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2019-2020年岳麓版高中歷史必修三 第15課近代科學技術革命（教案1） 【學習目標】 一、教學目標 1．熟悉近代科學技術革命的歷程，從哥白尼、牛頓、達爾文、瓦特、愛迪生的科學發(fā)現(xiàn)及其成就中，理解科學發(fā)現(xiàn)源于質(zhì)疑后的頑強探究。 2．理解科學進步中繼承和創(chuàng)新的關系，認識科技進步對促進社會生產(chǎn)生活和觀念發(fā)展的作用。 3．認識科技創(chuàng)新對改變?nèi)祟愑^念和生活的價值，認識科技發(fā)展中繼承與發(fā)展，創(chuàng)新性與局限性的歷史關系。培養(yǎng)為科技獻身的精神。 【教材分析】 一．重點難點與疑點 1．教學重點：理解哥白尼太陽中心說的提出是自然科學的獨立宣言；認識經(jīng)典力學和進化論在近代自然科學理論發(fā)展中的歷史地位；蒸汽機的發(fā)明和電氣技術的應用推動社會發(fā)展。 2．教學難點：科學進步是對傳統(tǒng)神學宗教思想體系的突破，科學與哲學和宗教的關系。 3．教學疑點：科學與宗教和哲學的關系。 二．教材解讀 【從哥白尼到伽利略】 1．哥白尼——日心說 （1）背景：中世紀末期，基督教宣揚地球中心說在歐洲仍然占據(jù)著絕對統(tǒng)治地位。但由于觀測技術的進步，一些具有進步思想的哲學和和天文學家對這一傳統(tǒng)解釋感到不滿。 （2）哥白尼提出日心說：哥白尼是文藝復興時期波蘭著名的天文學家，太陽中心說的創(chuàng)始人，近代天文學的奠基人。哥白尼通過天文觀察和數(shù)學計算創(chuàng)立了“日心說”，認為太陽位于宇宙的中心，地球和其他星球都圍繞太陽運轉(zhuǎn)。 （3）哥白尼創(chuàng)立的日心說的意義：哥白尼的天文學名著《天體運行論》闡述了日心說的理論，它的發(fā)表不但是天文學上的一次偉大革命，推動了天文學研究的飛速發(fā)展，而且引起了人類宇宙觀的重大革新，沉重地打擊了封建神權(quán)的統(tǒng)治，“從此自然科學便開始從神學中解放出來”。 2．伽利略──經(jīng)典力學的重要奠基者 16世紀末17世紀初，隨著文藝復興運動的擴展和人的思想的解放，意大利科學家伽利略認為研究自然界必須進行系統(tǒng)地觀察和實驗。他將科學實驗與數(shù)學相結(jié)合，進行科學研究，并強調(diào)追究事物之間的數(shù)學關系。 希臘學者亞里士多德認為地球上的物體運動有天然運動和受迫運動。他認為物體的受迫運動是推動者加于被推動者的，推動者一旦停止推動，運動就會立即停止。在1604年，伽利略在實驗中發(fā)現(xiàn)：物體下落時的距離與所用時間的平方成正比，而物體下落的速度與物體的重量無關，這就是著名的落體定律。他還通過實驗證實了勻速運動定律和勻加速運動定律。伽利略的研究表明，外力并不是維持運動狀態(tài)的原因，而只是改變運動狀態(tài)的原因。這是對古希臘哲學家亞里士多德以來有關運動觀念的重大變革，為經(jīng)典力學的建立奠定基礎。他的發(fā)現(xiàn)以及他開始的科學研究方法，是人類思想史上偉大的成就之一，標志著物理學的真正開端。 伽利略對哥白尼學說的傳播和天文學的發(fā)展做出了重要貢獻。他自創(chuàng)了用以觀察天體的第一架望遠鏡，從望遠鏡里他發(fā)現(xiàn)月球表面有高山深谷，并不是以前人們所說的月球表面是光滑的；木星有四顆衛(wèi)星，很相似于行星繞著太陽轉(zhuǎn)，他看到銀河是由無數(shù)恒星組成的，還觀察到哥白尼曾推論的金星有盈虧現(xiàn)象。