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第一章 自然的探索 【章引言】自然科学是科学的一个重要分支，它是以自然为研究对象的科学。从原始社会至今，它经历了漫长的萌芽、发育和发展时期，已经由最初单一原始的体系发展成为基物理、化学、生物、地理、天文、地质等各学科为主并逐步趋向于更多应用广泛具有重要用途的交叉学科、边缘学科发展的综合的学科体系。伴随着自然科学的发展，人类的生产力和社会发展也逐步的加快，尤其进入现代，科技成为第一生产力，成为直接推动社会进步的动力。【节引言】本节课我们将共同来重温一下自然科学发展的历史。【板书】 第一节 自然科学发展的历史轨迹 古代自然科学（始于原始社会）萌芽阶段 三个阶段 近代自然科学（18-19世纪）发育阶段 现代自然科学（20世纪至今）迅速发展阶段【导入】在原始社会里，人类在劳动中逐步积累起关于自然界的知识，这些在劳动中产生并以经验形式存在于技术之中的自然知识，构成了自然科学萌芽的最早形式。【板书】一、古代自然科学1、 古希腊的科学特点：自然科学与哲学融为一体自然哲学 自然哲学派别林立，主要争论点是：世界的本源 主要观点：万物本源是火赫拉克利特派 万物本源是原子德谟克利特2、 古代中国的科技四大发明：造纸术、印刷术、指南针、火药飞跃时期：春秋战国时期，在相当多的领域占据世界领先地位长达2000多年之久。衰落时期：明代中期【导入】到14、15世纪伴随着文艺复新，近代自然科学也进入发展的时期。【板书】二、近代自然科学的发展（1） 近代自然科学诞生阶段的三件大事1、 太阳中心说哥白尼（波兰）天体运行论向神学信奉的地心说提出了严峻的挑战。核心：日心 地动布鲁诺（意）被火刑伽利略（意）被终生监禁2、 血液循环说由三位伟大科学家先后建立：（1）比利时医生维萨里人体构造指出心脏有四个房室（2）塞尔维特于十年后发现小循环即肺循环（肺循环是指血液由右心室进入肺动脉，流经肺部的毛细管网，再由肺静脉流回左心房的循环。）（3）英国医生哈维揭示人体大循环（体循环是指血液由左心室进入主动脉，再流经全身的各级动脉、毛细血管网、各级静脉，最后汇集到上、下腔静脉，流回右心房的循环。）3、 伽利略为近代自然科学开辟道路主要成就：把自然科学从自然哲学中分离出来成为独立的科学。（两方面）科学成果：自制天文望远镜观察天体为哥白尼日心说提供有利证据 落体定律、抛物体的运动规律、摆的运动规律 为经典力学奠基研究方法：实验方法的提高：把实验方法和数学方法结合【导入】进入18世纪以来自然科学得到了全面的发展，不但自然科学的基础理论得以确立，而且带动了技术革命的兴起极大的推动了社会生产力的发展。【板书】（二）、近代自然科学的发展（1819世纪）1、 物理学理论的综合（1） 天上力学和地上力学的综合牛顿（英）提出了力学三定律惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力以及万有引力定律，建立起经典力学体系，把人们过去普遍认为互不相干的地上物体运动和天体运动规律概括在统一的理论之中，完成了近代科学史上的首次大综合。（2） 不同运动形式的综合统一德国医生迈尔第一次发表论文讨论运动形式转化规律。焦耳（英）第一次用实验验证能量守恒。赫尔姆霍兹第一次全面阐述能量守恒定律并指出其具有普遍意义。19世纪70年代恩格斯突出强调“转化”并改称其为“能量转化和守恒定律”，其意义在于把人们认为互不相干的、割裂的物理现象力学、热学、磁学、电学的联系在一起，统一在一起。（3） 光、电、磁的统一奥斯特（丹麦）发现了电流的磁效应现象法拉第（英）发现了电磁感应现象1864年，麦克斯韦（英）提出了麦克斯韦方程，提出了电磁波的概念，预言光也是一种电磁波。1877年，赫兹（德）用实验验证了麦克斯韦关于电磁波的预言。麦克斯韦在电磁学理论中的地位就像牛顿在力学中的地位一样。【板书】2、近代化学基础理论的建立（17世纪中期-19世纪末）（1） 化学学科的建立波义耳（英）提出了“元素”的概念，使化学成为一门独立的学科，同时提出化学是“实验科学”。（2） 燃烧的氧化学说的确立拉瓦锡（法）提出了燃烧的氧化学说，真正揭开了燃烧的秘密。（3） 科学原子理论的建立道尔顿(英)提出原子理论。之后，阿伏加德罗提出了分子理论，完善了科学原子理论。（4） 化学元素周期律的发现 门捷列夫（俄）于1869年2月，迈尔（德）于同年10月各自独立的提出了化学元素周期律。（5） 有机化学的建立较无机化学出现较晚，受活力论的束缚；到1824年维勒（德）首次用无机物合成了有机物尿素，给神秘的活力论以沉重的打击，同时也打破了无机物与有机物的界限，无机领域的规律开始向有机领域渗透。