ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP HỌC PHẦN MÔN KHTN&CN 2023
Chủ đề 1: Sáu quy luật của thế giới tự nhiên
- Tính đa dạng: giúp duy trì sự cân bằng trong các hệ sinh thái và
cung cấp cho con người những tài nguyên hữu ích. Chẳng hạn, sự đa
dạng của thế giới vô sinh cung cấp cho con người tài nguyên, khoáng
sản, năng lượng,… phục vụ cho cuộc sống của con người. Đa dạng sinh
học có vai trò đặc biệt quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội và bảo
vệ môi trường ở Việt Nam, là cơ sở 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 không chỉ
là vấn đề của một quốc gia, một địa phương, vùng lãnh thổ hay một cá
nhân mà là vấn đề chung của tất cả các nước.
Vậy đa dạng sinh học là gì?
Đa dạng sinh học (tiếng Anh: biodiversity) được định nghĩa là sự khác
nhau giữa các sinh vật sống ở tất cả mọi nơi, bao gồm: các hệ sinh thái
trên cạn, sinh thái trong đại dương và các hệ sinh thái thuỷ vực khác,
cũng như các phức hệ sinh thái mà các sinh vật là một thành phần trong
đó. Thuật ngữ đa dạng sinh học này cũng bao hàm sự khác nhau trong
một loài, giữa các loài và giữa các hệ sinh thái khác nhau. Thuật ngữ "đa
dạng sinh học" được đưa ra lần đầu tiên bởi hai nhà khoa học Elliot
Norse52 và McManus vào năm 1980. Định nghĩa này bao gồm hai khái
niệm có liên quan với nhau là: đa dạng di truyền (tính đa dạng về mặt di
truyền trong một loài) và đa dạng sinh thái (số lượng các loài trong một
quần xã sinh vật). Cho đến nay đã có hơn 25 định nghĩa nữa cho thuật
ngữ "đa dạng sinh học" này. Trong đó, định nghĩa của tổ chức FAO (Tổ
chức Lương nông Liên hiệp quốc) cho rằng: "đa dạng sinh học là tính đa
dạng của sự sống dưới mọi hình thức, mức độ và mọi tổ hợp, bao gồm
đa dạng gen, đa dạng loài và đa dạng hệ sinh thái" VD: + T
rong rừng rậm nhiệt đới có rât nhiều các loài động vật cùng sinh
sống (vd: hươu, nai, hổ, báo,…)
- Tính cấu trúc: 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 sự vật, hiện tượng trong tự nhiên.
Các mô hình được xây dựng để tạo điều kiện cho việc hiểu biết các quá
trình và các cấu trúc không thể được quan sát trực tiếp, hoặc để đưa ra
dự đoán một cách hợp lý và dễ dàng hơn. Mô hình hành tinh của nguyên
tử của Rutherford hay Mô hình nguyên tử của Bohr53 đã giúp con người
hiểu được cấu trúc của thế giới vi mô, từ đó ra đời Vật lí hạt nhân và
nhiều chuyên ngành khác nữa của Vật lí học hiện đại.
Với những sự vật, hiện tượng tồn tại trong Thế giới tự nhiên mà có cấu
trúc quan sát được thì các cấu trúc đó thường hiển hiện ở dạng hình học
nào đó, hình đơn lẻ hoặc hình tổ hợp. Chính ở đây, Toán học cung cấp
cho chúng ta phương tiện nhận thức cấu trúc của các sự vật, hiện tượng
trong tự nhiên bằng cách mô hình hóa cấu trúc của chúng về những dạng
hình. Chẳng hạn, con người cũng vậy, từng bộ phận đều có thể quy về
các hình hình học cơ bản và toàn thể cũng là một hình có thể xác định được.
