Роль математики в современном естествознании кратко

Обновлено: 05.07.2024

Значение и методы интеграции математики в естествознании. Специфика применения математики в химии, биологии, физике, астрономии, географии и экологии. Понятие точности и математических знаков, роль арифметического счета и геометрических измерений.

Рубрика Математика
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 11.04.2015
Размер файла 20,9 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. ЗНАЧЕНИЕ МАТЕМАТИКИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

2. МЕТОДЫ МАТЕМАТИКИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

3. МАТЕМАТИКА - ОСОБЫЙ ЯЗЫК ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

4. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИКИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

4.1. Математика в химии

4.2. Математика в биологии

4.3. Математика в географии

4.4. Математика в физике

4.5. Математика в астрономии

4.6. Математика в геологии

4.7. Математика в экологии

ВЫВОДЫ ПО ПРОВЕДЕННОЙ РАБОТЕ

Цель работы: определение роли математики в естественных науках.

Задачи работы:

1. Выяснить значение математики в естествознании (значение интеграции математики в естествознании).

2. Выявить методы математики, применяемые в естествознании.

3. Рассмотреть применение математики в естественных науках.

Каждый понимает по-разному понятия математики и естествознания. Я же понимаю их так:

Естествознание - наука о природе; система наук, определяющих устройство всего мира в целом.

Математика - наука о математических структурах; наука, объясняющая основные законы природы на своём языке.

Естествознание появилось более 3000 лет назад. Тогда не было разделения на физику, биологию, географию. Науками занимались философы. С развитием торговли и мореплавания началось развитие географии, а также астрономии, необходимой для навигации, а с развитием техники -- развитие физики, химии.

Математика не относится к естественным наукам, но широко используется в них как для точной формулировки их содержания, так и для получения новых результатов. Математика -- фундаментальная наука, предоставляющая (общие) языковые средства другим наукам; тем самым она выявляет их структурную взаимосвязь и способствует нахождению самых общих законов природы.

Постепенное изменение математики в истории отразилось в естественных науках. И в наши дни происходит интеграция математики с естествознанием.

1. ЗНАЧЕНИЕ МАТЕМАТИКИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

Значение математики состоит в том, она вырабатывает для остальной науки, прежде всего для естествознания, структуры мысли, формулы, на основе которых можно решать проблемы специальных наук. Математике удается проникать в самые глубокие характеристики мира и разговаривать на языке не просто отношений, а структур. Поэтому математики скорее говорят не о законах, а именно о структурах.

2. МЕТОДЫ МАТЕМАТИКИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

Дело в том, что математика возникла именно как инструмент наиболее общего и объективного, а значит, и наиболее абстрактного и формального описания законов природы.

Математику объединяют с логикой в комплекс формальных наук и не включают в естественные науки, поскольку их методология существенно отличается от методологии естественных наук.

Эти глубинные проникновения в природу и позволяют математике исполнять роль носителя идей. Относительно сказанного современный американский исследователь Ф. Дайсон пишет: "Математика - это не только инструмент, с помощью которого она может количественно описать явление, но и главный источник представлений и принципов, на основе которых зарождаются новые теории". Близкие мысли высказывает известный математик, академик Б. Гнеденко, также подчеркивая, что роль математики не ограничивается функцией аппарата вычисления, он говорит, что математика - определенная концепция природы.

Методологическое значение математики для естественных наук проявляется еще в одном аспекте. Математика способна проводить аналогии между качественно различными объектами, переходить от одной области реальности к другой. Д. Пойа назвал это свойство математики умением "наводить мосты над пропастью". Там, где конкретная наука останавливается, то математика свободно переносит свои структуры на соседние, близкие и далекие, регионы природы.

Какие же методы математики применяются в естествознании?

1. Формализация (метод числового моделирования) - построение абстрактных тематических моделей.

2. Аксиоматизация - построение теории на основе аксиомы.

3. Гипотетико-дедуктивный метод - создание системы связанных между собой гипотез, из которых выводятся утверждения о фактах.

4. Анализ - разделение целостного объекта на составные части с целью их изучения.

5. Обобщение - приём мышления, в результате которого устанавливаются общие признаки и свойства объектов.