【导入】恩格斯所说的19世纪自然科学的三大发现有两项出自生物学即细胞学说和科学进化论。【板书】3、生物学理论的新建树（1） 细胞学说 第一个观察到细胞的是胡克（英）； 1838年施来登（德）提出细胞是一切植物结构的基本单位； 1839年施旺（德）把这一学说扩大到动物界（2）生物进化论的建立 达尔文1859年11月24日正式出版物种起源提出生物进化论，主要的核心思想是：生物变异是普遍存在的，生存竞争，优胜劣汰，适者生存【导入】20世纪以来，现代自然科学进入一个迅速发展的阶段，以现代自然科学理论为基础陆续诞生了一批高新技术，人类社会继工业革命和电力革命之后，进入了第三次技术革命时代。【板书】三、现代科学技术发展趋势（1） 科学技术经历了空前的革命1、 物理学革命（1） 量子力学的创立和发展 普朗克（德）黑体辐射的研究宣告了量子论的诞生 爱因斯坦提出了光量子的概念 玻尔提出量子化的原子结构理论（2） 相对论的创立及发展 “以太危机” 1905年爱因斯坦提出狭义相对论，指出时间和空间都不是绝对的，而是相对的，时间和空间不是孤立的而是互相联系的，时间尺度的变化必然引起空间尺度的变化。 1961年爱因斯坦又创立了广义相对论 【讲述】量子理论和相对论的诞生突破了经典物理学的框架不仅成为了现代物理学的基石，而且为其他自然科学提供了全新的理念、理论和方法。【板书】2、分子工程学 就是人们通过理论计算，像设计房屋一样设计新分子、新材料、新品种。比如药物设计、高分子设计、合金设计等。3、 生物分子学遗传工程已能生产出人工胰岛素、干扰素和生长素等。【讲述】20世纪以来，人类的视野在微观和宏观领域都扩大了十万倍以上，从肉眼看不到的基本粒子到地壳、天体、宇宙都有了比较深入的了解。学科之间逐步走向了新的综合 。【板书】（二）科学技术走向新的综合1、 化学领域1961年柯塞尔（德）提出离子键理论；同年刘易斯（美）提出了共价键理论，但是不能解释为什么共用电子对会静止在两原子之间。根据量子力学理论几乎同时诞生了共价键理论和分子轨道理论，解释了关于共用电子对的问题。2、 生物学领域 分子生物学的诞生是20世纪生物学界最重要的事件，它是生物学与化学及物理学交叉的产物。它的诞生是一些传统的生物学概念在生物分子大水平上得到阐明。3、 天文学领域在现代宇宙学的基础之上，借助广义相对论开始形成新的宇宙观。伽莫夫提出宇宙大爆炸理论。4、 地学领域1915年魏格纳（德）提出大陆漂移说；1928年霍夫曼（英）提出地幔对流说；20世纪60年代赫斯（美）提出海底扩张说；1967年在此基础上提出了板块构造理论。【讲述】进入20世纪以来，科学对社会发展的推动作用日益明显，科学已经成为决定国家和民族兴衰成败的决定性力量。【板书】（三）科学技术发挥的巨大作用1、 科学技术成为第一生产力科学对生产力的各要素都有重大的影响：对产业结构产生了重大影响；是世界经济的运行进入了知识经济时代。知识将成为高于物质和能源的主要财富。2、 科学技术的发展改变了社会的面貌信息技术、新材料技术、空间技术和海洋技术等。3、 科学技术的进步影响人类的生活方式现代交通工具、现代传媒手段、机械化、自动化和产业化、家庭电气化等。危害：生态环境的恶化，自然资源和能源的过度消耗，核灾难等。【讲述】科学技术是第一生产力，创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力。要使科学技术在知识经济社会成为主要推动力，必须切实推进科技创新，树立以人为本的科技发展观。【板书】（四）创新是科技进步的核心1、 确定以创新为价值取向的观念2、 确定以人为本的科技发展观3、 完善适应知识经济和21世纪社会发展的科技进步体系4、 建立与创新要求相适应的国家创新体系结构5、 全面提高创新科技人才的素质6、 发展创新文化，努力培育全社会的创新精神第一章 自然的探索 第一节 自然科学发展的历史轨迹 古代自然科学（始于原始社会）萌芽阶段 三个阶段 近代自然科学（18-19世纪）发育阶段 现代自然科学（20世纪至今）迅速发展阶段一、古代自然科学1、古希腊的科学2、古代中国的科技二、近代自然科学的发展（一）近代自然科学诞生阶段的三件大事1、太阳中心说2、血液循环说 3、伽利略为近代自然科学开辟道路（二）、近代自然科学的发展（1819世纪）1、物理学理论的综合2、近代化学基础理论的建立（17世纪中期-19世纪末）3、生物学理论的新建树三、现代科学技术发展趋势（一）科学技术经历了空前的革命（二）科学技术走向新的综合（三）科学技术发挥的巨大作用（四）创新是科技进步的核心第二节 自然科学研究的基本方法【引言】科学问题的提出是科学研究的起点，解决问题是科学研究的目的。本节课我们将共同来了解科学研究的基本方法。