Đề cương Khoa học tự nhiên và Công nghệ - Quy luật của thế giới tự nhiên | Đại học Sư Phạm Hà Nội

QUY LUẬT THẾ GIỚI TỰ NHIÊN
- Quy luật là mối liên hệ bản chất, tất nhiên, phổ biến và lặp lại giữa các sự vật,
hiện tượng hay giữa các yếu tố cấu thành, các thuộc tính của sự vật, hiện tượng.
- Quy luật có 2 tính chất cơ bản, đó là: tính khách quan và tính ổn định.
1. QUY LUẬT VỀ TÍNH ĐA DẠNG a. Khái niệm
- Thế giới tự nhiên vô cùng đa dạng và phong phú Sự đa dạng giúp duy trì 
cân bằng hệ sinh thái và cung cấp tài nguyên hữu ích.
- Đa dạng sinh học có vai trò quan trọng trong việc phát triển kinh tế - xã hội, bảo vệ môi trường.
- Đa dạng sinh học là sự khác nhau giữa các sinh vật ở tất cả mọi nơi. Bao hàm
sự khác nhau trong một loài, giữa các loài và giữa các hệ sinh thái khác nhau.
- Đa dạng gen là tổng số các đặc điểm di truyền trong thành phần di truyền của
một loài. Là 1 phương pháp để các quần thể có thể thích nghi với môi trường sống.
b. Ví dụ: Sự đa dạng sinh học ở Việt Nam
- Theo các tài liệu thống kê, Việt Nam là một trong 25 nước có mức độ đa dạng
sinh học cao trên thế giới với dự tính có thể có tới 20.000 - 30.000 loài thực vật.
Việt Nam được xếp thứ 16 về mức độ đa dạng sinh học (chiếm 6,5% số loài có
trên thế giới). Với thành phần loài thực vật, động vật ở Việt Nam được thống kê
thì nhóm sinh vật vi tảo ở vùng nước ngọt được xác định là 1.438 loài chiếm
9,6% so với thế giới (số loài có trên thế giới là 15.000), thực vật bậc cao có
khoảng 11.400 loài chiếm 5% so với thế giới (số loài có trên thế giới là
220.000), bò sát có 296 loài chiếm 4,7% so với thế giới (số loài có trên thế giới là 6.300).
- Khu hệ thực vật ở Việt Nam: tổng kết các công bố về hệ thực vật Việt Nam, đă
ghi nhận có 15.986 (khoảng 16000) loài thực vật ở Việt Nam. Trong đó, có 1
4.528 loài thực vật bậc thấp và 11.458 loài thực vật bậc cao. Trong số đó có 10%
số loài thực vật là đặc hữu.
- Khu hệ động vật Việt Nam: hiện sơ bộ đã thống kê được 307 loài giun tròn,
161 loài giun sán ký sinh ở gia súc, 200 loài giun đất, 145 loài ve giáp, 113 loài
bọ nhảy, 7.750 loài côn trùng, 260 loài bò sát, 120 loài ếch nhái, 840 loài chim,
310 loài và phân loài (phụ loài) thú. c. Lợi ích: * Tính đa dạng:
- Giúp duy trì sự cân bằng trong hệ sinh thái
- Cung cấp cho con người những tài nguyên, khoáng sản, năng lượng * Đa dạng sinh học: - Giá trị trực tiếp:
+ Giá trị tiêu thụ: làm củi đốt, sưởi ấm, cung cấp rau, củ, quả, thịt, cá,
+ Giá trị sản xuất: cung cấp các loại thực phẩm, gỗ, nhữa, dầu, mây, hoa quả. - Giá trị gián tiếp:
+ Bảo vệ nguồn tài nguyên đất và nước + Điều hòa khí hậu + Phân hủy chất thải
+ Giá trị triển lãm, du lịch
+ Giá trị giáo dục và khoa học
d. Đa dạng sinh học có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội và
bảo vệ môi trường
- Là vấn đề mang tính toàn cầu
- Là cơ sở để đảm bảo an ninh lương thực
- Duy trì nguồn gen vật nuôi, cây trồng
- Cung cấp nguyên vật liệu cho xây dựng và các nguồn nhiên liệu, dược liệu
 Bảo tồn đa dạng sinh học là vấn đề chung của cả thế giới.