1632年伽利略出版了《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。他的這些發(fā)現(xiàn)和觀點，摧毀了教會的信條而證明了哥白尼學說的正確。 【牛頓的經(jīng)典力學】 1．經(jīng)典力學建立的背景及概況 17～18世紀，近代自然科學中突出發(fā)展起來的是經(jīng)典力學，又稱牛頓力學。這除了由于工場手工業(yè)時期經(jīng)濟上的需要之外，也是因為力學研究的對象最直接，它拋開物體的物理、化學性質(zhì)只把它作為一個質(zhì)量的實體來看待。在經(jīng)典力學領域中，最重要的成就是萬有引力定律和運動三定律的發(fā)現(xiàn)，這些成就構(gòu)成了經(jīng)典力學的基本內(nèi)容。在經(jīng)典力學的建立中，曾有許多科學家為之付出心血，牛頓則是其中的集大成者，故經(jīng)典力學又稱牛頓力學。 2．經(jīng)典力學建立的標志。 經(jīng)典力學建立的標志是牛頓確立的萬有引力定律和運動三大定律。牛頓在數(shù)學、光學等領域均有重大貢獻，最重要的是在力學方面。 （1）他在力學方面的貢獻之一是確立了萬有引力定律。這個定律說明，任何兩個物體之間都有引力存在。這個引力與彼此吸引的物體的質(zhì)量體積成正比，而與兩物體間距離的平方成反比。萬有引力定律總結(jié)了此前一個半世紀的科學發(fā)明并用精確的數(shù)學術語把它們連結(jié)起來了。 （2）牛頓還確立了著名的運動三定律，即慣性定律、比例定律（即加速度與力成正比）、作用和反作用相等定律。運動三定律是經(jīng)典物理學的基礎。1687年，他出版了《自然哲學的數(shù)學原理》，在該書中他首先給力學的基本要領如質(zhì)量、動量、慣性、力及向心力下了定義，對大至宇宙天體，小至光的微粒的一切物體在真空中或在有阻力的介質(zhì)中的運動，全部應用運動三定律和萬有引力定律給予了說明，把自然界中的一切力學現(xiàn)象都囊括在他的力學體系之中?！蹲匀徽軐W的數(shù)學原理》一書的出版標志著經(jīng)典力學的成熟。牛頓力學在科學史上的意義表現(xiàn)在它把天上和地上的運動統(tǒng)一起來，把萬有引力定律和運動三定律視為宇宙間一切力學運動有普遍規(guī)律，從力學的角度證明了自然界的統(tǒng)一性，實現(xiàn)了人類自然界認識的第一次綜合。 （3）牛頓在數(shù)學方面的貢獻：大約在17世紀60年代，牛頓與德國數(shù)學家萊布尼茨分別獨立創(chuàng)立了微積分。 3．經(jīng)典力學的顯著特征 最顯著的特征之一就是注重實驗，實驗可以進一步揭示客觀現(xiàn)象和過程之間內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，并由此得出重要的結(jié)論。另一個顯著特征是它的數(shù)學化，這種數(shù)學化的根源是自然內(nèi)在的數(shù)學關系。自然的數(shù)學結(jié)構(gòu)是近代科學的先驅(qū)們深信不疑的真理。 4．經(jīng)典力學的影響 牛頓三大運動定律和萬有引力定律建立后，光學、電磁學等與力學的進一步統(tǒng)一，大大推動了物理學的發(fā)展。經(jīng)典力學體系的建立標志著近代科學的形成。牛頓力學是經(jīng)典物理學和天文學的基礎，也是現(xiàn)代工程力學以及與有關的工程技術的理論基礎。牛頓力學的創(chuàng)立，標志著人類科學時代的開始。