【导入】首先我们要进行科学问题的提出即选题。选题是整个科学研究工作中最具有战略意义的一步。选题是否正确，决定科研的方向是否对头，如果方向对头，可以事半功倍，如果方向不对，则可能一事无成。【板书】一、选题与实验计划的制定（一）选题1、调查研究 创造性原则：解决前人未解决或未完全解决之问题 科学性原则：永动机、水变油等伪科学 四大原则 可行性原则：结合个人与社会实际选题 社会需求原则：与社会需求结合2、做开题报告 包括：课题目的、意义、根据、国内外研究情况、工作方法、步骤、仪器设备、预期达到的水平以及参加者在这一方面已做过的工作，达到的水平、估计完成的时间和经费来源等。3、专家评审：做技术经济论证和可行性分析4、获得经费5、立项【导入】选题立项后，就要制定工作方案和试验计划【板书】（二）实验计划 基本程序：（1） 确定实验目的（2） 明确理论指导，实验原理（3） 选定实验方法、步骤（4） 配备实验器材（5） 实验记录（6） 结果处理【导入】经过选题与实验计划的制定之后，就要进入科学实施的获取阶段，而观察与实验是获取科学事实的基本方法。【板书】二、观察、实验方法（一）观察 1、定义：观察是主客体相互作用的过程，是主体在一定条件下通过感官从被观察对象那里获得感觉映像，形成经验，最后得出观察陈述的过程。2、分类：（从不同角度对观察进行分类） I：定性观察和定量观察定性观察：是通过人的感觉器官对事物的某种特征作出判断。如温度、胖瘦、高矮、 大小等。缺点是容易产生错觉。定量观察：是借助仪器来测量观察对象的各种数量关系，刻画对象数量特征，又叫观测或测量。II:直接观察和间接观察直接观察：是观察者用感觉器官对观察对象进行观察。局限性：易出现错觉间接观察：借助观测仪器来观察事物对象。 与直接观察相比有以下优越性：a 扩大观察范围：大到宇宙天体，小到微观粒子b 提高精确度，克服错觉c 提高观察速度：如一些基本粒子的寿命只有10-28秒d 使感觉形式发生转变：如眼睛不能感受温度，但是通过用眼睛读取温度计的 数值可以知道温度的高低。但是也存在如下的问题：a 不如直接观察生动直接简便：如中医的望闻问切，包含有许多经验，不能完全用仪器取代。b 仪器若出现问题可引起观察失误：如仪器制造与操作上的失误。c 观察不能改变和控制对象，无法得到物质内在的性质。【导入】基于观察的局限性和缺点，我们需要使用实验方法。实验和观察一样，也是科学认识的基本方法。 【板书】（二）实验1、 定义：实验是人们根据一定目的，利用科学仪器和设备做出安排，认为的尽可能控制或模拟所研究的自然现象，以便在最有利的条件下进行观察的一种研究方法。2、 分类：1、 直接实验（常用）：饰演者用实验手段直接作用于所研究的对象或现象的实验。 基本程序：实验准备阶段、实施阶段、实验结果处理阶段。2、 模拟实验：实验者的实验手段是通过与原型相似的模拟对象间接作用于所研究的现象或对象的实验。 适用于：不能直接实验的对象 自然模型：医学、生物学、药学上用动物代替人体做实验 模型： 人造模型：水电站模型、调水调沙实验、水文实验、力学实验、风洞 基本程序：模型与实验条件的选择，其余与上述相同。3、 实验较观察的特点：1、 可以纯化研究对象：排除偶然因素、次要因素和外界干扰，突出主要因素。如：合成氨条件的选择2、 可以强化研究对象：强化某种条件研究物质在普通条件下不具有的性质。 如：汞在4.173K以下失去电阻，成为超导体。3、 可以加速、再现、模拟自然过程。 如：我国科学院的大气环流模拟转台，每半分钟左右转一圈就能模拟一天的天气，三小时就可以模拟一年气候的变化。也可以对一些时过境迁的自然现象如地壳运动、生命起源等进行模拟。【导入】经过观察与实验我们获得了大量的科学事实，但这些认识是感性的，我们必须把感性认识上升到理性认识的高度，才能深入的把握客观事物的本质及其运动规律。这就需要人们在大量感性认识的基础之上，运用自己的思维进行一系列的科学抽象活动，如：逻辑思维、灵感和直觉、数学方法及假说等。【板书】三、观察、实验结果的整理和总结（1） 逻辑思维（抽象思维或理论思维）1、 定义：是在感性认识的基础上，运用概念、推理、判断等思维形式对客观世界简洁的、概括的反映过程。2、 形式： a 概念：什么是什么的问题（突出事物的本质特征）如:人是什么？ b 判断：对与错的问题 c 推理：正确的前提-推理-假说3、 基本方法 （1）比较-分类法-可以分门别类 比较：区分事物的异同 分类：根据事物的共同点与不同点进行分类 （2）分析-综合法 分析：整体分解为部分，复杂分解为简单 综合:部分整合为整体 （3）归纳-演绎法 归纳：个别到一般（完全归纳 不完全归纳） 演绎：一般到个别（2） 直觉和灵感（顿悟）直觉：人们突发性的对出现在人们面前的新事物或现象的极为敏锐的，准确的判断和其对内在本质的理解。