第15课 近代科学技术革命

第15课近代科学技术革命

一、教学目标

1.知识与能力

熟悉近代科学技术革命的历程，从哥白尼、牛顿、达尔文、瓦特、爱迪生的科学发现及其成就中，理解科学发现源于质疑后的顽强探究。

2．过程与方法

通过人物的介绍和对材料的阅读进行归纳总结，得出结论

3.情感态度与价值观

理解科学进步中继承和创新的关系，认识科技进步对促进社会生产生活和观念发展的作用。

认识科技创新对改变人类观念和生活的价值，认识科技发展中继承与发展，创新性与局限性的历史关系。培养为科技献身的精神。

二、教学重点：近代科技的勃兴

三、教学难点：科学进步是对传统神学宗教思想体系的突破，科学与哲学和宗教的关系

四、教学方法：教师讲析为主，师生讨论为辅

五、课时安排：2课时

六、教学过程

（一）导入新课：资产阶级的兴起和欧洲思想解放的潮流催生了许多顶天立地的科学巨匠。殖民掠夺、奴隶贸易和圈地运动使资本主义积累了大量资本和廉价劳动力，奠定了工业革命的物质基础。生产力的发展和新的社会需要又推动了科技创新。而科学技术领域的突破最终引发了改变世界的工业革命。至19世纪，人类社会已经告别中世纪的宗教黑暗，相继跨入蒸汽时代和灯火辉煌的电气时代。

（二）讲授新课

一、从哥白尼到伽利略

1．哥白尼——日心说

哥白尼是文艺复兴时期波兰著名的天文学家，太阳中心说的创始人，近代天文学的奠基人。哥白尼通过天文观察和数学计算创立了“日心说”，认为太阳位于宇宙的中心，地球和其他星球都围绕太阳运转。哥白尼创立的日心说，即天文学名著《天体运行论》的发表，不但是天文学上的一次伟大革命，推动了天文学研究的飞速发展，而且引起了人类宇宙观的重大革新，沉重地打击了封建神权的统治，“从此自然科学便开始从神学中解放出来”。

2．伽利略──经典力学的重要奠基者

16世纪末17世纪初，随着文艺复兴运动的扩展和人的思想的解放，意大利科学家伽利略认为研究自然界必须进行系统地观察和实验。他将科学实验与数学相结合，进行科学研究，并强调追究事物之间的数学关系。

希腊学者亚里士多德认为地球上的物体运动有天然运动和受迫运动。他认为物体的受迫运动是推动者加于被推动者的，推动者一旦停止推动，运动就会立即停止。在1604年，伽利略在实验中发现：物体下落时的距离与所用时间的平方成正比，而物体下落的速度与物体的重量无关，这就是著名的落体定律。他还通过实验证实了匀速运动定律和匀加速运动定律。伽利略的研究表明，外力并不是维持运动状态的原因，而只是改变运动状态的原因。这是对古希腊哲学家亚里士多德以来有关运动观念的重大变革，为经典力学的建立奠定基础。他的发现以及他开始的科学研究方法，是人类思想史上伟大的成就之一，标志着物理学的真正开端。

伽利略对哥白尼学说的传播和天文学的发展做出了重要贡献。他自创了用以观察天体的第一架望远镜，从望远镜里他发现月球表面有高山深谷，并不是以前人们所说的月球表面是光滑的；木星有四颗卫星，很相似于行星绕着太阳转，他看到银河是由无数恒星组成的，还观察到哥白尼曾推论的金星有盈亏现象。1632年伽利略出版了《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》。他的这些发现和观点，摧毁了教会的信条而证明了哥白尼学说的正确。

二、牛顿的经典力学

1．经典力学建立的背景及概况

17～18世纪，近代自然科学中突出发展起来的是经典力学，又称牛顿力学。这除了由于工场手工业时期经济上的需要之外，也是因为力学研究的对象最直接，它抛开物体的物理、化学性质只把它作为一个质量的实体来看待。在经典力学领域中，最重要的成就是万有引力定律和运动三定律的发现，这些成就构成了经典力学的基本内容。在经典力学的建立中，曾有许多科学家为之付出心血，牛顿则是其中的集大成者，故经典力学又称牛顿力学。

