自然科学

下面是小编为大家整理的自然科学,供大家参考。

　历史　 ２８　第五章

　1 7～20 世纪初的自然科学和文学艺术 第一节

　自然科学 教学目标 1． 知识要求：

　了解和掌握解析几何学和微积分的创立； 牛顿力学体系的建立； 法拉第发现电磁感应定律； 拉瓦锡对燃烧现象的科学解释； 道尔顿提出科学的原子论； 门捷列夫发现化学元素周期律； 哈维建立血液循环学说； 林耐创立科学的植物分类法； 细胞学说的创立； 达尔文创立生物进化学说； 巴斯德奠定微生物学的基础； 伦琴发现放射现象； 居里夫妇发现放射性元素镭； 爱因斯坦提出相对论。

　2． 能力要求：

　(1) 运用辩证唯物主义和历史唯物主义的观点分析、 评价历史现象和历史人物。

　(2)

　分析某些科学家的失误， 批判地继承前人成果和注重学习科学的思维方法。

　3． 情感目标：

　了解近代世界自然科学的巨大成就和杰出科学家献身于科学研究的崇高精神、 锲而不舍的钻研精神， 树立继承和发展人类优秀文化成果的观念， 学习科学家刻苦钻研的精神及为科学、 真理而献身的精神。

　自觉培养爱国主义情感， 注重个人品格和修养。

　课时安排

　1 课时 重点、 难点分析 1． 重点分析：

　(1) 牛顿力学体系的建立。

　包括牛顿三定律和万有引力在内的牛顿力学体系正确地反映了宏观物体在低速运动中的客观规律， 把过去一向认为是截然无关的地球上的物体运动规律与天体运动规律概括为一个统一的理论， 实现了自然科学的第一次理论性的大综合， 是人类对自然界认识的一次飞跃。

　牛顿力学是整个物理学和天文学的基础， 也是现代机械、 土木建筑、 交通等工程技术的理论基础。

　(2) 电磁学的成就。奥斯特发现电流的磁效应， 为电磁学的系统研究奠定了基础。

　法拉第电磁感应现象， 确立了电磁感应定律， 为创造发电机和电动机提供了理论基础， 为人类开发出新能源， 打开了电气时代的大门。

　从电磁学的实验和理论研究到电气时代的到来， 深刻地说明了科学研究对生产不仅有巨大推动作用， 还有正确的指导作用。

　加深对科学技术是第一生产

　力的观点的理解。

　(3) 达尔文创立的生物进化论。

　以自然选择、 适者生存为基础的生物进化论， 系统地阐述了生物界所有的动物、 植物都是由简单到复杂、 由低级到高级进化而来的规律， 从根本上推翻了长期统治生物学思想的“神创论” 。

　达尔文的生物进化论被恩格斯称为 19 世纪自然科学的三大发现之一。

　2． 难点分析：

　(1) 解析几何学和微积分学的创立。

　(2) 爱因斯坦的相对论。

　这是本节最大的难点， 由于此理论极其深奥， 讲清楚两点即可。

　第一， 否定了牛顿的绝对空间和绝对时间观念， 指出时间、 空间和物质运动不是各自孤立存在的， 而是辩证的统一。时间、 空间随着物质的运动而发生变化， 物质的质量也随其运动速度而变化。

　相对论揭示了物质与其存在形式——空间、 时间、 运动之间的本质联系。

　牛顿的力学只是相对论力学的一种特例(物质在低速运动状态) ， 被包容在相对论的体系中。

　相对论是一种适用于宏观、 微观、 低速、 高速各种情况的运动理论。

　第二， 1916 年爱因斯坦进一步把相对论发展为广义相对论， 揭示了时空结构(四维空时) 与物质分布的关系， 指出物质间的万有引力是由于物质的存在、 分布使时间和空间的性质不均匀(即时空弯曲) 而引起的。

