自然科学概论精品文稿.ppt

自然科学概论第1页，本讲稿共66页课程的定位：课程的定位：自然科学概论是为提高学生科学技术素养而开设的公自然科学概论是为提高学生科学技术素养而开设的公共必修课。通过本课程的学习，能使学生了解科技发展的共必修课。通过本课程的学习，能使学生了解科技发展的历程、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。会功能，进而提高学生的科技素养。第2页，本讲稿共66页 人类是好奇的物种！自古以來為了自身的生命延续，人类不断地观人类是好奇的物种！自古以來為了自身的生命延续，人类不断地观察大自然、顺应大自然，并从中对大自然现象产生许许多多的疑问察大自然、顺应大自然，并从中对大自然现象产生许许多多的疑问？像是时间为何是日夜交替、又为何会有四季的循环替换等等？像是时间为何是日夜交替、又为何会有四季的循环替换等等.在解释这些为什么的过程中，人类的祖先创造出许多精彩的神话在解释这些为什么的过程中，人类的祖先创造出许多精彩的神话传说。然而或许是好奇心的探究、或是观察的不断精进、或是更传说。然而或许是好奇心的探究、或是观察的不断精进、或是更为实际迫切的生存压力，迫使人類不能再以美丽传说为满足，于为实际迫切的生存压力，迫使人類不能再以美丽传说为满足，于是对大自然的现象就非得采取更为谨慎的逻辑解释，科学于是诞是对大自然的现象就非得采取更为谨慎的逻辑解释，科学于是诞生了。生了。混沌统一体（公元前五世纪以前）混沌统一体（公元前五世纪以前）自然哲学（公元前六世纪至公元十六世纪初）自然哲学（公元前六世纪至公元十六世纪初）自然科学诞生与发展（公元十六世纪以后）自然科学诞生与发展（公元十六世纪以后）自然科学迅速发展（公元十六世纪以后）自然科学迅速发展（公元十六世纪以后）第3页，本讲稿共66页第4页，本讲稿共66页一、引言一、引言二、为什么要学这门课二、为什么要学这门课三、这门课的性质、内容、特点三、这门课的性质、内容、特点四、如何完成这门课的学习四、如何完成这门课的学习1、思路、思路第5页，本讲稿共66页2、学习要求、学习要求（1）掌握基本的科学知识）掌握基本的科学知识（2）掌握科学的学习和研究方法）掌握科学的学习和研究方法（3）具备一定的科学素养）具备一定的科学素养（4）能够更多地关注科学和文化的）能够更多地关注科学和文化的关系，树立对科学的崇敬和对人的关系，树立对科学的崇敬和对人的关怀。关怀。第6页，本讲稿共66页3、基本的教学策略、基本的教学策略（1）从问题出发，采取逻辑推导，）从问题出发，采取逻辑推导，进入基础理论解决问题。进入基础理论解决问题。（2）在讲解科学技术的过程中，渗）在讲解科学技术的过程中，渗入哲学方法论的精神。入哲学方法论的精神。（3）通过科学发展的历程，从动）通过科学发展的历程，从动态的角度加深对科学技术的理解。态的角度加深对科学技术的理解。第7页，本讲稿共66页4、教和学的方式、教和学的方式（1）打破文理界限，注重知识的）打破文理界限，注重知识的交融交融人类人类世界世界物理物理化学化学生物生物地理地理社会科学社会科学其他其他第8页，本讲稿共66页（2）注重知识环境熏陶，注重学生的）注重知识环境熏陶，注重学生的自主学习自主学习（3）教学采取的形式）教学采取的形式以讲授和小组研究学习相结合。以讲授和小组研究学习相结合。（4）学习的方式）学习的方式阅读教材，小组讨论，查询资料，上网阅读教材，小组讨论，查询资料，上网浏览，整理提炼等。浏览，整理提炼等。第9页，本讲稿共66页5、学习方法建议、学习方法建议（1）注意认识和实践的关系）注意认识和实践的关系实践实践认识认识实践实践（认识纯化为理论）（认识纯化为理论）第10页，本讲稿共66页（2）注意从多角度来观察同一问题）注意从多角度来观察同一问题第11页，本讲稿共66页（3）重视方法论的变化）重视方法论的变化第12页，本讲稿共66页五、本课程所讲专题五、本课程所讲专题专题一、关于科学专题一、关于科学（从认识自然规律的角度）（从认识自然规律的角度）关注在人与自然的交往中，关注在人与自然的交往中，人对自然的看法到科学形成后，人对自然的看法到科学形成后，对科学本身的认识。