2．经典力学建立的标志。

经典力学建立的标志是牛顿确立的万有引力定律和运动三大定律。牛顿在数学、光学等领域均有重大贡献，最重要的是在力学方面。他在力学方面的贡献之一是确立了万有引力定律。这个定律说明，任何两个物体之间都有引力存在。这个引力与彼此吸引的物体的质量体积成正比，而与两物体间距离的平方成反比。万有引力定律总结了此前一个半世纪的科学发明并用精确的数学术语把它们连结起来了。此外，牛顿还确立了著名的运动三定律，即惯性定律、比例定律（即加速度与力成正比）、作用和反作用相等定律。运动三定律是经典物理学的基础。1687年，他出版了《自然哲学的数学原理》，在该书中他首先给力学的基本要领如质量、动量、惯性、力及向心力下了定义，对大至宇宙天体，小至光的微粒的一切物体在真空中或在有阻力的介质中的运动，全部应用运动三定律和万有引力定律给予了说明，把自然界中的一切力学现象都囊括在他的力学体系之中。《自然哲学的数学原理》一书的出版标志着经典力学的成熟。牛顿力学在科学史上的意义表现在它把天上和地上的运动统一起来，把万有引力定律和运动三定律视为宇宙间一切力学运动有普遍规律，从力学的角度证明了自然界的统一性，实现了人类自然界认识的第一次综合。

3．经典力学的显著特征

最显著的特征之一就是注重实验，实验可以进一步揭示客观现象和过程之间内在的逻辑联系，并由此得出重要的结论。另一个显著特征是它的数学化，这种数学化的根源是自然内在的数学关系。自然的数学结构是近代科学的先驱们深信不疑的真理。

4．经典力学的影响

牛顿三大运动定律和万有引力定律建立后，光学、电磁学等与力学的进一步统一，大大推动了物理学的发展。经典力学体系的建立标志着近代科学的形成。

三、达尔文与进化论

1．生物进化论诞生的历史背景

欧洲思想解放运动的高涨是催生进化论思想的重要条件。16世纪以来，随着资本主义的产生，新兴的资产阶级为了维护自身的政治、经济利益开始在意识形态领域展开反封建斗争，文艺复兴、宗教改革和启蒙运动相继发生。这三大运动有力地冲击了基督教神学，摧毁了基督教会的精神独裁，极大地促进了欧洲的思想解放，使资产阶级“人文主义”和“理性主义”深入人心。这就使人类的视野不断拓展，思想文化领域更加开放，风气更活跃。面向现实世界，重视实践，崇尚理性的追求蔚然成风。

资产阶级革命和工业革命对进化论的诞生起了巨大的推动作用。17～18世纪的西欧，更是一个狂飚突进的时代，英法相继爆发资产阶级革命，封建专制统治被推翻，为资本主义发展创造了条件。同时由于世界市场扩大的需求，工业革命从英国兴起并进而席卷欧洲，资本主义迅猛发展。资本主义的发展一方面为科学技术的发展创造了条件，另一方面也对科学技术提出了新的要求。

科学技术进步，生物学知识积累为进化论的诞生奠定了基础。文艺复兴运动和启蒙运动之后，伴随着经济的发展，科学技术长足进步，这为生物学研究创造了条件。19世纪初期，生物学本身也有了较大的发展，特别是细胞学说的建立。细胞学说是德意志生物学家施莱登和施旺于1838～1839年建立的。该学说认为一切动物和植物都是由细胞组成，细胞是生命的基本单位，一切有机体都是由单一细胞发展而成的,每个细胞不仅能独立地活动，而且能作为整个机体组成单位而行使其功能。这就揭示了所有生命现象的本质统一性。细胞学说被恩格斯称为19世纪自然科学的三大发现之一。细胞学说为生物进化论的创立奠定了基础。