如：白川英树（日）（获诺贝尔化学奖）在研究半导体聚合物时看到反应器中生成的银色薄膜意识到了它的重要性，从而发现了导电塑料。如：霍金（英）的研究对象是宇宙，但他对观测天文从不感兴趣，只有几次用望远镜观测过。与传统的实验、观测等科学方法相比，霍金的方法是靠直觉。 “黑洞不黑”这一伟大成就就来源于一个闪念。在1970年11月的一个夜晚，霍金在慢慢爬上床时开始思考黑洞的问题。他突然意识到，黑洞应该是有温度的，这样它就会释放辐射。也就是说，黑洞其实并不那么黑。 这一闪念在经过3年的思考后形成了完整的理论。1973年11月，霍金正式向世界宣布，黑洞不断地辐射出X光、伽马射线等，这就是有名的“霍金辐射”。而在此之前，人们认为黑洞只吞不吐。 灵感：一种有意识或下意识的思考，突然间得到领悟。如：凯库勒（德）发现苯环结构 爱因斯坦发现相对论 共同点：都具有突发性、跳跃性【讲述】爱因斯坦说“天才是百分之九十九的汗水加上百分之一的灵感。”，而直觉和灵感都是有基础的，与巨大的努力是分不开的。同时还要知道，直觉和灵感是突发的和跳跃的，有时候会不准确或不严密，最终还是需要用实验来检验的。【板书】（三）数学方法【讲述】从观察和实验中得到的数据必须通过数学方法进行处理，但是它始终只是一种研究的方法，不可能替代科学，也不可能指望它解决一切问题。【板书】（四）假说及其检验 基本特征：具有一定的科学性，也具有一定的猜测性 如：道尔顿的原子论 检验方法：逻辑分析法和实验检验法，如果成立就上升为理论。 第2节 科学研究的基本方法一、选题与实验计划的制定（一）选题1、调查研究 2、做开题报告3、专家评审：做技术经济论证和可行性分析4、获得经费5、立项（二）实验计划二、观察、实验方法（一）观察 1、定义 2、分类（二）实验 1、定义 2、分类 3、特点三、观察、实验结果的整理和总结（一）逻辑思维（抽象思维或理论思维） 1、定义 2、形式3、基本方法（2） 直觉和灵感（顿悟）（3） 数学方法（4） 假说及其检验第3节 科学、技术、社会【引言】几百年来，人类社会的进步，经济的发展，文明的演进无一不是建立在科学技术发展的基础之上，尤其是进入近代以来，科技更是给人类带来了翻天覆地的变化，渗透到了人类生活的方方面面，大到全球的政治、经济、外交，小到人们的衣、食、住、行处处都有科技的应用。科技与社会结下了不解之缘。本节课我们将共同来解读这种关系。【讲述】首先科学与技术是两个不同的概念我们将逐一来理解。什么是科学？要搞清楚这个概念并不是容易的事，因为科学与文化一样是一个很难以界定的名词。它在不同时代，不同场合都有不同的意义，而且伴随着社会的发展，科学本身也在发生着变化，人们对科学的认识也在不断的深化，因此到目前为止还没有人能够给科学下一个为世人所公认的定义。但是我们可以沿着历史的足迹，把众多的关于科学的定义加以概括，以便于我们对科学内涵的正确理解。【板书】一、科学（1） 科学的内涵1、 科学是由一系列原理、原则和学说构成的知识体系。如牛顿的经典力学体系。2、 科学是一种不断前进和自我矫正的探索过程。如牛顿的经典力学中的绝对时空观到了20世纪就不得不被爱因斯坦的相对时空观所取代。3、 科学是一项全社会的事业。 16世纪是科学家的个体活动时代，如伽利略17世纪是松散的群众组织时代，如牛顿的皇家学会18世纪到二战前是集体研究时代，如爱迪生的“实验工厂”20世纪是“大科学”时代，如美国的“曼哈顿”计划制造原子弹动用了几万人。现代的科学需要不同学科背景的科学家共同研究，需要不同国家的科学家共同联手。科学家与政治家、企业家的联系日益紧密，科学已经成为一种社会建制，成为全人类的事业。4、 科学是一种积极向上的精神力量，是人类不断进取的重要精神因素。5、 科学的三要素：探索 解释 检验 【导入】任何事物的发展都会有两个因素即：内因和外因，科学也是如此。外因是存在于科学外部的，是社会和经济发展的需要；内因是存在于科学内部的，是科学认识本身的逻辑。我们先来认识外因：【板书】（二）科学认识发展的动因1、外因：社会经济发展的需要古代：古代天文学和古代力学就是在古代建筑、航海、农牧业等的刺激下才发展起来的。古代到19世纪中叶：生产技术科学 科学落后于生产19世纪下半叶：科学技术生产 如：麦克斯韦的关于电磁波的预言被验证后无线电技术才发展起来。之所以会出现科学超前于生产是因为人类认识的领域主要是宏观的、低速的运动，进入20世纪以后工业和技术的发展为科学研究提供了强有力的实验手段，使得人类的认识向微观和高速领域进发。2、内因：内部矛盾运动（1）新事物和旧理论的矛盾：如普朗克发现黑体辐射谱中的能量分布与经典物理形成尖锐矛盾，由此诞生了量子理论。