Các tinh thể trong H lại có óa học
cấu trúc được thể hiện qua các đa diện
đặc biệt, trong đó có các đa diện đều. Đa số của các thực thể trong Tự
nhiên là không nhẵn, không tròn, là những thứ rối ren, chằng chịt. Sự
không đều đặn của các thực thể không phải tuyệt đối ngẫu nhiên, mà
trong hình thể không đều đặn có đều đặn. Nhiều thực thể có mức độ
không đều đặn luôn không đổi ở những thang bậc, mỗi thang bậc phản
ánh một mức độ đều đặn. Những thực thể như thế được gọi là thực thể
Fractal. Với những thực thể Fractal, dù vị trí quan sát gần hay xa thì
những chi tiết nhỏ khi đến gần hiện ra giống như nhìn từ xa, vật thể vẫn
thể hiện bấy nhiêu mức của tính không đều đặn. Một chi tiết lặp lại bên
trong một chi tiết lớn hơn, họa tiết này nằm trong họa tiết lớn hơn giống
như thế,… mãi cho đến vô tận. Cấu trúc Fractal của thực thể được thấy ở
mọi nơi, từ Địa chất học cho đến Thực vật học, Động vật học, Truyền
tin, Công nghệ ảnh, Kinh tế học,… và trong cả Kiến trúc. Qua một số
cấu trúc Fractal tiêu biểu cho ta thấy cấu trúc tự nhiên luôn tuân thủ một
nguyên tắc hình học xác định, đây cũng là cách mà tự nhiên xác lập trật
tự để tạo ra sự hài hòa trong sự hỗn độn của toàn thể. Hình học Fractal
do Benoit Mandelbrot54 sáng lập đã cung cấp cho ta một công cụ mạnh
để hiểu cấu trúc của các thực thể Fractal. Cũng cần phải nói thêm rằng
tuy việc xây dựng các mô hình là đặc biệt quan trọng trong nghiên cứu
về Thế giới tự nhiên nhưng làm thế
nào để chúng ta biết được các mô
hình được sử dụng là đại diện tốt hay chưa của hệ thống thực vẫn là
những câu hỏi khó cho các nhà khoa học. Vì thế, việc cải tiến các mô
hình hay xây dựng các mô hình mới dựa trên những mô hình trước đó, là
công việc thường xuyên của các nhà khoa học nối tiếp nhau từ thế hệ
này sang thế hệ khác. Chúng ta sẽ thấy rõ hơn điều đó qua lịch sử xây
dựng các mô hình của nguyên tử.
Trong Công nghệ thông tin, dữ liệu của các bài toán thực tế đều được tổ
chức dưới các dạng có cấu trúc trước khi được chuyển hóa cho máy tính
thực hiện. Cụ thể một cấu trúc dữ liệu là một định dạng cho việc tổ chức,
xử lý, thu hồi và lưu trữ dữ liệu. Mỗi cấu trúc dữ liệu chứa đựng thông
tin về giá trị dữ liệu, mối quan hệ giữa các dữ liệu và các phép toán thực
hiện trên dữ liệu đó. Các cấu trúc dữ liệu được phân loại theo đặc tính,
có thể có các đặc tính sau:
- Tuyến tính hoặc không tuyến tính: Đặc tính này mô tả các phần tử dữ
liệu được sắp xếp có thứ tự (ví dụ như danh sách, mảng) hay là không có
thứ tự (ví dụ như đồ thị).
- Đồng nhất hoặc không đồng nhất: Đặc tính này mô tả tất cả các phần
tử trong kho dữ liệu có thuộc cùng một loại hay nhiều loại khác nhau. - Tĩnh hoặc :
động Cấu trúc dữ liệu tĩnh có
kích thước, cấu trúc và vị trí
lưu trữ trong bộ nhớ là cố định; Trong khi với cấu trúc dữ liệu động thì
các thông tin này có thể thay đổi theo ngữ cảnh sử dụng
VD: cây nhị phân, một kiểu đơn giản của cấu trúc dữ liệu liên kết rẽ nhánh
- Tính hệ thống: Vật chất trong tự nhiên tồn tại và được tổ chức thành các hệ thống.
4.3.1. Hệ thống là gì?
Hệ thống là một 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. Mỗi bộ phận của hệ thống thực hiện một vai trò khác nhau và
tương tác qua lại 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 bởi cấu trúc và mục đích của nó và được thể hiện trong chức
năng của nó. Hệ thống là đối tượng nghiên cứu của Lí thuyết hệ thống.
Lí thuyết hệ thống xem thế giới là một hệ thống phức tạp gồm các phần
kết nối với nhau. Chúng ta xác định phạm vi của một hệ thống bằng cách
xác định ranh giới của nó; điều này có nghĩa là lựa chọn thực thể nào là
bên trong hệ thống và thực thể nào là bên ngoài hệ thống, phần thuộc về
môi trường. Người ta có thể tạo ra các biểu diễn (mô hình) đơn giản hóa
của hệ thống để hiểu nó và dự đoán hoặc tác động đến hình thái tương
lai của nó. Những mô hình này có thể xác định cấu trúc và hình thái của hệ thống.