2．生物进化论的诞生

把生物进化作为一门科学进行探讨，并首次提出系统进化学说的是19世纪初（1809年）的拉马克。半个世纪后，即1859年，科学的生物进化论诞生了，其主要代表是达尔文。此后，进化论又为孟德尔开创的遗传学所修饰和发展，终于发展成现代进化论。

达尔文的生物进化理论可概括为：生物是进化的，一切生物都经历了由低级向高级，由简单到复杂的发展过程。物种不断地变异，新种产生，旧种灭绝；生物的进化是连续的，没有不连续的突变，自然界没有飞跃；生物间有共同祖先，彼此间有一定的血缘关系；自然选择是变异最重要的途径。其中前三点讲的是生物进化，最后一点讲的是进化机制，是生物进化论的核心。达尔文认为，生物都具有过度繁殖的倾向，即每个物种产生比能存活的多得多的后代。但生物的生存资源是有限的，因而他们的生存必须通过竞争来实现。这里的竞争有种内竞争、种间竞争、还包括生物同无机环境的竞争。在这一过程中，物种不断发生变异，有些变异对生存比较有利，有些则不利。这样就出现了适者生存，不适应者被淘汰的现象。上述过程就是生存斗争和自然选择。生物经自然选择后的性状会遗传给后代。

达尔文学说是对进化论研究成果全面的、系统的科学总结，是进化论发展史上划时代的里程碑，也是现代进化论的主要理论源泉。达尔文的思想品德和治学态度也是出类拔萃的。正如有人所说，他的勇敢无畏的正确结论来源于他长期对自然界生物的无与伦比的细致观察和丰富积累，来源于他严密的科学态度和勤奋的工作精神。就像进化论本身一样，是长期细微工作的有利选择和积累的结果。

3．生物进化论的历史意义

进化论思想对欧洲思想界产生了巨大影响。达尔文进化论的提出，是人类思想史上划时代的大事。它有力地挑战了封建神学创世说，结束了上帝7天造就世上万物和人类的神话。正如17世纪牛顿把“造物主”从无生命现象的研究领域驱逐出去一样，19世纪的达尔文又把“造物主”从有生命现象的研究领域驱逐出去了。达尔文进化论极大地促进了欧洲的思想解放，使人们的世界观发生了根本性的变化。它所揭示的关于生命自然界辩证发展的规律，不仅结束了生物学中物种不变论的统治，也为马克思主义唯物辩证法的创立提供了重要的自然史的基础。

进化论开创了生物科学发展的新时代。在达尔文以前，人类对生物界的产生和发展基本上处于无知的阶段。达尔文学说的创立，才成功地使生命自然界的主要过程得到了说明，归结为自然的原因。它把发展变化的思想引入生物界，这不仅丰富、发展了生物学本身，也使生物学各分支学科统一为一门综合性的学科，并使它们获得了新的发展方向。

进化论思想对处于国家危亡时期的中国思想界也产生巨大震动。19世纪末20世纪初，帝国主义掀起了瓜分中国的狂潮，中华民族面临严重危亡。中国爱国知识分子为挽救民族危亡，纷纷著书翻译，积极宣传和介绍进化论思想。他们高呼“物竞天择，适者生存”和“优胜劣汰”，以期唤醒国人。他们还把达尔文生物进化理论当作改造社会的利器，掀起了救亡图存的维新变法运动和资产阶级民主革命。

四、瓦特与蒸汽机

1．蒸汽机的出现是社会生产特别是工业革命发展的必然结果

很早以前，就有人设想把蒸汽作为动力使用，但真正把蒸汽动力用于生产，却是17世纪末以后的事情。1698年，托马斯·萨夫里发明了蒸汽唧筒，用于抽干矿井里的水，18世纪初，T·纽科门在改进萨里夫蒸汽机的基础上，制造了一种大气压力蒸汽机，主要用于矿井抽水，但它们都存在明显缺陷，不能作为动力机普遍安装。随着工业革命的开展，大规模的工厂一个接一个建造起来，但这时的动力主要是利用河流里的水力，在这方面，有很多缺点，因为工厂都必须建在河流湍急的偏僻的山谷等处。这些地区交通不便，而且远离原料产地和销售市场，动力问题成为摆在人们面前的急迫问题。人们都希望找到便捷可用的动力，驱动不同机器。