2. QUY LUẬT VỀ TÍNH CẤU TRÚC 2
a. Khái niệm:
- Thế giới tự nhiên tuy đa dạng, luôn vận động và phát triển nhưng chúng ta có
thể thấy rằng mọi sự vật hiện tượng trong thế giới tự nhiên đều có cấu trúc nhất định.
- Thông thường các cấu trúc đó được mô phỏng bởi các mô hình. Vì thế khi
nghiên cứu về thế giới tự nhiên, các nhà khoa học thường xây dựng nên các mô
hình đại diện cho các sinh vật, hiện tượng trong tự nhiên.
b. Đặc điểm:
- Mỗi chất có cấu trúc khác nhau vì thế tính chất khác nhau.
- Đa số các thực thể trong tự nhiên là không nhẵn, không tròn là những thứ rối ren
- Sự không đồng đều của các thực thể không phải là tuyết đối ngẫu nhiên, mà
trong hình thể không đều đặn có đều đặn.
- Với những sự vật, hiện tượng trong thế giới tự nhiên mà có cấu trúc quan sát
được thì thường hiển hiện ở dạng hình học, hình đơn lẻ hoặc hình tổ hợp. c. Ý nghĩa:
- Việc xác định cấu trúc có ý nghĩa đặc biệt vì từ cấu trúc có thể suy ra tính
chất - Xây dựng các mô hình thuận lời cho việc nghiên cứu, quan sát gián tiếp
giúp hình dung được cấu trúc của sự vật hiện tượng một cách hợp lí, tương đối chính xác.
- Thường xuyên cải tiến mô hình dựa vào những mô hình trước đó Phát  triển, chính xác hơn.
d. Ví dụ: thực thể Fractal
- Thực thể Fractal là thực thể có mức điih không đều đặn, luôn không đổi ở
những thang bậc, mỗi thang bậc phản ánh một mức độ đều đặn.
- Fractal là thuật ngữ do Mandelbrot nhà toán học vĩ đại thế kỷ 20 đưa ra khi
ôn khảo sát những hình hoặc những hiên tượng trong thiên nhiên không có đặc trưng về độ dài. 3
- Ứng dụng trong y học và sinh học:
+ Các nhà khoa học đã tìm ra mối quan hệ giữa Fractal với hình thù tế bào,
trao đổi chất, ADN, nhịp tim.
+ Chuẩn đoán bệnh bằng cách cách quan sát hình dạng của thế bào theo quan
điểm Fractal dễ dàng tìm ra bệnh lý con người.
+ Lĩnh vực này còn mới mẻ cần được nghiên cứu thêm
- Ứng dụng trong hóa học:
+ Sử dụng trong việc khảo sát các hợp chất cao phân tử
+ Tính đa dạng về cấu trúc polyme thể hiện sự phong phú về đặc tính của hợp
chất cao phân tử chính là các Fractal.
- Ứng dụng trong vật lí:
+ Khi nghiên cứu các hệ cơ học có năng lượng tiêu hao (ma sát) người ta thấy
trạng thái của các hệ đó khó xác định trước được và hình ảnh hình học của
chúng là các đối tượng Fractal. - Dự báo thời tiết:
+ Hệ thống dự báo thời tiết là một hệ động lực hỗn độn, không có ý nghĩa dự
đoán trong thời gian dài Quy luật biến đổi của nó tuân theo quy luật Fractal.  - Thiên văn học:
+ Các hành tinh không phải chuyển đọng theo một quỹ đạo Ellipse như trong
hình học Eulide mà nó chuyển động theo các đường Fractal. - Kinh tế:
+ Mô tả biến động của giá cả trên thị trường chứng khoán bằng các đồ thị Fractal
+ Tuân theo quy luật của hình học Fractal. - Khoa học máy tính:
+ Thiết kế các hình ảnh đẹp trên máy tính một cách đơn giản
+ Ứng dụng trong công nghệ nén ảnh một cách hiệu quả 4
- Âm nhạc: hình học Fractal cũng được đưa vào ứng dụng, là sơ sở cấu thành các nốt nhạc.
