine del mondo è cambiata elettromagnetico, che non si basava sul macromondo, ma semplicemente sul campo e sulle proprietà aperto dall'uomo campi: magnetico, elettrico, gravitazionale. Questo era il mondo di Maxwell e Faraday. È stato sostituito da immagine del mondo quantistico, che considerava i componenti più piccoli - un micromondo con velocità delle particelle vicine alla velocità della luce e oggetti spaziali giganti - un megamondo con masse enormi. Questa immagine era soggetta alla teoria relativistica. Questo era il mondo di Einstein, Heisenberg, Bohr. Dalla fine del 20° secolo. è emersa un'immagine moderna del mondo - informativo, sinergico, costruito sulla base di sistemi auto-organizzanti (sia natura vivente che inanimata) e sulla teoria della probabilità. Questo è il mondo di Stephen Hawking e Bill Gates, il mondo delle pieghe dello spazio e intelligenza artificiale. La tecnologia e l'informazione decidono tutto in questo mondo.

7. Rivoluzioni globali delle scienze naturali

Una caratteristica distintiva dello sviluppo delle scienze naturali è che, essendosi sviluppate per lungo tempo evolutivamente nel quadro della filosofia naturale, si sono poi sviluppate attraverso acute cambiamenti rivoluzionari – rivoluzioni delle scienze naturali. Sono caratterizzati dalle seguenti caratteristiche: 1) sfatare e scartare vecchie idee che ostacolano il progresso; 2) miglioramento base tecnica con la rapida espansione della conoscenza del mondo e l'emergere di nuove idee; 3) l'emergere di nuove teorie, concetti, principi, leggi della scienza (che possono spiegare fatti inspiegabili dal punto di vista delle vecchie teorie) e il loro rapido riconoscimento come fondamentali. Conseguenze rivoluzionarie possono derivare sia dalle attività di uno scienziato che dalle attività di un gruppo di scienziati o dell'intera società nel suo insieme.

Le rivoluzioni nel campo delle scienze naturali possono riguardare uno di tre tipi:

1) globale– influenzano non solo un fenomeno o un’area della conoscenza, ma tutta la nostra conoscenza del mondo, formando nuovi rami della scienza o nuove scienze, e talvolta ribaltando completamente l’idea che la società ha della struttura del mondo e creando un diverso modo di pensare e altre linee guida;

2) Locale– influenzare un’area della conoscenza, una scienza fondamentale, dove l’idea fondamentale viene radicalmente cambiata, stravolgendo la conoscenza di base di questo settore, ma allo stesso tempo senza influenzare non solo i fondamenti, ma anche i fatti nell’area limitrofa di conoscenza (ad esempio, la teoria di Darwin cancellò l'assioma della biologia sull'immutabilità delle specie degli esseri viventi, ma non influenzò in alcun modo la fisica, la chimica o la matematica);

3) privato– riguardano teorie e concetti individuali non vitali, ma diffusi in qualche campo della conoscenza – crollano sotto la pressione dei fatti, ma le vecchie teorie che non contraddicono i nuovi fatti rimangono e si sviluppano fruttuosamente. Non solo possono nascere nuove idee nuova teoria, ma anche una nuova branca della scienza. L'idea fondamentale in esso contenuta non rifiuta le vecchie teorie fondate, ma ne crea una così rivoluzionaria che non trova posto accanto a quelle vecchie e diventa la base per un nuovo ramo scientifico.

8. Cosmologia e rivoluzioni delle scienze naturali

La demolizione della vecchia visione del mondo nelle scienze naturali è sempre stata strettamente connessa con la conoscenza cosmologica e astronomica. La cosmologia, occupandosi delle questioni sull'origine del mondo e dell'uomo in esso, si basava su miti esistenti e idee religiose delle persone. Il cielo occupava un posto di primo piano nella loro visione del mondo, poiché tutte le religioni dichiaravano che era il luogo in cui vivono gli dei e le stelle visibili erano considerate l'incarnazione di questi dei. Cosmologia e astronomia sono ancora strettamente connesse, sebbene la conoscenza scientifica si sia sbarazzata degli dei e abbia smesso di considerare lo spazio come il loro habitat.

Il primo sistema cosmologico dell'uomo fu topocentrico, cioè, che considerava il principale luogo di origine della vita l'insediamento dove nacque il mito sull'origine della vita, dell'uomo e di qualche dio locale. Il sistema topocentrico collocava il centro dell'origine della vita sul pianeta. Il mondo era piatto.

Con l’espansione delle connessioni culturali e commerciali, c’erano troppi luoghi e divinità perché potesse esistere uno schema topocentrico. Apparso geocentrico sistema (Anassimandro, Aristotele e Tolomeo), che considerava la questione dell'origine della vita in un volume globale, planetario e poneva la Terra al centro conosciuto dall'uomo sistemi planetari. Di conseguenza Rivoluzione aristotelica il mondo divenne sferico e il Sole ruotò attorno alla Terra.

sostituito geocentrico eliocentrico un sistema in cui alla Terra fu assegnato un posto ordinario tra gli altri pianeti e il Sole, situato al centro, fu dichiarato la fonte della vita sistema solare. Era Rivoluzione coperniana. Le idee di Copernico contribuirono a liberarsi del dogmatismo della religione e all'emergere della scienza nella sua forma moderna (meccanica classica, lavori scientifici Keplero, Galileo, Newton).

Un contemporaneo di Copernico, G. Bruno, avanzò un'idea che ai suoi tempi non fu apprezzata policentrismo- cioè la pluralità dei mondi. Diversi secoli dopo, questa idea fu incarnata nelle opere di Einstein e apparve la teoria relativistica (teoria della relatività), un modello cosmologico di un Universo omogeneo e isotropo e la fisica quantistica.

Il mondo è sull’orlo di una nuova rivoluzione globale nelle scienze naturali; deve nascere una teoria che colleghi la teoria della relatività generale con la struttura della materia.

9. Livelli di conoscenza scientifica

La scienza naturale moderna opera su due livelli di conoscenza scientifica: empirico e teorico.

Il livello empirico di conoscenza significa ottenimento sperimentale di materiale fattuale. La cognizione empirica include metodi sensoriali-visivi e metodi di cognizione (osservazione sistematica, confronto, analogia, ecc.), che portano molti fatti che richiedono elaborazione e sistematizzazione (generalizzazione). Nella fase della conoscenza empirica, i fatti vengono registrati, descritti in dettaglio e sistematizzati. Per ottenere fatti, gli esperimenti vengono condotti utilizzando strumenti di registrazione.

Sebbene l’osservazione coinvolga una persona che utilizza i suoi cinque sensi, gli scienziati non si fidano dei sentimenti e delle sensazioni immediate di una persona e, per essere precisi, utilizzano strumenti che non sono in grado di commettere errori. Ma una persona è ancora presente come osservatore; l'oggettività del livello empirico non è in grado di disattivare il fattore soggettivo: l'osservatore. Gli esperimenti sono caratterizzati da metodi di verifica e controllo incrociato dei dati.