6. Аналогия - приём познания, при котором на основе сходства объекта в одних признаках делается вывод о сходстве в других признаках

7. Статистические методы

3. МАТЕМАТИКА - ОСОБЫЙ ЯЗЫК ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Математика в естествознании играет роль универсального языка, специально предназначенного для лаконичной точной записи различных утверждений

Что касается о взгляде на математику как на особый язык, специально предназначенный для точного описания природы, то с этим можно согласиться. Язык возникает только при необходимости отобразить в его знаках некоторое знание. По мере накопления, расширения, углубления нашего знания о природе в языке возникают новые структуры, которые нельзя придумать изначально. Любая естественная наука создает и развивает свой собственный язык, и математика не является в этом исключением.

Все законы выводятся из опыта. Но для выражения их нужен специальный язык. Обиходный язык слишком беден, кроме того, он слишком неопределен для выражения столь богатых содержанием точных и тонких соотношений. Таково первое основание, по которому естествоиспытатель не может обойтись без математики; она дает ему единственный язык, на котором он в состоянии изъясняться.

Во многих случаях математика играет роль универсального языка естествознания, специально предназначенного для точной записи различных утверждений. Точность - выражение однозначности, исключающее вариантность, разброс значений, неопределенность. Этим и отличаются математические знаки - символы, обозначающие объекты и операции математики.

4. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИКИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ

Математику используют в разных науках, например …

4.1 Математика в химии

В химии математика служит для:

· Обозначения порядкового номера элемента, его относительной атомной массы, электронной конфигурации на внешнем слое атома элемента, индекса вещества, его валентности, степени окисления и числа электронов, протонов, нейтронов в атоме элемента

· Величины относительной молекулярной массы вещества, количества вещества его массы, объема, молекулярной массы вещества и молярной массы газов.

· Решения задач. (Расчёты по химическим уравнениям методом пропорции. Массовая и объёмная доли компонентов смеси или раствора).

4.2 Математика в биологии

В биологии математика применяется:

· В биологической симметрии

· В законах генетики

· В законах Менделя

· В законе гомологических рядов

· В количественных и качественных расчётах при описании существ

· При подсчёте численности живых организмов

· В молекулярной биологии (микроуровень, наноуровень, макроуровень)

· В уравнениях Шрёдингера

4.3 Математика в географии

Математика встречается в географии:

· В масштабировании; В определении масштаба

· В вычислении количества жителей населённого пункта

· В вычислении плотности населения

· В измерении географических объектов (например, измерение горных высот или низменностей)

· При обозначении географических координат (широта и долгота); При нахождении географического объекта при помощи широты и долготы

· При вычислении площади географических объектов

4.4 Математика в физике

В физике математика используется:

· Для решения задач (в механике, в электродинамике, в акустике, в гидродинамике, в оптике и в др. областях физики)

· В интегральных исчислениях Ньютона и Лейбница

· В основных законах классической и аналитической механики

· В законе всемирного тяготения

· В изучении колебания струн, маятников и стержней

· В задачах про теплопроводность и диффузию

· В теории упругости; в теории потенциала; в теории устойчивости движения

· В задачах о газовой динамике, о физике плазмы и о теории переноса частиц

· Для решения дифференциальных уравнений

· В квантовой механике, квантовой теории поля, квантовой статистической физике, теории относительности, теории операторов, теории обобщённых функций, теории функций многих комплексных переменных, в теории чисел

4.5 Математика в астрономии

математика интеграция естествознание

В астрономии математика находит применение:

· В теории движения Луны

· В дифференциальном и интегральном исчислении

· В вычислении орбит комет

· В законах Кеплера

· В параболических и гиперболических орбитах;

· В космогонической гипотезе

· В теории возмущений

· В теории приливов

· В определении орбиты (по трем наблюдениям)

· В системе мира Птолемея (эпициклы и деференты)

4.6 Математика в геологии

В геологии математика используется:

· В структурно-геологических задачах

· В статистической геологии, аналитической геологии, теоретической геологии, статистической геологии, геостатистике, геоматематике

4.7 Математика в экологии

В экологии математика используется:

· Для очертания и расчёта площади ареала

· Для создания экологических пирамид (ряд натуральных чисел)

· Для расчёта продуктивности экосистем (математическая статистика)

ВЫВОДЫ ПО ПРОВЕДЕННОЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬКОЙ РАБОТЕ

Значение математики для естественных наук очень огромно. Математика предопределяет большинство законов природы. Она является специальным языком, помогающим исследовать не только окружающий нас мир, но и целую Вселенную. Математика, как фундаментальная наука, является системой различных методов, которые помогают развитию естествознания в различных направлениях. Применение математики в естествознании очень огромно, в каждой науке есть хоть одна частица применения математики, что и было представлено в вышеуказанных примерах.

Математика - это наука, помогающая другим научным дисциплинам. Математика - это язык развития предметных дисциплин естествознания.

