第1篇之自然科学的萌芽于兴起市公开课金奖市赛课一等奖课件

自然科学概论教育科学学院徐剑虹第1页第一章自然科学萌芽与兴起

第一节古希腊科学有史以来，人们总想知道周围世界是怎么回事，它是由什么组成，其间又有什么奥秘。第2页本章基本目标：1、知道希腊人思索问题方式2、知道亚里士多德逻辑方法3、区分古希腊原子与今日之原子第3页本课主要内容一、古代人们二、古代希腊三、亚里士多德四、古希腊之后第4页一、古代人们科学实际上与巫术同根。科学与巫术、民间游医、占星术者、超感官知觉之间到底有何区分？第5页1、科学与巫术相同之处：目标与关注想要结果和要到达目标相同，都源于想要知道和了解我们周围世界，源于降低伤害、改变生活、治疗疾病等。都注意到人类与自然相互联络，都在于寻求利用自然力来为人类服务。根本区分：工作程序科学提供程序与方法能得到可测量结果。这种结果含有可重复性。每当程序犯错，能够自我纠正。科学公正而直率。第6页2、巴比伦与埃及用神灵解释大多数事件河神发怒造成洪水泛滥雨神高兴了就来场及时雨尝试种种方法以影响周围世界用巫术呼唤神灵和上天利用工具改造自然界使用动物来耕地依据需要了解和统计自然规律农业生产需要日历、观察天象农田测量需要建立数学第7页二、古代希腊科学最早主要是包含在哲学文化形态之中，自然哲学就是它前身。公元前6世纪以来，西方思想家一直在寻求一套统一观念，用以解释各种自然现象，评价个人生活方式以及社会习俗制度，为人们提供一个道德思索和社会政治思索理论框架。哲学就是古希腊人找到这么一个观念总称。第8页1、关于哲学在西方，哲学一词通惯用来说明一个人对生活某种看法（比如某人“人生哲学”）和基本标准（比如价值观、思想、行为）。而在学术上哲学，则是对这些基本标准理性依据质疑、反思，并试图对这些基本标准进行理性重建。普通认同哲学是一个方法，而不是一套主张、命题或理论。哲学研究是基于理性思索，寻求能做出经过审阅假设且不跳脱信念或者只是纯粹类推。哲学研究领域：自然哲学、语言哲学、形而上学、艺术哲学、科学哲学、技术哲学。哲学研究内容：本体论、认识论和方法论第9页2、米利都学派：世界由什么组成？泰勒斯（公元前624-547）万物源于水。地球是漂浮在水上一个圆盘。阿那克西曼德（公元前610-547）万物源于无限者。无限者：没有形状，也不能观察到物质。地球表面是弯曲，地球是一个圆柱体。阿那克西米尼（公元前585-525）气是宇宙基本元素。赫拉克利特认为组成世界基本元素是“火”。恩培多克勒世界万物都有四根，即火、水、土、气生化而来。这是原始科学与唯物主义。雷·斯潘根贝格《科学旅程》从一元到多元从转化到组合第10页3、原子论者阿那克萨克拉（公元前500-428）：万物无限可分。被分割成无限小东西就叫做种子。留基伯（公元前500-440）：宇宙是无限，其中一部分是充满，另一部分是空虚。充满和空虚就是元素。无数世界就是由这些元素组成。充满就是原子，是不可再分割物质微粒，原子运动在虚空之中。德谟克利特（公元前460-370）：原子和是万物本原，无数原子在无限空虚中运动着，形成漩涡，产生无数世界。伊壁鸠鲁（公元前341-270）：原子不但有形状、大小区分，还有重量不一样；原子数量是无限，但他们形状、大小和重量区分又是有限，最大和最小原子都处于一定界限之中，不会无限大，也不会无限小。------罗马时期卢克莱修（公元前98-55）才重新关注。-------多年后道尔顿（1766－1844）18又提原子论。第11页4、毕达哥拉斯学派：从数学视角毕达哥拉斯（公元前580-500）万物皆数；主张数学地思索；消极方面：贬低经验研究价值，仅仅关注显著展示宇宙秩序和合理性自然现象。主动方面：树立了科学研究目标，发觉经验数据背后数学法则。苏格拉底（公元前470-399）：对哲学方法改进－建立归纳法初步基础；是有系统研究知识条件第一人－建立认识论体系；组成伦理学体系－建立道德科学。柏拉图（公元前427-347）：最关键哲学理论是与原子是完全对立“理念”说；他反对对自然直接观察，主张抽象思索；他接收了恩培多克勒四元素说：土、水、气、火。但受毕达哥拉斯学派影响，他将它们还原为更基本图形----三角形。第12页Question

柏拉图这一体系意义？教育科学学院徐剑虹第13页首先，它用与恩培多克勒理论相同方式解释了改变和多样性：元素以不一样百分比混合，产生出物质世界种类。其次，它允许一个元素向另一个元素转化，这么就深入解释了改变。比如，一个单个水粒子(二十面体)可被他解为组成它二十个等边三角形，这些三角形又可重新组合成两个气粒子(八面体)和一个火粒子(四面体)。只有土，因为是由正方形组成(而且因为正方形沿对角线不能产生三角形)，被排除在这种转变过程之外。第三，愈加关注事物“形式”。第四、柏拉图几何粒子代表了向自然数学化迈出主要一步。对我们来说，看看这一步含有极其主要意义。Question