Il livello teorico di conoscenza significa elaborare risultati empirici e creare teorie in grado di spiegare i dati. È a questo livello che avviene la formulazione di modelli e leggi scoperti dagli scienziati, e non solo la ripetizione di sequenze o proprietà isolate di alcuni fenomeni o oggetti. Il compito di uno scienziato è trovare, spiegare e comprovare scientificamente modelli nel materiale ottenuto empiricamente e creare su questa base un sistema chiaro e coerente di ordine mondiale. Il livello teorico della conoscenza ha due varietà: teorie fondamentali astratte (che si trovano a parte realtà esistente) e teorie rivolte ad aree specifiche della conoscenza pratica.

La conoscenza empirica e quella teorica sono connesse tra loro e l'una non esiste senza l'altra: gli esperimenti vengono condotti sulla base di teorie esistenti; le teorie sono costruite sulla base del materiale sperimentale ottenuto. Se non corrisponde alle teorie esistenti, allora è impreciso o richiede la creazione di una nuova teoria.

10. Metodi scientifici generali di cognizione: analisi, sintesi, generalizzazione, astrazione, induzione, deduzione

I metodi scientifici generali di cognizione includono analisi, sintesi, generalizzazione, astrazione, induzione, deduzione, analogia, modellazione, metodo storico, classificazione.

Analisi- scomposizione mentale o reale di un oggetto nelle sue parti più piccole. Sintesi - combinando gli elementi studiati come risultato dell'analisi in un unico insieme. Analisi e sintesi sono utilizzate come metodi complementari. Alla base di questo modo di conoscere c'è il desiderio di smontare qualcosa per capire perché e come funziona, e rimontarlo per assicurarsi che funzioni proprio perché ha una struttura studiata.

Generalizzazione- un processo di pensiero consistente nel passaggio dall'individuo al tutto, dal particolare al generale (nei principi della logica formale: Kai è un uomo, tutte le persone sono mortali, Kai è mortale).

Astrazione - un processo di pensiero che comporta l'aggiunta di determinate modifiche all'oggetto in studio o l'esclusione dalla considerazione di alcune proprietà di oggetti che non sono considerate significative. Le astrazioni sono concetti come

(in fisica) punto materiale, avente massa ma privo di altre qualità, una linea retta infinita (in matematica), ecc. Induzione- un processo di pensiero che consiste nel dedurre una posizione generale dall'osservazione di una serie di fatti individuali particolari. L'induzione può essere completa o incompleta. Induzione completa comporta l'osservazione dell'intero insieme di oggetti, da cui seguono conclusioni generali, ma viene utilizzato negli esperimenti induzione incompleta, che trae una conclusione su un insieme di oggetti basandosi sullo studio di una parte degli oggetti. L'induzione incompleta presuppone che oggetti simili al di fuori degli intervalli sperimentali abbiano le stesse proprietà di quelli studiati, e ciò consente l'uso di dati sperimentali per la giustificazione teorica. Di solito viene chiamata induzione incompleta scientifico. Deduzione- un processo di pensiero che comporta la conduzione di un ragionamento analitico dal generale allo specifico. La deduzione si basa su una generalizzazione, ma portata da alcune disposizioni generali iniziali, considerate indiscutibili, a un caso particolare per ottenere una conclusione veramente corretta. Il metodo deduttivo è più diffuso in matematica.

L’intero mondo diversificato che ci circonda lo è questione, che si manifesta in due forme: sostanze e campi. Sostanzaè costituito da particelle che hanno una massa propria. Campo– una forma di esistenza della materia caratterizzata dall'energia.

La proprietà della materia è movimento. Le forme di movimento della materia sono studiate da varie scienze naturali: fisica, chimica, biologia, ecc.

Non si deve dare per scontato che esista un'unica, stretta corrispondenza tra le scienze da un lato e le forme del movimento della materia dall'altro. Bisogna tenere presente che in generale non esiste alcuna forma di movimento della materia che esisterebbe nella sua forma pura, separatamente dalle altre forme. Tutto ciò sottolinea la difficoltà di classificare le scienze.

X nome può essere definita come una scienza che studia la forma chimica del movimento della materia, intesa come cambiamento qualitativo delle sostanze: la chimica studia la struttura, le proprietà e le trasformazioni delle sostanze.

A fenomeni chimici si riferiscono a quei fenomeni in cui alcune sostanze si trasformano in altre. I fenomeni chimici sono anche chiamati reazioni chimiche. I fenomeni fisici non sono accompagnati dalla trasformazione di alcune sostanze in altre.

Al centro di ogni scienza si trova un certo insieme di credenze preliminari, atteggiamenti filosofici fondamentali e risposte alla questione della natura della realtà e della conoscenza umana. Questo insieme di credenze e valori condivisi dai membri di una determinata comunità scientifica sono chiamati paradigmi.

I principali paradigmi della chimica moderna:

1. Struttura atomica e molecolare della materia

2. Legge di conservazione della materia

3. Natura elettronica del legame chimico

4. Una connessione inequivocabile tra la struttura di una sostanza e la sua proprietà chimiche(legge periodica)

Chimica, fisica, biologia solo a prima vista possono sembrare scienze lontane tra loro. Sebbene i laboratori di un fisico, di un chimico e di un biologo siano molto diversi, tutti questi ricercatori si occupano di oggetti naturali. Ciò distingue le scienze naturali dalla matematica, dalla storia, dall'economia e da molte altre scienze che studiano ciò che è creato non dalla natura, ma principalmente dall'uomo stesso.

L’ecologia è strettamente correlata alle scienze naturali. Non dobbiamo pensare che l’ecologia sia chimica “buona”, in contrapposizione alla classica chimica “cattiva” che inquina l’ambiente. Non esiste una chimica "cattiva" o una fisica nucleare "cattiva": esiste il progresso scientifico e tecnologico o la sua mancanza in qualsiasi campo di attività. Il compito di un ecologista è utilizzare le nuove conquiste delle scienze naturali per ridurre al minimo il rischio di disturbare l'habitat degli esseri viventi con il massimo beneficio. Il rapporto rischi-benefici è oggetto di studio per gli ecologisti.

Non esistono confini rigidi tra le scienze naturali. Ad esempio, la scoperta e lo studio delle proprietà di nuovi tipi di atomi un tempo erano considerati compito dei chimici. Tuttavia, si è scoperto che dei tipi di atomi attualmente conosciuti, alcuni sono stati scoperti dai chimici e altri dai fisici. Questo è solo uno dei tanti esempi di “confini aperti” tra fisica e chimica.

La vita è una complessa catena di trasformazioni chimiche. Tutti gli organismi viventi assorbono da ambiente alcune sostanze e rilasciarne altre. Ciò significa che un biologo serio (botanico, zoologo, medico) non può fare a meno della conoscenza della chimica.

Vedremo più avanti che non esiste un confine assolutamente preciso tra trasformazioni fisiche e chimiche. La natura è una, quindi dobbiamo sempre ricordare che è impossibile comprendere la struttura del mondo che ci circonda approfondendo solo una delle aree della conoscenza umana.

La disciplina "Chimica" è collegata ad altre discipline di scienze naturali da connessioni interdisciplinari: le precedenti - con matematica, fisica, biologia, geologia e altre discipline.

