近代的科学和文化（一） 教案之二

——自然科学革命

教学目标

1．知识目标：

解析几何学和微积分的创立；英国科学家牛顿及运动三大定律和万有引力定律的发现；英国科学家法拉第及电磁感应原理的发展；原于－分子结构学说的确立；俄国科学家门捷列夫制定化学元素周期律；英国科学家达尔文及其生物进化论学说；法国科学家巴斯德及微生物学的创立；法国物理学家居里夫妇合作发现放射性元素镭；美国物理学家爱因斯坦提出著名的物理学的相对论。

2．能力目标：

①在教师的帮助和指导下，学生思考：为什么近代时期被人们称为知识革命的时代？从而培养学生以历史唯物主义观点分析问题的能力。

②通过列表反映近代自然科学的发展状况，以培养学生综合所学知识的能力。

3．情感目标：

①近代自然科学的迅速发展，是由于资本主义制度取代封建制度，促进了生产发展所引起的自然科学的发展，反过来促进了生产的发展，巩固了资本主义制度对封建制度的胜利。

②学习近代自然科学的发展概况，结合工业革命，进一步理解科学技术是生产力的理论。

③近代时期，众多的科学家所以能作出重大贡献，除了客观条件外，还由于他们的努力以及他们具备的优秀品质，如他们的勤奋刻苦、执著追求，牛顿的虚心精神，巴斯德的爱国思想等，都是他们取得成就的因素，也是值得我们青少年学习的优良品德。

教材分析

1．重要人物：

牛顿，法拉第，门捷列夫，达尔文，居里夫妇，爱因斯坦

2．重要词语：

微积分，运动三大定律，万有引力定律，电磁感应原理，生物进化学说，物理学的相对论

教学重点、难点

重点：牛顿对力学的贡献和达尔文创立牛物进化学说。

难点：本课涉及的自然科学知识，如解析几何学、微积分、运动三大定律、万有引力定律、电磁感应原理、原子－分于结构学说、化学元素周期律、生物进化学说、物理学的相对论等。

知识结构

板书设计（采用列表格的形式）

第27课　　近代的科学和文化（一）

一、自然科学革命

类别
成就
时间
科学家
地位与作用

数学
解析几何学微积分学
17世纪
（法）笛卡尔
把变量引进数学，从而使精密的测量和计算有了可能

（英）牛顿

（德）莱布尼茨

力学
牛顿软科学体系
17世纪后半期
（英）牛顿
对以后科学的发展产生了巨大影响

电磁学
电磁感应原理
19世纪30年代
（英）法拉第
开辟了人类历史的电气时代

化学
原子论
19世纪初
（英）道尔顿
近代化学得到长足进步

分子概念
19世纪
（意）阿佛加德罗

化学元素周期律

（俄）门捷列夫
化学发展史上一个里程碑

物理学
放射性元素镭
19世纪晚期
（法）居里夫妇
物理学发生革命性的变化

相对论
20世纪初
（德）爱因斯坦
自然科学史上划时代的成就

教学过程

［复习提问］

14世纪，一股资产阶级文化的新潮流在意大利兴起，这种资产阶级文化运动在历史上称为什么？（答：文艺复兴）

文艺复兴是14世纪到16世纪欧洲发生巨大变化的又一标志，从此欧洲进入一个文化昌盛的时期，许多文学家、艺术家、思想家、科学家给后人留下了不朽的作品和启示。文艺复兴不仅在当时是思想文化领域里的一场伟大变革，而且成为近代文化的先驱，近代文化在它的基础上取得长足的进步。

［导入新课］

同学们，人们通常把世界近代史分为两大时期。第一时期从1640年到1870年，是“自由”资本主义时期；第二时期从1871年到1917年，是“自由”资本主义向帝国主义过渡和帝国主义最后形成的时期。近代第二时期的文化在第二册世界历史课本里阐述。本节课我们所讲的是17世纪以来三四百年的科学和文化的成就，首先我们来了解自然科学革命。

（请同学阅读课文提示）

［讲授新课：］

一、数学和物理学的进展

（1）解析几何学的创立

数学在17世纪取得了飞速的发展，使用了小数来表示分数，代数符号已经规范化。代数是进行着数量关系的研究和运算，它原来只是算术的一个组成部分。随着计算方法的不断改进，符号体系的被引进，使代数有可能成为一门科学。首先用字母做符号的是法国数学家维叶特。后笛卡尔改进了维叶特的符号体系。笛卡尔的方法和我们现在用的已十分接近，表明代数符号已基本实现规范化。符号的规范化，符号体系的建立，使代数发生了一次质的飞跃。