4.3.2. Có những hệ thống nào tồn tại xung quanh chúng ta?
Có các hệ thống trong Tự nhiên như các hệ cơ quan trong cơ thể sống
(hệ tiêu hóa, hệ sinh sản,…) hay hệ thống Mặt Trăng – Trái Đất – Mặt
Trời (chu kì chuyển động của Mặt Trăng quanh Trái Đất, chu kì chuyển
động của Trái Đất quanh Mặt Trời, hiện tượng nhật thực và nguyệt thực,
hiện tượng thủy triều, hiện tượng mùa và nguyên nhân dẫn đến hiện
tượng mùa trên Trái Đất,…), cũng có những hệ thống nhân tạo như
mạch điện, hệ thống vận hành của một chiếc ô tô, hay đơn giản như
chiếc bút bi chúng ta viết hàng ngày cũng là một hệ thống. Các hệ thống
tự nhiên có thể không có mục tiêu rõ ràng nhưng hình thái của chúng lại
cho phép chúng ta quan sát được tính mục đích của hệ thống. Các hệ
thống do 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. Sinh giới cũng
được phân chia theo hệ thống. Theo cấp độ tổ chức sống, sinh giới bao
gồm các cấp độ từ thấp đến cao như: phân tử, tế bào, mô, cơ quan, hệ cơ
quan, cơ thể, quần thể, quần xã và hệ sinh thái. Trong đó, hệ sinh thái
lớn nhất chính là Sinh quyển của Trái Đất. Phân chia hệ thống theo bậc
phân loại, sinh giới bao gồm các bậc: dạng (forma), thứ (varientas), loài
(species), chi (genus), họ (family), bộ (ordor), lớp (class), ngành
(phylum/divisio), giới (kingdom), lãnh giới (domain). Mỗi cấp độ của hệ
thống có đặc điểm riêng và tăng dần từ cấp độ thấp lên cấp độ cao về
mức độ tổ chức, độ lớn, hoạt động chức năng,.... Hệ thống phân chia đơn
giản hơn chúng ta cũng có thể sử dụng là: loài, giống, họ, bộ, lớp, ngành, giới.
4.3.3. Các bộ phận của một hệ thống hoặc các hệ thống khác nhau
tương tác với nhau để thực hiện một chức năng như thế nào?
Trước hết, do hệ thống là tập hợp các phần tử có quan hệ hữu cơ với
nhau, tác động chi phối lẫn nhau theo các quy luật nhất định (để trở
thành một chỉnh thể) nên các bộ phận của một hệ thống phải liên quan;
chúng phải được "thiết kế để hoạt động như một thực thể nhất quán" -
nếu không chúng sẽ là hai hoặc nhiều hệ thống riêng biệt. Khái niệm hệ
thống gắn bó chặt chẽ với khái niệm "kết cấu". 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 thống nhất
đó. Như vậy, kết cấu không nằm ngoài hệ thống. Đã là hệ thống thì phải
có kết cấu. Khái niệm kết cấu phản ánh hình thức sắp xếp của các yếu tố
và tính chất của sự tác động lẫn nhau của các mặt và các thuộc tính của
chúng. Nhờ có kết cấu mà chúng ta hiểu được vì sao phẩm chất của hệ
thống nói chung không giống với tổng số phẩm chất của các yếu tố tạo
thành. Trong thực tế, các yếu tố của hệ thống không phải là những điểm
trừu tượng mà là những hệ thống phức tạp. Mỗi yếu tố cũng có nhiều
nhiều mặt, nhiều thuộc tính, khi tác động lẫn nhau với các yếu tố khác
của hệ thống không phải tất cả các mặt, các thuộc tính của nó đều tham
gia mà chỉ một số mặt, một số thuộc tính nào đó mà thôi. Vì vậy, tính
chất và phẩm chất của các liên hệ phụ thuộc vào đặc điểm của các mặt
nào đó của các yếu tố tham gia tác động lẫn nhau. Như vậy, những mặt
và thuộc tính của các yếu tố tham gia tác động lẫn nhau càng lớn thì két
cấu của hệ thống càng phức tạp. Cùng một số yếu tố, khi tác động lẫn
nhau bằng những mặt khác nhau có thể tạo nên các hệ thống khác nhau.
4.3.4. Hiểu về các hệ thống tự nhiên có ý nghĩa như thế nào đối với
cuộc sống của con người?
Việc hiểu biết sâu sắc các hệ thống tự nhiên giúp con người, trước hết,
hiểu rõ chức năng nhất định và tính độc lập tương đối của mỗi phần tử
trong hệ thống, sau nữa, 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 (gọi là tính trồi của hệ thống) mà từng phần tử riêng lẻ không
có hoặc có không đáng kể. Tất cả những điều đó 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”. Chẳng hạn, việc hiểu
rõ hệ thống khí hậu cho phép con người hiểu được các quy luật vận động
của thời tiết, từ đó giúp con người dự báo và hạn chế được các ảnh
hưởng xấu của Thế giới tự nhiên, đặc biệt là các thảm họa do thiên tai gây ra.