Математика - это скопление методов исследования различных наук.

Математика применяется всеми естественными науками в большой мере.

Математика взаимосвязана с естествознанием, что и было доказано в этой работе.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

3. Большая книга знаний. О.Д.Красновская, М.Н. Семёнова, Москва, Махаон, 2008г.,480с

4. Большая Энциклопедия школьника. М.Н.Семёнова, Москва, Махаон, 2009г.,256с.

5. Всё обо всём. Популярная энциклопедия для детей. ТКО АСТ, Москва, Б.М.Дроняев.1994г,542с

6. Энциклопедия чудес. Казахская советская энциклопедия, Алма-Ата. Р.Н. Нургалиев.,1990г.,464с

Подобные документы

Значение математики в нашей жизни. История возникновения счета. Развитие методов вычислительной математики в настоящее время. Использование математики в других науках, роль математического моделирования. Состояние математического образования в России.

статья [16,2 K], добавлен 05.01.2010

Изучение возникновения математики и использования математических методов Древнем Китае. Особенности задач китайцев по численному решению уравнений и геометрических задач, приводящих к уравнениям третьей степени. Выдающиеся математики Древнего Китая.

реферат [27,6 K], добавлен 11.09.2010

Греческая математика. Средние века и Возрождение. Начало современной математики. Современная математика. В основе математики лежит не логика, а здравая интуиция. Проблемы оснований математики являются философскими.

реферат [32,6 K], добавлен 06.09.2006

Происхождение термина "математика". Одно из первых определений предмета математики Декартом. Сущность математики с точки зрения Колмогорова. Пессимистическая оценка возможностей математики Г Вейля. Формулировка Бурбаки о некоторых свойствах математики.

презентация [124,5 K], добавлен 17.05.2012

Робота присвячена важливісті математики, їх використанню у різних галузях науки. Інформація, яка допоможе зацікавити учнів при вивченні математики. Етапи розвитку математики. Філософія числа піфагорійців. Математичні формули у фізиці, хімії, психології.

Содержание

Введение
Предмет и специфика математики
История развития математики
Математика – источник представлений и концепций в естествознании
Математика как специфический язык естествознания
Применение математики в разных отраслях естествознания
Вывод
Список литературы

Прикрепленные файлы: 1 файл

ксе.docx

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Волгоградский Государственный Социально-Педагогический Университет

Экономики и управления

Кафедра экономики и менеджмента

Студент «4 курса

напр.: менеджмент организации

доцент; Федулов И.Н.

Предмет и специфика математики

История развития математики

Математика – источник представлений и концепций в естествознании

Математика как специфический язык естествознания

Применение математики в разных отраслях естествознания

Предмет и специфика математики

История развития математики.

Математика – источник представлений и концепций в естествознании.

Математика как специфический язык естествознания.

" . Все законы выводятся из опыта. Но для выражения их нужен специальный язык. Обиходный язык слишком беден, кроме того, он слишком не определён для выражения столь богатых содержанием точных и тонких соотношений. Таково первое основание, по которому физик не может обойтись без математики; она дает ему единственный язык, на котором он в состоянии изъясняться".
Во многих случаях математика играет роль универсального языка естествознания, специально предназначенного для лаконичной точной записи различных утверждений.
Естествознание все шире использует математику для объяснения природных явлений. Есть несколько направлений математизации естествознания:

· Количественные анализ и формулировка качественно установленных фактов и законов;

· Построение математических моделей, создание математической физики, математической биологии и т.д.

· Построение и анализ конкретных научных теорий, в том числе их языка.