第13页三、亚里士多德他一反老师柏拉图理念论，把自然作为科学研究对象，并首先进行科学分类，促使自然学科和社会学科逐步演变成若干个独立学科门类。亚里士多德哲学思想，主要表达《形而上学》著作里。他提出了哲学本身独立对象和范围。他提出了“四因说”，认为全部事物都有四方面原因组成，即“质料因”、“形式因”、“动力因”和“目标因”。第14页1、物质起源于组成物质起源，他接收了最初由恩培多克勒提出随即被柏拉图所采纳四元素：土，水，火，气。天体不是由地球上四种元素组成，而是由第五种元素组成，这第五种元素就是“以太”，这是一个真正神圣物质，其中不含有任何对立面，也不会有任何改变。匀速圆周运动是第五元素性质所固有。

这一假设，一直延续到20世纪A．迈克尔逊试验（被称作20世纪物理学一朵乌云）才宣告结束。第15页2、事物组成“四因说”理论亚里士多德接收前人“质料因”、“形式因”观点，深入发展了“四因说”。“四因说”，认为全部事物都有四方面原因组成，即“质料因”、“形式因”、“动力因”和“目标因”。“质料因”---万物由什么组成？“形式因”---万物组成形式？“动力因”---是什么促成万物组成？“目标因”---万物组成意义怎样？第16页3、对运动了解地球上物体运动分为自然运动和强迫运动。第一类是由组成这些物体物质本性引发；第二类只能暂时地由外部强加。造成两个推论：世界结构本质上是以地球为中心，沉重地球因为它尤其性质，恰好静止于世界中心。把适合用于地球上科学概念和推理利用到天体上去，这在逻辑上是不可能。任何运动物体都是由与它相联外界物体所推进。这是地球上无生命物体运动基础。由此得出：一个脱离了全部外部影响物体处于静止状态；对每种强迫运动，必须寻找与物体相关运动原因。第17页4、科学方法完全出于理论目标，区分了理论和技艺。理论是更为高级智慧，是对原理和原因认识，这种知识必须是永恒、必定，是经过逻辑证实全称命题，但不一定是数学。这是与柏拉图数学实在论不一样地方。发展了逻辑方法：探究自然现象规律是由一个完整认知程序，并使从事首先从对一些现象观察开始。第一步：经过观察人取得大量相关自然现象经验事实；第二步：对已经取得经验事实进行归纳推理从而概括出普通性科学原理及定律或者理论；第三步：依据这些科学原理或理论去解释自然现象中一些问题。第18页四、古希腊之后：罗马时代第19页1、数学知识《几何原本》古希腊数学成就与毕达哥拉斯学派几何学成就及其数理思想直接相关。欧几里德《几何原本》全方面总结了前人几何学知识，从公理出发利用演绎方法证实了包含467个命题几何学全部定理。几何学从此成为一门科学和古代最成熟学科。意义在于：建立理性思维普通模式-----演绎系统。第20页2、物理知识阿基米德把观察和数学推理、理论研究和实际应用相结合，发觉了杠杆原理和浮力定律，给出了求解复尽杂物体重心方法。他研究方法已靠近当代研究方法，被誉为“力学之父”。第21页3、生物和医学知识希波克拉底认为疾病是人体自然过程，主张用观察和试验方法研究疾病并创建了“四体液说”。赫罗菲拉斯是第一个公开进行人体解剖医生，揭示了人脑是智慧之府，而不是亚里士多德所认为是心。第22页4、天体理论《至大论》古希腊科学在古罗马时期走向衰落，但在天文学和医学仍有主要进展。托勒密《至大论》集古代天文学之大成，利用数学模型方法建立了地心说体系。盖伦医生提出了“灵气论”学说。托勒密地心说和盖伦医学统治西方科学长达15之久。第23页Question

罗马时代及其结果教育科学学院徐剑虹第24页罗马人崇尚军事与武力，重视眼前效益，对纯理论科学研究不多，所以其成就远逊于希腊。在屋大维统一了地中海地域后，自由思想逐步让位于宗教专制，哲学逐步成为宗教婢女。古希腊—罗马科学体系也最终伴随罗马帝国灭亡而最终衰落。欧洲开始了由宗教统治科学，科学为宗教服务黑暗时代。Question

第24页课后思索题：阅读第二节，思索：中国古代有没有科学？为何？第25页放学后，我一定会看书！因为我是好学生。第26页Question

《几何原本》教育科学学院徐剑虹第27页《几何原本》是古希腊数学家欧几里得一部不朽之作，集整个古希腊数学结果和精神于一书。既是数学巨著，又是哲学巨著，而且第一次完成了人类对空间认识。除《圣经》之外，没有任何其它著作，其研究、使用和传输之广泛，能够与《几何原本》相比。从作为基础五条公理和公设出发，演绎了：第一卷：几何基础。重点内容有三角形全等条件，三角形边和角大小关系，平行线理论，三角形和多角形等积（面积相等）条件，第一卷最终两个命题是毕达哥拉斯定理正逆定理；第二卷：几何与代数。讲怎样把三角形变成等积正方形