（2）各种观点、假说、理论之间的矛盾：科学理论中有很多不同的理论观点，会形成不同的学派，学派之间会不停争论，因此科学的理论就会处于不断的修正、更新、验证的过程当中，也因此不断的向前发展。【导入】科学要想服务于社会，必须要转化为技术。技术与人类共存，是推动人类文明发展的动力。【板书】二、技术（1） 技术的内涵18世纪狄德罗：技术是为了某一目的共同协作组成的各种工具和规则体系。（较早）定义：是人类为了实现社会需求而创造的手段和方法体系，是人类利用自然规律控制、改造、协调自然的过程和能力，是科学知识、劳动技能和生产经验的物化形式。（2） 高新技术第一种认为：对知识密集、技术密集型产业及其产品的统称。第二种认为：高新技术是指那些对一个国家经济、国防有重大影响，具有较大的社会意义，能形成产业的新技术或尖端技术。通常是具有突出的社会功能和极高的经济效益，以最高的科学发现为基础，具有重要价值的技术群。我国的高新技术包括：生物技术、航天技术、信息技术、激光技术、自动化技术、能源技术、新材料技术和海洋技术。（3） 技术的来源渠道第1条 ：生产实践-最根本、最重要的技术源泉。第2条 ：科学实践-实验直接推动了技术的发展。第3条 ：科学理论-提供了技术所需要的知识，指出了技术发展的方向。【导入】科学与技术是辩证统一的，科学中有技术，技术中有科学。下面我们来解读一下科学与技术的区别和联系。【板书】三、科学、技术与社会（1） 科学与技术的主要区别1、 目的和任务不同 科学的目的和任务在于认识和揭示客观世界的本质和发展规律，侧重回答自然现象“是什么”、“为什么”、“能不能”的问题。 技术的目的和任务在于对客观世界的控制、利用和改造，发明世上尚没有的东西，协调人与自然的关系，侧重回答社会实践中“做什么”、“怎么做”、以及“有什么用”的问题。2、 社会功能和价值标准不同 科学具有广泛的社会作用，具有认识、文化、教育和哲学等多方面的价值，并未技术创新提供了理论指导，但科学一般不具有明确、直接的社会目的；对科学进行评价，追求的是正确性和深刻性；科学的作用是教导人类；思维的典型方式是纵向的。技术具有明确的、具体的社会目的，如直接追求经济的、社会的和军事的利益；对技术进行评价，追求的是先进性、经济性和可行性；技术的作用是用现有的知识去为人类服务；技术的思维方式是横向思维。3、 成果形式和肯定方式不同科学活动的成果主要表现为知识形态，如报告、论文、著作等；在肯定方式上通常把科学上的突破叫做发现，对重大发现可以冠名，如：牛顿三定律、麦克斯韦方程式等。技术活动的成果主要变现为物质形态，如产品、装置、设施及控制软件等；技术上的创新叫做发明，重要发明不仅可以冠名，而且还可以申请专利，如爱迪生一生共获得了1000多项专利。（2） 科学与技术的联系关系：互相依存、互相渗透、互相转化科学常常可以启发我们提出新的、以前没有想到过的事物特性，经而导致新技术的产生。而技术也为科学提供了眼睛、耳朵和一部分肢体，扩展了人类的触觉、听觉和感觉。新技术常常需要新见解，而新研究也常常需要新技术，科学与技术越来越趋于一体化。【导入】科学发展观是适合中国国情和顺应时代潮流的发展观，它是人们对发展问题的总体认识和根本观点。科学发展观的内涵十分丰富，包含了坚持以人为本，是科学发展观的核心内容；坚持改革开放，是科学发展观的强大动力；促进全面发展，是科学发展观的重要目的；保持协调发展，是科学发展观的基本原则；实现可持续发展，是科学发展观的重要体现；实行统筹兼顾，是科学发展观的总体要求等。科学发展观要回答的问题有：要不要发展，为谁发展，发展什么，怎样发展，往哪里发展等问题。【板书】（三）科学发展观1、科学发展观的内涵 坚持以人为本，全面、协调、可持续的发展发展观。 坚持以人为本，就是以实现人的全面发展为目标，从人民群众的根本利益出发谋发展、促发展，不断满足人民群众日益增长的物质文化需要，切实保障人民群众的经济、政治和文化权益，让发展的成果惠及全体人民。 全面发展，就是以经济建设为中心，全面推进经济、政治、文化与社会建设，实现经济发展和社会全面进步。 协调发展，就是统筹城乡发展、统筹区域发展、统筹经济社会发展、统筹人与自然和谐发展、统筹国内发展和对外开放，推进生产力和生产关系、经济基础和上层建筑相协调，推进经济、政治、文化、社会建设的各个环节、各个方面相协调。 可持续发展，就是促进人与自然的和谐，实现经济发展和人口、资源、环境相协调，坚持走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，保证一代接一代地永续发展。2、 树立和落实科学发展观（1） 必须推动社会全面进步和人类的全面发展，促进社会主义物质文明、政治文明、精神文明协调发展。