La chimica moderna è un sistema ramificato di molte scienze: inorganica, organica, fisica, chimica analitica, elettrochimica, biochimica, che vengono padroneggiate dagli studenti nei corsi successivi.

La conoscenza del corso di chimica è necessaria per lo studio con successo di altre discipline scientifiche generali e speciali.

Figura 1.2.1 – Posizione della chimica nel sistema delle scienze naturali

Il miglioramento dei metodi di ricerca, in primo luogo delle tecniche sperimentali, ha portato alla divisione della scienza in ambiti sempre più ristretti. Di conseguenza, quantità e “qualità”, cioè l’attendibilità delle informazioni è aumentata. Tuttavia, l'impossibilità per una persona di possedere piena conoscenza anche per ambiti scientifici affini essa diede origine a nuovi problemi. Come mai? strategia militare i punti più deboli di difesa e offensiva sono all'incrocio dei fronti; nella scienza, le aree meno sviluppate rimangono quelle che non possono essere classificate in modo univoco. Tra gli altri motivi, si può notare la difficoltà nell'ottenere il livello di qualificazione adeguato (grado accademico) per gli scienziati che lavorano nelle aree di “incrocio delle scienze”. Ma lì avvengono anche le principali scoperte del nostro tempo.

Il successo umano nel risolvere grandi e piccoli problemi di sopravvivenza è stato in gran parte ottenuto grazie allo sviluppo della chimica. Il successo di molti rami della realtà umana, come l'energia, la metallurgia, l'ingegneria meccanica, l'industria leggera e alimentare e altri, dipende in gran parte dallo stato e dallo sviluppo della chimica. La chimica è di grande importanza per il buon funzionamento della produzione agricola, dell’industria farmaceutica e per garantire la vita umana. L'industria chimica produce decine di migliaia di prodotti, molti dei quali competono con successo con i materiali tradizionali in termini di caratteristiche tecnologiche ed economiche, e alcuni dei quali sono unici nei loro parametri. La chimica produce materiali con proprietà predeterminate, compresi quelli che non si trovano in natura.

La chimica non solo garantisce la produzione di molti prodotti e materiali necessari. In molti settori sono ampiamente utilizzati i seguenti metodi di lavorazione chimica: candeggio, tintura, stampa, che hanno portato all'intensificazione dei processi di miglioramento della qualità.

La chimica ha permesso all'uomo di risolvere molti problemi tecnici, economici e sociali, ma la portata di questo processo ha influenzato tutti i componenti dell'ambiente: terra, atmosfera, acqua degli oceani del mondo - è stato introdotto nei cicli naturali delle sostanze. Di conseguenza, l'equilibrio dei processi naturali sul pianeta è stato interrotto e la chimica ha iniziato a influenzare in modo significativo la salute umana. A questo proposito, è nata una branca indipendente delle scienze ambientali: l'ecologia chimica.

Fondamenti di chimica moderna

I principi fondamentali della chimica sono la meccanica quantistica, la fisica atomica, la termodinamica, la fisica statica e la cinetica fisica. La chimica teorica è costruita sulla base della fisica. A livello chimico abbiamo a che fare con molto un largo numero particelle che partecipano a processi quantomeccanici di scambio di elettroni (reazioni chimiche).

Il concetto di base della chimica - la valenza - è un riflesso chimico macroscopico delle interazioni quantomeccaniche.

Lo sviluppo della chimica moderna e dei suoi concetti di base si è rivelato strettamente correlato non solo alla fisica, ma anche ad altre scienze naturali, in particolare alla biologia.

L'attuale fase di sviluppo della chimica è associata all'uso in essa dei principi della chimica della natura vivente.

Il concetto di “elemento chimico” e “composto chimico” dal punto di vista dei tempi moderni

Un elemento chimico è il “mattone” di una sostanza. Legge periodica D.I. Mendeleev formulò la dipendenza delle proprietà elementi chimici dalla massa atomica, un segno di un elemento era il suo posto nella tavola periodica, determinato dalla massa atomica. La fisica ha contribuito a formare un'idea dell'atomo come un complesso sistema quantomeccanico e ha rivelato il significato della legge periodica basata sulla struttura delle orbite elettroniche di tutti gli elementi.

La definizione moderna di elemento chimico è un tipo di atomi con la stessa carica nucleare, cioè un insieme di isotopi.

Un composto chimico è una sostanza i cui atomi, a causa di legami chimici, si combinano in molecole, macromolecole, cristalli singoli o altri sistemi quantomeccanici, cioè La cosa principale era la natura fisica delle forze che collegano gli atomi alle molecole, causata dalle proprietà ondulatorie degli elettroni di valenza.

La dottrina dei processi chimici

Lo studio dei processi chimici è un'area di profonda compenetrazione tra fisica, chimica e biologia. Questa dottrina si basa sulla termodinamica e sulla cinetica chimica, che si applicano ugualmente alla chimica e alla fisica.

Oggetto di studio sono le condizioni di flusso reazioni chimiche, fattori quali temperatura, pressione, ecc.

Una cellula vivente, studiata dalla scienza biologica, è un reattore chimico microscopico in cui avvengono le trasformazioni studiate dalla chimica.

Studiando questi processi, la chimica moderna trae dalla natura vivente l'esperienza necessaria per ottenere nuove sostanze e materiali.

La base della chimica degli esseri viventi sono le reazioni chimiche catalitiche.

La maggior parte delle moderne tecnologie chimiche vengono implementate utilizzando catalizzatori, sostanze che aumentano la velocità di una reazione senza consumarsi.

Nella chimica moderna è stata sviluppata una direzione, il cui principio è l'attivazione energetica del reagente (cioè la fornitura di energia dall'esterno) allo stato di completa rottura dei legami iniziali. Questo chimica degli stati estremi, utilizzando alte temperature, alte pressioni, radiazioni con una grande quantità di energia quantistica.

Ad esempio, la chimica del plasma - chimica basata sullo stato plasmatico dei reagenti, tecnologie elion - l'attivazione del processo si ottiene attraverso fasci diretti di elettroni o ioni.

L'efficienza della tecnologia basata sulla chimica degli stati sperimentali è molto elevata. Sono caratterizzati da risparmio energetico, elevata produttività, elevata automazione e facilità di controllo del processo, nonché dimensioni ridotte degli impianti tecnologici.

La chimica come scienza è strettamente correlata alla chimica come produzione. L'obiettivo principale della chimica moderna, attorno al quale è costruito tutto il lavoro di ricerca, è studiare la genesi (origine) delle proprietà delle sostanze e, su questa base, sviluppare metodi per ottenere sostanze con proprietà predeterminate.

La necessità di connessioni interdisciplinari nell’apprendimento è innegabile. La loro attuazione coerente e sistematica migliora significativamente l’efficacia del processo educativo e forma il modo di pensare dialettico degli studenti. Inoltre, i collegamenti interdisciplinari costituiscono una condizione didattica indispensabile per lo sviluppo dell'interesse degli studenti per la conoscenza dei fondamenti delle scienze, comprese quelle naturali.

