第1篇之自然科學(xué)的萌芽于興起市公開課金獎(jiǎng)市賽課一等獎(jiǎng)?wù)n件

自然科學(xué)概論教育科學(xué)學(xué)院徐劍虹第1頁(yè)第一章自然科學(xué)萌芽與興起

第一節(jié)古希臘科學(xué)有史以來，人們總想知道周圍世界是怎么回事，它是由什么組成，其間又有什么奧秘。第2頁(yè)本章基本目標(biāo)：1、知道希臘人思索問題方式2、知道亞里士多德邏輯方法3、區(qū)分古希臘原子與今日之原子第3頁(yè)本課主要內(nèi)容一、古代人們二、古代希臘三、亞里士多德四、古希臘之后第4頁(yè)一、古代人們科學(xué)實(shí)際上與巫術(shù)同根?？茖W(xué)與巫術(shù)、民間游醫(yī)、占星術(shù)者、超感官知覺之間到底有何區(qū)分？第5頁(yè)1、科學(xué)與巫術(shù)相同之處：目標(biāo)與關(guān)注想要結(jié)果和要到達(dá)目標(biāo)相同，都源于想要知道和了解我們周圍世界，源于降低傷害、改變生活、治療疾病等。都注意到人類與自然相互聯(lián)絡(luò)，都在于尋求利用自然力來為人類服務(wù)。根本區(qū)分：工作程序科學(xué)提供程序與方法能得到可測(cè)量結(jié)果。這種結(jié)果含有可重復(fù)性。每當(dāng)程序犯錯(cuò)，能夠自我糾正?？茖W(xué)公正而直率。第6頁(yè)2、巴比倫與埃及用神靈解釋大多數(shù)事件河神發(fā)怒造成洪水泛濫雨神高興了就來場(chǎng)及時(shí)雨嘗試種種方法以影響周圍世界用巫術(shù)呼喚神靈和上天利用工具改造自然界使用動(dòng)物來耕地依據(jù)需要了解和統(tǒng)計(jì)自然規(guī)律農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要日歷、觀察天象農(nóng)田測(cè)量需要建立數(shù)學(xué)第7頁(yè)二、古代希臘科學(xué)最早主要是包含在哲學(xué)文化形態(tài)之中，自然哲學(xué)就是它前身。公元前6世紀(jì)以來，西方思想家一直在尋求一套統(tǒng)一觀念，用以解釋各種自然現(xiàn)象，評(píng)價(jià)個(gè)人生活方式以及社會(huì)習(xí)俗制度，為人們提供一個(gè)道德思索和社會(huì)政治思索理論框架。哲學(xué)就是古希臘人找到這么一個(gè)觀念總稱。第8頁(yè)1、關(guān)于哲學(xué)在西方，哲學(xué)一詞通慣用來說明一個(gè)人對(duì)生活某種看法（比如某人“人生哲學(xué)”）和基本標(biāo)準(zhǔn)（比如價(jià)值觀、思想、行為）。而在學(xué)術(shù)上哲學(xué)，則是對(duì)這些基本標(biāo)準(zhǔn)理性依據(jù)質(zhì)疑、反思，并試圖對(duì)這些基本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行理性重建。普通認(rèn)同哲學(xué)是一個(gè)方法，而不是一套主張、命題或理論。哲學(xué)研究是基于理性思索，尋求能做出經(jīng)過審閱假設(shè)且不跳脫信念或者只是純粹類推。哲學(xué)研究領(lǐng)域：自然哲學(xué)、語(yǔ)言哲學(xué)、形而上學(xué)、藝術(shù)哲學(xué)、科學(xué)哲學(xué)、技術(shù)哲學(xué)。哲學(xué)研究?jī)?nèi)容：本體論、認(rèn)識(shí)論和方法論第9頁(yè)2、米利都學(xué)派：世界由什么組成？泰勒斯（公元前624-547）萬物源于水。地球是漂浮在水上一個(gè)圓盤。阿那克西曼德（公元前610-547）萬物源于無限者。無限者：沒有形狀，也不能觀察到物質(zhì)。地球表面是彎曲，地球是一個(gè)圓柱體。阿那克西米尼（公元前585-525）氣是宇宙基本元素。赫拉克利特認(rèn)為組成世界基本元素是“火”。恩培多克勒世界萬物都有四根，即火、水、土、氣生化而來。這是原始科學(xué)與唯物主義。雷·斯潘根貝格《科學(xué)旅程》從一元到多元從轉(zhuǎn)化到組合第10頁(yè)3、原子論者阿那克薩克拉（公元前500-428）：萬物無限可分。被分割成無限小東西就叫做種子。留基伯（公元前500-440）：宇宙是無限，其中一部分是充滿，另一部分是空虛。充滿和空虛就是元素。無數(shù)世界就是由這些元素組成。充滿就是原子，是不可再分割物質(zhì)微粒，原子運(yùn)動(dòng)在虛空之中。德謨克利特（公元前460-370）：原子和是萬物本原，無數(shù)原子在無限空虛中運(yùn)動(dòng)著，形成漩渦，產(chǎn)生無數(shù)世界。伊壁鳩魯（公元前341-270）：原子不但有形狀、大小區(qū)分，還有重量不一樣；原子數(shù)量是無限，但他們形狀、大小和重量區(qū)分又是有限，最大和最小原子都處于一定界限之中，不會(huì)無限大，也不會(huì)無限小。------羅馬時(shí)期盧克萊修（公元前98-55）才重新關(guān)注。-------多年后道爾頓（1766－1844）18又提原子論。第11頁(yè)4、畢達(dá)哥拉斯學(xué)派：從數(shù)學(xué)視角畢達(dá)哥拉斯（公元前580-500）萬物皆數(shù)；主張數(shù)學(xué)地思索；消極方面：貶低經(jīng)驗(yàn)研究?jī)r(jià)值，僅僅關(guān)注顯著展示宇宙秩序和合理性自然現(xiàn)象。主動(dòng)方面：樹立了科學(xué)研究目標(biāo)，發(fā)覺經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)背后數(shù)學(xué)法則。蘇格拉底（公元前470-399）：對(duì)哲學(xué)方法改進(jìn)－建立歸納法初步基礎(chǔ)；是有系統(tǒng)研究知識(shí)條件第一人－建立認(rèn)識(shí)論體系；組成倫理學(xué)體系－建立道德科學(xué)。柏拉圖（公元前427-347）：最關(guān)鍵哲學(xué)理論是與原子是完全對(duì)立“理念”說；他反對(duì)對(duì)自然直接觀察，主張抽象思索；他接收了恩培多克勒四元素說：土、水、氣、火。但受畢達(dá)哥拉斯學(xué)派影響，他將它們還原為更基本圖形----三角形。第12頁(yè)Question