- Các lĩnh vực khác: ứng dụng trong việc đo chiều dài bờ biển chính xác và mô
tả hình ảnh nhấp nhô của đồi núi.
3. QUY LUẬT VỀ TÍNH TUẦN HOÀN
a. Khái niệm: trong thế giới tự nhiên, cấu trúc của các hệ thống hoặc sự vận
động và biến đổi của các hệ thống đều mang tính lặp đi lặp lại Tính tuần  hoàn.
b. Đặc điểm, tính chất: + Là chu trình khép kín
+ Lặp đi lặp lại sau một chu kỳ
+ Liên kết giữa các bộ phận trong một hệ thống c. Ý nghĩa:
- Tìm hiểu quy luật cho phép con người hiểu rõ các quy luật vận động và phát
triển của thế giới tự nhiên Nắm bắt được quá trình hình thành và phát triển  ở động thực vật.
- Giúp con người dự báo và hạn chế được các ảnh hưởng xấu của thế giới tự
nhiên, thảm họa thiên tai gây ra.
 Dự đoán được các sự kiện và quá trình diễn ra trong tương lai.
d. Ví dụ: vòng tuần hoàn của Cacbon
* Nước là hợp chất phổ biến nhất trên Trái Đất, và toàn bộ sự sống
trên hành tinh này cũng phụ thuộc vào nó. Nước có vai trò quan
trọng trong cơ thể sinh vật (70% trọng lượng cơ thể chúng ta là
nước). Bộ rễ thực vật nhờ có nước mà hút được các chất khoáng hòa
tan. Động vật nhờ nước trong các mô của phổi mà hấp thụ được oxy từ không khí.
* Vòng tuần hoàn nước bắt nguồn chủ yếu từ nước trong các biển và
đại dương, gồm các quá trình: 5 - Bốc thoát hơi:
+ Dưới tác dụng của bức xạ Mặt trời, nước bốc hơi từ bề mặt đại
dương, hồ đầm, sông ngòi, … và cả từ bề mặt đất ẩm. Ngoài ra, sinh
vật, đặc biệt là rừng cây cũng thoát ra một lượng hơi nước lớn để
điều hòa môi trường sống.
+ Hơi nước tồn tại trong khí quyển không nhiều lắm và tùy thuộc
vào điều kiện nhiệt độ, có thể ở các dạng hơi, mây, sương mù, …
- Nước rơi: khi nhiệt độ của không khí hạ thấp, hơi nước sẽ ngưng tụ
thành hạt lớn và dưới tác dụng của trọng lực sẽ rơi xuống mặt đất tạo
thành nước rơi. Nước rơi có thể ở dạng lỏng là mưa hay ở dạng xốp
là tuyết và thậm chí cả ở dạng rắn: mưa đá
- Dòng chảy: khi nước rơi tới bề mặt đất, đại bộ phận sẽ tham gia
vào các quá trình bốc hơi. Phần nhỏ còn lại sẽ tập trung tại các dải
trũng và chảy thành dòng, đó là các dòng chảy. Phần lớn các dòng
chảy tồn tại ở dạng lỏng đó là dòng sông, suối, một phần khác sẽ ở
dạng rắn đó là băng hà. Hầu hết các dòng chảy đều đổ ra biển và đại dương.
- Ngấm: trên mặt đất ngoài một số ít nước chảy trên mặt, phần còn
lại ngấm xuống đất thành nước dưới đất tạo thành nước ngầm. Nước
ngầm chảy theo đất dốc và cuối cùng lộ ra bề mặt để cung cấp nước
cho ngòi, dưới dạng suối
 Đến đây vòng tuần hoàn của nước lại được lặp đi lặp lại, từ đó
vòng tuần hoàn của nước có ý nghĩa:
- Thúc đẩy quá trình trao đổi vật chất và năng lượng, góp phần duy
trì và phát triển sự sống trên Trái Đất.
- Phân phối, điều hòa lại nguồn nhiệt ẩm giữa đại dương và lục địa,
giữa các vùng ẩm ướt và các vùng khô hạn. 6
- Tác động sâu sắc đến khí hậu, chế độ thủy văn, làm thay đổi địa
hình cảnh quan trên Trái Đất.