　课堂教学设计 师：

　同学们， 在我们学习经济发展史和政治发展史为主要内容的世界近代史之后，再学习世界近代的人类文明史。

　其中包括属于第一生产力的自然科学。

　伴随着面向现实世界、 重视实践和理性这一风气的盛行， 欧洲的科学有了迅速的发展。

　请同学们阅读课本第五章的引言， 先从整体上把握本章的知识。

　(板书章节课题)

　一、 近代数学的建立 生：

　(阅读引言)

　师：

　自然科学， 这当然应该以近代自然科学家为主要内容。

　关于科学家， 我们已经了解了不少， 人们也力图根据科学家的贡献判断出其中最杰出者。

　美国曾经邀请 50 多位在全世界受到尊敬的科学家推举有史以来世界上最杰出的科学家。

　在全部推选名单中，只有一个人的名字出现在每一份名单上， 而且大多是名列榜首。

　同学们猜想这位科学家会是谁？

　生：

　(回答)

　师：

　他就是牛顿。

　牛顿在科学上的贡献是多方面的， 在数学领域中， 他也有开创性的贡献。

　下面， 请同学们谈谈牛顿和其他两位近代著名数学家的贡献。

　生：

　(回答)

　师：

　(小结学生发言) 笛卡尔创立解析几何实际上是把变量引进了数学， 实现了数学的转折， 使数学成为研究和解决运动与变化问题的工具。

　对于作为工具学科的数学， 当然也是牛顿研究的领域， 他从几何学入手创立了微积分学， 理论分析清晰， 但是计算起来比较麻烦。

　莱布尼茨则是用代数方法创立了微积分学， 虽然理论难以理解， 但是计算起来很方便。

　这些使精密测量和变量计算成为可能。

　解析几何和微积分组成的高等数学，使数学从常量数学转向变量数学， 是人类认识史上的一次巨大飞跃。

　在 21 世纪， 高等数学的用途将越来越广泛。

　牛顿在科学上的贡献是多方面的， 最重要的是在力学方面。

　同学们知道， 有什么贡献吗？

　生：

　(回答)

　二、 牛顿力学体系的建立 师：

　他发表了科学巨著《自然哲学的数学原理》 ， 提出了物体机械运动的三大定律和万有引力定律， 从而形成了牛顿力学体系。

　人们将牛顿力学体系的建立作为近代科学形成的标志。

　理论的威力在于预见， 同学们能够说出有关的证据吗？

　生：

　(回答)

　师：

　哈雷彗星周期的发现； 海王星和冥王星的发现等。

　但是， 牛顿这样伟大的科学家却认为：

　“绝对的、 真正的和数学的时间在流逝着……与外界事物无关地流逝着。

　”“绝对的空间， 就其本性而言是与任何外界事物无关， 而且是相同的和不动的。

　” 到了晚年， 他还说过：

　“到现在为止， 我还不能从现象发现重力的那些原因， 我也不愿意建立什么假说。

　” 最后他提出了“上帝第一次推动说” ， 把宇宙万物的第一次运动归之于全能的上帝。

　同学们讨论一下这种现象说明了什么？

　生：

　(讨论)

　师：

　(小结学生讨论) 即使像牛顿这样伟大的科学家， 在思想方法上一旦陷入形而上学， 也不会取得认识上的进步。

　而他在晚年把运动归之于上帝， 是属于唯心主义的错误。但是这主要是由于他受历史条件的限制， 这说明任何人都不能超越历史。

　我们在做事情、考虑问题时， 也同样不可能超越历史， 必须实事求是； 在观察、 分析历史现象和历史人物时， 也必须坚持历史唯物主义原则。

　三、 电磁学的成就 师：

　电磁现象和有关知识是同学们在初中就学习过的， 电和磁的现象是人们很早就发现的， 谁知道最早发现这些现象的国家？

　生：

　(回答)