Questo è ciò che è emerso dall'analisi delle lezioni di fisica, chimica e biologia: nella maggior parte dei casi gli insegnanti si limitano solo all'inclusione frammentaria delle connessioni interdisciplinari (ISC). In altre parole, assomigliano solo a fatti, fenomeni o modelli di argomenti correlati.

Gli insegnanti raramente includono gli studenti in un lavoro indipendente sull'applicazione di conoscenze e abilità interdisciplinari durante lo studio del materiale del programma, nonché nel processo di trasferimento indipendente delle conoscenze precedentemente acquisite in una nuova situazione. La conseguenza è l'incapacità dei bambini di trasferire e sintetizzare la conoscenza di materie correlate. Non c'è nemmeno continuità nella formazione. Pertanto, gli insegnanti di biologia "vanno avanti" costantemente, introducendo gli studenti ai vari processi fisici e chimici che si verificano negli organismi viventi, senza fare affidamento su concetti fisici e chimici, il che fa poco per facilitare l'acquisizione consapevole della conoscenza biologica.

Un’analisi generale dei libri di testo ci permette di notare: molti fatti e concetti vengono presentati ripetutamente in diverse discipline, e la loro presentazione ripetuta aggiunge praticamente poco alla conoscenza degli studenti. Inoltre, spesso lo stesso concetto viene interpretato in modo diverso da autori diversi, complicando così il processo della loro assimilazione. I libri di testo utilizzano spesso termini poco conosciuti dagli studenti e contengono pochi compiti di natura interdisciplinare. Molti autori difficilmente menzionano il fatto che alcuni fenomeni o concetti sono già stati studiati in corsi su argomenti correlati; non indicano che questi concetti saranno approfonditi quando si studierà un altro argomento. L'analisi dei programmi attuali nel campo delle scienze naturali ci permette di concludere che alle connessioni interdisciplinari non viene prestata la dovuta attenzione. Solo nei programmi di biologia generale per i gradi 10-11 (V.B. Zakharov); "Uomo" (V.I. Sivoglazov) ci sono sezioni speciali "Connessioni interdisciplinari" che indicano concetti, leggi e teorie fisiche e chimiche che costituiscono la base per la formazione di concetti biologici. Non esistono sezioni di questo tipo nei programmi di fisica e chimica e gli insegnanti devono stabilire da soli gli IPS necessari. E questo è un compito difficile: coordinare il materiale di argomenti correlati in modo tale da garantire l'unità nell'interpretazione dei concetti.

I collegamenti interdisciplinari tra fisica, chimica e biologia potrebbero essere stabiliti molto più spesso e in modo più efficace. Lo studio dei processi che avvengono a livello molecolare è possibile solo con l'uso delle conoscenze di biofisica molecolare, biochimica, termodinamica biologica ed elementi di cibernetica, che si completano a vicenda. Queste informazioni sono disperse nei corsi di fisica e chimica, ma solo nel corso di biologia diventa possibile considerare questioni difficili per gli studenti, utilizzando connessioni interdisciplinari. Inoltre, diventa possibile praticare concetti comuni al ciclo delle discipline naturali, come la materia, l'interazione, l'energia, la discrezione, ecc.

Nello studio delle basi della citologia si stabiliscono collegamenti interdisciplinari con elementi di conoscenza di biofisica, biochimica e biocibernetica. Quindi, ad esempio, una cella può essere rappresentata come sistema meccanico, e in questo caso vengono considerati i suoi parametri meccanici: densità, elasticità, viscosità, ecc. Le caratteristiche fisico-chimiche della cellula ci permettono di considerarla come un sistema disperso, un insieme di elettroliti, membrane semipermeabili. Senza combinare “tali immagini” difficilmente è possibile formare il concetto di cellula come sistema biologico complesso. Nella sezione “Fondamenti di genetica e allevamento”, l'MPS viene stabilito tra chimica organica (proteine, acidi nucleici) e fisica (fondamenti di teoria cinetica molecolare, discrezionalità della carica elettrica, ecc.).

L'insegnante deve pianificare in anticipo la possibilità di implementare collegamenti sia precedenti che futuri tra la biologia e le sezioni pertinenti della fisica. Le informazioni sulla meccanica (proprietà dei tessuti, movimento, proprietà elastiche dei vasi sanguigni e del cuore, ecc.) consentono di considerare i processi fisiologici; sul campo elettromagnetico della biosfera - per spiegare le funzioni fisiologiche degli organismi. Molte questioni di biochimica hanno la stessa importanza. Lo studio dei sistemi biologici complessi (biogeocenosi, biosfera) è associato alla necessità di acquisire conoscenze sui metodi di scambio di informazioni tra individui (chimici, ottici, sonori), ma per questo, ancora una volta, è necessario utilizzare conoscenze di fisica e chimica.

L'uso di connessioni interdisciplinari è uno dei compiti metodologici più difficili di un insegnante di chimica. Richiede la conoscenza del contenuto di programmi e libri di testo in altre materie. L'implementazione di connessioni interdisciplinari nella pratica didattica prevede la collaborazione di un insegnante di chimica con insegnanti di altre materie.

L'insegnante di chimica si sviluppa piano individuale implementazione delle connessioni interdisciplinari in un corso di chimica. La metodologia di lavoro creativo dell’insegnante a questo proposito attraversa le seguenti fasi:

• 1. Studio del programma di chimica, della sua sezione "Connessioni interdisciplinari", programmi e libri di testo in altre materie, ulteriore letteratura scientifica, divulgativa e metodologica;
• 2. Progettazione delle lezioni dei collegamenti interdisciplinari mediante piani didattici e tematici;
• 3. Sviluppo di mezzi e tecniche per implementare connessioni interdisciplinari in lezioni specifiche (formulazione di compiti cognitivi interdisciplinari, compiti a casa, selezione di letteratura aggiuntiva per gli studenti, preparazione dei libri di testo necessari e ausili visivi in ​​altre materie, sviluppo tecniche metodologiche il loro utilizzo);
• 4. Sviluppo di metodi per la preparazione e la conduzione forme complesse organizzazione della formazione (lezioni generali con collegamenti interdisciplinari, seminari approfonditi, escursioni, classi di club, facoltativi su argomenti interdisciplinari, ecc.);
• 5. Sviluppo di metodi per monitorare e valutare i risultati dell'implementazione delle connessioni interdisciplinari nell'insegnamento (domande e compiti per identificare le capacità degli studenti nello stabilire connessioni interdisciplinari).

La pianificazione delle connessioni interdisciplinari consente all'insegnante di implementare con successo le proprie funzioni metodologiche, educative, evolutive, educative e costruttive; fornire tutta la varietà dei loro tipi nelle lezioni, a casa e attività extracurriculari studenti.

Per stabilire connessioni interdisciplinari, è necessario selezionare i materiali, cioè identificare quegli argomenti di chimica che sono strettamente intrecciati con argomenti di corsi di altre materie.

La pianificazione del corso implica breve analisi il contenuto di ciascun argomento accademico del corso, tenendo conto delle connessioni intra-disciplinari e inter-disciplinari.

