之第1章：自然科学的萌芽于兴起.ppt

,自然科学概论,教育科学学院 徐剑虹,第一章 自然科学的萌芽与兴起 第一节 古希腊的科学,有史以来，人们总想知道周围的世界是怎么回事，它是由什么组成的，其间又有什么奥秘。,本章的基本目标：,1、知道希腊人思考问题的方式 2、知道亚里士多德的逻辑方法 3、辨别古希腊的原子与今日之原子,一、古代的人们 二、古代希腊 三、亚里士多德 四、古希腊之后,一、 古代的人们,科学实际上与巫术同根。 科学与巫术、民间游医、占星术者、超感官知觉之间到底有何区别？,1、科学与巫术,相同之处：目标与关注 想要的结果和要达到的目标相同，都源于想要知道和理解我们周围的世界，源于减少伤害、改变生活、治疗疾病等。 都注意到人类与自然的相互联系，都在于寻求利用自然力来为人类服务。 根本区别：工作程序 科学提供的程序与方法能得到可测量的结果。 这种结果具有可重复性。 每当程序出错，能够自我纠正。 科学公正而直率。,2、巴比伦与埃及,用神灵解释大多数的事件 河神发怒导致洪水泛滥 雨神高兴了就来场及时雨 尝试种种方法以影响周围世界 用巫术呼唤神灵和上天 利用工具改造自然界 使用动物来耕地 根据需要了解和记录自然的规律 农业生产需要日历、观测天象 农田的测量需要建立数学,二、 古代希腊,科学最早主要是包括在哲学的文化形态之中，自然哲学就是它的前身。公元前6世纪以来，西方的思想家一直在寻求一套统一的观念，用以解释各种自然现象，评价个人生活方式以及社会习俗制度，为人们提供一个道德思考和社会政治思考的理论框架。 哲学就是古希腊人找到的这样一种观念的总称。,1、关于哲学,在西方，哲学一词通常用来说明一个人对生活的某种看法（例如某人的“人生哲学”）和基本原则（例如价值观、思想、行为）。而在学术上的哲学，则是对这些基本原则的理性根据的质疑、反思，并试图对这些基本原则进行理性的重建。 一般认同哲学是一种方法，而不是一套主张、命题或理论。哲学的研究是基于理性的思考，寻求能做出经过审视的假设且不跳脱信念或者只是纯粹的类推。 哲学的研究领域：自然哲学、语言哲学、形而上学、艺术哲学、科学哲学、技术哲学。 哲学的研究内容：本体论、认识论和方法论,2、米利都学派：世界由什么组成？,泰勒斯（公元前624-547） 万物源于水。地球是漂浮在水上的一个圆盘。 阿那克西曼德（公元前610-547） 万物源于无限者。无限者：没有形状，也不能观察到的物质。 地球的表面是弯曲的，地球是一个圆柱体。 阿那克西米尼（公元前585-525） 气是宇宙的基本元素。 赫拉克利特 认为组成世界的基本元素是“火”。 恩培多克勒 世界万物都有四根，即火、水、土、气生化而来。,这是原始科学与唯物主义。 雷斯潘根贝格科学的旅程,从一元到多元 从转化到组合,3、原子论者,阿那克萨克拉（公元前500-428）：万物无限可分。被分割成的无限小的东西就叫做种子。 留基伯（公元前500-440）：宇宙是无限的，其中一部分是充满的，另一部分是空虚的。充满和空虚就是元素。无数的世界就是由这些元素构成的。充满就是原子，是不可再分割的物质微粒，原子运动在虚空之中。 德谟克利特（公元前460-370）：原子和是万物的本原，无数的原子在无限的空虚中运动着，形成漩涡，产生无数的世界。 伊壁鸠鲁（公元前341-270）：原子不但有形状、大小的区别，还有重量的不同；原子的数量是无限的，但他们的形状、大小和重量的区别又是有限的，最大和最小的原子都处在一定的界限之中，不会无限大，也不会无限小。 -罗马时期卢克莱修（公元前98-55）才重新关注。 -多年后的道尔顿（17661844）1803年又提原子论。,4、毕达哥拉斯学派：从数学的视角,毕达哥拉斯（公元前580-500） 万物皆数；主张数学地思考； 消极方面：贬低经验研究的价值，仅仅关注明显展示宇宙秩序和合理性的自然现象。 积极方面：树立了科学研究的目标，发现经验数据背后的数学法则。 苏格拉底（公元前470-399） ： 对哲学方法的改进建立归纳法初步基础；是有系统研究知识条件的第一人建立认识论的体系；构成伦理学的体系建立道德科学。 柏拉图（公元前427-347） ： 最核心的哲学理论是与原子是完全对立的“理念”说；他反对对自然的直接观察，主张抽象思考；他接受了恩培多克勒的四元素说：土、水、气、火。但受毕达哥拉斯学派的影响，他将它们还原为更基本的图形-三角形。,柏拉图这一体系的意义？,教育科学学院 徐剑虹,第13页,首先，它用与恩培多克勒的理论相同的方式解释了变化和多样性：元素以不同的比例混合，产生出物质世界的种类。 其次，它允许一种元素向另一种元素转化，这样就进一步解释了变化。比如，一个单个水粒子(二十面体)可被他解为组成它的二十个等边三角形，这些三角形又可重新组合成两个气粒子(八面体)和一个火粒子(四面体)。