牛頓力學和熱學引發(fā)了以英國工業(yè)革命為起點的第一次技術革命，使人類社會進入蒸汽時代，牛頓用數(shù)學方面精確描述宇宙運行的自然法則，還為法國啟蒙思想和唯物主義哲學奠定了科學基礎。 【達爾文與進化論】 1．生物進化論誕生的歷史背景 (1)歐洲思想解放運動的高漲是催生進化論思想的重要條件。16世紀以來，隨著資本主義的產(chǎn)生，新興的資產(chǎn)階級為了維護自身的政治、經(jīng)濟利益開始在意識形態(tài)領域展開反封建斗爭，文藝復興、宗教改革和啟蒙運動相繼發(fā)生。這三大運動有力地沖擊了基督教神學，摧毀了基督教會的精神獨裁，極大地促進了歐洲的思想解放，使資產(chǎn)階級“人文主義”和“理性主義”深入人心。這就使人類的視野不斷拓展，思想文化領域更加開放，風氣更活躍。面向現(xiàn)實世界，重視實踐，崇尚理性的追求蔚然成風。 (2)資產(chǎn)階級革命和工業(yè)革命對進化論的誕生起了巨大的推動作用。17～18世紀的西歐，更是一個狂飚突進的時代，英法相繼爆發(fā)資產(chǎn)階級革命，封建專制統(tǒng)治被推翻，為資本主義發(fā)展創(chuàng)造了條件。同時由于世界市場擴大的需求，工業(yè)革命從英國興起并進而席卷歐洲，資本主義迅猛發(fā)展。資本主義的發(fā)展一方面為科學技術的發(fā)展創(chuàng)造了條件，另一方面也對科學技術提出了新的要求。 (3)科學技術進步，生物學知識積累為進化論的誕生奠定了基礎。文藝復興運動和啟蒙運動之后，伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科學技術長足進步，這為生物學研究創(chuàng)造了條件。19世紀初期，生物學本身也有了較大的發(fā)展，特別是細胞學說的建立。細胞學說是德意志生物學家施萊登和施旺于1838～1839年建立的。該學說認為一切動物和植物都是由細胞組成，細胞是生命的基本單位，一切有機體都是由單一細胞發(fā)展而成的,每個細胞不僅能獨立地活動，而且能作為整個機體組成單位而行使其功能。這就揭示了所有生命現(xiàn)象的本質(zhì)統(tǒng)一性。細胞學說被恩格斯稱為19世紀自然科學的三大發(fā)現(xiàn)之一。細胞學說為生物進化論的創(chuàng)立奠定了基礎。 2．生物進化論的誕生 (1)誕生:把生物進化作為一門科學進行探討，并首次提出系統(tǒng)進化學說的是19世紀初（1809年）的拉馬克。半個世紀后，即1859年，科學的生物進化論誕生了，其主要代表是達爾文。此后，進化論又為孟德爾開創(chuàng)的遺傳學所修飾和發(fā)展，終于發(fā)展成現(xiàn)代進化論。 (2)進化論的主要內(nèi)容可概括為：第一，生物是進化的，一切生物都經(jīng)歷了由低級向高級，由簡單到復雜的發(fā)展過程。物種不斷地變異，新種產(chǎn)生，舊種滅絕；生物的進化是連續(xù)的，沒有不連續(xù)的突變，自然界沒有飛躍；生物間有共同祖先，彼此間有一定的血緣關系；自然選擇是變異最重要的途徑。其中前三點講的是生物進化，最后一點講的是進化機制，是生物進化論的核心。第二，達爾文認為，生物都具有過度繁殖的傾向，即每個物種產(chǎn)生比能存活的多得多的后代。但生物的生存資源是有限的，因而他們的生存必須通過競爭來實現(xiàn)。這里的競爭有種內(nèi)競爭、種間競爭、還包括生物同無機環(huán)境的競爭。在這一過程中，物種不斷發(fā)生變異，有些變異對生存比較有利，有些則不利。這樣就出現(xiàn)了適者生存，不適應者被淘汰的現(xiàn)象。