Per implementare con successo connessioni interdisciplinari, un insegnante di chimica, biologia e fisica deve conoscere ed essere in grado di:

Componente cognitiva

• · contenuto e struttura dei corsi in materie affini;
• · coordinare nel tempo lo studio delle materie affini;
• · base teorica problemi di MPS (tipi di classificazioni di MPS, metodi della loro implementazione, funzioni di MPS, componenti principali di MPS, ecc.);
• · assicurare la continuità nella formazione concetti generali, studiando leggi e teorie; utilizzo approcci generali alla formazione di competenze e abilità lavoro educativo per gli studenti, continuità nel loro sviluppo;
• · rivelare le relazioni tra fenomeni di varia natura studiati in materie affini;
• · formulare compiti didattici specifici sulla base degli obiettivi del Ministero dell'Istruzione di Fisica, Chimica e Biologia;
• · analizzare informazioni educative discipline affini; il livello di sviluppo delle conoscenze e delle competenze interdisciplinari tra gli studenti; l'efficacia dei metodi didattici applicati, le forme delle sessioni formative, i sussidi didattici basati sull'MPS.

Componente strutturale

• · formare un sistema di scopi e obiettivi che contribuiscano all'attuazione dell'IPU;
• · programmare il lavoro didattico finalizzato all'attuazione dell'IPS; identificare le capacità educative e di sviluppo del Ministero delle Ferrovie;
• · progettare il contenuto di lezioni interdisciplinari e integrative, seminari completi, ecc. Anticipare le difficoltà e gli errori che gli studenti potrebbero incontrare nello sviluppo di conoscenze e competenze interdisciplinari;
• · progettare l'attrezzatura metodologica per le lezioni, scegliere le forme e i metodi di insegnamento più razionali basati sull'IPS;
• · progettare diverse forme di organizzazione delle attività formative e cognitive; progettazione attrezzature didattiche per sessioni di formazione. Componente organizzativa
• · organizzare le attività formative e cognitive degli studenti in base alle finalità e agli obiettivi, alle loro caratteristiche individuali;
• · formare l'interesse cognitivo degli studenti per le materie di scienze naturali basate sull'IPS;
• · organizzare e gestire il lavoro dei club interdisciplinari ed elettivi; NON possedere competenze; modalità di gestione delle attività degli studenti.

Componente di comunicazione

• · psicologia della comunicazione; fondamenti psicologici e pedagogici per la formazione di conoscenze e competenze interdisciplinari; caratteristiche psicologiche studenti;
• · navigare in situazioni psicologiche in un gruppo di studenti; stabilire relazioni interpersonali in classe;
• · stabilire rapporti interpersonali con docenti di discipline affini nelle attività per l'attuazione congiunta dell'IPS.

Componente di orientamento

• · fondamenti teorici delle attività per stabilire MPS nello studio dei temi del ciclo naturale;
• · navigare nel materiale didattico delle discipline affini; nel sistema di metodi e forme di formazione che contribuiscono al successo dell’attuazione dell’IPS.

Componente di mobilitazione

• · adattare le tecnologie pedagogiche per l'implementazione degli IPS di fisica, chimica, biologia; proporre la propria o selezionare la metodologia più adeguata per la formazione di conoscenze e competenze interdisciplinari nel processo di insegnamento della fisica, della chimica, della biologia;
• · sviluppare metodi tradizionali originali o adattare per risolvere problemi interdisciplinari;
• · padroneggiare la metodologia di conduzione di forme complesse di sessioni di formazione; essere in grado di organizzare attività autodidattiche per padroneggiare la tecnologia di implementazione dell'MPS nell'insegnamento della fisica, della chimica e della biologia.

Componente di ricerca

• · analizzare e riassumere l'esperienza del proprio lavoro nell'attuazione dell'IPS; generalizzare e implementare l'esperienza dei tuoi colleghi; condurre un esperimento pedagogico e analizzare i risultati;
• · organizzare il lavoro su argomento metodologico MPS.

Questo professiogramma può essere considerato sia come base per costruire il processo di formazione degli insegnanti di fisica, chimica e biologia per le attività di attuazione dell'IPS, sia come criterio per valutare la qualità della loro formazione.

L'utilizzo di connessioni interdisciplinari nello studio della chimica consente agli studenti, fin dal primo anno, di familiarizzare con le materie che studieranno negli anni senior: ingegneria elettrica, management, economia, scienza dei materiali, parti di macchine, ecologia industriale, ecc. Indicando nelle lezioni di chimica perché e in quali materie gli studenti avranno bisogno di questa o quella conoscenza, l'insegnante motiva la memorizzazione del materiale non solo per una lezione per ottenere un voto, ma cambia anche gli interessi personali degli studenti di materie non chimiche specialità.

Il rapporto tra chimica e fisica

Accanto ai processi di differenziazione della scienza chimica stessa, sono attualmente in corso processi di integrazione della chimica con altri rami delle scienze naturali. I rapporti tra fisica e chimica si stanno sviluppando in modo particolarmente intenso. Questo processo è accompagnato dall'emergere di rami della conoscenza fisica e chimica sempre più correlati.

L'intera storia dell'interazione tra chimica e fisica è piena di esempi di scambio di idee, oggetti e metodi di ricerca. Nelle diverse fasi del suo sviluppo, la fisica ha fornito alla chimica concetti e concetti teorici che hanno avuto un impatto forte impatto per lo sviluppo della chimica. Inoltre, quanto più la ricerca chimica diventava complessa, tanto più le attrezzature e i metodi di calcolo della fisica penetravano nella chimica. La necessità di misurare gli effetti termici della reazione, lo sviluppo dell'analisi strutturale spettrale e ai raggi X, lo studio degli isotopi e degli elementi chimici radioattivi, reticoli cristallini sostanze, strutture molecolari richiedevano la creazione e portavano all'uso di strumenti fisici complessi: spettroscopi, spettrografi di massa, reticoli di diffrazione, microscopi elettronici, ecc.

Lo sviluppo della scienza moderna ha confermato la profonda connessione tra fisica e chimica. Questa connessione è di natura genetica, cioè la formazione di atomi di elementi chimici e la loro combinazione in molecole di materia è avvenuta in un certo stadio dello sviluppo del mondo inorganico. Inoltre, questa connessione si basa sulla struttura comune di specifici tipi di materia, comprese le molecole di sostanze, costituite in definitiva dagli stessi elementi chimici, atomi e particelle elementari. L'emergere di una forma chimica di movimento in natura ha causato l'ulteriore sviluppo di idee sull'interazione elettromagnetica, studiate dalla fisica. Sulla base della legge periodica, ora si stanno facendo progressi non solo nella chimica, ma anche nella fisica nucleare, al confine della quale sono nate teorie miste fisiche e chimiche come la chimica degli isotopi e la chimica delle radiazioni.