笛卡尔在数学上的又一大贡献是创立了解析几何学。几何学进行着空间形式的研究，如长度、面积、体积的测量。解析几何学的所谓“解析的”，其意义实际是“代数的”，它实现了几何和代数的结合，即形和数的结合。

（2）微积分的发明

提问：微积分的发明者及意义。

教师特别强调：牛顿和莱布尼茨各自独立发明了微积分。

随着解析几何学的建立，必然导致微积分的产生，微积分是人类思维的伟大成果之一。

如果一个物体，不受外力干扰，进行等速运动，就可以用一条直线来描述，用初等数学就可以求出它的运动速度或者所走过的路程。可是行星围绕太阳运动的轨道是椭圆，不但运动速度每时每刻在变，而且椭圆的方向处处在变。怎样来计算行星在无论哪个时刻的速度呢？用什么办法来精确地描述椭圆的方向变化呢？科学家牛顿和莱布尼茨在研究笛卡尔解析几何的基础上找到了出路。

可以把任意时刻的速度看作是在微小的时间范围里的速度的平均值；当这个微小的时间间隔缩到无限小的时候，就是微分的概念。一个变速的运动物体在一定时间范围里走过的路程，可以看作是在许多微小时间间隔里所走的路的和，这就是积分的概念。科学家从这些基本要领出发，建立了微积分。

欧几里得的几何学也好，上古和中世纪的代数学也好，都是一种常量数学，微积分才是真正的变量数学。从日常生活中积累的经验使人们习惯于常量计算，但是只要稍稍深入到事物的本质，人们遇到的就是大量的变化着的事物。现在有了微积分这门变量数学，对变化着的事物进行精密的测量和计算就有了可能。所以，微积分的发明不仅在数学史上，而且在整个人类的认识史上都是一次巨大的飞跃，称得上是一次“革命”。

牛顿在1665年发明了微积分，但他只是把研究结果通知了自己的一些朋友。莱布尼茨最早关于微积分的笔记写于1673年，他在这方面的著作发表于1684年，比牛顿公开发表自己的研究成果的时间要早。于是，就引起了关于微积分的发明权的争论，欧洲大陆的数学家们站在莱布尼茨一方，英国的数学家们站在牛顿一方，双方剑拔弩张，甚至进行人身攻击。在牛顿和莱布尼茨死后，经过调查证明：双方都是在前人的基础上独自发明的。

（3）牛顿和力学

请同学们朗读课文中小字部分：牛顿简介。

再请同学看书归纳出牛顿的科学成就，教师填表格。

牛顿在科学上重大贡献有很多，在本课课文中主要指的是发现运动三大定律及万有引力定律。这些定律，反映了物体机械运动的基本规律。牛顿把力学确定为完整、严密、系统的学科。

请同学思考：牛顿在物理学上作出重大贡献的原因。

教师归纳：当时社会发展的需求；牛顿以前有许多科学家对力学的发展作出了贡献；牛顿本人的天资和刻苦努力。牛顿有句名言：如果我看得远，那是因为我站在巨人的肩上。充分表现了牛顿的谦逊精神，值得我们大家学习。

（4）电磁感应原理的发现

提问：电磁感应原理的发明者、时间及作用是什么？

法拉第是自学成才而取得巨大成就的科学家。他出生在英国一个贫困的铁匠家庭，只上过两年小学，十二三岁曾以送报获得微薄收入辅助家庭，14岁当装订书籍的学徒。他求知欲望十分强烈，在七年的学徒期间，废寝忘食地阅读了许多自然科学的书籍，他勤奋好学，工作努力。法拉第由于对电磁学作出的贡献，而成为19世纪最伟大的物理学家。

从此，人们根据电磁感应原理，制成了发电机、电动机、建造起巨大的水力和火力发电站。人们利用电能推动工厂机器运转，利用电力为人类服务，推动了一系列新机器和新产品的研制，从而极大地改变了社会生产和人类生活各方面的面貌。电学的发展，有力地证明了科学技术是生产力。

二、化学和生物的发展

（1）原子—分子结构学说的确立

道尔顿出生在英国一个贫穷的家庭，年轻时干过农活，27岁时成为曼彻斯特新教学院的数学和自然教师。他没有受过正规的科学教育，但他不屈不挠的勤奋自学使他对科学事业作出了巨大贡献。1808年，他提出了近代的科学的原子论。他认为：一切物质都是由小的微粒一原子组成的；每一种物质都由自己的原子组成；化合物是由几种不同元素的原子按固定的比例结合而成；不同的元素原子量不同。道尔顿的原子论即使以当时的标准来看也是有缺陷的，但道尔顿不愧为现代自然科学中占据重要地位的原子科学的创始人和奠基者。