4. QUY LUẬT VỀ TÍNH HỆ THỐNG
a. Khái niệm: “Vật chất trong tự nhiên tồn tại và được tổ chức
thành các hệ thống” - Quy luật hệ thống:
+ Tổng thể bao gồm một nhóm các thực thể tương tác hoặc liên quan với nhau
tạo thành một thể thống nhất để thực hiện một chức năng với nhau, đảm bảo
việc thực hiện chức năng chung của toàn bộ hệ thống.
+ Một hệ thống được phân định bởi các ranh giới không gian và thời gian, được
bao quanh và ảnh hưởng bởi môi trường của nó, được mô tả cấu trúc và mục
đích của nó và được thể hiện chức năng của nó.
b. Phân loại:
* Hệ thống trong tự nhiên:
- Hệ cơ quan trong cơ thể sống: tiêu hóa, hệ sinh sản…
- Hệ thống Mặt Trăng – Trái Đất – Mặt Trời (hiện tượng nhật,
nguyệt thực, trái đất quanh mặt trời...)
- Sinh giới chia theo hệ thống: giới - ngành - lớp - bộ - họ - chi - loài
 Hệ thống tự nhiên có thể không có mục tiêu rõ ràng nhưng hình
thái chúng lại cho phép con người quan sát được tính mục đích của hệ thống.
* Hệ thống nhân tạo: hệ thống mạch điện, hệ thống vận hành của
một chiêc oto, bút chì…
 Hệ thống nhân tạo do các con người tạo ra đạt đến các mục đích khác nhau
bằng một số hành động được thực hiện bởi hoặc cùng với hệ thống.
c. Đặc điểm:
- Đã là hệ thống thì phải có “kết cấu” 7
+ Các bộ phận của hệ thống phải liên quan, hoạt động chi phối lẫn nhau Thực hiện mục đích chung.
+ Nếu hệ thống là một thể thống nhất bao gồm các yếu tố có quan hệ và liên
hệ lẫn nhau thì “kết cấu’’ là tổng thể các mối quan hệ và liên hệ giữa các yếu
tố của thể hệ thống đó.
 Kết cấu nằm trong hệ thống
+ Kết cấu phản ánh hình thức sắp xếp của các yếu tố và tính chất của sự tác
động lẫn nhau của các mặt, thuộc tính của chúng.
+ Mặt, thuộc tính tác động lẫn nhau mạnh, lớn Kết cấu hệ thống phức tạp
+ Cùng một yếu tố, khi tác động vào những mặt khác nhauHệ thống khác nhau. d. Ý nghĩa:
- Hiểu rõ chức năng nhất định, tính đọc lập tương đối của mỗi phần tử trong hệ thống.
- Hiểu rõ những mối quan hệ và liên hệ lẫn nhau giữa các phần tử ảnh hưởng đến hệ thống.
- Nhận biết được những thuộc tính mới (tính trồi của hệ thống) mà từng
phần tử riêng lẻ không có hoặc có không đáng kể.
 Cho phép con người hiểu rõ các quy luật vận động và phát triển của thế
giới tự nhiên, không chỉ giải thích thế giới mà còn cải tạo thế giới.
e. Ví dụ: hệ thống nhân tạo: cây bút bi.
- Bút bi có cấu tạo 3 phần cơ bản: vỏ, ruột và bộ phận điều chỉnh bút
+ Vỏ: làm bằng nhựa tổng hợp nhẹ
+ Ruột: bằng nhựa dẻo hình trụ, bên trong rỗng để chứa mực
+ Bộ phận điều chỉnh bút: lò xo, nắp
- Bộ phận điều chỉnh bút, mục đích là để điều chỉnh ngòi bút
- Ngòi bút làm bằng kim loại để tránh bị gỉ theo thời gian
- Bên trong ngòi bút là một viên bi cũng làm bằng kim loại 8
- Khi viết, viên bi giúp mực lăn ra đều hơn, độ thanh đậm phụ thuộc vào kích
thước viên bi Hiểu về hệ thống của cây bút bi, giúp con người dễ dàng tự  sửa khi gặp trục trắc
 Là nguồn động lực để con người tìm ra cách khắc phục những khuyết điểm và cải tiến hơn.