Естественный язык оперирует качественными понятиями (характеризуют качества предметов и явлений), математический язык отличается от него. Изучение новых вещей и явлений начинается с их качественного описания, затем образовывают сравнительные понятия, выражая интенсивность какого-либо свойства с помощью чисел. Когда интенсивность уже можно измерить, а это значит, представить в виде отношения данной величины к однородной величине, взятой в качестве единицы измерения, тогда появляются количественные понятия. Именно с ними часто связан прогресс в научном познании. Количественный язык развивает и уточняет обычный язык, основывающийся на качественных понятиях. Это значит, что количественные и качественные методы не взаимоисключающие, а взаимодополняющие.
Количественные язык и понятия стали осознанно применяться после появления экспериментального естествознания, до этого они использовались, но несистематически. Г.Галилей первый использовал язык количественных понятий вместе с экспериментальным методом исследования.
Плюс количественного языка математики в том, что он краток и точен. Сравнивать или измерять что-то в числах гораздо проще, чем описывать словами. Символы жестко привязаны к значениям, не допуская разночтений, интерпретаций и объяснений. С этой целью используются такие математические методы как дифференцирование, интегрирование, функциональный анализ и другие.
Еще одним преимуществом является то, что с помощью математического языка можно точно сформулировать количествнные закономерности, которые характеризуют изучаемые явления, и то, что точная формулировка законов и научных теорий на математическом языке позволяет применить богатый математический и логический аппарат при получении из них следствий.
Все выше сказанное позволяет сделать вывод, что в любом процессе научного познания язык качественных описаний и количественный язык математики сильно взаимосвязаны. Эта взаимосвязь ясно прослеживается в сочетании и взаимодействии естественно-научных и математических методах исследования. Чем лучше мы знаем качественные особенности явлений, тем успешнее можем использовать для их анализа количественные математические методы исследования, а чем более совершенные количественные методы применяются для изучения явлений, тем полнее познаются их качественные особенности.




Математика как специфический язык естествознания

Как бы то ни было, естествознание все шире использует математический аппарат для объяснения природных явлений [21, 29]. Можно выделить несколько направлений математизации естествознания:
◊ количественный анализ и количественная формулировка качественно установленных фактов, обобщений и законов конкретных наук;
◊ построение математических моделей (об этом несколько позже) и даже создание таких направлений, как математическая физика, математическая биология и т.д.;
◊ построение и анализ конкретных научных теорий, в частности их языка.

Рассмотрим математику как специфический язык науки, отличающийся от естественного языка, где, как правило, используют понятия, которые характеризуют определенные качества вещей и явлений (поэтому их часто называют качественными). Именно с этого начинается познание новых предметов и явлений. Следующий шаг в исследовании свойств предметов и явлений - образование сравнительных понятий, когда интенсивность какого-либо свойства отображается с помощью чисел. Наконец, когда интенсивность свойства или величины может быть измерена, т.е. представлена в виде отношения данной величины к однородной величине, взятой в качестве единицы измерения, тогда возникают количественные, или метрические, понятия.
Прогресс в научном познании часто связан с введением именно количественных понятий и созданием количественного языка, которые и исторически, и логически возникают на основе языка качественных описаний. Количественный язык выступает как дальнейшее развитие, уточнение и дополнение обычного, естественного языка, опирающегося на качественные понятия. Таким образом, количественные и качественные методы исследования не исключают, а скорее дополняют друг друга. Известно, что количественные понятия и язык использовались задолго до того, как возникло экспериментальное естествознание. Однако только после появления последнего они начинают применяться вполне сознательно и систематически. Язык количественных понятий наряду с экспериментальным методом исследования впервые успешно использовал Г. Галилей.
Преимущества количественного языка математики в сравнении с естественным языком состоят в следующем:
◊ такой язык весьма краток и точен. Например, чтобы выразить интенсивность какого-либо свойства с помощью обычного языка, нужно несколько десятков прилагательных. Когда же для сравнения или измерения используются числа, процедура упрощается. Построив шкалу для сравнения или выбрав единицу измерения, можно все отношения между величинами перевести на точный язык чисел. С помощью математического языка (формул, уравнений, функций и других понятий) можно гораздо точнее и короче выразить количественные зависимости между самыми разнообразными свойствами и отношениями, характеризующими процессы, которые исследуются в естествознании. С этой целью используются методы математики, начиная от дифференциального и интегрального исчисления и кончая современным функциональным анализом;
◊ опираясь на крайне важные для познания законы науки, которые отображают существенные, повторяющиеся связи предметов и явлений, естествознание объясняет известные факты и предсказывает неизвестные. Здесь математический язык выполняет две функции: с помощью математического языка точно формулируются количественные закономерности, характеризующие исследуемые явления; точная формулировка законов и научных теорий на языке математики дает возможность при получении из них следствий применить богатый математический и логический аппарат.
Все это показывает, что в любом процессе научного познания существует тесная взаимосвязь между языком качественных описаний и количественным математическим языком. Эта взаимосвязь конкретно проявляется в сочетании и взаимодействии естественно-научных и математических методов исследования. Чем лучше мы знаем качественные особенности явлений, тем успешнее можем использовать для их анализа количественные математические методы исследования, а чем более совершенные количественные методы применяются для изучения явлений, тем полнее познаются их качественные особенности.
Математика в естествознании:
◊ играет роль универсального языка, специально предназначенного для лаконичной точной записи различных утверждений. Конечно, все, что можно описать языком математики, поддается выражению на обычном языке, но тогда изъяснение может оказаться чересчур длинным и запутанным;
◊ служит источником моделей, алгоритмических схем для отображения связей, отношений и процессов, составляющих предмет естествознания. С одной стороны, любая математическая схема или модель - это упрощающая идеализация исследуемого объекта или явления, а с другой - упрощение позволяет ясно и однозначно выявить суть объекта или явления.
Поскольку в математических формулах и уравнениях отражены некие общие свойства реального мира, они повторяются в разных его областях. На этом свойстве построен такой своеобразный метод естественно-научного познания, как математическая гипотеза, когда к готовым математическим формам пытаются подобрать конкретное содержание. Для этого в подходящее уравнение из смежных областей науки подставляют величины другой природы, а затем производят проверку на совпадение с характеристиками исследуемого объекта. Эвристические возможности этого метода достаточно велики. Так, с его помощью были описаны основные законы квантовой механики: Э. Шрёдингер, приняв волновую гипотезу движения элементарных частиц, нашел уравнение, которое формально не отличается от уравнения классической физики колебаний нагруженной струны, дал его членам совершенно иную интерпретацию (квантово-механическую). Это позволило Шрёдингеру получить волновой вариант квантовой механики.