对科学本身的认识。第13页，本讲稿共66页专题二、关于工程技术专题二、关于工程技术(从实践的角度）从实践的角度）（关注运用科学理论在实践中（关注运用科学理论在实践中解决问题的技术）解决问题的技术）第14页，本讲稿共66页专题三、关于可持续发展专题三、关于可持续发展（关注人与自然的合谐）（关注人与自然的合谐）（从人的短期需求与最终需求（从人的短期需求与最终需求的关系角度）的关系角度）第15页，本讲稿共66页专题四、关于科学素养专题四、关于科学素养（关注国民的科学素质）（关注国民的科学素质）（从科学技术与教育的关系角度）（从科学技术与教育的关系角度）第16页，本讲稿共66页专题五、关于知识经济专题五、关于知识经济从科学技术与经济的关系角度从科学技术与经济的关系角度关注科技与经济的推动关注科技与经济的推动第17页，本讲稿共66页专题六、关于生物进化及生命科专题六、关于生物进化及生命科学技术。学技术。从人对生物进化的干预角度。从人对生物进化的干预角度。关注生命科学技术对解决当代世界关注生命科学技术对解决当代世界问题的应用问题的应用第18页，本讲稿共66页专题七、关于新材料技术专题七、关于新材料技术（从材料的分子结构到功能的角度）（从材料的分子结构到功能的角度）（关注新型材料对现代工业、信息产（关注新型材料对现代工业、信息产业的运用、影响）业的运用、影响）第19页，本讲稿共66页专题八、关于工程技术专题八、关于工程技术（从解决问题的角度）（从解决问题的角度）（关注当代的几类工程技术及应用，（关注当代的几类工程技术及应用，及其对其他行业影响）及其对其他行业影响）第20页，本讲稿共66页专题九、关于环保科技。专题九、关于环保科技。（从污染的形成，危害、治理、保（从污染的形成，危害、治理、保护的角度）护的角度）（关注环境及污染治理的技术及应用，（关注环境及污染治理的技术及应用，探讨保护环境的措施。）探讨保护环境的措施。）第21页，本讲稿共66页专题十、关于航天科技专题十、关于航天科技（从理论原理到技术实现的角度）（从理论原理到技术实现的角度）（关注航天科技的技术及应用、探（关注航天科技的技术及应用、探讨其如何带动民用工业发展）讨其如何带动民用工业发展）第22页，本讲稿共66页专题一、关于科学专题一、关于科学第23页，本讲稿共66页一、科学的进步和人类自然观的发展一、科学的进步和人类自然观的发展理论理论实验实验技术技术第24页，本讲稿共66页（一）原始时代（一）原始时代1、原始时代的技术与经验态的自、原始时代的技术与经验态的自然知识然知识（1）最初的技术是在一百乃至二百万年以）最初的技术是在一百乃至二百万年以前产生的用前产生的用“以石击石以石击石”的方法制造石器的的方法制造石器的技术技术（2）人类学会的第二个技术是用火和人）人类学会的第二个技术是用火和人工取火工取火第25页，本讲稿共66页（3）人类学会的第三种技术是植物栽培技术和动）人类学会的第三种技术是植物栽培技术和动物驯养技术。物驯养技术。（4）人类学会的第四方面的技术是制陶技术、）人类学会的第四方面的技术是制陶技术、纺织技术、建筑技术和运输技术。纺织技术、建筑技术和运输技术。（5）人类学会的第五种技术是文字的发明。）人类学会的第五种技术是文字的发明。第26页，本讲稿共66页随着这些技术的产生和发展，人类随着这些技术的产生和发展，人类也就积累着越来越多的经验形态的也就积累着越来越多的经验形态的自然知识。自然知识。第27页，本讲稿共66页这些在生产实践中产生并以经验这些在生产实践中产生并以经验形态存在于技术之中的自然知识，形态存在于技术之中的自然知识，就构成了自然科学萌芽的最初形就构成了自然科学萌芽的最初形式。式。