自然科学第一章

1、自 然 科 学 基 础,一些值得我们思考的问题,科学诞生于何时？科学为什么会诞生？ 人类已有几百万年的历史，人类有文字记载的历史有5000年，而真正意义上的科学只有400多年的历史，为什么科学在近代会加速发展？,中国在古代曾有过辉煌的科学成就，为什么伟大的发现和发明在近代却停了下来？ 为什么会有科学中心转移的现象？下一个科学中心会转移到中国吗？,科学中心转移,欧洲中心论 意大利 1540-1610 英国 1660-1730 法国 1770-1830 德国 1870-1920 美国 1920-现在,一 、 绪 论,自然科学基础是为提高学生科学技术素养而开设的专业必修课。通过本课程的学习，了解科技

2、发展的历程、当代高科技领域的发展状况以及科学技术发展与社会、经济和人类自身发展的相互影响，理解科学技术及其发展进程所蕴涵的科学思想、科学精神以及科学技术的社会功能，进而提高学生的科技素养。,课程教学目的和要求,掌握基本的科学知识、研究方法； 了解现代科学技术发展对社会的重要影响； 形成科学思想、科学方法、科学观念和科学思维方面的基本素养； 能够对科学技术在现代社会中的重要意义、科学文化对于现代人类文化的重要意义、科学技术与社会发展的关系、人与科学技术和自然之间的关系有一个正确的理解和把握。,自然的探索,自然界的物质性,第一章,第二章,课程的主要内容,自然界的运动性,生命与自然,第三章,第四章,

3、资源、能源及其利用,生活中的科学与技术,第五章,第六章,人类活动与地球环境,人类科学技术的进步及其对生活的影响,第七章,第八章,课程的重点 、难点,重点是了解现代科学技术的基本知识，养成科学观念、科学方法和科学文化方面的基本素养，并能够把现代科学技术的基本知识、科学观念和科学方法应用于生活和工作之中。 难点是真正形成科学的素养和方法，并能够在实际思维和工作中应用相关的科学思维、科学方法和科学知识。,自然科学概念 科学是反映自然、社会、思维等客观规律的知识体系。它包括自然科学、社会科学、思维科学等。 自然科学作为科学体系中的一个组成部分，是研究自然界各种物质和现象的科学，是人类在认识自然、改造自

4、然的过程中所获得的关于自然界各种事物的现象和规律的知识体系。,自然科学包括数学、物理学、化学、天文学、气象学、海洋学、地质学、生物学等基础科学，以及材料科学、能源科学、空间科学、农业科学、医学科学等应用技术科学。是人类改造自然的实践经验，即生产斗争经验的总结。,自然科学研究对象是客观自然界，即自然界中各种物质的现象及其运动规律。 1人们认识自然、改造自然这些科学技术活动的过程和结果，即知识体系。 2人们认识自然、改造自然这些科学技术活动的条件和结果。 3人们进行认识自然、改造自然科学技术活动的思想和方法。,自然科学的发展历史大致可分为三个阶段,1、十六世纪以前：古代自然科学.,2、十六世纪到十

5、九世纪：近代自然科学.,3、二十世纪到现在：现代自然科学.,自然科学的发展历史,1、古代自然科学,人类对自然规律的探索对自然的改造，从人猿向揖之后就开始了。不过那时科学、神话、巫术、妖术、原始宗教彼此不分，结成一个“混沌统一体”，这个混沌统一体就是人类最原始的文化。,古希腊的科学 自然科学与哲学融合为自然哲学 科学家：苏格拉底、柏拉图、亚里士多德,古代中国的科学 四大发明产生了世界性的影响,火药,印刷术,造纸术,指南针,古印度的科学 神话之邦，宗教、哲学异常发达,古巴比伦（阿拉伯） 底格里斯河与幼发拉底河流域的美索不达米亚（希腊语：两河之间的地方 ）是世界最早的文明 主要发明：太阳历、象形文字

6、、数学计算,自然哲学,自然哲学是自然科学与哲学融为一体的一门学科是从哲学的高度总结和概括关于自然界的知识。,爱奥尼亚时期自然科学与哲学融为一体的自然哲学时期。一般指公元前63世纪。在这段时间里，位于小亚细亚西岸中部的爱奥尼亚，成为古希腊自然哲学的发源地。主要学派有米利都学派、毕达哥拉斯学派和德漠克利持学派(即原子说学派)。,（1）米利都学派的自然哲学家。,米利都学派提出世界万物的本原问题，他们认为纷繁复杂的世界有一个统一的本原，万物都是由一个统一的本原演化而成的。并认为本原归结为某些具体的物体形态。,“科学之父”的泰勒斯：水是万物的本原 阿那克西曼德：万物的本原是“无限者”。 阿那克西米尼：气