（2） 必须着力提高经济增长的质量和效益，努力实现速度和结构、质量和效益相统一，经济发展和人口、资源、环境相协调，不断保护和增强发展的可持续性。（3） 必须坚持理论和实际相结合，因地制宜，把科学发展观的要求贯穿于各方面的工作。3、 用科学发展观协调人口资源环境（1） 要牢固树立以人为本的观念。（2） 要牢固树立节约资源的观念。（3） 要牢固树立保护环境的观念。（4） 要牢固树立人与自然相和谐的观念。第3节 科学、技术、社会 一、科学 （一）科学的内涵 （二）科学认识发展的动因 1、外因：社会经济发展的需要 2、内因：内部矛盾运动 二、技术 （一）技术的内涵 （二）高新技术 (三) 技术的来源渠道 三、科学、技术与社会 （一）科学与技术的主要区别 （二）科学与技术的联系 （三）科学发展观 1、科学发展观的内涵 2、树立和落实科学发展观 3、用科学发展观协调人口资源环境 第二章 自然界的物质性【章引言】我们都知道世界是物质的，大到宇宙天体小到微观粒子，它们都是由原子按照不同的排列而构成的。我们脚下的这颗星球-地球当然也不例外，但它有着得天独厚的条件与生生不息的生命物质存在，这一切都使得它在整个宇宙中显得非常特殊与重要。为什么只有地球上有生命物质存在呢？这与地球在整个宇宙中的位置，与地球独特的内外部结构都是分不开的。本节我们将共同来了解宇宙与地球的概况。第1节 宇宙与地球【引言】宇宙与地球的结构、起源和演化历来都是自然科学的重大问题，进入20世纪以来，人类在这些问题的探索上有了一系列的进展，对宇宙和地球有了更为全面的认识。【讲述】茫茫宇宙自古以来就是人类思考和探索的对象，到目前为止我们已经对它有了科学的认识。【板书】一、宇宙的起源和结构（1） 含义1、哲学上认为淮南子： 上下四方曰宇（空间）、古往今来曰宙（时间），宇宙是时间和空间的统一，没有起源也没有边际。现在通常认为的是：是指目前人类天文观测所及的整个时空范围，称为“可观测宇宙”，有起源也有边际，年龄150亿岁，已观测到最远的的星系距离我们150亿光年。2、 存在形式：天体（恒星、星云、行星、卫星、彗星、流星等）和弥漫物质 主要天体：恒星（约700万亿颗）和星云（极其稀薄的气体和尘埃组成的云雾 状天体）3、 星系：由无数恒星和星云等星际物质（包括星际尘埃和星际气体）构成的巨大集合体。（1000亿个） 如：地月系太阳系银河系总星系（银河系和河外星系）（2） 起源“宇宙大爆炸理论”学说代表人物：伽莫夫和霍金主要观点：源于150年前的一次大爆炸，宇宙从密到稀，从热到冷不断膨胀形成了今天的宇宙。1、 宇宙演化的过程：（1） 极早期：称为“太初第一秒”，刚诞生的宇宙是一种极高温，极致密的状态，只有质子、光子、电子、中子等基本粒子混合而成，除质子-氢核外没有其他元素。（2） 化学元素形成阶段：经历了数千年，当温度下降后，中子之子等开始发生核聚变反应，形成氢、氦等比较轻的原子核和质子、光子、电子等，辐射很强。（3） 主体阶段：我们仍生活在这一阶段。温度降低，原子核与电子结合为中性原子，辐射减弱，中性原子在引力作用下逐渐凝聚形成气体物质，几十亿年间不断吸引、融合形成越来越大的团块，逐渐形成星云，先后形成了各级天体。2、 大爆炸理论的依据（1） 星系红移：1929年哈勃发现红移现象，说明各星系正以很高的速度彼此飞离，说明宇宙正在膨胀。（2） 微波背景辐射：这是宇宙大爆炸留下的印记。伽莫夫预言目前宇宙中应该到处存在有微波辐射大约为5K。1964年被美国贝尔电话公司的工程师验证存在。（3） 宇宙元素的丰度：宇宙大爆炸预言宇宙是由最初形成氢和氦构成的，天文测量结果与其极为相似：氢和氦的丰度之和约占99%。（4） 宇宙的年龄：宇宙大爆炸预言宇宙年龄为150亿年，利用放射性同位素的方法对最古老的岩石和宇航员从月球上带回的土壤分析估算出最古老的恒星年龄约为100-150亿年。（3） 结构：宇宙是由不同的天体系统组成的1、星系：由无数恒星和星云等星际物质（包括星际尘埃和星际气体）构成的巨大集合体。（1000亿个）代表：银河系银河系概况：（1）1000-2000亿颗恒星（2） 中型恒星系，总质量是太阳的1400亿倍，其中90%以上是恒星的质量。（3）形状：铁饼状（P43）旋涡星系组成：银盘、银核、银河晕轮银盘：主体、R=4万光年、厚度约3000-6000光年、由年轻恒星组成环绕形 成四条巨大的旋臂。银核：可能存在黑洞银河晕轮：直径约7.8万光年，恒星密度低，多为老年恒星。2、 恒星：由炽热气态物质组成，能自行发光发热的球形或接近球形的天体。（1） 离地球最近的恒星：太阳（2） 运动：有自转有公转，但是方向和速率都不一样，最快的是开普坦星。（3） 热核反应：恒星能自行发光发热的原因。