近代前期自然科學(xué)的發(fā)展.ppt

1、第十章 近代前期自然科學(xué)的發(fā)展及第一次技術(shù)革命,第一節(jié) 數(shù)學(xué) 第二節(jié) 化學(xué) 第三節(jié) 生物學(xué) 第四節(jié) 近代自然科學(xué)方法論 第五節(jié) 第一次技術(shù)革命(蒸汽時(shí)代),第一節(jié) 數(shù)學(xué) 一、笛卡兒與解析幾何的誕生 1、笛卡兒創(chuàng)立解析幾何 1637，更好地指導(dǎo)推理和尋求科學(xué)真理的方法論：幾何學(xué)、折光和隕星。 建立了歷史上第一個(gè)傾斜坐標(biāo)系和直角坐標(biāo)系，提出曲線方程的思想。 2、費(fèi)爾馬對解析幾何學(xué)的貢獻(xiàn) 平面和立體的軌跡引論：記載了一般直線和圓的方程，以及關(guān)于雙曲線、橢圓、拋物線的討論 解析地定義了許多新的曲線提出了許多以代數(shù)方程定義的新曲線。,3、笛卡兒的科學(xué)方法 笛卡兒認(rèn)為在一切領(lǐng)域中 可以建立一種普適的推證真

2、理 的方法，這個(gè)方法就是數(shù)學(xué)方 法，稱之為“通用數(shù)學(xué)”。 強(qiáng)調(diào)代數(shù)的一般性以及它在推 理程序機(jī)械化和減小解題工作 量方面的價(jià)值。 任何的問題數(shù)學(xué)問題 代數(shù)問題方程求解 笛卡兒的哲學(xué)名言是：“我思故我在” 。 _“I think, therefore I am.”,二、對數(shù)的發(fā)明 1596年，耐普爾制成了一張7位數(shù)字的對數(shù)表。 1617年，布里格斯和耐普爾共同出版一千個(gè)數(shù)的對數(shù)。它是歷史上第一個(gè)可供實(shí)際應(yīng)用的、14位的、以10為底的對數(shù)表，正式確立了對數(shù)的計(jì)算方法。,拉普拉斯(Pierre Simon Laplace,17491827) ： 對數(shù)，可以縮短計(jì)算時(shí)間，“在實(shí)效上等于把天文學(xué)家的壽命

3、延長了許多倍”。,三、微積分的創(chuàng)立 1、牛頓創(chuàng)立微積分 牛頓站在更高的角度，將切線問題、求積問題、瞬時(shí)速度問題以及函數(shù)的極大和極小值問題的各種技巧統(tǒng)一為兩類普通的算法微分和積分，并確立了這兩類運(yùn)算的互逆關(guān)系，從而完成了微積分發(fā)明中最關(guān)鍵的一步，為近代科學(xué)發(fā)展提供了最有效的工具，開辟了數(shù)學(xué)上的一個(gè)新紀(jì)元。 運(yùn)用無窮多項(xiàng)方程的計(jì)算法（1711年發(fā)表） 流數(shù)術(shù)和無窮極數(shù)（1671年完稿，1736年發(fā)表） 求曲邊形面積（1676年完稿，1704年正式發(fā)表）,2、萊布尼茨創(chuàng)立微積分,從幾何方面獨(dú)立發(fā)現(xiàn)了微積分，使微積分更加簡潔和準(zhǔn)確。 牛頓在微積分的應(yīng)用上更多地結(jié)合了運(yùn)動(dòng)學(xué)，造詣較萊布尼茨高一籌，但萊布