7、 赫拉克利特：火,（2）毕达哥拉斯学派,毕达哥拉斯学派虽象伊奥尼亚的哲学家一样谈论世界的本源，但他们不把世界的本源看作是具体的物质，而看作是抽象的“数”,（3）德谟克利特学派原子论学派 原子论是古希腊自然哲学中极其重要的部分。最早提出原子论的是米利都学派的留基伯。,基本观点是：世界万物是由原子组成的，原子有最小，不可分不可改变等特征。它在种类和数量上都是无限的，永恒运动是原子自身的特性，自然界中的一切就是原子的聚散和原子运动。,欧几里德,古希腊数学家。以其所著的几何原本闻名于世。,欧几里得从10条公设与公理出发，将古希腊时代人们发现的465个几何和算术定理全部推演出来，从而把古希腊数学组织在一

8、个严密的、逻辑线索清晰的公理化体系之中，被世人称为公理化的楷模，为后人不断地效仿。,数学家、天文学家和物理学家。“给我一个支点，我将撬动整个地球”,阿基米德力学,1543年出版哥白尼的天体运行论和维萨的人体的构造，标志着近代自然科学的开始。,2、近代自然科学,文艺复兴运动,文艺复兴运动 资产阶级借助复兴古希腊文化,在意识形态领域发动的一场反封建,反宗教,倡导以人为主,提倡人性自由和个性解放的思想解放运动。,发源地：意大利，再扩展到西欧各国.,文艺复兴运动的作用 1)是一次深刻的思想解放运动，打破了神权的禁锢,促进了人类思想解放，培养了自由研究的精神。 2）诞生了一些有影响力的文学艺术大师,促进

9、了文学艺术的发展和繁荣。 3）诞生了一些有影响力的自然科学家,促进了自然科学技术的产生和发展。,文艺复兴时期的著名人物和重要成就,意大利,意大利,英 国,波 兰,意大利,意大利,神曲,最后的晚餐蒙娜丽莎,罗密欧与朱丽叶哈 姆雷特奥赛罗,提出“太阳中心说”,发展哥白尼学说，认为宇宙是无限的,制成天文望远镜，论证新天文学说的正确性,蒙娜丽莎被称为“永恒的微笑”，在艺术史上占有重要的地位。在这幅画上，第一次展示了人类永恒的微笑，表明人活在世上是可以而且应当找到幸福的。这充分体现了反对神权、提倡人权的人文主义思想本质 。,意大利的达芬奇既是伟大的画家、雕刻家、音乐家和诗人，也是杰出的科学家和工程师。,

10、达.芬奇画的人体解剖图,最后的晚餐,文艺复兴的第一位旗手是著名诗人但丁(1265一1321)。他的著名的作品神曲，将希腊古典时代的人物放在一个重要的位置，而教会的显赫人士却都被打入地狱。,插图描写了但丁在维尔吉的带领下，穿越了恐怖的地狱的情景。,神曲分“地狱”、“炼狱”、“天堂”三部。,1492年,意大利人哥伦布在茫茫大洋中发现了美洲新大陆。,航海探险,哥伦布远洋航海起程的场面,第三，航海和地理大发现，不仅使航海者直接受益，而且推进了海外贸易的发展，开拓了欧洲殖民地，掠夺海外的原料和奴隶劳动力，给欧洲统治阶级带来了财富。促进资本主义生产关系的形成和发展。欧洲社会在财富增加的同时，新兴资产阶级更

11、加认识到发展科学技术的重要，他们已把科学技术与财富紧紧地联系在一起了。财富又激励人们去探险、去探索自然的奥秘。,托勒密地心说,天文学和医学,天文学上的革命,托勒密的宇宙结构：地球坐落在宇宙中心。,）哥白尼的“日心说”向神学的挑战,太阳是宇宙的中心；地球作为一颗普通行星绕着太阳运转。,打破了人们一直奉为真理的地心说，揭示了天体运动的真面目。他通过精确的计算，描绘了太阳系的真实结构，为人们提供厂解释行星运动的简单方式。为后来的开普勒发现行星运动定律提供了必要前提，也为牛顿解释行星运动定律开辟了道路。把人们对天体的认识从感性提高到理性水平上，使天文学成为真正的科学。,天体运行论的发表是科学史的一个里