上述過程就是生存斗爭和自然選擇。生物經(jīng)自然選擇后的性狀會遺傳給后代。 達爾文學說是對進化論研究成果全面的、系統(tǒng)的科學總結(jié)，是進化論發(fā)展史上劃時代的里程碑，也是現(xiàn)代進化論的主要理論源泉。達爾文的思想品德和治學態(tài)度也是出類拔萃的。正如有人所說，他的勇敢無畏的正確結(jié)論來源于他長期對自然界生物的無與倫比的細致觀察和豐富積累，來源于他嚴密的科學態(tài)度和勤奮的工作精神。就像進化論本身一樣，是長期細微工作的有利選擇和積累的結(jié)果。 3．生物進化論的歷史意義 （1）進化論思想對歐洲思想界產(chǎn)生了巨大影響。達爾文進化論的提出，是人類思想史上劃時代的大事。它有力地挑戰(zhàn)了封建神學創(chuàng)世說，結(jié)束了上帝7天造就世上萬物和人類的神話。正如17世紀牛頓把“造物主”從無生命現(xiàn)象的研究領域驅(qū)逐出去一樣，19世紀的達爾文又把“造物主”從有生命現(xiàn)象的研究領域驅(qū)逐出去了。達爾文進化論極大地促進了歐洲的思想解放，使人們的世界觀發(fā)生了根本性的變化。它所揭示的關于生命自然界辯證發(fā)展的規(guī)律，不僅結(jié)束了生物學中物種不變論的統(tǒng)治，也為馬克思主義唯物辯證法的創(chuàng)立提供了重要的自然史的基礎。 （2）進化論開創(chuàng)了生物科學發(fā)展的新時代。在達爾文以前，人類對生物界的產(chǎn)生和發(fā)展基本上處于無知的階段。達爾文學說的創(chuàng)立，才成功地使生命自然界的主要過程得到了說明，歸結(jié)為自然的原因。它把發(fā)展變化的思想引入生物界，這不僅豐富、發(fā)展了生物學本身，也使生物學各分支學科統(tǒng)一為一門綜合性的學科，并使它們獲得了新的發(fā)展方向。 （3）進化論思想對處于國家危亡時期的中國思想界也產(chǎn)生巨大震動。19世紀末20世紀初，帝國主義掀起了瓜分中國的狂潮，中華民族面臨嚴重危亡。中國愛國知識分子為挽救民族危亡，紛紛著書翻譯，積極宣傳和介紹進化論思想。他們高呼“物競天擇，適者生存”和“優(yōu)勝劣汰”，以期喚醒國人。他們還把達爾文生物進化理論當作改造社會的利器，掀起了救亡圖存的維新變法運動和資產(chǎn)階級民主革命。 【瓦特與蒸汽機】 1．蒸汽機的出現(xiàn)是社會生產(chǎn)特別是工業(yè)革命發(fā)展的必然結(jié)果 很早以前，就有人設想把蒸汽作為動力使用，但真正把蒸汽動力用于生產(chǎn)，卻是17世紀末以后的事情。1698年，托馬斯薩夫里發(fā)明了蒸汽唧筒，用于抽干礦井里的水，18世紀初，T紐科門在改進薩里夫蒸汽機的基礎上，制造了一種大氣壓力蒸汽機，主要用于礦井抽水，但它們都存在明顯缺陷，不能作為動力機普遍安裝。隨著工業(yè)革命的開展，大規(guī)模的工廠一個接一個建造起來，但這時的動力主要是利用河流里的水力，在這方面，有很多缺點，因為工廠都必須建在河流湍急的偏僻的山谷等處。這些地區(qū)交通不便，而且遠離原料產(chǎn)地和銷售市場，動力問題成為擺在人們面前的急迫問題。人們都希望找到便捷可用的動力，驅(qū)動不同機器。 2．瓦特研制成功“萬能蒸汽機” 瓦特在格拉斯哥大學實驗室當實驗員時，負責修理紐科門蒸汽機，他勤奮好學，善于鉆研。18世紀60年代，瓦特經(jīng)過仔細研究，研制出了新的蒸汽機。這種蒸汽機在汽缸之后加了一個冷凝管，大大減少了熱量浪費，效率成倍增長，但還有很多缺陷。