VD: – Hệ thống giáo dục:
Hệ thống giáo dục được hiểu cơ bản chính là một cấu trúc bao gồm một
tập hợp các tổ chức và tổ chức, công cộng và tư nhân, xây dựng và phát
triển các kế hoạch giáo dục, tài chính và thực hiện cung cấp các dịch vụ
trường học khác nhau được thành lập ở mỗi quốc gia.
Trong số các yếu tố cụ thể của hệ thống giáo dục, thì chúng ta cũng sẽ có
thể đề cập đến các trường học, trường đại học, giáo viên, học sinh, thư
viện và các sinh vật công cộng dành cho lĩnh vực giáo dục và văn hóa.
- Tính tuần hoàn: 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 chất đó của Tự nhiên được gọi là tính tuần hoàn hay sự
tuần hoàn theo chu kì. Cũng tương tự như việc hiểu rõ các quy luật khác
của Thế giới tự nhiên, việc hiểu rõ quy luật tuần hoàn cho phép con
người hiểu rõ các quy luật vận động và phát triển của Thế giới tự nhiên,
giúp con người dự đoán được các sự kiện và các quá trình sẽ diễn ra
trong tương lai. Từ đó giúp con người dự báo và hạn chế được các ảnh
hưởng xấu của Thế giới tự nhiên, đặc biệt là các thảm họa do thiên tai gây ra.
Vòng tuần hoàn của nước
Nước là hợp chất phổ biến nhất trên Trái Đất, và toàn bộ sự sống trên
hành tinh này dù nhiều hay ít 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 của nước, hoặc chu kỳ thủy văn, là sự lưu
thông nước của Trái Đất. Nó vận hành được nhờ Mặt Trời. Nhiệt của
Mặt Trời làm nước bốc hơi chủ yếu từ các đại dương, và cả từ sông hồ,
mặt đất và các sinh vật. Các đám mây hình thành do hơi nước gặp lạnh
và ngưng tụ, rồi được gió (cũng phát sinh nhờ năng lượng của Mặt
Trời) đưa đi xa. Khi các đám mây trở nên bão hòa, nước sẽ rơi xuống thành mưa.
Các hoạt động của con người ảnh hưởng đến vòng tuần hoàn của nước ở
nhiều điểm. Chẳng hạn:
- Nước được khai thác phục vụ sinh hoạt và sau đó lại được thải vào
vòng tuần hoàn, thông thường đã bị ô nhiễm.
- Các nhà máy điện và các nhà máy sử dụng nước làm mát máy móc và
phục vụ các quá trình chế biến. Chúng thải ra đi-ô-xít lưu huỳnh (SO2),
chất khí này lại được hơi nước trong những đám mây hấp thụ và rơi xuống thành mưa axit.
- Phân bón trong nông nghiệp thường bị ngấm qua đất trồng và trôi ra
sông ngòi. Các chất gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất là các chất không bị
sinh vật phân hủy hoặc không tự phân hủy trong các quá trình tự nhiên.
Chúng có thể được thực vật và động vật "ăn" phải và được tích tụ trong
các động vật ở trên đỉnh chuỗi thức ăn.
Định luật tuần hoàn các nguyên tố hóa học
Với những hiểu biết của khoa học ngày nay chúng ta có thể giải thích
được rõ ràng nguyên nhân của tính tuần hoàn của các nguyên tố hóa học.
Với mỗi nguyên tử, các electron lớp ngoài cùng được gọi là electron
hóa trị, có khả năng tham gia liên kết hóa học, quyết định đến tính chất
hóa học. Sự lặp đi lặp lại cấu hình electron lớp ngoài cùng dẫn đến sự
lặp đi lặp lại tính chất của nguyên tử.
- Tính vận động và biến đổi: theo quan điểm của Triết học
Marx-Lenin thì vận động là một phạm trù của Triết học dùng để chỉ sự
thay đổi của tất cả mọi sự vật, hiện tượng, mọi quá trình diễn ra trong
không gian, vũ trụ từ đơn giản đến phức tạp. Cùng với cặp phạm trù
không gian và thời gian, vận động cũng là một phạm trù của Triết học
dùng để chỉ về một phương thức tồn tại của vật chất. Theo F. Engels thì:
Vật chất mà không vận động là điều không thể quan niệm được; vận
động "là thuộc tính cố hữu của vật chất" và "là phương thức tồn tại của
vật chất" có nghĩa là vật chất tồn tại bằng vận động. Vận động không chỉ
là sự thay đổi vị trí trong không gian (hình thức vận động thấp, giản đơn
của vật chất) mà theo nghĩa chung nhất, vận động là mọi sự biến đổi.