柏拉圖這一體系意義？教育科學(xué)學(xué)院徐劍虹第13頁(yè)首先，它用與恩培多克勒理論相同方式解釋了改變和多樣性：元素以不一樣百分比混合，產(chǎn)生出物質(zhì)世界種類。其次，它允許一個(gè)元素向另一個(gè)元素轉(zhuǎn)化，這么就深入解釋了改變。比如，一個(gè)單個(gè)水粒子(二十面體)可被他解為組成它二十個(gè)等邊三角形，這些三角形又可重新組合成兩個(gè)氣粒子(八面體)和一個(gè)火粒子(四面體)。只有土，因?yàn)槭怯烧叫谓M成(而且因?yàn)檎叫窝貙?duì)角線不能產(chǎn)生三角形)，被排除在這種轉(zhuǎn)變過程之外。第三，愈加關(guān)注事物“形式”。第四、柏拉圖幾何粒子代表了向自然數(shù)學(xué)化邁出主要一步。對(duì)我們來說，看看這一步含有極其主要意義。Question

第13頁(yè)三、亞里士多德他一反老師柏拉圖理念論，把自然作為科學(xué)研究對(duì)象，并首先進(jìn)行科學(xué)分類，促使自然學(xué)科和社會(huì)學(xué)科逐步演變成若干個(gè)獨(dú)立學(xué)科門類。亞里士多德哲學(xué)思想，主要表達(dá)《形而上學(xué)》著作里。他提出了哲學(xué)本身獨(dú)立對(duì)象和范圍。他提出了“四因說”，認(rèn)為全部事物都有四方面原因組成，即“質(zhì)料因”、“形式因”、“動(dòng)力因”和“目標(biāo)因”。第14頁(yè)1、物質(zhì)起源于組成物質(zhì)起源，他接收了最初由恩培多克勒提出隨即被柏拉圖所采納四元素：土，水，火，氣。天體不是由地球上四種元素組成，而是由第五種元素組成，這第五種元素就是“以太”，這是一個(gè)真正神圣物質(zhì)，其中不含有任何對(duì)立面，也不會(huì)有任何改變。勻速圓周運(yùn)動(dòng)是第五元素性質(zhì)所固有。

這一假設(shè)，一直延續(xù)到20世紀(jì)A．邁克爾遜試驗(yàn)（被稱作20世紀(jì)物理學(xué)一朵烏云）才宣告結(jié)束。第15頁(yè)2、事物組成“四因說”理論亞里士多德接收前人“質(zhì)料因”、“形式因”觀點(diǎn)，深入發(fā)展了“四因說”?！八囊蛘f”，認(rèn)為全部事物都有四方面原因組成，即“質(zhì)料因”、“形式因”、“動(dòng)力因”和“目標(biāo)因”?！百|(zhì)料因”---萬物由什么組成？“形式因”---萬物組成形式？“動(dòng)力因”---是什么促成萬物組成？“目標(biāo)因”---萬物組成意義怎樣？第16頁(yè)3、對(duì)運(yùn)動(dòng)了解地球上物體運(yùn)動(dòng)分為自然運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。第一類是由組成這些物體物質(zhì)本性引發(fā)；第二類只能暫時(shí)地由外部強(qiáng)加。造成兩個(gè)推論：世界結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是以地球?yàn)橹行模林氐厍蛞驗(yàn)樗绕湫再|(zhì)，恰好靜止于世界中心。把適合用于地球上科學(xué)概念和推理利用到天體上去，這在邏輯上是不可能。任何運(yùn)動(dòng)物體都是由與它相聯(lián)外界物體所推進(jìn)。