2．瓦特研制成功“万能蒸汽机”

瓦特在格拉斯哥大学实验室当实验员时，负责修理纽科门蒸汽机，他勤奋好学，善于钻研。18世纪60年代，瓦特经过仔细研究，研制出了新的蒸汽机。这种蒸汽机在汽缸之后加了一个冷凝管，大大减少了热量浪费，效率成倍增长，但还有很多缺陷。瓦特又对蒸汽机做了进一步改进，将蒸汽机的动力臂由原来的直线运动改为连续均匀的圆周运动，这样就可以驱动其他的机器工作。这种蒸汽机突破了人力、畜力、风力和水力作为机器动力的局限性，能够提供可控制的任何强度的动力，在生产中广泛应用，适用于各种工作机，被称为“万能蒸汽机”。1785年万能蒸汽机首先在一家纺纱厂投入使用。1789年，瓦特获得专利，瓦特蒸汽机很快普及开来，除用在纱厂之外，还应用到冶金厂、面粉厂，并在后来应用到运输业中。

3．瓦特蒸汽机问世的意义

第一，解决了工业发展中的动力问题，自此以后，只要有煤作燃料开动蒸汽机，就可根据需要建立工厂，不再受河流的限制。第二，促使工业革命轰轰烈烈地展开，出现了发明和使用机器的热潮。瓦特蒸汽机应用于运输业中，导致蒸汽轮船和机车出现，交通运输业发生了彻底变化，人们的交往更加方便，经济和文化联系也日益密切。第三，推动人类社会由此进入“蒸汽时代”。蒸汽机是工业革命时期最伟大的发明。蒸汽机的广泛利用，使英国到处建立起大工厂。那些高耸入云的烟囱，喷出缕缕烟雾，庞大的厂房，发出隆隆的轰鸣，打破了原来中世纪田园生活的恬静──历史已跨进了一个新的时代。

五、爱迪生与电的应用

从18世纪美国科学家富兰克林造出避雷针，到19世纪初意大利科学家伏特发明电池；从1837年英国科学家法拉第发现电磁感应现象，1837年美国人莫尔斯发明有线电报，到1867年德意志科学家西门子发明发电机和比利时人格拉姆发明电动机，可以看出，电力的发现及应用凝聚着几代科学家的不懈研究。

从19世纪六七十年代起，各种各样使用电力的新发明纷纷涌现，彻底改变着人们的生产和生活。发电机和电动机相继问世，使电力开始用于带动机器，随后，电灯、电话、电车、电影和无线电报等如雨后春笋般涌现出来。爱迪生是美国著名发明大王，一生完成了1 000多种发明，其中包括电灯、留声机、发报机、电影、电车、蓄电池、打字机、水泥等等。电力的广泛应用，推动了电力工业和电器制造业等一系列新兴工业的迅速发展，而新机器的发明和制造，反过来也推动了电力的广泛应用。列宁指出：“电力工业是最能代表最新技术成就，代表19世纪末20世纪初的资本主义的一个工业部门。”人类社会进入“电气时代”。

（三）巩固小结：近代以来，天文学、物理学和生物学等自然科学领域都有了巨大突破，人类对自然历史的认识有了大飞跃，主要体现在：1.科学观的变革：近代自然科学发展的一个重要特点，就是许多科学都表现出对当时一些主要技术问题的关切。多数科学家不仅相信科学会有益于人类的进步，而且相信人类能得到充分可靠的自然知识，相信自然界可以被正确地认识，坚持从世界本身说明世界。2.自然观的变革：近代科学的发展，也使自然观发生了巨大变化，形成了机械唯物主义的自然观，将一切运动都归结为机械运动，将一切运动的原因都归结为力。机械唯物主义自然观把自然界中起作用的原因归结为自然界本身的规律的作用，有利于促使科学家去探索自然界的规律。但由于它是形而上学地看问题，又有着严重缺陷。

（四）课堂练习：课后阅读与思考、解析与探究

（五）课后反思