12、程碑。是自然科学向宗教神学的一次大挑战，是自然科学从宗教神学禁锢中解放出来，走向独立发展道路的宣言书。为自然科学的独立发展拉开了序幕。,）布鲁诺为捍卫哥白尼的日心说，献出了宝贵的生命。,布鲁诺于1548年1月出生在意大利一个贫苦家庭，受文艺复兴思想的影响，他极力倡导思想自由，宣扬无神说，积极宣传哥白尼的日心说。,布鲁诺的行动激怒了教会当局，使天主教会暴跳如雷、恼羞成怒，他被控为“异端”，并被革除教籍。1592年，宗教裁判所将他逮捕，投入监狱。 1600年2月17日，教会以极其野蛮的手段，火焚布鲁诺于罗马的百花广场，罪名是他不仅是一个”异端分子”，而且是“异端分子的老师”。,C）意大利物理学家伽

13、利略的斗争,伽利略是第一个把实验引进力学的科学家，他利用实验和数学相结合的方法确定了一些重要的力学定律。 在15891591年间，伽利略对落体运动作了细致的观察。从实验和理论上否定了统治千余年的亚里士多德关于“落体运动法则”确立了正确的“自由落体定律”。,伽里略因支持哥白尼的日心说受到罗马教廷的审判罗马教庭再次传讯伽利略，对年近七旬且在病中的伽利略进行了长达50个小时的审讯和拷打，并判处他终生监禁。,传说伽利略在判决之后喃喃自语说：“可是，它还是在运动的呀。”,A）维萨的,（15141564）比利时医生、伟大的生物学家、近代人体解剖学的创始人。出版人体构造一书.,血液循环理论,为了揭开人体构造

14、的奥秘，维萨常到郊外无主坟地盗取并解剖绞刑架上的尸体以获得对人体的了解。,维萨认为“注重实际的解剖结果胜于思辨”。根据他自己通过多年解剖进行观察研究的结果，指出了古希腊医学家盖仑学说的许多错误，并出版了人体构造一书。它揭开了医学领域的革命，动摇了被宗教奉为医学权威的盖仑医学，恢复了解剖学在医学中的地位，为近代医学的发展奠定了基础。,B)血液循环理论的建立,塞尔维持主张，在血液中只有一种灵气，即神的惟一灵气，并不存在盖仑所说的三种灵气，这被宗教认为是否定圣父、圣子、圣灵的“三位一体”的宗教教义，特别是塞尔维持主张灵魂本身就是血液，这就等于把超自然的神归结为自然物，更遭到教会的反对。正当他要继续探

15、索整个人体血液机制的时候，宗教裁判所以“异端罪”将其逮捕，1553年，年仅42岁的塞尔维持被判处火刑，临行前还活活烤了他两个小时。,血液循环学说对神学的打击,哈维血液循环理论否定了由宗教的内在灵气的冲击而推动着血液运动的观点，首次把血液循环的动因归结为心脏肌肉的机械收缩。他的血液循环也曾遭到宗教的强烈反对，只是由于哈维是御医，才没有受到人身的摧残。,近代自然科学学科的建立和发展,）物理学,经典力学运动三定律(牛顿） 关于光的波动理论（牛顿、惠更斯） 热力学的建立和能量守恒原理的发现 电磁学的辉煌成就（法拉第）,）化学,化学科学的确立（波义耳） 燃烧的氧化学说的确立（拉瓦锡） 科学原子论的确立（

16、道尔顿） 化学元素周期率的发现（门捷列夫） 有机化学的建立（维勒）,）生物学 林耐：提出系统分类思想（纲、目、科、属、种） 施旺：细胞学说 达尔文：生物进化论,细菌的发现 牛奶、葡萄酒、啤酒和许多食品放置久会变质，很长时间以来，没有人知道其中的原因，化学家、生物学家巴斯德通过精心的研究，揭示出原来是微生物细菌在作怪。灭菌法推广到如手术等医生的治疗过程，使手术病人的死亡比例下降至15。,核心思想：自然选择学说 （适者生存，不适者淘汰） 重要意义：细胞学说和达尔文进化论是19世纪生物科学史上的大事件，揭示了生物界的统一性及其发展的规律。这是生物科学发展史上的一次空前的综合，是生物科学的里程碑。恩格