這是地球上無生命物體運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)。由此得出：一個(gè)脫離了全部外部影響物體處于靜止?fàn)顟B(tài)；對(duì)每種強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)，必須尋找與物體相關(guān)運(yùn)動(dòng)原因。第17頁(yè)4、科學(xué)方法完全出于理論目標(biāo)，區(qū)分了理論和技藝。理論是更為高級(jí)智慧，是對(duì)原理和原因認(rèn)識(shí)，這種知識(shí)必須是永恒、必定，是經(jīng)過邏輯證實(shí)全稱命題，但不一定是數(shù)學(xué)。這是與柏拉圖數(shù)學(xué)實(shí)在論不一樣地方。發(fā)展了邏輯方法：探究自然現(xiàn)象規(guī)律是由一個(gè)完整認(rèn)知程序，并使從事首先從對(duì)一些現(xiàn)象觀察開始。第一步：經(jīng)過觀察人取得大量相關(guān)自然現(xiàn)象經(jīng)驗(yàn)事實(shí)；第二步：對(duì)已經(jīng)取得經(jīng)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行歸納推理從而概括出普通性科學(xué)原理及定律或者理論；第三步：依據(jù)這些科學(xué)原理或理論去解釋自然現(xiàn)象中一些問題。第18頁(yè)四、古希臘之后：羅馬時(shí)代第19頁(yè)1、數(shù)學(xué)知識(shí)《幾何原本》古希臘數(shù)學(xué)成就與畢達(dá)哥拉斯學(xué)派幾何學(xué)成就及其數(shù)理思想直接相關(guān)。歐幾里德《幾何原本》全方面總結(jié)了前人幾何學(xué)知識(shí)，從公理出發(fā)利用演繹方法證實(shí)了包含467個(gè)命題幾何學(xué)全部定理。幾何學(xué)從此成為一門科學(xué)和古代最成熟學(xué)科。意義在于：建立理性思維普通模式-----演繹系統(tǒng)。第20頁(yè)2、物理知識(shí)阿基米德把觀察和數(shù)學(xué)推理、理論研究和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，發(fā)覺了杠桿原理和浮力定律，給出了求解復(fù)盡雜物體重心方法。他研究方法已靠近當(dāng)代研究方法，被譽(yù)為“力學(xué)之父”。第21頁(yè)3、生物和醫(yī)學(xué)知識(shí)希波克拉底認(rèn)為疾病是人體自然過程，主張用觀察和試驗(yàn)方法研究疾病并創(chuàng)建了“四體液說”。赫羅菲拉斯是第一個(gè)公開進(jìn)行人體解剖醫(yī)生，揭示了人腦是智慧之府，而不是亞里士多德所認(rèn)為是心。第22頁(yè)4、天體理論《至大論》古希臘科學(xué)在古羅馬時(shí)期走向衰落，但在天文學(xué)和醫(yī)學(xué)仍有主要進(jìn)展。托勒密《至大論》集古代天文學(xué)之大成，利用數(shù)學(xué)模型方法建立了地心說體系。蓋倫醫(yī)生提出了“靈氣論”學(xué)說。托勒密地心說和蓋倫醫(yī)學(xué)統(tǒng)治西方科學(xué)長(zhǎng)達(dá)15之久。第23頁(yè)Question