4、尼茨的表達(dá)形式采用數(shù)學(xué)符號卻又遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于牛頓一籌，既簡潔又準(zhǔn)確地揭示出微積分的實(shí)質(zhì)，強(qiáng)有力地促進(jìn)了高等數(shù)學(xué)的發(fā)展。 萊布尼茨創(chuàng)造的微積分符號，正像印度阿拉伯?dāng)?shù)碼促進(jìn)了算術(shù)與代數(shù)發(fā)展一樣，促進(jìn)了微積分學(xué)的發(fā)展，萊布尼茨是數(shù)學(xué)史上最杰出的符號創(chuàng)造者之一。,四、其它數(shù)學(xué)成就 1、代數(shù)學(xué) 1545年，米蘭學(xué)者卡爾丹出版大術(shù)，提出三次、四次方程的代數(shù)解法。 系統(tǒng)地引入符號代數(shù)。 2、三角學(xué) 波伊爾巴赫意：編制了十分精確的正弦表。 雷格蒙塔努斯：論各種三角形（1464年） 第一部脫離天文學(xué)的三角學(xué)專著。 韋達(dá)法：標(biāo)準(zhǔn)數(shù)學(xué)（1579） 斜截面（1615） 16世紀(jì)，三角學(xué)已從天文學(xué)中分離出來，成為一個(gè)獨(dú)立的數(shù)

5、學(xué)分支。,第二節(jié) 化學(xué) 一、脫胎于煉金術(shù)的化學(xué) 1、煉金家的化學(xué)知識 R培根英：煉金術(shù)反射鏡，是實(shí)驗(yàn)科學(xué)家的先導(dǎo)。,B瓦倫丁：銻的凱旋書，第一次描述了鹽酸對金屬的作用。,阿那德：哲學(xué)家的花壇 將煉金術(shù)與醫(yī)學(xué)聯(lián)系在一起，用化學(xué)藥品治療疾病。是第一個(gè)描述酒精的人，提出酒精可以用蒸餾葡萄酒的方法制取。,2、從煉金術(shù)向科學(xué)化學(xué)過渡 畢林古齊：1520年發(fā)表煙火術(shù) 論述了用火制取金屬、非金屬、火藥和各種爆炸物的生產(chǎn)技術(shù)。 阿格里柯拉：論礦物的性質(zhì)（1546） 論金屬（1556） 論述了采礦、冶煉和檢驗(yàn)過程，并專門論述了化學(xué)物品的制備和定量化學(xué)研究方法的意義。 表明化學(xué)已開始由工藝技術(shù)向化學(xué)學(xué)科靠攏,3、

6、醫(yī)藥化學(xué) TB馮荷恩海姆 ：醫(yī)藥化學(xué)的創(chuàng)立人 把煉金術(shù)與醫(yī)學(xué)相結(jié)合，創(chuàng)立了醫(yī)藥化學(xué)這門學(xué)科。強(qiáng)調(diào)醫(yī)生們要注意研究藥物的化學(xué)性質(zhì)，而不能只注重其藥理性質(zhì)，故而應(yīng)學(xué)習(xí)化學(xué)知識。 A李巴維 德：煉金術(shù) 描述了實(shí)驗(yàn)室操作技術(shù)設(shè)備、化學(xué)器皿和各種儀器。研究了各種物質(zhì)及其制取、使用方法。,4、波義耳創(chuàng)立化學(xué)學(xué)科 懷疑派化學(xué)家 （1661） 明確地把化學(xué)單獨(dú)劃分為一門科學(xué)，論證了“化學(xué)是 什么” 。 重新明確了元素概念 分析化學(xué)的奠基人之一 把“分析”一詞首次引入 化學(xué)，把當(dāng)時(shí)的溶液檢驗(yàn)也 提高到一個(gè)新的水平。 礦泉的博物學(xué)觀察 波義耳的觀念為新化學(xué)的 發(fā)展指明了方向。,二、燃素學(xué)說 1、波義耳的火微粒說：

7、 1673年，波義耳對金屬煅燒增重的問題進(jìn)行了定量的實(shí)驗(yàn)研究，得出結(jié)論：燃燒時(shí)有一種特殊的，超微小的“火素”進(jìn)到了金屬里，因而增加了它的重量： 金屬火微粒金屬煅灰,波義耳的實(shí)驗(yàn) 1、在一個(gè)抽掉空氣的容器中，將硫磺撒在燒紅的鐵板上，硫磺只會冒煙，不燃燒；但在有空氣的容器中則能燃燒產(chǎn)生蘭色火焰。 結(jié)論：燃燒不能沒有空氣。 2、將硝石在真空中重結(jié)晶，以去掉“空氣”，再做真空實(shí)驗(yàn)，硝石仍能燃燒。 結(jié)論：火藥中必定含有與空氣性質(zhì)相似的“活化蒸汽”支持燃燒。 3、1673年，對金屬煅燒增重問題的定量實(shí)驗(yàn)： 在密閉容器（稱重）中加熱金屬2小時(shí)，后打開容器口再稱重，結(jié)果增重。,2、貝歇爾與施塔爾共同創(chuàng)立燃素學(xué)