Ví dụ về một hệ thống trong tự nhiên: hệ thống cơ thể người
- Cơ thể sống, đặc biệt là của con người, là một trong những hệ thống phức tạp nhất.
- Cơ thể người là một tổng thể thống nhất bao gồm rất nhiều các cơ quan khác
nhau cùng thực hiện một chức năng chung đó chính là giúp bộ máy cơ thể hoạt
động trơn tru và ổn định.
- Về bản chất, các cơ quan trong cơ thể người được chia thành các bộ phận trực
thuộc các hệ thống định danh khác nhau gọi là hệ cơ quan (là một nhóm các cơ
quan hoạt động cùng nhau để thực hiện một chức năng nhất định). * : Hệ thống tuần hoàn
- Là một hệ thống mạng lưới bao gồm bạch huyết, máu và các mạch máu trong
cơ thể. Hệ thống này có chức năng giúp vận chuyển oxy, chất dinh dưỡng và các
hormone cần thiết đi đến khắp các tế bào để nuôi dưỡng và cải thiện hoạt động tốt hơn.
- Bao gồm các bộ phận như não, tim, phổi, thận với chức năng chính là vận
chuyển khí và chất dinh dưỡng đến mô, tế bào trên toàn bộ cơ thể.
- Hiểu rõ về hệ thống tuần hoàn cho phép con người hiểu được các quy luật vận
hành của các cơ quan trong hệ tuần hoàn. Từ đó giúp con người có thể nhận biết
các bệnh và xây dựng được phác đồ điều trị cho những bệnh liên quan đến hệ
tuần hoàn hay để trả lời câu hỏi “Cần làm gì để hệ tuần hoàn hoạt động tốt?” * Hệ hô hấp: 9
- Để các tế bào có thể hình thành và phát triển một cách khỏe mạnh, bên cạnh
nguồn cung cấp khí huyết từ hệ thống tuần hoàn, các cơ quan trong cơ thể cũng
cần được bổ sung oxy một cách hợp lý. Và đó chính là chức năng quan trọng của
hệ hô hấp bên trong cơ thể.
- Hệ hô hấp bao gồm mũi, phế quản, phổi và thanh quản với chức năng chính là
đường dẫn khí để cung cấp đầy đủ oxy đến toàn bộ các cơ quan trong cơ thể.
- Hiểu rõ về hệ hô hấp cho phép con người hiểu được các quy luật vận hành của
các cơ quan trong hệ hô hấp. Từ đó giúp con người có thể nhận biết các bệnh và
xây dựng được phác đồ điều trị cho những bệnh liên quan đến hệ hô hấp hay để
trả lời câu hỏi “Cần làm gì để hệ hô hấp hoạt động tốt?” * : Hệ tiêu hóa
- Hệ tiêu hóa là hệ thống có chức năng chọn lọc, chuyển hóa và phân hủy thức
ăn khi được hấp thụ vào cơ thể.
- Quá trình này được hoạt động thông qua các cơ quan như dạ dày, ruột, thực quản, tuyến tụy và gan.
- Hệ thống tiêu hóa bao gồm các cơ quan như sau: Dạ dày, thanh quản, miệng,
lưỡi, răng, cơ hoành, gan, ruột non, túi mật, tuyến tụy.
- Hiểu rõ về hệ tiêu hóa cho phép con người hiểu được các quy luật vận hành
của các cơ quan trong hệ tiêu hóa. Từ đó giúp con người có thể nhận biết các
bệnh và xây dựng được phác đồ điều trị cho những bệnh liên quan đến hệ tiêu
hóa hay để trả lời câu hỏi “Cần làm gì để hệ tiêu hóa hoạt động tốt?” * Hệ bài tiết:
- Giúp cơ thể lọc và đào thải các loại chất cặn bã ra khỏi cơ thể và duy trì lượng
nước cần thiết cho hoạt động sống của con người
- Giúp cân bằng chất điện giải trong các loại chất lỏng cơ thể, duy trì độ pH trong máu. 10