第一章 自然科學(xué)概述

第一章自然科學(xué)概述知識(shí)目標(biāo)：掌握自然科學(xué)的基本概念了解自然科學(xué)及其發(fā)展了解科學(xué)教育的改革及進(jìn)展能力目標(biāo)：能分辨科學(xué)與偽科學(xué)，從而樹立辯證唯物主義觀點(diǎn)，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力能將科學(xué)教育的新理念、新方式，運(yùn)用到未來(lái)的教育教學(xué)實(shí)踐中科學(xué)一詞在中國(guó)古漢語(yǔ)中意為“科舉之學(xué)”“學(xué)問(wèn)”“物理”，自明代時(shí)稱為“格致”，即格物致知。英文“science”一詞來(lái)源于拉丁文“scientia”，意為“知識(shí)”“學(xué)問(wèn)”。明治時(shí)代，日本啟蒙思想家西周使用“科學(xué)”作為“science”的對(duì)應(yīng)譯詞。到了1893年，康有為引進(jìn)并使用“科學(xué)”兩字。此后，“科學(xué)”兩字便在中國(guó)廣泛運(yùn)用。一、科學(xué)與自然科學(xué)《辭海》1979年版：“科學(xué)是關(guān)于自然界、社會(huì)和思維的知識(shí)體系，科學(xué)是適應(yīng)人們生產(chǎn)斗爭(zhēng)和階級(jí)斗爭(zhēng)的需要而產(chǎn)生和發(fā)展的，是人們實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)晶?！薄掇o海》1999年版：“科學(xué)是運(yùn)用范疇、定理、定律等思維形式反映現(xiàn)實(shí)世界各種現(xiàn)象本質(zhì)的規(guī)律的知識(shí)體系?！币?、科學(xué)與自然科學(xué)百度詞條：“科學(xué)，指的就是分科而學(xué)，后指將各種知識(shí)通過(guò)細(xì)化分類（如數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等）研究，形成逐漸完整的知識(shí)體系。它是關(guān)于發(fā)現(xiàn)發(fā)明創(chuàng)造實(shí)踐的學(xué)問(wèn)，它是人類探索研究感悟宇宙萬(wàn)物變化規(guī)律的知識(shí)體系的總稱?！币弧⒖茖W(xué)與自然科學(xué)科學(xué)按研究對(duì)象的不同，可分為自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和思維科學(xué)，以及總結(jié)和貫穿于三個(gè)領(lǐng)域的哲學(xué)和數(shù)學(xué)。自然科學(xué)是研究無(wú)機(jī)自然界和包括人的生物屬性在內(nèi)的有機(jī)自然界的各門科學(xué)的總稱；社會(huì)科學(xué)是研究社會(huì)現(xiàn)象及其規(guī)律的科學(xué)；思維科學(xué)是研究人的意識(shí)與大腦、物質(zhì)與精神、主觀與客觀的綜合性科學(xué)。我們通常提到的科學(xué)是指自然科學(xué)，即通常將自然科學(xué)簡(jiǎn)稱科學(xué)。一、科學(xué)與自然科學(xué)自然科學(xué)包括：基礎(chǔ)科學(xué)：是指以自然現(xiàn)象和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式為研究對(duì)象，探索自然界發(fā)展規(guī)律的科學(xué)。包括天文學(xué)、地球科學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)五大基礎(chǔ)學(xué)科。技術(shù)科學(xué)：是指研究生產(chǎn)技術(shù)和工藝過(guò)程中的共同性規(guī)律的科學(xué)。如計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)、空間科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等。一、科學(xué)與自然科學(xué)工程科學(xué)：研究把基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)技術(shù)、工程技術(shù)和工藝流程的原則和方法。如水利工程學(xué)、土木建筑工程學(xué)、電力工程學(xué)、生物工程學(xué)等。一、科學(xué)與自然科學(xué)自然科學(xué)三大研究領(lǐng)域的相互關(guān)系：三者相輔相成、密不可分?；A(chǔ)科學(xué)是技術(shù)科學(xué)、工程科學(xué)的先導(dǎo)。技術(shù)科學(xué)推動(dòng)工程科學(xué)的迅速進(jìn)步。工程科學(xué)的發(fā)展，必將豐富、完善技術(shù)科學(xué)和基礎(chǔ)科學(xué)。一、科學(xué)與自然科學(xué)中國(guó)古代自然科學(xué)成就：天文我國(guó)歷法的精密度一直名列世界前茅。我國(guó)古代在大量觀測(cè)恒星、行星、日月和異常天象等方面積累了世界上最豐富、最完整的天象資料。我國(guó)古代的天文觀測(cè)儀器也獨(dú)具特色。