（4） 物理性质：差异较大 质量：从太阳的1/20到几百倍 直径：从太阳的1/1000到千倍以上 密度：从水的几千分之一到千万倍以上 光度：从太阳的几十万分之一到几十万倍 表面温度：几百度到几万度 中心温度：千万度到亿度以上（5） 星座：星空分为若干区域，每一区域称为一星座，每一恒星都从属于一星座。（6） 恒星的诞生、发展、死亡和再生 诞生：极其稀薄的物质凝聚成星云，进一步收缩、升温直到触发恒星中心的核聚变反应，从而放出巨大的核能使恒星发光放热，恒星就诞生了。主序星：占恒星寿命的90%红巨星：晚期恒星的归宿：白矮星-质量小的恒星 中子星-质量较大的恒星 黑洞-质量更大的恒星3、 太阳（1）以250km/s的速度和2.5亿光年的周期绕银河系公转（2）与地球相比是一个巨大的球体： 直径是地球的109.3倍 体积是地球的130万倍 质量是地球的33.34万倍 重力是地面重力的27.9倍 密度是地球平均密度的1/4倍（3） 构造：炽热的气态球体，无固态表面，分为两部分： 内部为高温高压稠密的气体，无法直接观测，只能推测； 外部为稀薄的气体，称为太阳大气，可以直接观测。太阳大气分为三部分：光球、色球、和日冕光球：太阳大气的最底层，厚度只有500km，密度最大，最明亮，温度最高，有效温度为5500摄氏度，平日见到的太阳光线就是从这里发出的。周期性出现黑子，是太阳活动的反应。色球：太阳大气的中层，厚度约2000km，密度较光球低，亮度仅为光球的千分之一，色球边缘呈锯齿形，这是强烈的上升气流形成的气柱叫日珥。日全食时所见玫瑰色外层为色球。日冕：太阳大气的外层，厚度相当于太阳半径的几倍，达几百万千米，密度很低，亮度仅为光球的百万分之一。日冕的气体粒子不断向外扩散形成太阳风，对地球等行星影响较大。温度：从光球往内随深度增加温度也在增加，中心温度可高达1500万开尔文；从光球往外温度也在增加。（4） 太阳能：高温来源于氢核聚变为氦核的热核反应。（5） 寿命：现在处于主序星阶段已存在了50亿年，还可以像这样存在50亿年。（6） 运动：公转：250KM/S 自传：周期为25天 以20km/s的速度向武仙座方向前进4、 太阳系：受太阳引力约束的天体组成的系统。 （1）成员：太阳、八大行星、无数小行星、众多卫星、彗星、流星体、以及星际物质。其中太阳的质量占总质量的99.9%，因此具有足够大的吸引力，使其他天体围绕太阳公转。 （2） 行星：环绕恒星公转的天体 八大行星：（2006年修正）类地行星：金星、水星、地球、火星共同特点：离太阳较近，半径和质量较小，但是密度较高，由石质和铁质构成。类木行星：木星、土星、天王星、海王星共同特点：离太阳较远，质量和半径都大于地球，但密度小于地球，主要有氢、氦冰、甲烷、氨等构成。运行规律：近圆性、共面性、同向性其中冥王星由于质量小，轨道和海王星有交角而被剔出。(3) 小行星：主要分布在火星和土星之间，数量突破7000个，形状各异，直径一般不超过1000米，杂乱无章绕太阳转动，其轨道经常受到大行星的扰动。(4) 彗星：共记录了2000颗彗星，典型的彗星分为彗核、彗发和彗尾。(5) 流星：石质陨星叫陨石，铁质陨星叫陨铁。【导入】了解完地球在宇宙中所处的环境后，接下来认识一下我们所在的星球-地球。地球是一颗得天独厚的星球，孕育了生命和人类，是我们的家园。【板书】二、地球及其圈层结构（1） 地球和地球的起源1、 地球概况（1） 形状和大小： 形状：梨状体（赤道半径大于两极半径，北极略突，南极略平） 大小：R（平）=6371Km R（赤道）=6378Km R（两极）=3657Km V=1.08310 立方千米 m=5.97610 g 平均密度=5.52g/cm(2) 对生命存在的有利条件：A.日地平均距离为1.49610 Km，因此地表形成了适宜的温度。B.地球的巨大引力使得周围的气体不会散逸到外层空间。C.地球的形状使得热量呈带状分布，自然现象与物种呈现多样性。（3） 天然卫星-月球月球对地球的影响：潮汐现象、日食现象、夜晚反射太阳光照明。2、 地球的起源（1）1775年康德的星云说解释了太阳系的一些特征，但缺点是无法解释太阳呈球形而且自旋的现象。（2）20世纪对恒星与行星的形成做了新的解释。（2） 地球的圈层结构 同心圈层包括：内部圈层（地壳、地幔、地核） 外部圈层（大气圈、水圈、生物圈） 超外圈（磁场）1、超外圈-磁层：指地球磁场的影响范围，在空间最大可延伸至几百个甚至上千个地球半径，保护地球大气和地表的生物免受电离辐射。2、地球的外部圈层：各层之间并无明显分界（1）大气圈：最外圈，是地球海陆表面到星际空间的过渡，没有明显的上限，直至800Km以上，越往外气体越稀薄。