羅馬時(shí)代及其結(jié)果教育科學(xué)學(xué)院徐劍虹第24頁(yè)羅馬人崇尚軍事與武力，重視眼前效益，對(duì)純理論科學(xué)研究不多，所以其成就遠(yuǎn)遜于希臘。在屋大維統(tǒng)一了地中海地域后，自由思想逐步讓位于宗教專制，哲學(xué)逐步成為宗教婢女。古希臘—羅馬科學(xué)體系也最終伴隨羅馬帝國(guó)滅亡而最終衰落。歐洲開始了由宗教統(tǒng)治科學(xué)，科學(xué)為宗教服務(wù)黑暗時(shí)代。Question

第24頁(yè)課后思索題：閱讀第二節(jié)，思索：中國(guó)古代有沒有科學(xué)？為何？第25頁(yè)放學(xué)后，我一定會(huì)看書！因?yàn)槲沂呛脤W(xué)生。第26頁(yè)Question

《幾何原本》教育科學(xué)學(xué)院徐劍虹第27頁(yè)《幾何原本》是古希臘數(shù)學(xué)家歐幾里得一部不朽之作，集整個(gè)古希臘數(shù)學(xué)結(jié)果和精神于一書。既是數(shù)學(xué)巨著，又是哲學(xué)巨著，而且第一次完成了人類對(duì)空間認(rèn)識(shí)。除《圣經(jīng)》之外，沒有任何其它著作，其研究、使用和傳輸之廣泛，能夠與《幾何原本》相比。從作為基礎(chǔ)五條公理和公設(shè)出發(fā)，演繹了：第一卷：幾何基礎(chǔ)。重點(diǎn)內(nèi)容有三角形全等條件，三角形邊和角大小關(guān)系，平行線理論，三角形和多角形等積（面積相等）條件，第一卷最終兩個(gè)命題是畢達(dá)哥拉斯定理正逆定理；第二卷：幾何與代數(shù)。講怎樣把三角形變成等積正方形