第28页，本讲稿共66页技术的发展技术的发展理性的线索理性的线索科学的起源科学的起源科学起源的两种线索科学起源的两种线索理性思维理性思维感性思维感性思维（在解释自然（在解释自然的过程中）的过程中）第29页，本讲稿共66页2、对自然的敬畏和原始的宗教自然观、对自然的敬畏和原始的宗教自然观第30页，本讲稿共66页原始自然观：原始自然观：拟人化拟人化万物有灵论万物有灵论第31页，本讲稿共66页3、古代朴素的唯物主义自然观、古代朴素的唯物主义自然观木木火火土土金金水水（肝）（心）（脾）（肺）（肾）第32页，本讲稿共66页当时古巴比伦和古埃及的文明成当时古巴比伦和古埃及的文明成了后来希腊文明的源泉了后来希腊文明的源泉第33页，本讲稿共66页在这种条件下，一些自然学者开始用理性在这种条件下，一些自然学者开始用理性考察自然，用技术经验解释自然界的万物，考察自然，用技术经验解释自然界的万物，这就是古代的自然哲学，也就是古代人的这就是古代的自然哲学，也就是古代人的朴素唯物主义的自然观。朴素唯物主义的自然观。第34页，本讲稿共66页（1）最早对自然界进行理性考察的是）最早对自然界进行理性考察的是米利都学派的自然哲学家。米利都学派的自然哲学家。泰勒斯泰勒斯阿那克西曼德阿那克西曼德第35页，本讲稿共66页（2）毕达哥拉斯学派）毕达哥拉斯学派毕达哥拉斯学派虽象伊奥尼亚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，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，而看作是抽象的具体的物质，而看作是抽象的“数数”第36页，本讲稿共66页苏格拉底：苏格拉底：辨证法：辨证法：“接生术接生术”苏格拉底讽刺苏格拉底讽刺第37页，本讲稿共66页柏拉图柏拉图亚里士多德（集大成者）亚里士多德（集大成者）将理性精神和求实精神统一起来了。将理性精神和求实精神统一起来了。第38页，本讲稿共66页4、古代科学的繁荣、古代科学的繁荣（1）欧几里得几何学）欧几里得几何学通过几十个公理通过几十个公理演绎演绎几何体系几何体系第39页，本讲稿共66页（2）天文学：）天文学：阿利斯塔克已早在哥白尼一千八百年阿利斯塔克已早在哥白尼一千八百年前提出了太阳中心说前提出了太阳中心说第40页，本讲稿共66页5、基督教的兴起与中世纪的宗教神、基督教的兴起与中世纪的宗教神学自然观学自然观（1）历史背景）历史背景公元前公元前334年到公元前年到公元前30年，年，马其顿王亚历山大征服许多国马其顿王亚历山大征服许多国家，建立了地跨欧、亚、非的家，建立了地跨欧、亚、非的亚历山大帝国。亚历山大帝国。第41页，本讲稿共66页在巴勒斯坦地区，人们受到压迫，希在巴勒斯坦地区，人们受到压迫，希望救世主来拯救他们。望救世主来拯救他们。第42页，本讲稿共66页日耳曼骑兵扫光了其他文明，仅留日耳曼骑兵扫光了其他文明，仅留了基督教。了基督教。到公元到公元476年，西罗马帝国灭亡，从年，西罗马帝国灭亡，从此西欧进入了封建时代。此西欧进入了封建时代。（2）教会的神父们企图利用哲学和科学）教会的神父们企图利用哲学和科学为基督教教义进行论证。这就要求把教义为基督教教义进行论证。这就要求把教义和哲学结合起来。和哲学结合起来。第43页，本讲稿共66页（3）在漫长的中世纪，在神学）在漫长的中世纪，在神学的自然观的支配下，科学不可能的自然观的支配下，科学不可能得到发展，科学要想发展，就必得到发展，科学要想发展，就必须冲破宗教神学的自然观。近代须冲破宗教神学的自然观。近代科学就是在这种斗争中产生的。科学就是在这种斗争中产生的。第44页，本讲稿共66页（二）近代科学革命与形而上学自然观（二）近代科学革命与形而上学自然观1、“文艺复兴文艺复兴”与科学解放。与科学解放。（1）时期本质：生产关系变革时期）时期本质：生产关系变革时期（2）宗教改革运动）宗教改革运动（3）地理大发现对科学的影响）地理大发现对科学的影响第45页，本讲稿共66页航海活动直接推动：天文学、力学、数学、大地测航海活动直接推动：天文学、力学、数学、大地测量学的发展量学的发展开阔了人们的眼界，促进了生物学的发展开阔了人们的眼界，促进了生物学的发展第46页，本讲稿共66页2、自然科学革命、自然科学革命（1）1543年出版的两本著作年出版的两本著作哥白尼的天体运行论哥白尼的天体运行论维萨里的人体的构造维萨里的人体的构造标志着近代科学革命的开始标志着近代科学革命的开始第47页，本讲稿共66页（2）实验科学的兴起）实验科学的兴起近代科学有两个轮子近代科学有两个轮子一是哥白尼的天体运行论一是哥白尼的天体运行论二是实验科学的方法二是实验科学的方法第48页，本讲稿共66页近代实验科学的主要奠基人和主要代近代实验科学的主要奠基人和主要代表是表是伽利略伽利略。