　师：

　是我们中国。

　司南的发明， 是中国人最早发现磁现象的证据； 而最早注意到电的也有我们中国， 在甲骨文中的“电” 字就是证据。

　但是， 由于古代的中国人忽视对理论的发现和总结， 所以只能在传统科学领域走在世界的前列。

　在近代科学兴起后， 中国就开始落后了， 那么， 电磁学在欧洲是怎样发展起来的呢？

　生：

　(回答)

　师：

　丹麦科学家奥斯特首先发现电与磁之间存在着一定的联系。

　这种认识对电磁学的发展具有极其重大的作用。

　法拉第对奥斯特发现的评价是：

　“猛然打开了科学中一个黑暗领域的大门” 。

　他于 1821 年开始对电磁现象进行刻苦的钻研， 屡遭挫折， 他说过自己的感觉：

　“费了好大的劲最终拉上来的可能不是鱼而是草。

　” 但是他并不气馁， 经过10 年的艰苦研究， 终于在 1832 年用实验证明了电磁感应现象， 这是 19 世纪电磁学的辉煌成就， 为人类电气时代的到来创造了必要条件。

　成名以后， 他获得了应有的荣誉， 各国赠给他的学位、 学衔及荣誉达 94 种， 但是他从来不炫耀， 他说：

　“我从来没有为追求这些荣誉而工作。

　” 电磁学是这样， 那么化学又是如何进步的呢？ 请同学们阅读课文并结合所学习过的化学知识， 把近代化学的发展情况概括出来。

　四、 化学的进步 师：

　(引导学生整理近代化学发展概况) 作为近代化学的创始人， 波义耳在燃烧实验中发现燃烧后的金属残渣比原来的金属增加了重量， 而有机物在燃烧后的重量却大大减少。

　他认为这是金属在燃烧过程中吸收了火粒子所致， 而有机物原来含有的大量火粒子散失到空中去了。

　这种“火粒子” 的说法， 被发展为“燃素说” 。

　18 世纪 70 年代英国化学家普利斯特列发现了多种气体， 其中包括具有强烈助燃性的气体， 即氧气。

　但是由于他相信燃素说， 没有意识到自己这个发现的重要性。

　他在访问巴黎时将此发现告诉了拉瓦锡， 拉瓦锡敏感地注意到这个发现的重要性并马上重复此实验， 在经过严格的定量实验， 他确认这种能够帮助燃烧的气体就是氧气， 物质在燃烧后增加了重量是因为吸收了氧气。

　他还指出， 燃烧是一种氧化作用。

　这给燃素说以致命的打击， 使化学的发展步入正轨。

　(引导学生分析二人在同样的实验结果面前， 却得出不同结论的原因)

　生：

　(讨论)

　师：

　普利斯特列拘于成说， 拉瓦锡却能够坚持实践第一而不唯旧说是从。

　后来的科学家指出：

　“他的伟大功绩在于：

　他能够把别人完成的实验工作继承下来， 并用自己的定量实验补充、 加强， 通过严格的合乎逻辑的推理步骤， 阐明所得实验结果的正确解释。

　”同样， 对于所发现的许多元素之间的关系， 在 19 世纪已经引起科学家的注意。

　如， 19世纪初， 英国科学家道尔顿建立了科学的原子论。

　不久， 意大利一位科学家又提出体积

　相等的气体所含的分子数相等的想法， 提出了分子的概念。

　到 19 世纪 60 年代末， 俄国科学家门捷列夫发现了元素周期律， 并制定了化学元素周期表。

　后来的发现证明了他预言的正确性。

　周期律的发现， 是无机化学的系统化和大综合， 具有重要意义。

　坚持用联系的观点来观察、 研究是他成功的重要原因之一。

　(引导学生分析元素周期律与辩证唯物主义理论之间的关系)

　生：

　(讨论)