二、自然科學(xué)的發(fā)展1、古代科技成就渾天儀候風(fēng)地動(dòng)儀中國(guó)古代自然科學(xué)成就：農(nóng)業(yè)最早的農(nóng)學(xué)著作《呂氏春秋》成書于公元前239年前后。兩漢時(shí)期汜（sì）勝之的《汜勝之書》、北魏賈思勰所著的《齊民要術(shù)》、南宋初年陳敷的《農(nóng)書》、元代王禎的《王禎農(nóng)書》等涉及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不同地區(qū)、不同環(huán)節(jié)、不同方面。明末杰出的科學(xué)家徐光啟編寫的《農(nóng)政全書》，匯總了祖國(guó)歷代農(nóng)學(xué)各方面的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，是一部我國(guó)古代農(nóng)業(yè)科學(xué)的百科全書。二、自然科學(xué)的發(fā)展中國(guó)古代自然科學(xué)成就：中醫(yī)藥《神農(nóng)本草經(jīng)》是中國(guó)最早的藥物學(xué)專著，其成書年代不確切，史學(xué)家多認(rèn)為出自東漢。《傷寒雜病論》是中國(guó)醫(yī)圣張仲景（公元2世紀(jì)中—3世紀(jì)初）所著。公元610年，巢方編纂的《諸病源候論》不涉及治療，專對(duì)疾病癥性狀進(jìn)行分類描述，比西方同類著作早1000年。中藥學(xué)方面的代表作是明朝李時(shí)珍所著的《本草綱目》。二、自然科學(xué)的發(fā)展外國(guó)古代自然科學(xué)成就：古埃及古埃及人創(chuàng)造了人類歷史上最早的太陽(yáng)歷，把l年確定為365天。埃及在公元前兩千多年修建的國(guó)王陵墓——金字塔，是古代建筑的奇跡，是古埃及人聰明智慧的象征。二、自然科學(xué)的發(fā)展外國(guó)古代自然科學(xué)成就：古印度古印度在自然科學(xué)方面最杰出的貢獻(xiàn)是發(fā)明了目前世界通用的計(jì)數(shù)法，創(chuàng)造了包括“0”在內(nèi)的10個(gè)數(shù)字符號(hào)。外國(guó)古代自然科學(xué)成就：古巴比倫古巴比倫有著較為發(fā)達(dá)的數(shù)理天文學(xué)體系。他們發(fā)明了陰歷歷法，編制了日月運(yùn)行表，可計(jì)算月食出現(xiàn)的周期。他們還發(fā)明了最早的冶鐵技術(shù)，建造了世界上最雄偉氣派的城市——新巴比倫城和“空中花園”。二、自然科學(xué)的發(fā)展外國(guó)古代自然科學(xué)成就：古希臘、羅馬阿基米德（公元前287—前212年）創(chuàng)立的力學(xué)原理是古希臘力學(xué)的高峰。其代表作有《論浮體》《論平板的平衡》《論杠桿》《論重心》等，其中提出的杠桿原理、浮體定律最著名。古希臘早在公元前1200年時(shí)，就掌握了較高的造船技術(shù)，掛有帆的大船已能航行到非洲。古希臘的建筑別具一格，在公元前500年，古希臘就已采用高大華麗的列柱技術(shù)建造高大的神廟，對(duì)日后整個(gè)西方建筑的發(fā)展有著重要影響。二、自然科學(xué)的發(fā)展天文學(xué)二、自然科學(xué)的發(fā)展2、近代自然科學(xué)成就1）哥白尼“日心說(shuō)”的創(chuàng)立2）開(kāi)普勒創(chuàng)立行星運(yùn)動(dòng)三定律行星運(yùn)動(dòng)第一定律：行星運(yùn)動(dòng)第二定律：行星運(yùn)動(dòng)第三定律：3）康德—拉普拉斯星云假說(shuō)物理學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)的創(chuàng)立自由落體定律慣性定律加速度定律經(jīng)典力學(xué)體系的創(chuàng)立牛頓三大定律萬(wàn)有引力定律熱力學(xué)兩大定律的發(fā)現(xiàn)電磁學(xué)的建立經(jīng)典電磁學(xué)的確立二、自然科學(xué)的發(fā)展伏打電池化學(xué)化學(xué)元素概念的提出氧化理論的建立原子-分子論的提出原子是組成物質(zhì)或元素的最小粒子，它們極其微小，是看不見(jiàn)的，是既不能創(chuàng)造、也不能毀滅的，也是不可再分的。同一元素的原子，其形狀、質(zhì)量和各種性質(zhì)相同；不同元素的原子，質(zhì)量和性質(zhì)不同。不同元素的原子以簡(jiǎn)單數(shù)目的比例相結(jié)合，形成了化學(xué)中的化合現(xiàn)象。二、自然科學(xué)的發(fā)展有機(jī)化學(xué)的興起18世紀(jì)后期，德國(guó)著名化學(xué)家舍勒親自提取了大量純凈的有機(jī)酸。元素周期律的發(fā)現(xiàn)1869年，俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫（1834—1907）和德國(guó)化學(xué)家邁爾（1830—1895）各自獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了元素周期律，制成了一個(gè)化學(xué)元素周期表，并預(yù)言了一些還未被發(fā)現(xiàn)的元素。后來(lái)，這些預(yù)言都被證實(shí)。