17、斯把它们与能量守恒和转化定律一起誉为19世纪三大发现。,3、现代自然科学,19世纪末20世纪初的三大发现（X射线、放射性、电子）和两朵乌云(迈克尔逊-莫雷实验，黑体辐射实验）打开了科学认识的新天地,现代自然科学由此诞生。,物理学从传统的宏观、低速领域跨入微观和高速领域，量子论、相对论和核物理的兴起，从根本上改变了经典物理学的面貌，从而为现代自然科学的全面发展奠定了基础。,以分子生物学兴起为核心的生物学革命是现代生物学发展的主旋律。分子生物学从分子水平阐明了生物遗传规律，深化了人们对生命括动的机制和生命本质问题的认识，分子生物学已渗透到生物学的各个领域。,无机化学、有机化学的发展，物理化学和分析

18、化学、结构化学的形成和生物化学、高分子化学这两个新兴化学分支的兴起，,天文学的发展，天体物理学的兴起，推动了现代宇宙学的建立，大爆炸宇宙论、黑洞、暗物质。,二、科学和技术,1、科学侧重于认识自然，主要解决是什么和为什么的问题;技术侧重于改造自然,主要解决做什么和怎么做的问题 。,2科学是发现世界上已有的东西，技术是发明世界上没有的东西 。,3科学是提高人类的认识水平，技术是增强人类的生存能力，改善人类的生活质量。,4科学发展的动力主要是科学家的好奇心、兴趣和社会责任感；而技术发展的动力则是社会的需求，特别是市场需求。,技术是一把双刃剑,1）高科技时代提升了人类的生活品质，但也严重的破坏了自然环

19、境。,2）科技进步加速人类文明的进步，但也使人类陷入文明的灾难。 如核能技术，可以用来发电，但也可以用来制造大规模杀伤性武器,近现代自然科学大发展,十八至十九世纪 天文 康德拉普拉斯关于太 阳系起源的星云假说 物理 能量守恒与转化定律、 麦克斯韦方程组 化学 原子分子论、元素周期 律、无机物合成有机物 生物 细胞学、进化论 地学 地壳变迁理论,十九世纪末 物理 X射线、天然放射性、相对论 和量子力学 化学 有机高分子化学、生物化学、 现代遗传学 综合学科 系统论、信息论、控制论 协同学、相变理论,三、自然科学的两个来源,科学从一开始就有两个来源，首先是好奇心，以及获得一个整体世界观的内在要求。

20、 亚里士多德关于科学诞生的三个条件： a“惊异”困惑、惊异、好奇、求知 b“闲暇”温饱后、充裕后、有时间 c“自由”民主氛围 第二个来源是，为满足人类的物质生活需要，人类必须提高自己制造、使用和改进工具的技艺和能力，广而言之，人类需要提高自己支配自然界为自己服务的能力。,四、自然科学三个组成部分,基础科学：直接以自然界物质运动为研究对象。 技术科学：研究自然界的普遍规律在特定领域、 特定事物上的具体表现或特定过程中 的具体表现。 工程技术：研究改造客观世界的具 体手段和方法，主 要是新产品的研制 和新工艺的创造等。,五、科学与外部知识的关系,什么是“非科学”？ 或什么不是科学？ 非科学指除科学

21、之外的所有人类文化。 典型的几种非科学： 艺术 宗教 迷信 哲学 魔术 科学并非万能，人生需要其他学问,（一）科学与哲学的共同本质,科学人类对世界的一种认识体系 哲学人类对世界的根本看法 德谟克利特的原子论 19世纪的三大科学发现 爱因斯坦的相对论,知识好比是大树，哲学是树根，科学则是树枝,没有哲学的科学是瞎子 没有科学的哲学是瘸子,科学精神,狭义的科学精神 = 理性，即求真 广义的科学精神 = 求真、求善、求美 科学精神的四个方面。对科学精神的理解： 探索精神：对未知事物的好奇心。 是怀疑精神：就是不要轻信，不宽容。 实证精神：是不能靠主观来判断，能够重复性，能够被别人独立验证。能够做概率统计。经验并不能成为科学，经验有些东西是有效的，必须有一个检验。是理性精神。严密的逻辑，报着怀疑的