8、說 1669年，德國化學(xué)家貝歇爾出版土質(zhì)物理，提出 “油土”的概念，即相當(dāng)于以后的所謂“燃素”。 貝歇爾是燃素學(xué)說的第一個(gè)發(fā)起人。 1703年，德國化學(xué)家施塔爾正式發(fā)表燃素學(xué)說 。,燃素學(xué)說 火是由無數(shù)細(xì)小而活潑的微粒構(gòu)成的物質(zhì)實(shí)體。由這種火微粒構(gòu)成的火的元素就是“燃素”。燃素充塞于天地之間。一切與燃燒有關(guān)的化學(xué)變化都可以歸結(jié)為物體吸收燃素與釋放燃素的過程，鍛燒金屬，燃素從中逸去，變成煅渣 ： 金屬 燃素 = 煅灰 燃素說是把燃燒現(xiàn)象當(dāng)成了燃燒的本質(zhì)，真實(shí)的關(guān)系被顛倒了。,第三節(jié) 生物學(xué),一、胚胎學(xué)的早期發(fā)展 、哈維對亞里士多德的胚胎漸成說的發(fā)展 1651年出版動(dòng)物的發(fā)生：一切動(dòng)物來自卵生。主

9、張動(dòng)物胚胎從不定形的與同質(zhì)的物質(zhì)逐漸發(fā)展為一個(gè)由分化的和異質(zhì)的各部分形成的綜合有機(jī)體。 1672年，荷蘭醫(yī)生賴尼爾德 格拉夫觀察到鳥的卵巢同兔子卵巢的濾泡十分相似，支持了哈維的觀點(diǎn)。,、胚胎發(fā)育預(yù)成論 1672年，簡施旺麥丹：蝴蝶在較早的毛蟲期甚至在卵中已經(jīng)預(yù)見成了。卵含有其種類的一切未來世代的預(yù)成微型，就象一個(gè)套著一個(gè)的盒子一樣。 1677年，安東尼列文霍克用顯微鏡發(fā)現(xiàn)了男性精子的存在。 尼古拉哈特索克發(fā)表了預(yù)成人或微型人的圖畫。 預(yù)成論的兩種形式： 一種認(rèn)為后代在女性的卵里已經(jīng)完全成形，主張此說的有施旺麥丹、馬爾比基以及后來的邦尼特、馮哈勒和斯巴蘭讓尼； 另一種認(rèn)為預(yù)成的微型人存在于男性精

10、子里，主張此說的有列文霍克、哈特索克、萊布尼茨和博爾哈弗。,、胚胎的漸成說 1748年，約翰特布爾維勒尼達(dá)姆對預(yù)成論提出了懷疑。 1759年，沃爾弗(CFWolff) 出版發(fā)生論，正式提出漸成說。 胚胎的生長始于一種清澈的、粘性的營養(yǎng)液體，開頭沒有任何組織。當(dāng)發(fā)展在進(jìn)行著的時(shí)候，液體中產(chǎn)生了腔穴，而且周圍也要變得硬起來；如果腔穴是圓形的或多邊形，就產(chǎn)生細(xì)胞；如果腔穴拉長，就產(chǎn)生脈管。這樣便形成細(xì)胞組織，并進(jìn)一步被生命力分化為器官；整個(gè)發(fā)展完全不依賴外界影響。,二、生物分類學(xué) 1、切沙爾比諾：用根和花作為植物分類的標(biāo)準(zhǔn)。 2、馬爾比基：以呼吸器官的完善程度作為動(dòng)植物分類 的標(biāo)準(zhǔn)。 3、雷：第一個(gè)