瓦特又對蒸汽機做了進一步改進，將蒸汽機的動力臂由原來的直線運動改為連續(xù)均勻的圓周運動，這樣就可以驅(qū)動其他的機器工作。這種蒸汽機突破了人力、畜力、風力和水力作為機器動力的局限性，能夠提供可控制的任何強度的動力，在生產(chǎn)中廣泛應用，適用于各種工作機，被稱為“萬能蒸汽機”。1785年萬能蒸汽機首先在一家紡紗廠投入使用。1789年，瓦特獲得專利，瓦特蒸汽機很快普及開來，除用在紗廠之外，還應用到冶金廠、面粉廠，并在后來應用到運輸業(yè)中。 3．瓦特蒸汽機問世的意義 第一，解決了工業(yè)發(fā)展中的動力問題，自此以后，只要有煤作燃料開動蒸汽機，就可根據(jù)需要建立工廠，不再受河流的限制。 第二，促使工業(yè)革命轟轟烈烈地展開，出現(xiàn)了發(fā)明和使用機器的熱潮。瓦特蒸汽機應用于運輸業(yè)中，導致蒸汽輪船和機車出現(xiàn)，交通運輸業(yè)發(fā)生了徹底變化，人們的交往更加方便，經(jīng)濟和文化聯(lián)系也日益密切。 第三，推動人類社會由此進入“蒸汽時代”。蒸汽機是工業(yè)革命時期最偉大的發(fā)明。蒸汽機的廣泛利用，使英國到處建立起大工廠。那些高聳入云的煙囪，噴出縷縷煙霧，龐大的廠房，發(fā)出隆隆的轟鳴，打破了原來中世紀田園生活的恬靜──歷史已跨進了一個新的時代。 【愛迪生與電的應用】 1．電力作為新能源登上歷史舞臺——人類進入電力時代 從18世紀美國科學家富蘭克林造出避雷針，到19世紀初意大利科學家伏特發(fā)明電池；從1837年英國科學家法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應現(xiàn)象，1837年美國人莫爾斯發(fā)明有線電報，到1867年德意志科學家西門子發(fā)明發(fā)電機和比利時人格拉姆發(fā)明電動機，可以看出，電力的發(fā)現(xiàn)及應用凝聚著幾代科學家的不懈研究。 從19世紀六七十年代起，各種各樣使用電力的新發(fā)明紛紛涌現(xiàn)，徹底改變著人們的生產(chǎn)和生活。發(fā)電機和電動機相繼問世，使電力開始用于帶動機器，隨后，電燈、電話、電車、電影和無線電報等如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。 2．發(fā)明大王愛迪生 愛迪生是美國著名發(fā)明大王，一生完成了1 000多種發(fā)明，其中包括電燈、留聲機、發(fā)報機、電影、電車、蓄電池、打字機、水泥等等。電力的廣泛應用，推動了電力工業(yè)和電器制造業(yè)等一系列新興工業(yè)的迅速發(fā)展，而新機器的發(fā)明和制造，反過來也推動了電力的廣泛應用。列寧指出：“電力工業(yè)是最能代表最新技術成就，代表19世紀末20世紀初的資本主義的一個工業(yè)部門。”人類社會進入“電氣時代”。 鞏固小結(jié)：近代以來，天文學、物理學和生物學等自然科學領域都有了巨大突破，人類對自然歷史的認識有了大飛躍，主要體現(xiàn)在：1.科學觀的變革：近代自然科學發(fā)展的一個重要特點，就是許多科學都表現(xiàn)出對當時一些主要技術問題的關切。多數(shù)科學家不僅相信科學會有益于人類的進步，而且相信人類能得到充分可靠的自然知識，相信自然界可以被正確地認識，堅持從世界本身說明世界。2.自然觀的變革：近代科學的發(fā)展，也使自然觀發(fā)生了巨大變化，形成了機械唯物主義的自然觀，將一切運動都歸結(jié)為機械運動，將一切運動的原因都歸結(jié)為力。機械唯物主義自然觀把自然界中起作用的原因歸結(jié)為自然界本身的規(guī)律的作用，有利于促使科學家去探索自然界的規(guī)律。