只有土，由于是由正方形构成的(并且由于正方形沿对角线不能产生三角形)，被排除在这种转变过程之外。 第三，更加关注事物的“形式”。 第四、柏拉图的几何粒子代表了向自然的数学化迈出重要一步。对我们来说，看看这一步具有极其重要意义。,三、亚里士多德,他一反老师柏拉图的理念论，把自然作为科学研究的对象，并首先进行科学分类，促使自然学科和社会学科逐渐演变成若干个独立的学科门类。 亚里士多德的哲学思想，主要体现形而上学的著作里。他提出了哲学自身的独立对象和范畴。他提出了“四因说”，认为所有事物都有四方面的因素构成，即“质料因”、“形式因”、“动力因”和“目的因”。,1、物质的起源于构成,物质起源，他接受了最初由恩培多克勒提出随后被柏拉图所采纳的四元素：土，水，火，气。 天体不是由地球上的四种元素组成，而是由第五种元素构成，这第五种元素就是“以太”，这是一种真正神圣的物质，其中不含有任何对立面，也不会有任何变化。 匀速圆周运动是第五元素的性质所固有的。 这一假设，一直延续到20世纪A迈克尔逊实验（被称作20世纪物理学的一朵乌云）才宣告结束。,2、 事物构成的“四因说”理论,亚里士多德接受前人的“质料因”、“形式因”的观点，进一步发展了“四因说”。 “四因说”，认为所有事物都有四方面的因素构成，即“质料因”、“形式因”、“动力因”和“目的因” 。 “质料因”-万物由什么构成？ “形式因”-万物构成的形式？ “动力因”-是什么促成万物的构成？ “目的因”-万物构成的意义如何？,3、对运动的理解,地球上的物体的运动分为自然运动和强迫运动。第一类是由组成这些物体的物质本性引起的；第二类只能暂时地由外部强加的。导致两个推论： 世界结构本质上是以地球为中心，沉重的地球由于它特别的性质，正好静止于世界的中心。 把适用于地球上的科学概念和推理运用到天体上去，这在逻辑上是不可能的。 任何运动物体都是由与它相联的外界物体所推动。这是地球上无生命物体运动的基础。由此得出： 一个脱离了所有外部影响的物体处于静止状态； 对每种强迫运动，必须寻找与物体有关的运动原因。,4、科学方法,完全出于理论的目的，区分了理论和技艺。 理论是更为高级的智慧，是对原理和原因的认识，这种知识必须是永恒的、必然的，是经过逻辑证明的全称命题，但不一定是数学的。这是与柏拉图数学实在论不同的地方。 发展了逻辑的方法：探究自然现象的规律是由一个完整的认知程序的，并使从事首先从对某些现象的观察开始的。 第一步：通过观察人获得大量有关自然现象的经验事实； 第二步：对已经获得的经验事实进行归纳推理从而概括出一般性的科学原理及定律或者理论； 第三步：根据这些科学原理或理论去解释自然现象中的某些问题。,四、古希腊之后：罗马时代,1、数学知识几何原本,古希腊的数学成就与毕达哥拉斯学派的几何学成就及其数理思想直接相关。欧几里德的几何原本全面总结了前人的几何学知识，从公理出发运用演绎方法证明了包括467个命题的几何学全部定理。几何学从此成为一门科学和古代最成熟的学科。 意义在于：建立理性思维的一般模式-演绎系统。,2、物理知识,阿基米德把观察和数学推理、理论研究和实际应用相结合，发现了杠杆原理和浮力定律，给出了求解复尽杂物体重心的方法。 他的研究方法已接近现代的研究方法，被誉为“力学之父”。,3、生物和医学知识,希波克拉底认为疾病是人体的自然过程，主张用观察和实验方法研究疾病并创立了“四体液说”。 赫罗菲拉斯是第一个公开进行人体解剖的医生，揭示了人脑是智慧之府，而不是亚里士多德所认为的是心。,4、天体理论至大论,古希腊科学在古罗马时期走向衰落，但在天文学和医学仍有重要进展。 托勒密的至大论集古代天文学之大成，运用数学模型方法建立了地心说体系。盖伦医生提出了“灵气论”学说。托勒密地心说和盖伦医学统治西方科学长达1500年之久。,罗马时代及其结果,教育科学学院 徐剑虹,第24页,罗马人崇尚军事与武力，注重眼前效益，对纯理论科学研究不多，因此其成就远逊于希腊。在屋大维统一了地中海地区后，自由思想逐渐让位于宗教专制，哲学逐渐成为宗教的婢女。古希腊罗马科学体系也最终随着罗马帝国的灭亡而最终衰落。欧洲开始了由宗教统治科学，科学为宗教服务的黑暗时代。,课后思考题：,阅读第二节，思考： 中国古代有没有科学？为什么？,放学后， 我一定会看书的！ 因为我是好学生。,几何原本,教育科学学院 徐剑虹,第27页,几何原本是古希腊数学家欧几里得的一部不朽之作，集整个古希腊数学的成果和精神于一书。既是数学巨著，又是哲学巨著，并且第一次完成了人类对空间的认识。除圣经之外，没有任何其他著作，其研究、使用和传播之广泛，能够与几何原本相比。 从作为基础的五条公理和公设出发，演绎了：第一卷：几何基础。重点内容有三角形全等的条件，三角形边和角的大小关系，平行线理论，三角形和多角形等积（面积相等）的条件，第一卷最后两个命题是 毕达哥拉斯定理的正逆定理；第二卷：几何与代数。讲如何把三角形变成等积的