由内往外：对流层（天气变化、气候变异、温室效应、飞机飞行）平流层（长时 间飞行）中间层暖层散逸层作用：对生物的形成发育和保护有很大作用，能挡住多数飞向地球的陨石，平流层顶部有臭氧层可以拦截紫外线，能拦截高能粒子流。（2） 水圈：连续包围地球表面的水层，有固，液、气三态。海洋水：主体，占全球总水量的96.5%和全球面积的71%。含有大量的盐分。陆地水：以淡水为主，大部分是固态水即冰原和冰川，地表水有限，还有土壤水和 地下水。气态水：主要主要集中在对流层中，微不足道。作用：水是生命之源，没有水就没有生命；水圈的运动和循环影响地球上各种环境条件的变化，如：气候、地貌等。（3） 生物圈：是地球特有的圈层指地表生物有机体及其生存环境的总称。范围：地表、大气圈底层和水圈上限：7000-8000米下限：大洋深处10000米，陆地深处100米组成：人类、动物（110万种）、植物（40多万种）、微生物（10万多种）作用：对地表物质的循环，能量转化和积聚有特殊作用。如：植物的光合作用、生物的分化作用和成矿作用等。3、 内部圈层：地球内部是非均质的，各物质的成分、密度和温度各不相同。 岩石圈是指地壳及地幔顶部（厚度约70-150Km）。（1） 地壳：从地表到莫霍界面的圈层，最薄的一层固体外壳。体积仅为地球的1%，质量为地球质量的4%，密度仅为地球平均密度的一半。厚度：不均匀，大陆地壳厚（平均35Km，最厚处70Km青藏高原）； 海洋地壳薄（平均7Km，最薄处4Km）与人类关系密切，危害极大的大陆浅源地震就发生在这里。分类：大陆型地壳：双层结构（硅铝层和硅镁层） 海洋型地壳：单层结构（只有硅镁层）组成：90多种元素，其中氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾含量较大。（2） 地幔：从莫霍界面到古登堡界面之间圈层，古界面位于地球内部2900Km深处，体积约占总体积的83%，质量约占总质量的68%。可分为上下地幔，在地表以下平均深度60-400Km的上地幔上部有一层软流层，位于岩石圈之下是火山地震的根源。（3） 地核：古登堡界面到地心，是地球的核心部分，质量和体积分别占全球的31.5%和16%，密度极高，为高密度的铁镍合金，温度极高到地心可达5500-6000K。4、 地球圈层的形成（1） 原始地圈形成阶段：最初各物质混杂在一起，无明显分层现象，温度很低，物质以固态形式存在，随着放射性物质的衰变温度逐渐升高，物质呈熔融状态，重物质下沉，轻物质上升，出现分层，表层冷却形成地层。（2） 大气圈和水圈的形成和演变：在地球分化过程中各种气体上升到地表受到引力的束缚形成原始大气，主要为一氧化碳、二氧化碳、甲烷、氨气等。原始水圈是地球内部的水受热变成蒸汽，通过火山活动进入大气层，最终以降雨的形式到达地面。（3） 生物圈的形成与发展约3.5亿年钱，原始大气在电闪雷鸣、火山熔岩、紫外线等的共同作用下生成了简单的有机物，最终在海洋里诞生了生命。最初是异养生物（无氧呼吸）、自养生物（光合作用）、喜氧生物逐渐形成了生物圈。到4亿年前生物登陆陆地，出现了生物的大发展、大繁荣。三、板块构造理论（一）魏格纳的大陆漂移学说大陆漂移说认为地球上所有大陆在中生代以前曾经是统一的巨大陆块称之为泛大陆或联合古陆中生代开始泛大陆分裂并漂移逐渐达到现在的位置。大陆漂移的动力机制与地球自转的两种分力有关向西漂移的潮汐力和指向赤道的离极力。较轻硅铝质的大陆块漂浮在较重的黏性的硅镁层之上由于潮汐力和离极力的作用使泛大陆破裂并与硅镁层分离而向西向赤道作大规模水平漂移。但由于魏格纳没有提出一个令人信服的漂移机制，因此一度失去了支持。（二）海底扩张说海底扩张说是20世纪60年代，由美国科学家HH赫斯和RS迪茨分别提出的。海底扩张说认为，高热流的地幔物质沿大洋中脊的裂谷上升，不断形成新洋壳；同时，以大洋脊为界，背道而驰的地幔流带动洋壳逐渐向两侧扩张；地幔流在大洋边缘海沟下沉，带动洋壳潜入地幔，被消化吸收；大西洋与太平洋的扩张形式不同：大西洋在洋中脊处扩张，大洋两侧与相邻的陆地一起向外漂移，大西洋不断展宽；太平洋底在东部的洋中脊处扩张，在西部的海沟处潜没，潜没的速度比扩张的快，所以大洋在逐步缩小，但洋底却不断更新，古老的太平洋与大西洋的洋底一样年轻。深海钻探的结果证实，海底扩张说的上述观点是成立的。（三）板块构造学说主要观点：1、 岩石圈板块是在软流圈上滑动的板块构造，又叫全球大地构造。所谓板块指的是岩石圈板块，包括整个地壳和莫霍面以下的上地幔顶部，也就是说地壳和软流圈以上的地幔顶部。新全球构造理论认为，不论大陆壳或大洋壳都曾发生并还在继续发生大规模水平运动。但这种水平运动并不象大陆漂移说所设想的，发生在硅铝层和硅镁层之间，而是岩石圈板块整个地幔