但由于它是形而上學地看問題，又有著嚴重缺陷。 【典型例題解析】 例1．近代以來，西方科技發(fā)展的軌跡是：自然科學理論與技術結(jié)合，科學技術與經(jīng)濟發(fā)展結(jié)合，促進了人類社會各個方面的變化和進步。根據(jù)有關史實，回答下列問題。 (1)17世紀至20世紀初，自然科學基礎理論研究取得了哪四項對人類社會影響最為深刻的成就?各項成就的標志和意義是什么? (2)在科學戰(zhàn)勝神學的過程中，為什么說達爾文繼牛頓之后，最終驅(qū)走上帝? 【點撥】回答第(1)問時，關鍵是準確地判定近代史上對人類社會影響最大的四大科學成就，并分別概括其巨大意義，防止偏離主題，答非所問；回答第(2)問時。關鍵是找到牛頓力學和達爾文生物進化論在打破神學世界觀方面的聯(lián)結(jié)點：牛頓力學把上帝從無生命的研究領域中驅(qū)逐出去，而生物進化論則是把神從有生命的研究領域中驅(qū)逐出去，最終完成了驅(qū)逐上帝的任務。 【解答】(1)四項成就：①牛頓力學體系的建立。標志著近代科學的形成，是人類認識史上對自然科學規(guī)律的第一次理論性的概括和綜合。②19世紀30年代，英國科學家法拉第用實驗發(fā)現(xiàn)了電磁感應現(xiàn)象，開辟了人類生活的新時代——電氣時代。③19世紀中期，英國科學家達爾文創(chuàng)立了生物進化論學說。提出了生物生存斗爭和自然選擇原理，是對生物學的一次重要綜合。它從根本上推翻了“神創(chuàng)說”，將“發(fā)展”、“變化”等觀念引入自然科學和社會科學領域，使人類思想認識發(fā)生了躍進。④20世紀初，德國科學家愛因斯坦提出了物理學相對論和揭示質(zhì)能轉(zhuǎn)換原理的著名質(zhì)能關系式。物理學相對論深刻地揭示了時間和空間的本質(zhì)，是物理思想的一場重大革命。質(zhì)能轉(zhuǎn)換原理則成為原子能的理論基礎。 (2)神學認為世界是上帝創(chuàng)造的，各個物種從被上帝創(chuàng)造那一天起，是不變的。牛頓力學體系把天上、地上的物體運動概括在一個理論之中，把神從無生命的研究領域中驅(qū)逐出去。達爾文的生物進化論把變異和自然選擇看作新物種起源的首要因素。證明了上帝根本沒有存在的必要。把神從有生命現(xiàn)象的研究領域中驅(qū)逐出去，最終完成了驅(qū)逐上帝的任務。 【總結(jié)】本題以近代史上人類在自然科學領域的四項重大發(fā)現(xiàn)及其對科技發(fā)展和人類文明進步的深遠影響為主題，揭示了科學發(fā)現(xiàn)和科技進步對社會發(fā)展的巨大作用，闡釋了科教興國的時代主題，具有較強的社會現(xiàn)實意義。 【知識結(jié)構(gòu)】 一、從哥白尼到伽利略 1．哥白尼——日心說 2．伽利略──經(jīng)典力學的重要奠基者 二、牛頓的經(jīng)典力學 1．經(jīng)典力學建立的背景及概況。 2．經(jīng)典力學建立的標志 3．經(jīng)典力學的顯著特征 4．經(jīng)典力學的影響 三、達爾文與進化論 1．生物進化論誕生的歷史背景 2．生物進化論的誕生 3．生物進化論的歷史意義 四、瓦特與蒸汽機 1．蒸汽機的出現(xiàn)是社會生產(chǎn)特別是工業(yè)革命發(fā)展的必然結(jié)果 2．瓦特研制成功“萬能蒸汽機” 3．瓦特蒸汽機問世的意義 五、愛迪生與電的應用 1．科學家對電的不懈研究 2．電力成為工業(yè)發(fā)展的主要動力 3．使用電力新發(fā)明的涌現(xiàn)