　师：

　元素性质变化是量变到质变的过程， 周期律所反映的是物质内部严格的本质联系， 雄辩地证明了物质世界多样性的统一， 事物是普遍联系的和发展的这一质量互变规律的正确。

　门捷列夫的研究成功， 事实上也是不自觉地运用这一理论的结果。

　从此我们可以清楚地看到科学的思想方法的巨大威力。

　既然事物是普遍联系的， 那么生物之间的联系也同样早就引起人们的注意了。

　五、 生物学的巨大进步 生：

　(在教师引导下， 整理生物学成就简表)

　师：

　为什么生物学受神学的影响最大呢？ 因为这涉及最复杂、 最微妙的生命现象。与此相对照， 可以清楚地看到英国科学家哈维建立的血液循环学说的重要性。

　请同学们阅读课本的引文， 思考促进科学发展的因素有哪些？

　生：

　(在分析、 归纳的基础上进行讨论)

　师：

　(小结学生的讨论) 指出， 科学的发展应该包括：

　社会条件——社会背景和社会要求。

　知识条件——前人的研究成果。

　科学家的个人条件——为科学献身的精神和正确的思想方法。

　哈维以大无畏的献身精神， 冲破神学的束缚， 开创了现代生物学。

　与细胞学说这一对微观生命现象的研究成果相对的是达尔文从宏观的角度观察生物界的发展变化， 创立了生物进化论。

　此理论在科学上和思想上有什么意义呢？

　生：

　(讨论)

　师：

　达尔文创立的生物进化论学说的核心观点是物种的“优胜劣汰” ， 他把变异和自然选择看作新物种起源的重要因素。

　达尔文的生物进化论是对生物学的一次伟大的综合， 使生物学彻底摆脱了神学的影响而成为真正意义上的科学； 在科学方法上， 将“变化” 、 “发展” 等观念引入科学领域， 使人类的思想发生了飞跃。

　进化论为马克思主义的唯物辩证法提供了有力的证据。

　马克思说：

　“它为我们的观点提供了自然科学基础。

　”他对达尔文进化论的评价非常高， 在《资本论》 第一卷出版后立即赠给达尔文一本。

　达尔文对此也很感激， 在回信中表示：

　“我们两人都希望扩大知识领域， 而这无疑地将造

　福于人类。

　” 现代思维科学的三论之一——控制论的创立者维纳指出：

　“早在 19 世纪时，达尔文的进化观念所产生的影响就不仅仅限于生物学领域了， 所有的科学家和社会学家都是从他那个时代的种种富有价值的源泉中汲取他们的科学思想的。

　”

　近代微生物学的奠基人巴斯德与大多数科学家一样， 是个具有为科学献身精神的品德高尚的人。

　法国建立了以他的名字命名的研究院， 国家元首授与他法国的最高荣誉——大十字勋章， 俄国沙皇为了感谢他的发明治疗好许多俄国人的狂犬病， 送给他 100 万金法郎。

　巴斯德坚持功绩不是他一个人的， 与助手分享了这些荣誉。

　师：

　当科学发展到 19 世纪晚期时， 在研究运动的最古老的物理学中开始发生革命性的变化， 物理学的新时代开始。

　请举例说明称之为“革命性的变化” 和“新时代” 的依据。

　六、 物理学的新时代 生：

　(举例说明)

　师：

　伦琴发现放射线和居里夫妇发现放射性元素镭， 把人们的视野引向微观世界的运动这样一个“新” 的领域。

　爱因斯坦相对论的提出， 也使人们的科学思想为之一新。爱因斯坦在总结前人实验事实的基础上， 于 20 世纪初建立和发展起来的关于物质运动与时间空间关系的理论。

　此前， 人们根据经典的时空观解释光的传播等问题时， 发现一系列尖锐的矛盾。

　相对论针对这些问题建立了新的时空观和高速物体的运动规律， 对以后物理学的发展具有重大作用。

　相对论分狭义相对论和广义相对论两部分。

　在 1905 年创立的狭义相对论中， 包括的基本原理有：

　相对性原理——在任何惯性参考系中， 自然规律都相同。

　光速不变原理——在任何惯性系中， 真空光速都相同。

　由此可以推导出许...

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