La chimica e la fisica studiano praticamente gli stessi oggetti, ma solo ciascuna di esse vede in questi oggetti il ​​proprio lato, il proprio oggetto di studio. Pertanto, una molecola è oggetto di studio non solo della chimica, ma anche della fisica molecolare. Se il primo lo studia dal punto di vista delle leggi di formazione, composizione, proprietà chimiche, legami, condizioni della sua dissociazione negli atomi costituenti, il secondo studia statisticamente il comportamento delle masse delle molecole, provocando fenomeni termici, vari stati di aggregazione, transizioni dalle fasi gassose a liquide e solide e viceversa, fenomeni non associati a cambiamenti nella composizione delle molecole e nella loro struttura chimica interna. L'accompagnamento di ogni reazione chimica con il movimento meccanico di masse di molecole reagenti, il rilascio o l'assorbimento di calore dovuto alla rottura o alla formazione di legami in nuove molecole, indica in modo convincente la stretta connessione tra fenomeni chimici e fisici. Pertanto, l'energia dei processi chimici è strettamente correlata alle leggi della termodinamica. Le reazioni chimiche che avvengono con il rilascio di energia, solitamente sotto forma di calore e luce, sono chiamate esotermiche. Esistono anche reazioni endotermiche che si verificano con l'assorbimento di energia. Tutto quanto sopra non contraddice le leggi della termodinamica: nel caso della combustione l'energia viene rilasciata contemporaneamente ad una diminuzione dell'energia interna del sistema. Nelle reazioni endotermiche, l'energia interna del sistema aumenta a causa dell'afflusso di calore. Misurando la quantità di energia rilasciata durante una reazione (l'effetto termico di una reazione chimica), si può giudicare la variazione dell'energia interna del sistema. Si misura in kilojoule per mole (kJ/mol).

Un altro esempio. Un caso speciale della prima legge della termodinamica è la legge di Hess. Si afferma che l'effetto termico di una reazione dipende solo dagli stati iniziale e finale delle sostanze e non dipende dalle fasi intermedie del processo. La legge di Hess ci consente di calcolare l'effetto termico di una reazione nei casi in cui la sua misurazione diretta è per qualche motivo impossibile.

Con l’avvento della teoria della relatività, meccanica quantistica e la dottrina delle particelle elementari ha rivelato connessioni ancora più profonde tra fisica e chimica. Si è scoperto che la soluzione alla spiegazione dell'essenza delle proprietà composti chimici, il meccanismo stesso della trasformazione delle sostanze risiede nella struttura degli atomi, nei processi quantomeccanici delle sue particelle elementari e in particolare degli elettroni del guscio esterno. È la fisica più recente che è stata in grado di risolvere questioni di chimica come la natura dei legami chimici, caratteristiche della struttura chimica delle molecole organiche e non organiche composti organici eccetera.

Nell'area di contatto tra fisica e chimica, è nata e si sta sviluppando con successo una sezione relativamente giovane tra i principali rami della chimica come la chimica fisica, che ha preso forma alla fine del XIX secolo. come risultato di tentativi riusciti di studiare quantitativamente le proprietà fisiche di sostanze e miscele chimiche e di spiegare teoricamente le strutture molecolari. La base sperimentale e teorica per questo fu il lavoro di D.I. Mendeleev (scoperta della legge periodica), Van't Hoff (termodinamica dei processi chimici), S. Arrhenius (teoria dissociazione elettrolitica) eccetera. Oggetto del suo studio erano questioni teoriche generali relative alla struttura e alle proprietà delle molecole dei composti chimici, processi di trasformazione delle sostanze in connessione con la loro reciproca dipendenza Proprietà fisiche, lo studio delle condizioni per il verificarsi di reazioni chimiche e dei fenomeni fisici che si verificano durante questo processo. Ora la chimica fisica è una scienza diversificata che collega strettamente fisica e chimica.

Nella stessa chimica fisica, l'elettrochimica, lo studio delle soluzioni, la fotochimica e la cristallochimica sono ora emerse e pienamente sviluppate come sezioni indipendenti con i propri metodi speciali e oggetti di ricerca. All'inizio del 20 ° secolo. si è distinto anche scienza indipendente chimica colloidale coltivata nelle profondità della chimica fisica. Dalla seconda metà del 20° secolo. In connessione con l'intenso sviluppo dei problemi dell'energia nucleare, sorsero e ricevettero un grande sviluppo i rami più recenti della chimica fisica: chimica delle alte energie, chimica delle radiazioni (oggetto del suo studio sono le reazioni che si verificano sotto l'influenza delle radiazioni ionizzanti) e chimica degli isotopi .

La chimica fisica è oggi considerata il più ampio fondamento teorico generale di tutta la scienza chimica. Molti dei suoi insegnamenti e teorie lo sono Grande importanza per lo sviluppo di sostanze inorganiche e soprattutto chimica organica. Con l'avvento della chimica fisica, lo studio della materia cominciò ad essere svolto non solo in modo tradizionale metodi chimici ricerca, non solo dal punto di vista della sua composizione e proprietà, ma anche dalla struttura, termodinamica e cinetica del processo chimico, nonché dalla connessione e dipendenza di quest'ultimo dagli effetti di fenomeni inerenti ad altre forme di movimento (esposizione alla luce e alle radiazioni, effetti luminosi e termici, ecc.).

È interessante notare che nella prima metà del 20 ° secolo. Si sviluppò una scienza al confine tra la chimica e nuovi rami della fisica (meccanica quantistica, teoria elettronica degli atomi e delle molecole), che in seguito divenne nota come fisica chimica. Ha ampiamente applicato i metodi teorici e sperimentali della fisica moderna allo studio della struttura degli elementi e dei composti chimici e in particolare al meccanismo delle reazioni. La fisica chimica studia la relazione e la transizione reciproca delle forme di movimento chimico e subatomico della materia.

Nella gerarchia delle scienze fondamentali data da F. Engels, la chimica è direttamente adiacente alla fisica. Questa vicinanza ha fornito la velocità e la profondità con cui molti rami della fisica si sono fruttuosamente introdotti nella chimica. La chimica confina, da un lato, con la fisica macroscopica - termodinamica, fisica del continuo, e dall'altro - con la microfisica - fisica statica, meccanica quantistica.

È noto quanto fruttuosi furono questi contatti per la chimica. La termodinamica ha dato origine alla termodinamica chimica: lo studio degli equilibri chimici. La fisica statica ha costituito la base della cinetica chimica, lo studio della velocità delle trasformazioni chimiche. La meccanica quantistica ha rivelato l'essenza della legge periodica di Mendeleev. Teoria moderna struttura chimica e reattività: questa è chimica quantistica, cioè applicazione dei principi della meccanica quantistica allo studio delle molecole e delle “trasformazioni X”.

Un’altra prova della fruttuosa influenza della fisica sulla scienza chimica è l’uso sempre crescente di metodi fisici nella ricerca chimica. I progressi sorprendenti in quest'area sono particolarmente chiaramente visibili nell'esempio dei metodi spettroscopici. Più recentemente dalla gamma infinita radiazioni elettromagnetiche i chimici usavano solo una regione ristretta del visibile e le regioni adiacenti delle gamme dell'infrarosso e dell'ultravioletto. La scoperta da parte dei fisici del fenomeno dell'assorbimento della risonanza magnetica ha portato alla nascita della spettroscopia di risonanza magnetica nucleare, il metodo analitico moderno più informativo e del metodo per studiare la struttura elettronica delle molecole, e della spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica, un metodo unico per studiare gli intermedi instabili particelle - radicali liberi. Nella regione delle onde corte della radiazione elettromagnetica sorsero la spettroscopia a raggi X e di risonanza gamma, che dovette la sua comparsa alla scoperta di Mössbauer. Lo sviluppo della radiazione di sincrotrone ha aperto nuove prospettive per lo sviluppo di questo ramo della spettroscopia ad alta energia.