Thông qua vận động, vật chất mới biểu hiện và bộc lộ bản chất của mình
và do đó, con người nhận thức được bản thân vật chất thông quan nhận
thức được những hình thức vận động của vật chất. Cũng theo F. Engels,
vận động của vật chất do tác động qua lại giữa các yếu tố, các bộ phận
khác nhau của bản thân sự vật, "sự tác động qua lại đó chính là sự vận động".
4.5.2. Vận động và biến đổi
là thuộc tính cốt lõi của Thế giới tự nhiên F. Engels khẳng định: “Quan
niệm về giới tự nhiên đã được hoàn thành trên những nét cơ bản: Tất cả
những gì cố định đều biến thành mây khói, và tất cả những gì người ta
cho là tồn tại vĩnh cửu thì nay đã trở thành nhất thời, và người ta đã
chứng minh rằng toàn bộ giới tự nhiên đều vận động theo một vòng tuần hoàn vĩnh cửu”. Dựa
trên những thành tựu khoa học của thời đại lúc
đang sinh sống, Engels đã phân chia vận động thành 5 hình thức cơ bản
(xếp từ đơn giản đến phức tạp). Đó là:
1. Vận động cơ học (là sự di chuyển vị trí của các vật thể trong không gian).
2. Vận động vật lý (tức sự vận động của các phân tử, vận động điện tử,
các quá trình nhiệt điện, các dạng thay đổi của vật chất, các dạng tương
tác của vật chất và năng lượng,...).
3. Vận động hóa học (vận động của các nguyên tử, các quá trình hóa hợp
và phân giải các chất, sự thay đổi của vật chất, phản ứng hóa học,…).
4. Vận động sinh học (trao đổi chất trong cơ thể và giữa cơ thể sống với môi trường).
5. Vận động xã hội (sự thay đổi, thay thế các quá trình xã hội của các
hình thái kinh tế - xã hội).
Các hình thức vận động cao xuất hiện trên cơ sở các hình thức vận động
thấp, bao hàm trong nó tất cả các hình thức vận động thấp hơn. Nhưng
các hình thức vận động thấp không có khả năng bao hàm các hình thức
vận động ở trình độ cao hơn.
Ví dụ: Trong vận động vật lý thì bao gồm vận động cơ học, trong vận
động hóa học vì bao gồm vận động vật lý và trong vận động sinh học
bao gồm vận động hóa học và vận động xã hội bao gồm vận động sinh
học cũng như tất cả các vật động nêu trên. Tuy nhiên vận động cơ học
không thể bao gồm vận động xã hội.
Các hình thức vận động nói trên khác nhau về chất. Từ vận động cơ học
đến vận động xã hội là sự khác nhau về trình độ của sự vận động,
những trình độ này tương ứng với trình độ của các kết cấu vật chất. và
trong sự tồn tại của mình, mỗi sự vật có thể gắn liền với nhiều hình thức
vận động khác nhau. Dù vậy, bản thân sự tồn tại của sự vật đó thường
đặc trưng bằng một hình thức vận động cơ bản. Chính bằng sự phân
loại các hình thức vận động cơ bản, Engels đã góp phần đặt cơ sở cho
sự phân loại các khoa học tương ứng với đối tượng nghiên cứu của
chúng và chỉ ra cơ sở của khuynh hướng phân ngành và hợp ngành của các khoa học.
- Tính tương tác: là một trong những nguyên lý cơ bản chi phối
mọi vật trong tự nhiên.
Đối với thế giới sống, sự tương tác giữa các sinh vật sống và môi trường
được thể hiện ở các cấp độ khác : tương nhau
tác xảy ra trong cơ thể sinh
vật, giữa sinh vật với sinh vật và giữa các sinh vật và môi trường.
Tương tác trong hệ sinh thái thể hiện ở: ảnh hưởng của các nhân tố sinh
thái đến đời sống sinh vật; quan hệ giữa sinh vật - môi trường; quan hệ
giữa sinh vật - sinh vật trong quần thể và trong quần xã.
Ngoài ra, trong tự nhiên còn có sự tương tác giữa các lực và các đối
tượng, giữa vật chất và năng lượng. Các tương tác này thường đi kèm sự
chuyển hóa vật chất và năng lượng.