二、自然科學(xué)的發(fā)展生物學(xué)細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立血液循環(huán)的發(fā)現(xiàn)生物分類學(xué)的形成達(dá)爾文的進(jìn)化論生理學(xué)與遺傳學(xué)貝爾納（1813—1878）提出了“內(nèi)環(huán)境恒定”的生理學(xué)概念，他的《實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究導(dǎo)論》成為生理學(xué)發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。在遺傳學(xué)上作出重大貢獻(xiàn)的是奧地利人孟德?tīng)枺?822—1868），被稱為現(xiàn)代遺傳學(xué)之父。二、自然科學(xué)的發(fā)展地質(zhì)學(xué)“水成論”與“火成論”18世紀(jì)末，德國(guó)礦物學(xué)家維爾納主張“水成論”，指出地球表面最初是一片汪洋，所有巖層都是在海水中經(jīng)沉淀、結(jié)晶而形成，后來(lái)由于全球水位突然下降，才使巖層露出水面，形成高山和陸地。蘇格蘭地質(zhì)學(xué)家赫頓（1726—1797）則極力主張“火成論”，他認(rèn)為地心是熔融的巖石，當(dāng)能量達(dá)到一定程度時(shí)，熔融的巖石就會(huì)沖破地殼噴發(fā)出來(lái)，固化為新巖層。“災(zāi)變論”與“漸變論”“災(zāi)變論”的主要代表是法國(guó)地質(zhì)學(xué)家居維葉（1769—1832）。“漸變論”的主張者是英國(guó)著名地質(zhì)學(xué)家賴爾（Ryle）。二、自然科學(xué)的發(fā)展21世紀(jì)，自然科學(xué)技術(shù)正以它從未有過(guò)的力量改變著世界面貌，主導(dǎo)著社會(huì)文明的前進(jìn)。特別是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)為主體，以微電子技術(shù)為核心的現(xiàn)代信息技術(shù)的出現(xiàn)和快速發(fā)展，更是日新月異地改變著人們的日常學(xué)習(xí)、工作、生活和思維方式。二、自然科學(xué)的發(fā)展3、現(xiàn)代自然科學(xué)發(fā)展趨勢(shì)全球第一只克隆羊多利引領(lǐng)時(shí)代潮流的信息技術(shù)扮演上帝角色的生物技術(shù)促進(jìn)新技術(shù)革命的新材料技術(shù)保障人類生存和發(fā)展的新能源技術(shù)探索宇宙的航天技術(shù)造福人類新世紀(jì)的海洋技術(shù)二、自然科學(xué)的發(fā)展我國(guó)神舟七號(hào)飛船發(fā)射回歸生活世界的科學(xué)教育改革生活世界是指普通人日常所感覺(jué)到并在其中生活著的世界。離開(kāi)學(xué)生的生活情景，科學(xué)教育中的知識(shí)容易喪失其意義基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外大量科學(xué)教育實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)：許多學(xué)生雖然在學(xué)?？茖W(xué)課程中學(xué)習(xí)了科學(xué)，能說(shuō)出科學(xué)名詞，能記憶公式并通過(guò)考試，卻仍然與真實(shí)的生活世界疏遠(yuǎn)，不理解生活中的科學(xué)問(wèn)題，并沒(méi)有發(fā)展出基本的科學(xué)概念?？茖W(xué)教育改革不能忽視與科學(xué)教育相連的生活世界。三、科學(xué)教育的改革與發(fā)展1、科學(xué)教育的新變化與新進(jìn)展走進(jìn)科學(xué)研究世界的科學(xué)教育科學(xué)研究是一項(xiàng)十分復(fù)雜的活動(dòng)，科學(xué)家不是神而是人；科學(xué)探索有成功，也有挫折和失?。豢茖W(xué)結(jié)論有正確的，也有錯(cuò)誤和失誤的；有的科學(xué)成果有益于人類的生存和發(fā)展，有的則帶來(lái)諸多的問(wèn)題，利弊均有。三、科學(xué)教育的改革與發(fā)展在科學(xué)教育中，科學(xué)教師應(yīng)該做到以下兩點(diǎn)。重視培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)科學(xué)研究起始于人類活動(dòng)中的真實(shí)問(wèn)題。沒(méi)有生活中的真正的問(wèn)題，學(xué)生就不可能形成探索問(wèn)題的動(dòng)機(jī)。培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)真問(wèn)題的意識(shí)和能力，應(yīng)該是科學(xué)教育走向科學(xué)研究世界的起點(diǎn)。重視培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的程序和方法學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程和科學(xué)家的認(rèn)識(shí)過(guò)程具有相同的本質(zhì)屬性，兒童應(yīng)該像科學(xué)家那樣探索和思考。