11、把物種作為分類單位 認(rèn)為通過種子可以產(chǎn)生相同后代的植物應(yīng)歸為 一個(gè)種，也即物種。他根據(jù)植物胚胎中子葉是一 枚還是兩枚，把被子植物分成單子葉植物和雙子 葉植物，然后再用果、花、葉的其他特點(diǎn)，把植 物分成許多天然系統(tǒng)。 4、林耐：創(chuàng)立“雙名制”命名法，使分類學(xué)成為了一門 科學(xué)。界、門、綱、目、科、屬、種。,第四節(jié) 近代自然科學(xué)方法論 一、弗蘭西斯培根的歸納法 二、笛卡兒的演繹法 三、伽利略創(chuàng)立觀察實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié) 合的科學(xué)方法 四、牛頓創(chuàng)立分析與綜合相結(jié)合的科學(xué) 方法,一、弗蘭西斯培根的歸納法： 學(xué)術(shù)的偉大復(fù)興：論學(xué)術(shù)的進(jìn)展（1605） 新工具論（1620） 對經(jīng)院哲學(xué)的科學(xué)觀和傳統(tǒng)邏輯思維方式的批

12、判為自然科學(xué)的發(fā)展掃清了道路。 指出科學(xué)的目標(biāo)是用新發(fā)現(xiàn)和新發(fā)明來改善人類的生活。 認(rèn)為自然是物質(zhì)的，物質(zhì)是多種多樣的、能動(dòng)的，人類掌握知識是為了認(rèn)識自然和征服自然。 “知識就是力量”。 弗蘭西斯培根曾被馬克思譽(yù)為“英國唯物主義和整個(gè)現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)科學(xué)的真正始祖”。,二、笛卡兒的演繹法 1637年出版的方法論一書成為哲學(xué)經(jīng)典。 笛卡兒創(chuàng)立了數(shù)學(xué)演繹法：以唯理主義為根據(jù)，從簡單自明的直觀公理出發(fā)，運(yùn)用數(shù)學(xué)的邏輯演繹推出結(jié)論。 笛卡兒的方法論列舉了四條科學(xué)方法： 1）只承認(rèn)完全明晰清楚、不容懷疑的事物為真實(shí)； 2）將問題分解到足夠求解的小單位； 3）從最簡單、最易懂的對象開始，依照先后次序，一 步一步地

13、達(dá)到更為復(fù)雜的對象； 4）列舉一切可能，一個(gè)不能漏過。,笛卡兒指出：“想一眼盡收多個(gè)對象的人是什么也看不清楚的，同樣，誰要是習(xí)慣用一次思維行動(dòng)同時(shí)注意多個(gè)事物，其心靈也是混亂的?！?老子：“天下之難作于易，天下之大作于細(xì)”。,三、伽利略的觀察實(shí)驗(yàn)與數(shù)學(xué)相結(jié)合的科 學(xué)方法 先提取出從現(xiàn)象中獲得的直觀認(rèn)識的主要部 分，用最簡單的數(shù)學(xué)形式表示出來，以建立量 的概念； 由此式用數(shù)學(xué)方法導(dǎo)出另一易于實(shí)驗(yàn)證實(shí)的數(shù) 量關(guān)系； 通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種數(shù)量關(guān)系。,四、牛頓創(chuàng)立分析與綜合相結(jié)合的科 學(xué)方法 牛頓的方法論原理集中表述在原理第三篇“哲學(xué)中的推理法則”中的四條法則中。概括起來，可以稱之為： 簡單性原理（法則1） 因果性原理（法則2） 普遍性原理（法則3） 否證法原理（法則4，無反例證明者即成立） 牛頓的方法論體系被愛因斯坦贊為“理論物理學(xué)領(lǐng)域中每一工作者的綱領(lǐng)”。,第五節(jié) 第一次技術(shù)革命 （蒸汽時(shí)代） 一、社會歷史背景 （1）文藝復(fù)興、宗教改革和科學(xué)革命，不僅推進(jìn)了自然理論的形成，也帶動(dòng)了技術(shù)的發(fā)展。 （2）從19世紀(jì)30年代至19世紀(jì)末，主要資本主義國家相繼完