近代在哲学上充当近代实验科学近代在哲学上充当近代实验科学发言人的是发言人的是弗朗西斯弗朗西斯.培根培根第49页，本讲稿共66页3、经典力学体系的建立、经典力学体系的建立哥白尼哥白尼给出了一个正确的坐标系给出了一个正确的坐标系开卜勒开卜勒在第谷基础提出了行星运动三定在第谷基础提出了行星运动三定律律伽利略伽利略奠定了动力学基础奠定了动力学基础牛顿牛顿建立了经典力学的基本理论体系建立了经典力学的基本理论体系第谷：第谷：测量数据，重要贡献在天文观测测量数据，重要贡献在天文观测第50页，本讲稿共66页其他科学家的成就其他科学家的成就生物学方面：生物学方面：哈维哈维发现了血液循环理论发现了血液循环理论维萨里维萨里出版人体的构造出版人体的构造林耐：林耐：提出系统分类思想（纲、目、提出系统分类思想（纲、目、科、属、种）科、属、种）第51页，本讲稿共66页化学方面：化学方面：波意尔波意尔提出了元素的概念，把化提出了元素的概念，把化学变为科学学变为科学光学方面：光学方面：惠狄斯惠狄斯提出光的波动说提出光的波动说牛顿牛顿提出光的微粒说提出光的微粒说第52页，本讲稿共66页4、近代前期科学的特点与形而上学、近代前期科学的特点与形而上学自然观的形成自然观的形成从学科内容上看，力学较完善，其他科学基本从学科内容上看，力学较完善，其他科学基本上还处于收集材料的阶段。上还处于收集材料的阶段。（1）近代前期自然科学特点）近代前期自然科学特点自然科学主要研究既成事物，还没研究演化的问自然科学主要研究既成事物，还没研究演化的问题。题。近代自然科学主要采取研究方法是分析解剖的近代自然科学主要采取研究方法是分析解剖的方法方法第53页，本讲稿共66页（2）形而上学自然观的形成及其作用）形而上学自然观的形成及其作用上述研究方法久而久之，最终发展上述研究方法久而久之，最终发展成为一种固定的、普遍的思维形式，成为一种固定的、普遍的思维形式，即注意局部，不注意整体。即注意局部，不注意整体。第54页，本讲稿共66页（三）近代自然科学的全面发展与辩（三）近代自然科学的全面发展与辩证唯物主义自然观的产生。证唯物主义自然观的产生。1、近代后期科学的主要成就及其对形、近代后期科学的主要成就及其对形而上学自然观的冲击而上学自然观的冲击（1）天文学新观念）天文学新观念（2）地质学的新理论）地质学的新理论康德：星云假说康德：星云假说赖尔的地质渐变理论赖尔的地质渐变理论第55页，本讲稿共66页（3）物理学的新综合）物理学的新综合第一大综合是牛顿力学大综合第一大综合是牛顿力学大综合第二大综合是热力学大综合第二大综合是热力学大综合第三大综合是电磁学大综合第三大综合是电磁学大综合（4）化学的新发现）化学的新发现（5）生物学上的新进展）生物学上的新进展原子、分子学说，元素周期表被发现原子、分子学说，元素周期表被发现细胞理论、生物进化论细胞理论、生物进化论第56页，本讲稿共66页2、特点、特点（1）研究对象扩大了。）研究对象扩大了。（2）研究方法上，学科之间，不同）研究方法上，学科之间，不同领域的综合。领域的综合。（3）自然科学出现全面的繁荣）自然科学出现全面的繁荣这样逐渐形成新时代的自然观这样逐渐形成新时代的自然观联系的观点，发展的观点联系的观点，发展的观点科学开始出现超前生产的势头科学开始出现超前生产的势头第57页，本讲稿共66页（四）现代科学革命与辩证唯物主（四）现代科学革命与辩证唯物主义自然观的发展。义自然观的发展。1、现代物理学革命的过程、现代物理学革命的过程（1）三大实验发现）三大实验发现（2）以太飘移实验与相对论的建立）以太飘移实验与相对论的建立（3）黑体辐射实验与量子物理学的建）黑体辐射实验与量子物理学的建立立（X射线、放射性、电子）被发现射线、放射性、电子）被发现迈克尔逊、莫雷实验迈克尔逊、莫雷实验第58页，本讲稿共66页2、现代自然科学的发展、现代自然科学的发展（1）20世纪以来，物理学革命外，世纪以来，物理学革命外，天文学、化学、生物学、地质学各领天文学、化学、生物学、地质学各领域也都取得了重大突破。