Приложение математики к разным отраслям естествознания

Приложения математики весьма разнообразны. По мнению акад. А.Н. Колмогорова, область применения математического метода принципиально не ограничена [13]. В то же время роль и значение математического метода в различных отраслях естествознания неодинаковы. Дело в том, что математические методы применимы для объектов и явлений, обладающих качественной однородностью и вследствие этого количественно и структурно сравнимых. Именно со сложностью выявления качественной однородности групп объектов и явлений связана трудность получения математических формул и уравнений для объектов естествознания. Чем более сложными и качественно различными являются природные объекты и явления, тем труднее их сравнивать количественно, т.е. тем труднее они поддаются математизации.
Математический метод полностью господствует в небесной механике, в частности в учении о движении планет. Имеющий очень простое математическое выражение закон всемирного тяготения почти полностью определяет изучаемый здесь круг явлений. Каждый результат, полученный на основе математического метода, с высокой точностью подтверждается в действительности.
В физике тоже велика роль математического метода. Почти не существует области физики, не требующей употребления развитого математического аппарата. Основная трудность исследования заключается не в применении математической теории, а в выборе предпосылок для математической обработки и в истолковании результатов, полученных математическим путем.
В химии для исследования закономерностей также широко используются математические методы. Это возможно потому, что при всем различии свойств химических элементов все они обладают и общей характеристикой - атомным весом. Сравнение элементов по этому признаку позволило Д.И. Менделееву построить Периодическую систему элементов. На выделении общих свойств химических веществ и соединений обычно и основывается применение математических методов в химии.
В биологических науках и науках о Земле математические методы часто играют подчиненную роль вследствие множества специфических свойств изучаемых здесь систем. Это затрудняет поиски качественной однородности среди них и соответственно математизацию этих наук. Однако и здесь есть высокоматематизированные отрасли, опирающиеся на изучение физических основ природных явлений (геофизика, биофизика и т.д.).
Таким образом, роль математизации в современном естествознании очень велика, и нередко новая теоретическая интерпретация какого-либо явления в естествознании считается полноценной, если удается создать математический аппарат, отражающий основные его закономерности. Однако не следует думать, что все естествознание в итоге будет сведено к математике. Построение различных формальных систем, моделей, алгоритмических схем — лишь одна из сторон развития научного знания, а естествознание развивается прежде всего как содержательное знание. Не удается формализовать сам процесс выдвижения, обоснования и опровержения гипотез, научную интуицию. Глубина объяснения и достоверность предсказания зависят в первую очередь от тех конкретных посылок, на которые они опираются, и математизация не может восполнить пробел в отсутствии такого рода посылок. Знаменитый естествоиспытатель Т. Гексли говорил, что математика, подобно жернову, перемалывает то, что под него засыпают, и, как, засыпав лебеду, вы не получите пшеничной муки, так, исписав целые страницы формулами, вы не получите истины из ложных предположений. А по мнению известного математика акад. Ю.А. Митропольского, применение математики к другим наукам имеет смысл только в единении с глубокой теорией конкретного явления, иначе можно сбиться на простую игру в формулы, за которой нет реального содержания.