1811年，阿佛加德罗在论文中提出：分子是由原子组成，分子是具有物质特性的最小单位。

原子—分子结构学说的确立，合理地解释了很多化学现象和定律，给化学奠定了重要的理论基石。

（2）门捷列夫制定化学元素周期表

指导学生阅读课文小字部分，说明门捷列夫的周期律引起广泛重视的原因。

（3）达尔文的进化论

关于生物是神创造的观点，称为“神创论”；关于生物物种是一成不变的观点，称为“物种不变论”。这些都是唯心主义的错误观点。但在18世纪中期以前，这些错误观点的盛行有一定的客观原因。除社会宗教原因外，生物学的发展状况也是一个原因。

林耐（1707年－1778年）是18世纪最伟大的植物学家，他在总结前人作过试验的基础上，拟定了最初的生物分类学，但他认为物种是由上帝创造的。

法国学者布丰（1707年－1788年）为进化论的前驱者。他的进化观念最初由观察化石得到启发。他拒绝接受上帝创世的说法，对整个自然界提出了一种发展的观点。他把生物界与地球的历史联系起来，断言有机界并不是以现有的形式被创造出来，而是有自己的发展史。

法国博物学家拉马克（1744年－1829年）于1809年出版了著名的《动物学的哲学》一书，明确提出了生物是从低级向高级发展进化的观点。

1859年，英国科学家达尔文的《物种起源》问世，把生物进化思想卜升到理论的高度。他在书中指出：一切生物都经历了由低级到高级、由简单到复杂的发展过程，生物不是不变的。他还指出，在自然界，生物物种是通过生存斗争实现的，生存斗争的结果是优胜劣汰。这就是以自然选择为基础的生物进化论学说。

达尔文进化论是19世纪牛物科学的最大成就。它是生物科学的一次理论综合。从达尔文开始，把生物科学作为一个整体来研究，并且从发展的观点对生物进行研究。

进化论的提出，在人类整个思想史上也是划时代的大事。17世纪的牛顿把上帝从无生命现象的研究领域驱逐出去（虽然牛顿承认了上帝的第一性），现在，进化论又把上帝从有生命现象的研究领域驱逐出去了。

恩格斯在1883年总结马克思一生的贡献时说：“正像达尔文发现有机界的发展规律一样，马克思发现了人类历史的发展规律。”这个比喻是对达尔文的最高评价。

（4）巴斯德开创微生物学

微生物学是研究微生物结构和功能的科学。巴斯德是法国化学家、微生物学家，他开创的生物学分支——微生物学，改变了外科手术的面貌，大大提高了外科手术的成功率。

三、19世纪晚期到20世纪初的科技进步

（1）发现放射现象

德国物理学家伦琴发现并深入研究了X射线，后人为纪念他，也称伦琴射线。伦琴这一发现，成为人类探索原子内部的微观世界的重要开始。因发现X射线，伦琴获得1901年诺贝尔物理学奖，成为第一位获得诺贝尔奖的物理学家。

（2）居里夫妇发现放射性元素镭

法国物理学家皮埃尔·居里及其夫人玛丽·居里，在法国物理学家贝克勒尔发现放射性物质铀（1896年）以后，对放射性现象进行了深入的研究。1898年7月，他们从铀沥青矿中含鉍的部分发现了一种新的放射性元素，命名为“钋”（以纪念居里大人的祖国波兰）；同年12月又在含钡的部分发现了另一种新的放射性元素“镭”，其放射性强度要比纯铀强900倍。以后，他们又在极其恶劣和简陋的条件下，不顾个人健康，艰苦工作了整整4年，终于在1902年从数吨铀沥青矿渣中提炼出微量的氯化镭，并初步测定出镭的原子量是225。居里夫妇由于发现放射性元素钋和镭等重要成就，而与发现放射性铀的贝克勒尔共同获得1903年的诺贝尔物理学奖。

（3）爱因斯坦提出相对论

德国出生的犹太血统美国物理学家爱因斯坦，是20世纪最伟大的科学家。19世纪末，由于电磁学方面一系列的新发现、新实验同经典物理学理论发生了矛盾，物理学出现了危机。当时老一辈物理学家都企图用修补漏洞的办法来维护经典理论框架。科学界中一个默默无闻的小人物爱因斯坦，却敏锐地意识到只有对物理理论的基础进行根本性的变革，才能解决这一危机。1905年，年仅26岁的爱因斯坦发表了《论动体的电动力学》，创立了狭义相对论。1915年，爱因斯坦又创立了广义相对论，进一步揭示了时空结构（四维时空）同物质分布的关系，指出了物质问所存在的万有引力，是由于物质的存在和分布使时间和空间的性质不均匀（即时空弯曲）而引起的。相对论的捉出是物理学思想的