第1篇之自然科學(xué)的萌芽于興起市公開課金獎市賽課一等獎?wù)n件

自然科學(xué)概論教育科學(xué)學(xué)院徐劍虹第1頁第一章自然科學(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頁一、古代人們科學(xué)實際上與巫術(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量結(jié)果。這種結(jié)果含有可重復(fù)性。每當(dāng)程序犯錯，能夠自我糾正?？茖W(xué)公正而直率。第6頁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及時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物來耕地依據(jù)需要了解和統(tǒng)計自然規(guī)律農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要日歷、觀察天象農(nóng)田測量需要建立數(shù)學(xué)第7頁二、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，評價個人生活方式以及社會習(xí)俗制度，為人們提供一個道德思索和社會政治思索理論框架。哲學(xué)就是古希臘人找到這么一個觀念總稱。第8頁1、關(guān)于哲學(xué)在西方，哲學(xué)一詞通慣用來說明一個人對生活某種看法（比如某人“人生哲學(xué)”）和基本標(biāo)準(zhǔn)（比如價值觀、思想、行為）。而在學(xué)術(shù)上哲學(xué)，則是對這些基本標(biāo)準(zhǔn)理性依據(jù)質(zhì)疑、反思，并試圖對這些基本標(biāo)準(zhǔn)進行理性重建。普通認同哲學(xué)是一個方法，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)研究內(nèi)容：本體論、認識論和方法論第9頁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，原子運動在虛空之中。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動著，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，不會無限大，也不會無限小。------羅馬時期盧克萊修（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4、畢達哥拉斯學(xué)派：從數(shù)學(xué)視角畢達哥拉斯（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)驗研究價值，僅僅關(guān)注顯著展示宇宙秩序和合理性自然現(xiàn)象。主動方面：樹立了科學(xué)研究目標(biāo)，發(fā)覺經(jīng)驗數(shù)據(jù)背后數(shù)學(xué)法則。蘇格拉底（公元前470-399）：對哲學(xué)方法改進－建立歸納法初步基礎(chǔ)；是有系統(tǒng)研究知識條件第一人－建立認識論體系；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立“理念”說；他反對對自然直接觀察，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Question

柏拉圖這一體系意義？教育科學(xué)學(xué)院徐劍虹第13頁首先，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，它允許一個元素向另一個元素轉(zhuǎn)化，這么就深入解釋了改變。比如，一個單個水粒子(二十面體)可被他解為組成它二十個等邊三角形，這些三角形又可重新組合成兩個氣粒子(八面體)和一個火粒子(四面體)。只有土，因為是由正方形組成(而且因為正方形沿對角線不能產(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。對我們來說，看看這一步含有極其主要意義。Question

第13頁三、亞里士多德他一反老師柏拉圖理念論，把自然作為科學(xué)研究對象，并首先進行科學(xué)分類，促使自然學(xué)科和社會學(xué)科逐步演變成若干個獨立學(xué)科門類。亞里士多德哲學(xué)思想，主要表達《形而上學(xué)》著作里。他提出了哲學(xué)本身獨立對象和范圍。他提出了“四因說”，認為全部事物都有四方面原因組成，即“質(zhì)料因”、“形式因”、“動力因”和“目標(biāo)因”。第14頁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”，這是一個真正神圣物質(zhì)，其中不含有任何對立面，也不會有任何改變。勻速圓周運動是第五元素性質(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（被稱作20世紀(jì)物理學(xué)一朵烏云）才宣告結(jié)束。第15頁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，深入發(fā)展了“四因說”。“四因說”，認為全部事物都有四方面原因組成，即“質(zhì)料因”、“形式因”、“動力因”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3、對運動了解地球上物體運動分為自然運動和強迫運動。第一類是由組成這些物體物質(zhì)本性引發(fā)；第二類只能暫時地由外部強加。造成兩個推論：世界結(jié)構(gòu)本質(zhì)上是以地球為中心，沉重地球因為它尤其性質(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。任何運動物體都是由與它相聯(lián)外界物體所推進。這是地球上無生命物體運動基礎(chǔ)。由此得出：一個脫離了全部外部影響物體處于靜止?fàn)顟B(tài)；對每種強迫運動，必須尋找與物體相關(guān)運動原因。第17頁4、科學(xué)方法完全出于理論目標(biāo)，區(qū)分了理論和技藝。理論是更為高級智慧，是對原理和原因認識，這種知識必須是永恒、必定，是經(jīng)過邏輯證實全稱命題，但不一定是數(shù)學(xué)。這是與柏拉圖數(shù)學(xué)實在論不一樣地方。發(fā)展了邏輯方法：探究自然現(xiàn)象規(guī)律是由一個完整認知程序，并使從事首先從對一些現(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)驗事實；第二步：對已經(jīng)取得經(jīng)驗事實進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頁四、古希臘之后：羅馬時代第19頁1、數(shù)學(xué)知識《幾何原本》古希臘數(shù)學(xué)成就與畢達哥拉斯學(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，從公理出發(fā)利用演繹方法證實了包含467個命題幾何學(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2、物理知識阿基米德把觀察和數(shù)學(xué)推理、理論研究和實際應(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，被譽為“力學(xué)之父”。第21頁3、生物和醫(yī)學(xué)知識希波克拉底認為疾病是人體自然過程，主張用觀察和試驗方法研究疾病并創(chuàng)建了“四體液說”。赫羅菲拉斯是第一個公開進行人體解剖醫(yī)生，揭示了人腦是智慧之府，而不是亞里士多德所認為是心。第22頁4、天體理論《至大論》古希臘科學(xué)在古羅馬時期走向衰落，但在天文學(xué)和醫(yī)學(xué)仍有主要進展。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)長達15之久。第23頁Question

羅馬時代及其結(jié)果教育科學(xué)學(xué)院徐劍虹第24頁羅馬人崇尚軍事與武力，重視眼前效益，對純理論科學(xué)研究不多，所以其成就遠遜于希臘。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)黑暗時代。Question

第24頁課后思索題：閱讀第二節(jié)，思索：中國古代有沒有科學(xué)？為何？第25頁放學(xué)后，我一定會看書！因為我是好學(xué)生。第26頁Question

《幾何原本》教育科學(xué)學(xué)院徐劍虹第27頁《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空間認識。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，第一卷最終兩個命題是畢達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