ЛИТЕРАТУРА

  1. Белик А.П. Культурология. Антропологические теории культур. М., 1998.
  2. Букановский В.М. Принципы и основные черты классификации современного естествознания. Пермь, 1960.
  3. Грядовой Д.И. Концепции современного естествознания. Структурный курс основ естествознания. М., 2000.
  4. Кедров Б.М. Предмет и взаимосвязь естественных наук. М., 1967.
  5. Концепции современного естествознания /Под ред. В.Н. Лавриненко, В.П. Ратникова. М., 1997.
  6. Кузнецов Б.И., Идлис Г.М., Гутина В.Н. Естествознание. М., 1996.

Сущность математики и история ее развития

Математика как специфический язык естествознания

Как бы то ни было, естествознание все шире использует математический аппарат для объяснения природных явлений [21, 29]. Можно выделить несколько направлений математизации естествознания:
◊ количественный анализ и количественная формулировка качественно установленных фактов, обобщений и законов конкретных наук;
◊ построение математических моделей (об этом несколько позже) и даже создание таких направлений, как математическая физика, математическая биология и т.д.;
◊ построение и анализ конкретных научных теорий, в частности их языка.

Рассмотрим математику как специфический язык науки, отличающийся от естественного языка, где, как правило, используют понятия, которые характеризуют определенные качества вещей и явлений (поэтому их часто называют качественными). Именно с этого начинается познание новых предметов и явлений. Следующий шаг в исследовании свойств предметов и явлений - образование сравнительных понятий, когда интенсивность какого-либо свойства отображается с помощью чисел. Наконец, когда интенсивность свойства или величины может быть измерена, т.е. представлена в виде отношения данной величины к однородной величине, взятой в качестве единицы измерения, тогда возникают количественные, или метрические, понятия.
Прогресс в научном познании часто связан с введением именно количественных понятий и созданием количественного языка, которые и исторически, и логически возникают на основе языка качественных описаний. Количественный язык выступает как дальнейшее развитие, уточнение и дополнение обычного, естественного языка, опирающегося на качественные понятия. Таким образом, количественные и качественные методы исследования не исключают, а скорее дополняют друг друга. Известно, что количественные понятия и язык использовались задолго до того, как возникло экспериментальное естествознание. Однако только после появления последнего они начинают применяться вполне сознательно и систематически. Язык количественных понятий наряду с экспериментальным методом исследования впервые успешно использовал Г. Галилей.
Преимущества количественного языка математики в сравнении с естественным языком состоят в следующем:
◊ такой язык весьма краток и точен. Например, чтобы выразить интенсивность какого-либо свойства с помощью обычного языка, нужно несколько десятков прилагательных. Когда же для сравнения или измерения используются числа, процедура упрощается. Построив шкалу для сравнения или выбрав единицу измерения, можно все отношения между величинами перевести на точный язык чисел. С помощью математического языка (формул, уравнений, функций и других понятий) можно гораздо точнее и короче выразить количественные зависимости между самыми разнообразными свойствами и отношениями, характеризующими процессы, которые исследуются в естествознании. С этой целью используются методы математики, начиная от дифференциального и интегрального исчисления и кончая современным функциональным анализом;
◊ опираясь на крайне важные для познания законы науки, которые отображают существенные, повторяющиеся связи предметов и явлений, естествознание объясняет известные факты и предсказывает неизвестные. Здесь математический язык выполняет две функции: с помощью математического языка точно формулируются количественные закономерности, характеризующие исследуемые явления; точная формулировка законов и научных теорий на языке математики дает возможность при получении из них следствий применить богатый математический и логический аппарат.
Все это показывает, что в любом процессе научного познания существует тесная взаимосвязь между языком качественных описаний и количественным математическим языком. Эта взаимосвязь конкретно проявляется в сочетании и взаимодействии естественно-научных и математических методов исследования. Чем лучше мы знаем качественные особенности явлений, тем успешнее можем использовать для их анализа количественные математические методы исследования, а чем более совершенные количественные методы применяются для изучения явлений, тем полнее познаются их качественные особенности.
Математика в естествознании:
◊ играет роль универсального языка, специально предназначенного для лаконичной точной записи различных утверждений. Конечно, все, что можно описать языком математики, поддается выражению на обычном языке, но тогда изъяснение может оказаться чересчур длинным и запутанным;
◊ служит источником моделей, алгоритмических схем для отображения связей, отношений и процессов, составляющих предмет естествознания. С одной стороны, любая математическая схема или модель - это упрощающая идеализация исследуемого объекта или явления, а с другой - упрощение позволяет ясно и однозначно выявить суть объекта или явления.
Поскольку в математических формулах и уравнениях отражены некие общие свойства реального мира, они повторяются в разных его областях. На этом свойстве построен такой своеобразный метод естественно-научного познания, как математическая гипотеза, когда к готовым математическим формам пытаются подобрать конкретное содержание. Для этого в подходящее уравнение из смежных областей науки подставляют величины другой природы, а затем производят проверку на совпадение с характеристиками исследуемого объекта. Эвристические возможности этого метода достаточно велики. Так, с его помощью были описаны основные законы квантовой механики: Э. Шрёдингер, приняв волновую гипотезу движения элементарных частиц, нашел уравнение, которое формально не отличается от уравнения классической физики колебаний нагруженной струны, дал его членам совершенно иную интерпретацию (квантово-механическую). Это позволило Шрёдингеру получить волновой вариант квантовой механики.