Sembrerebbe che l'intera gamma elettromagnetica sia stata padroneggiata ed è difficile aspettarsi ulteriori progressi in questo settore. Tuttavia, sono comparsi i laser - sorgenti uniche nella loro intensità spettrale - e con essi capacità analitiche fondamentalmente nuove. Tra questi ci sono il laser risonanza magnetica- un metodo altamente sensibile in rapido sviluppo per rilevare i radicali nel gas. Un'altra possibilità davvero fantastica è la registrazione individuale degli atomi mediante un laser, una tecnica basata sull'eccitazione selettiva, che consente di registrare solo pochi atomi di impurità estranee in una cellula. Incredibili opportunità per studiare i meccanismi delle reazioni radicali sono state fornite dalla scoperta del fenomeno della polarizzazione chimica dei nuclei.

Ora è difficile nominare un'area della fisica moderna che non influenzi direttamente o indirettamente la chimica. Prendiamo, ad esempio, la fisica delle particelle elementari instabili, che è lontana dal mondo delle molecole costituite da nuclei ed elettroni. Può sembrare sorprendente che speciali conferenze internazionali discutano del comportamento chimico degli atomi contenenti un positrone o un muone, che, in linea di principio, non possono produrre composti stabili. Tuttavia, le informazioni uniche sulle reazioni ultraveloci che tali atomi rendono possibile ottenere giustificano pienamente questo interesse.

Guardando indietro alla storia del rapporto tra fisica e chimica, vediamo che la fisica ha svolto un ruolo importante, a volte decisivo, nello sviluppo concetti teorici e metodi di ricerca in chimica. Il grado di riconoscimento di questo ruolo può essere valutato visionando, ad esempio, l'elenco dei vincitori premio Nobel in chimica. Almeno un terzo di questa lista sono autori di importanti risultati nel campo della chimica fisica. Tra questi ci sono coloro che scoprirono la radioattività e gli isotopi (Rutherford, M. Curie, Soddy, Aston, Joliot-Curie, ecc.), gettarono le basi della chimica quantistica (Pauling e Mulliken) e della moderna cinetica chimica (Hinshelwood e Semenov), e sviluppato nuovi metodi fisici (Debye, Geyerowski, Eigen, Norrish e Porter, Herzberg).

Infine, va anche tenuta presente l’importanza decisiva che comincia a rivestire la produttività di uno scienziato nello sviluppo della scienza. I metodi fisici hanno svolto e continuano a svolgere un ruolo rivoluzionario in chimica a questo riguardo. È sufficiente confrontare, ad esempio, il tempo impiegato da un chimico organico per stabilire la struttura di un composto sintetizzato con mezzi chimici e quello che trascorre ora, padroneggiando un arsenale di metodi fisici. Non c'è dubbio che questa riserva di applicazione delle conquiste della fisica è lungi dall'essere sfruttata a sufficienza.

Riassumiamo alcuni risultati. Vediamo che la fisica invade la chimica su scala sempre più vasta e sempre più fruttuosa. La fisica rivela l'essenza delle leggi chimiche qualitative e fornisce alla chimica strumenti di ricerca perfetti. Il volume relativo della chimica fisica sta crescendo e non ci sono ragioni visibili che possano rallentare questa crescita.

Il rapporto tra chimica e biologia

È noto che la chimica e la biologia per molto tempo ognuno andò per la sua strada, anche se il sogno di lunga data dei chimici era quello di creare condizioni di laboratorio organismo vivente.

Un forte rafforzamento del rapporto tra chimica e biologia si è verificato in seguito alla creazione di A.M. Teoria di Butlerov della struttura chimica dei composti organici. Guidati da questa teoria, i chimici organici entrarono in competizione con la natura. Le successive generazioni di chimici hanno mostrato grande ingegno, lavoro, immaginazione e ricerca creativa per la sintesi diretta delle sostanze. La loro intenzione non era solo imitare la natura, volevano superarla. E oggi possiamo affermare con sicurezza che in molti casi ciò ha avuto successo.

Il progressivo sviluppo della scienza nel XIX secolo, che portò alla scoperta della struttura dell'atomo e ad una conoscenza dettagliata della struttura e della composizione della cellula, aprì opportunità pratiche per chimici e biologi di lavorare insieme sui problemi chimici dell'energia. lo studio della cellula, su questioni sulla natura dei processi chimici nei tessuti viventi, sulla condizionalità funzioni biologiche reazioni chimiche.

Se guardi il metabolismo nel corpo da un punto di vista puramente chimico, come ha fatto l’intelligenza artificiale. Oparin, vedremo la totalità elevato numero Le reazioni chimiche relativamente semplici e uniformi, che si combinano tra loro nel tempo, non avvengono in modo casuale, ma in stretta sequenza, dando luogo alla formazione di lunghe catene di reazioni. E questo ordine è naturalmente diretto alla costante autoconservazione e autoriproduzione dell'intero sistema vivente nel suo insieme in determinate condizioni ambientali.

In una parola, proprietà specifiche degli esseri viventi come la crescita, la riproduzione, la mobilità, l'eccitabilità e la capacità di rispondere ai cambiamenti nell'ambiente esterno sono associate a determinati complessi di trasformazioni chimiche.

L'importanza della chimica tra le scienze che studiano la vita è estremamente grande. È stata la chimica a rivelarlo ruolo vitale clorofilla come base chimica della fotosintesi, emoglobina come base del processo di respirazione, è stata stabilita la natura chimica della trasmissione dell'eccitazione nervosa, è stata determinata la struttura acidi nucleici eccetera. Ma la cosa principale è che, oggettivamente, i meccanismi chimici sono alla base dei processi e delle funzioni biologici degli esseri viventi. Tutte le funzioni e i processi che si verificano in un organismo vivente possono essere espressi nel linguaggio della chimica, sotto forma di processi chimici specifici.

Naturalmente sarebbe sbagliato ridurre i fenomeni della vita a processi chimici. Questa sarebbe una grossolana semplificazione meccanicistica. E una chiara indicazione di ciò è la specificità dei processi chimici nei sistemi viventi rispetto a quelli non viventi. Lo studio di questa specificità rivela l'unità e l'interconnessione delle forme chimiche e biologiche del movimento della materia. Ciò è evidenziato anche da altre scienze nate all'intersezione tra biologia, chimica e fisica: biochimica - la scienza del metabolismo e dei processi chimici negli organismi viventi; chimica bioorganica: la scienza della struttura, delle funzioni e dei percorsi di sintesi dei composti che compongono gli organismi viventi; La biologia fisico-chimica come scienza del funzionamento sistemi complessi trasmissione di informazioni e regolazione dei processi biologici a livello molecolare, nonché biofisica, chimica biofisica e biologia delle radiazioni.