域也都取得了重大突破。现代宇宙学：相对论与宇宙结合现代宇宙学：相对论与宇宙结合现代化学：量子学与化学结合现代化学：量子学与化学结合现代生物学：孟德尔遗传实验现代生物学：孟德尔遗传实验遗传与进化论结合，产生综合进化论遗传与进化论结合，产生综合进化论第59页，本讲稿共66页（2）当代自然科学愈来愈深刻地揭示）当代自然科学愈来愈深刻地揭示了自然界各种不同物质运动形式之间互了自然界各种不同物质运动形式之间互相转化和统一性。相转化和统一性。发现了前所未知的新的自然现象和自然界有规律发现了前所未知的新的自然现象和自然界有规律的联系，从而产生了一大批分支学科，中间学科，的联系，从而产生了一大批分支学科，中间学科，边缘学科，横向学科和综合性学科，这种高度分边缘学科，横向学科和综合性学科，这种高度分化和高度综合的发展，显示了现代自然科学愈益化和高度综合的发展，显示了现代自然科学愈益走向整体化的重要趋势和特点。走向整体化的重要趋势和特点。第60页，本讲稿共66页（3）生物学革命）生物学革命分子生物学的产生分子生物学的产生（4）系统科学的产生与发展）系统科学的产生与发展 第一是研究生命系统客体的理论生物学中产第一是研究生命系统客体的理论生物学中产生的一般系统论。生的一般系统论。第二是从研究人工技术系统客体的技术科学中所第二是从研究人工技术系统客体的技术科学中所产生的控制论、信息论和系统工程等产生的控制论、信息论和系统工程等 第三是从研究非生物界物理系统客体的物理学中第三是从研究非生物界物理系统客体的物理学中所产生的非平衡理论。所产生的非平衡理论。第61页，本讲稿共66页3、辩证唯物主义自然观的发展、辩证唯物主义自然观的发展（1）物理学革命，使经典物理学）物理学革命，使经典物理学的理论基础发生了翻天覆地的变，的理论基础发生了翻天覆地的变，在这种科学理的急剧变革面前，在这种科学理的急剧变革面前，少数物理学家在物理学革命中走少数物理学家在物理学革命中走向了错误的哲学道路。向了错误的哲学道路。第62页，本讲稿共66页（2）“物理学物理学”唯心主义产生的两唯心主义产生的两个认识论根源。个认识论根源。（3）由物理学和其他自然科学革命、）由物理学和其他自然科学革命、技术革命所提供的极为丰富的、新技术革命所提供的极为丰富的、新鲜的材料，雄辩地证明了辩证唯物鲜的材料，雄辩地证明了辩证唯物主义自然观的正确性，而且进一步主义自然观的正确性，而且进一步丰富和发展了自然辩证法的内容。丰富和发展了自然辩证法的内容。第63页，本讲稿共66页 相对论以具体的科学事实提示了空间、时间与物相对论以具体的科学事实提示了空间、时间与物质及物质的运动之间，空间与时间之间，质量与运质及物质的运动之间，空间与时间之间，质量与运动之间，质量与能量之间存在的深刻的辩证关系。动之间，质量与能量之间存在的深刻的辩证关系。自然界物质的一些基本属性之间再也不是孤立的，自然界物质的一些基本属性之间再也不是孤立的，而是一个辩证关系。而是一个辩证关系。分子生物学从分子水平上揭露了生物的统一性，大分子生物学从分子水平上揭露了生物的统一性，大大丰富了人类的生命观。大丰富了人类的生命观。系统论的建立，发现了自然和社会（包括技术系统论的建立，发现了自然和社会（包括技术装置）以共同的系统形式而存在和运动的规律性。装置）以共同的系统形式而存在和运动的规律性。第64页，本讲稿共66页（4）科学技术当今发展的新变化）科学技术当今发展的新变化科学技术在社会中的地位发生了革科学技术在社会中的地位发生了革命性的变化。命性的变化。现代科学技术自身的知识结构发生了巨现代科学技术自身的知识结构发生了巨大的变化。大的变化。第65页，本讲稿共66页科学科学技术技术中介学科中介学科科学科学A科学科学B交叉学科交叉学科自然科学自然科学社会科学社会科学相互渗透相互渗透第66页，本讲稿共66页