Приложение математики к разным отраслям естествознания

Приложения математики весьма разнообразны. По мнению акад. А.Н. Колмогорова, область применения математического метода принципиально не ограничена [13]. В то же время роль и значение математического метода в различных отраслях естествознания неодинаковы. Дело в том, что математические методы применимы для объектов и явлений, обладающих качественной однородностью и вследствие этого количественно и структурно сравнимых. Именно со сложностью выявления качественной однородности групп объектов и явлений связана трудность получения математических формул и уравнений для объектов естествознания. Чем более сложными и качественно различными являются природные объекты и явления, тем труднее их сравнивать количественно, т.е. тем труднее они поддаются математизации.
Математический метод полностью господствует в небесной механике, в частности в учении о движении планет. Имеющий очень простое математическое выражение закон всемирного тяготения почти полностью определяет изучаемый здесь круг явлений. Каждый результат, полученный на основе математического метода, с высокой точностью подтверждается в действительности.
В физике тоже велика роль математического метода. Почти не существует области физики, не требующей употребления развитого математического аппарата. Основная трудность исследования заключается не в применении математической теории, а в выборе предпосылок для математической обработки и в истолковании результатов, полученных математическим путем.
В химии для исследования закономерностей также широко используются математические методы. Это возможно потому, что при всем различии свойств химических элементов все они обладают и общей характеристикой - атомным весом. Сравнение элементов по этому признаку позволило Д.И. Менделееву построить Периодическую систему элементов. На выделении общих свойств химических веществ и соединений обычно и основывается применение математических методов в химии.
В биологических науках и науках о Земле математические методы часто играют подчиненную роль вследствие множества специфических свойств изучаемых здесь систем. Это затрудняет поиски качественной однородности среди них и соответственно математизацию этих наук. Однако и здесь есть высокоматематизированные отрасли, опирающиеся на изучение физических основ природных явлений (геофизика, биофизика и т.д.).
Таким образом, роль математизации в современном естествознании очень велика, и нередко новая теоретическая интерпретация какого-либо явления в естествознании считается полноценной, если удается создать математический аппарат, отражающий основные его закономерности. Однако не следует думать, что все естествознание в итоге будет сведено к математике. Построение различных формальных систем, моделей, алгоритмических схем — лишь одна из сторон развития научного знания, а естествознание развивается прежде всего как содержательное знание. Не удается формализовать сам процесс выдвижения, обоснования и опровержения гипотез, научную интуицию. Глубина объяснения и достоверность предсказания зависят в первую очередь от тех конкретных посылок, на которые они опираются, и математизация не может восполнить пробел в отсутствии такого рода посылок. Знаменитый естествоиспытатель Т. Гексли говорил, что математика, подобно жернову, перемалывает то, что под него засыпают, и, как, засыпав лебеду, вы не получите пшеничной муки, так, исписав целые страницы формулами, вы не получите истины из ложных предположений. А по мнению известного математика акад. Ю.А. Митропольского, применение математики к другим наукам имеет смысл только в единении с глубокой теорией конкретного явления, иначе можно сбиться на простую игру в формулы, за которой нет реального содержания.

Презентация

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

РОЛЬ МАТЕМАТИКИ В СОВРЕМЕННОМ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ Работу выполнила: учитель математики Батыргалиева Оксана Камильевна

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

ЦЕЛЬ: ПРОАНАЛИЗИРОВАТЬ И ОПИСАТЬ РОЛЬ МАТЕМАТИКИ В СОВРЕМЕННОМ ЕСТЕСТВОЗНАНИИ Выяснить : Что может математика? История возникновения математики. Какова роль математики в современном естествознании?

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

ЗАЧЕМ МАТЕМАТИКА НУЖНА ЧЕЛОВЕКУ? Математика является одним из самых важных достижений культуры и цивилизации. Без нее развитие технологий и познание природы были бы немыслимыми вещами!