I maggiori risultati di questo processo sono stati l'identificazione dei prodotti chimici del metabolismo cellulare (metabolismo nelle piante, negli animali, nei microrganismi), la creazione di percorsi biologici e cicli di biosintesi di questi prodotti; fu realizzata la loro sintesi artificiale, fu scoperta la base materiale del meccanismo molecolare regolatore ed ereditario e fu ampiamente chiarito il significato dei processi chimici e dell'energia dei processi nelle cellule e negli organismi viventi in generale.

Al giorno d'oggi, l'applicazione dei principi biologici, che concentra l'esperienza di adattamento degli organismi viventi alle condizioni della Terra per molti milioni di anni, e l'esperienza nella creazione dei meccanismi e dei processi più avanzati, sta diventando particolarmente importante per la chimica. Ci sono già stati alcuni risultati lungo questo percorso.

Più di un secolo fa, gli scienziati si sono resi conto che la base dell’eccezionale efficienza dei processi biologici è la biocatalisi. Pertanto, i chimici si sono posti l'obiettivo di creare una nuova chimica basata sull'esperienza catalitica della natura vivente. Introdurrà un nuovo controllo dei processi chimici, dove inizieranno ad essere applicati i principi di sintesi di molecole simili; sulla base del principio degli enzimi, verranno creati catalizzatori con una tale varietà di qualità che supereranno di gran lunga quelli esistenti nel nostro settore.

Sebbene gli enzimi abbiano proprietà generali, inerenti a tutti i catalizzatori, tuttavia, non sono identici a questi ultimi, poiché funzionano all'interno dei sistemi viventi. Pertanto, tutti i tentativi di utilizzare l’esperienza della natura vivente per accelerare i processi chimici nel mondo inorganico devono affrontare seri limiti. Per ora possiamo solo parlare di modellazione di alcune funzioni degli enzimi e di utilizzo di questi modelli per un’analisi teorica dell’attività dei sistemi viventi, nonché dell’uso parzialmente pratico di enzimi isolati per accelerare determinate reazioni chimiche.

Qui, la direzione più promettente, ovviamente, è la ricerca focalizzata sull'applicazione dei principi della biocatalisi in chimica e tecnologia chimica, per la quale è necessario studiare l'intera esperienza catalitica della natura vivente, compresa l'esperienza della formazione dell'enzima stesso, una cellula e perfino un organismo.

La teoria dell'autosviluppo dei sistemi catalitici aperti elementari, appunto vista generale nominato dal professore della MSU A.P. Rudenko nel 1964, è una teoria generale dell'evoluzione chimica e della biogenesi. Risolve domande sulle forze trainanti e sui meccanismi del processo evolutivo, cioè sulle leggi dell'evoluzione chimica, sulla selezione di elementi e strutture e sulla loro causalità, sull'altezza dell'organizzazione chimica e della gerarchia sistemi chimici come conseguenza dell'evoluzione.

Il nucleo teorico di questa teoria è la posizione secondo cui l'evoluzione chimica rappresenta l'autosviluppo dei sistemi catalitici e, quindi, i catalizzatori sono la sostanza in evoluzione. Durante la reazione avviene una selezione naturale dei centri catalitici che hanno la maggiore attività. L'autosviluppo, l'auto-organizzazione e l'auto-complicazione dei sistemi catalitici si verificano a causa del costante afflusso di energia trasformata. E poiché la principale fonte di energia è la reazione di base, i massimi vantaggi evolutivi si ottengono dai sistemi catalitici che si sviluppano sulla base di reazioni esotermiche. Quindi, la reazione di base non è solo una fonte di energia, ma anche uno strumento per selezionare i cambiamenti evolutivi più progressivi nei catalizzatori.

Sviluppando queste opinioni, A.P. Rudenko ha formulato la legge fondamentale dell'evoluzione chimica, secondo la quale con la massima velocità e probabilità si formano quei percorsi di cambiamenti evolutivi nel catalizzatore, lungo i quali si verifica un aumento massimo della sua attività assoluta.

Una conseguenza pratica della teoria dell'autosviluppo dei sistemi catalitici aperti è la cosiddetta "tecnologia non stazionaria", cioè la tecnologia con condizioni di reazione mutevoli. Oggi i ricercatori lo concludono modalità stazionaria, la cui stabilizzazione affidabile sembrava essere una garanzia alta efficienza Il processo industriale è solo un caso particolare di regime non stazionario. Allo stesso tempo, sono stati scoperti molti regimi non stazionari che contribuiscono all’intensificazione della reazione.

Attualmente sono già visibili le prospettive per l'emergere e lo sviluppo di una nuova chimica, sulla base della quale verranno create tecnologie industriali a basso spreco, senza sprechi e a risparmio energetico.

Oggi i chimici sono giunti alla conclusione che, utilizzando gli stessi principi su cui è costruita la chimica degli organismi, in futuro (senza ripetere esattamente la natura) sarà possibile costruire una chimica fondamentalmente nuova, un nuovo controllo dei processi chimici, dove inizieranno ad essere applicati i principi della sintesi di molecole simili. Si prevede di creare convertitori che utilizzino la luce solare con alta efficienza, convertendola in sostanze chimiche e energia elettrica, così come l'energia chimica in luce ad alta intensità.

Conclusione

La chimica moderna è rappresentata da molte direzioni diverse nello sviluppo della conoscenza sulla natura della materia e sui metodi della sua trasformazione. Allo stesso tempo, la chimica non è solo una somma di conoscenze sulle sostanze, ma un sistema di conoscenze altamente ordinato e in costante sviluppo che trova il suo posto tra le altre scienze naturali.

La chimica studia la diversità qualitativa dei portatori materiali fenomeni chimici, la forma chimica del movimento della materia. Sebbene strutturalmente si intersechi in alcune aree con la fisica, la biologia e altre scienze naturali, conserva la sua specificità.

Uno dei motivi oggettivi più significativi per distinguere la chimica come disciplina di scienze naturali indipendente è il riconoscimento della specificità della chimica, la relazione tra le sostanze, che si manifesta, prima di tutto, in un complesso di forze e vari tipi interazioni che determinano l'esistenza di composti biatomici e poliatomici. Questo complesso è solitamente caratterizzato come legame chimico, che si formano o scoppiano durante l'interazione delle particelle a livello atomico dell'organizzazione della materia. Il verificarsi di un legame chimico è caratterizzato da una significativa ridistribuzione della densità elettronica rispetto alla semplice posizione della densità elettronica di atomi non legati o frammenti atomici avvicinati alla distanza di legame. Questa caratteristica separa in modo più accurato un legame chimico da vari tipi di manifestazioni di interazioni intermolecolari.

Si accompagna al costante aumento del ruolo della chimica come scienza nel quadro delle scienze naturali sviluppo rapido ricerca fondamentale, complessa e applicata, sviluppo accelerato di nuovi materiali con proprietà specifiche e nuovi processi nel campo della tecnologia di produzione e della lavorazione delle sostanze.