我國(guó)在基礎(chǔ)教育的科學(xué)科目的課程標(biāo)準(zhǔn)中，也對(duì)探究在科學(xué)學(xué)習(xí)和科學(xué)教學(xué)中的重要地位給予了充分的重視。三、科學(xué)教育的改革與發(fā)展面向科學(xué)歷史世界的科學(xué)教育科學(xué)發(fā)展史是人類精神的資源寶庫(kù)，進(jìn)行科學(xué)史的教育，可以更好地促進(jìn)學(xué)生的人性發(fā)展。重視科學(xué)史的教學(xué)，已成為國(guó)際上科學(xué)教育改革的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。三、科學(xué)教育的改革與發(fā)展我國(guó)小學(xué)科學(xué)教育課程改革改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)基礎(chǔ)科學(xué)教育經(jīng)歷了三次改革浪潮，差不多每隔10年就要進(jìn)行一次科學(xué)教育改革。第一次改革從1978年開(kāi)始至20世紀(jì)80年代中期，黨的十一屆三中全會(huì)之后，中國(guó)進(jìn)入了一個(gè)新的歷史發(fā)展時(shí)期，黨的工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以經(jīng)濟(jì)建設(shè)為中心。要搞“四化”建設(shè)需要各種各樣的人才，“提高全民族的科學(xué)文化水平”成為迫切需要。三、科學(xué)教育的改革與發(fā)展2、我國(guó)小學(xué)科學(xué)教育的改革第二次科學(xué)教育改革從20世紀(jì)80年代中期至90年代，其特點(diǎn)是：開(kāi)始重視幼兒園與小學(xué)的科學(xué)教育改革（當(dāng)時(shí)叫自然學(xué)科改革），降低科學(xué)課程的難度，同時(shí)追求科學(xué)課程的本土化；改進(jìn)了統(tǒng)編教材，使原先引進(jìn)的過(guò)于理論化、抽象化和高難度的科學(xué)教材內(nèi)容逐漸變成適合我國(guó)國(guó)情和學(xué)生需要的科學(xué)教材，這實(shí)際上是由20世紀(jì)80年代國(guó)際化到90年代本土化的一次轉(zhuǎn)換。三、科學(xué)教育的改革與發(fā)展第三次科學(xué)教育改革始于世紀(jì)之交，至今仍在進(jìn)行之中。其特點(diǎn)是：進(jìn)一步與國(guó)際科學(xué)教育改革接軌，試圖銜接小學(xué)與初中的科學(xué)教育，促使義務(wù)教育階段科學(xué)教育課程與教學(xué)改革一體化，面向全體學(xué)生，以科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)，注重培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力等。三、科學(xué)教育的改革與發(fā)展我國(guó)小學(xué)教育課程改革的重要轉(zhuǎn)變教育目標(biāo)的轉(zhuǎn)變當(dāng)今小學(xué)科學(xué)教育目標(biāo)是建立在“科學(xué)素養(yǎng)”這一重要理念上的。“科學(xué)教育”不僅包含了傳授知識(shí)，而且還包含了更廣闊深遠(yuǎn)的含義，如培養(yǎng)兒童的科學(xué)精神、科學(xué)探究能力、興趣、態(tài)度，以及了解科學(xué)、技術(shù)和社會(huì)的關(guān)系等。三、科學(xué)教育的改革與發(fā)展教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變科學(xué)學(xué)習(xí)要以探究為核心。在“科學(xué)”課教學(xué)中，不能采用“填鴨式”教學(xué)方式，不應(yīng)當(dāng)使學(xué)生被動(dòng)地學(xué)習(xí)；而應(yīng)當(dāng)盡力引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)地學(xué)習(xí)，進(jìn)行探究。這種教學(xué)方式被廣大教育工作者定義為“卷入解決未明確事物的過(guò)程”。三、科學(xué)教育的改革與發(fā)展教學(xué)評(píng)價(jià)的轉(zhuǎn)變科學(xué)課程的評(píng)價(jià)目的是促進(jìn)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高，在教學(xué)工作結(jié)束后要評(píng)價(jià)，在教學(xué)的過(guò)程中也應(yīng)當(dāng)隨時(shí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。教師要隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，及時(shí)與家長(zhǎng)、校外人士建立聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生隨時(shí)對(duì)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，鼓勵(lì)和指導(dǎo)