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

НУЖНА ЛИ МАТЕМАТИКА В ЖИЗНИ ЛЮДЕЙ? ● Математика нужна всем вне зависимости от рода занятий и профессии. Однако для разных людей необходима и различная математика: для продавца может быть достаточно знаний простейших арифметических операций, а для истинного естествоиспытателя обязательно требуются глубокие знания современной математики, поскольку только на их основе возможно открытие законов природы и познание ее гармонического развития.

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

ЧТО ТАКОЕ МАТЕМАТИКА? Математика — наука о структурах, порядке и отношениях, которая исторически сложилась на основе операций подсчёта, измерения и описания форм реальных объектов.

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

Для построения математической системы используются, как правило, два метода: аксиоматический и конструктивистский. При аксиоматическом методе исходят из аксиом ( исходных положений теории) и правил вывода ( дедукции) из них других положений. В случае конструктивистского метода исходят из принимаемых интуитивно очевидными математических конструктов, используют подходящую для построения последовательность шагов.

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ МАТЕМАТИКИ? ● Самой древней математической деятельностью был счет. Счет был необходим, чтобы следить за поголовьем скота и вести торговлю. Некоторые первобытные племена подсчитывали количество предметов, соотнося их с различными частями тела, главным образом пальцами рук и ног. Наскальный рисунок, сохранившийся до наших времен от каменного века, изображает число 35 в виде серии выстроенных в ряд 35 палочек­пальцев. Первыми существенными успехами в арифметике стали концептуализация числа и изобретение четырех основных действий: сложения, вычитания, умножения и деления. Первые достижения геометрии связаны с такими простыми понятиями, как прямая и окружность. Дальнейшее развитие математики началось примерно в 3000 до н.э. благодаря вавилонянам и египтянам.

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

Попытка пифагорейцев положить в основу мировой гармонии целые числа была поставлена под сомнение после того, как были обнаружены иррациональные числа. Платоновская школа (IV век до н. э.) выбрала иной, геометрический фундамент математики. На этом пути были достигнуты величайшие успехи античной математики (Евклид, Архимед, Аполлоний Пергский и другие).

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

ПИФАГОР ПЛАТОН РЕНЕ ДЕКАРТ Жил в 6 в до н э . Создал свою школу, первый стал рассуждать о числах . Всем известна его теорема. 1636г. метода Жил до н э , Жил в 15 в., в в 387 г в Афинах создал основы основал Академию. координат.

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

ЛЕОНАРД ЭЙЛЕР Крупнейший математик 18 в, его исследования относятся практически ко всем областям математики. В 1701 году императорским указом была учреждена в Сухаревой башне математически­навигацкая школа, где преподавал Л. Ф. Магницкий. По поручению Петра I он написал (на церковно­славянском) известный учебник арифметики (1703), а позже издавал навигационные и логарифмические таблицы. Учебник Магницкого для того времени был исключительно добротным и содержательным.

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

Назначение математики состоит в том, она вырабатывает для остальной науки, прежде всего для естествознания, структуры мысли, формулы, на основе которых можно решать проблемы специальных наук. Математика не основана на эксперименте, а порождена человеческим разумом.

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

РОЛЬ МАТЕМАТИКИ Математика играет важную роль в естественнонаучных, инженерно­технических и гуманитарных исследованиях. Причина проникновения математики в различные отрасли знаний заключается в том, что она предлагает весьма четкие модели для изучения окружающей действительности в отличие от менее общих и более расплывчатых моделей, предлагаемых другими науками. Математика имеет огромное значение в современном естествознании. Зачастую новое теоретическое объяснение какого­либо явления в естествознании считается полноценным, если можно создать математический аппарат, который отражал бы основные его закономерности.

Презентация "Роль математики в современном естествознании" (математика 7касс)

Презентация

РОЛЬ МАТЕМАТИКИ В ЕСТЕСТВОЗНАНИИ В современном мире роль математики в естествознании усиливается. Зачастую теоретические данные о каком­либо объекте являются неполноценными, пока не будет создано доказательство, основанное на математических методах, обосновывающих логику данных явлений и объектов. Математическое образование должно составлять неотъемлемую часть культурного багажа каждого человека. Разрушая математику, математическое образование, мы разрушаем общечеловеческую культуру, уничтожаем историю человечества. Вселенная функционирует по законам математики. Вот почему эта наука сохраняет непреходящую ценность уже на протяжении долгих лет.

Читайте также: