第一章 自然科学概述

第一章自然科学概述知识目标：掌握自然科学的基本概念了解自然科学及其发展了解科学教育的改革及进展能力目标：能分辨科学与伪科学，从而树立辩证唯物主义观点，提高分析问题和解决问题的能力能将科学教育的新理念、新方式，运用到未来的教育教学实践中科学一词在中国古汉语中意为“科举之学”“学问”“物理”，自明代时称为“格致”，即格物致知。英文“science”一词来源于拉丁文“scientia”，意为“知识”“学问”。明治时代，日本启蒙思想家西周使用“科学”作为“science”的对应译词。到了1893年，康有为引进并使用“科学”两字。此后，“科学”两字便在中国广泛运用。一、科学与自然科学《辞海》1979年版：“科学是关于自然界、社会和思维的知识体系，科学是适应人们生产斗争和阶级斗争的需要而产生和发展的，是人们实践经验的结晶。”《辞海》1999年版：“科学是运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象本质的规律的知识体系。”一、科学与自然科学百度词条：“科学，指的就是分科而学，后指将各种知识通过细化分类（如数学、物理、化学等）研究，形成逐渐完整的知识体系。它是关于发现发明创造实践的学问，它是人类探索研究感悟宇宙万物变化规律的知识体系的总称。”一、科学与自然科学科学按研究对象的不同，可分为自然科学、社会科学和思维科学，以及总结和贯穿于三个领域的哲学和数学。自然科学是研究无机自然界和包括人的生物属性在内的有机自然界的各门科学的总称；社会科学是研究社会现象及其规律的科学；思维科学是研究人的意识与大脑、物质与精神、主观与客观的综合性科学。我们通常提到的科学是指自然科学，即通常将自然科学简称科学。一、科学与自然科学自然科学包括：基础科学：是指以自然现象和物质运动形式为研究对象，探索自然界发展规律的科学。包括天文学、地球科学、生物学、物理学、化学五大基础学科。技术科学：是指研究生产技术和工艺过程中的共同性规律的科学。如计算机科学、材料科学、空间科学、环境科学等。一、科学与自然科学工程科学：研究把基础科学和技术科学转化为生产技术、工程技术和工艺流程的原则和方法。如水利工程学、土木建筑工程学、电力工程学、生物工程学等。一、科学与自然科学自然科学三大研究领域的相互关系：三者相辅相成、密不可分。基础科学是技术科学、工程科学的先导。技术科学推动工程科学的迅速进步。工程科学的发展，必将丰富、完善技术科学和基础科学。一、科学与自然科学中国古代自然科学成就：天文我国历法的精密度一直名列世界前茅。我国古代在大量观测恒星、行星、日月和异常天象等方面积累了世界上最丰富、最完整的天象资料。我国古代的天文观测仪器也独具特色。二、自然科学的发展1、古代科技成就浑天仪候风地动仪中国古代自然科学成就：农业最早的农学著作《吕氏春秋》成书于公元前239年前后。两汉时期汜（sì）胜之的《汜胜之书》、北魏贾思勰所著的《齐民要术》、南宋初年陈敷的《农书》、元代王祯的《王祯农书》等涉及农业生产的不同地区、不同环节、不同方面。明末杰出的科学家徐光启编写的《农政全书》，汇总了祖国历代农学各方面的经验知识，是一部我国古代农业科学的百科全书。二、自然科学的发展中国古代自然科学成就：中医药《神农本草经》是中国最早的药物学专著，其成书年代不确切，史学家多认为出自东汉。《伤寒杂病论》是中国医圣张仲景（公元2世纪中—3世纪初）所著。公元610年，巢方编纂的《诸病源候论》不涉及治疗，专对疾病症性状进行分类描述，比西方同类著作早1000年。中药学方面的代表作是明朝李时珍所著的《本草纲目》。二、自然科学的发展外国古代自然科学成就：古埃及古埃及人创造了人类历史上最早的太阳历，把l年确定为365天。埃及在公元前两千多年修建的国王陵墓——金字塔，是古代建筑的奇迹，是古埃及人聪明智慧的象征。二、自然科学的发展外国古代自然科学成就：古印度古印度在自然科学方面最杰出的贡献是发明了目前世界通用的计数法，创造了包括“0”在内的10个数字符号。外国古代自然科学成就：古巴比伦古巴比伦有着较为发达的数理天文学体系。他们发明了阴历历法，编制了日月运行表，可计算月食出现的周期。他们还发明了最早的冶铁技术，建造了世界上最雄伟气派的城市——新巴比伦城和“空中花园”。二、自然科学的发展外国古代自然科学成就：古希腊、罗马阿基米德（公元前287—前212年）创立的力学原理是古希腊力学的高峰。其代表作有《论浮体》《论平板的平衡》《论杠杆》《论重心》等，其中提出的杠杆原理、浮体定律最著名。古希腊早在公元前1200年时，就掌握了较高的造船技术，挂有帆的大船已能航行到非洲。古希腊的建筑别具一格，在公元前500年，古希腊就已采用高大华丽的列柱技术建造高大的神庙，对日后整个西方建筑的发展有着重要影响。二、自然科学的发展天文学二、自然科学的发展2、近代自然科学成就1）哥白尼“日心说”的创立2）开普勒创立行星运动三定律行星运动第一定律：行星运动第二定律：行星运动第三定律：3）康德—拉普拉斯星云假说物理学运动学的创立自由落体定律惯性定律加速度定律经典力学体系的创立牛顿三大定律万有引力定律热力学两大定律的发现电磁学的建立经典电磁学的确立二、自然科学的发展伏打电池化学化学元素概念的提出氧化理论的建立原子-分子论的提出原子是组成物质或元素的最小粒子，它们极其微小，是看不见的，是既不能创造、也不能毁灭的，也是不可再分的。同一元素的原子，其形状、质量和各种性质相同；不同元素的原子，质量和性质不同。不同元素的原子以简单数目的比例相结合，形成了化学中的化合现象。二、自然科学的发展有机化学的兴起18世纪后期，德国著名化学家舍勒亲自提取了大量纯净的有机酸。元素周期律的发现1869年，俄国化学家门捷列夫（1834—1907）和德国化学家迈尔（1830—1895）各自独立地发现了元素周期律，制成了一个化学元素周期表，并预言了一些还未被发现的元素。后来，这些预言都被证实。二、自然科学的发展生物学细胞学说的建立血液循环的发现生物分类学的形成达尔文的进化论生理学与遗传学贝尔纳（1813—1878）提出了“内环境恒定”的生理学概念，他的《实验医学研究导论》成为生理学发展史上的一个里程碑。在遗传学上作出重大贡献的是奥地利人孟德尔（1822—1868），被称为现代遗传学之父。二、自然科学的发展地质学“水成论”与“火成论”18世纪末，德国矿物学家维尔纳主张“水成论”，指出地球表面最初是一片汪洋，所有岩层都是在海水中经沉淀、结晶而形成，后来由于全球水位突然下降，才使岩层露出水面，形成高山和陆地。苏格兰地质学家赫顿（1726—1797）则极力主张“火成论”，他认为地心是熔融的岩石，当能量达到一定程度时，熔融的岩石就会冲破地壳喷发出来，固化为新岩层。“灾变论”与“渐变论”“灾变论”的主要代表是法国地质学家居维叶（1769—1832）。“渐变论”的主张者是英国著名地质学家赖尔（Ryle）。二、自然科学的发展21世纪，自然科学技术正以它从未有过的力量改变着世界面貌，主导着社会文明的前进。特别是以计算机技术、通信技术为主体，以微电子技术为核心的现代信息技术的出现和快速发展，更是日新月异地改变着人们的日常学习、工作、生活和思维方式。二、自然科学的发展3、现代自然科学发展趋势全球第一只克隆羊多利引领时代潮流的信息技术扮演上帝角色的生物技术促进新技术革命的新材料技术保障人类生存和发展的新能源技术探索宇宙的航天技术造福人类新世纪的海洋技术二、自然科学的发展我国神舟七号飞船发射回归生活世界的科学教育改革生活世界是指普通人日常所感觉到并在其中生活着的世界。离开学生的生活情景，科学教育中的知识容易丧失其意义基础。国内外大量科学教育实践研究发现：许多学生虽然在学校科学课程中学习了科学，能说出科学名词，能记忆公式并通过考试，却仍然与真实的生活世界疏远，不理解生活中的科学问题，并没有发展出基本的科学概念。科学教育改革不能忽视与科学教育相连的生活世界。三、科学教育的改革与发展1、科学教育的新变化与新进展走进科学研究世界的科学教育科学研究是一项十分复杂的活动，科学家不是神而是人；科学探索有成功，也有挫折和失败；科学结论有正确的，也有错误和失误的；有的科学成果有益于人类的生存和发展，有的则带来诸多的问题，利弊均有。三、科学教育的改革与发展在科学教育中，科学教师应该做到以下两点。重视培养学生的问题意识科学研究起始于人类活动中的真实问题。没有生活中的真正的问题，学生就不可能形成探索问题的动机。培养学生发现真问题的意识和能力，应该是科学教育走向科学研究世界的起点。重视培养学生科学探究的程序和方法学生的学习过程和科学家的认识过程具有相同的本质属性，儿童应该像科学家那样探索和思考。我国在基础教育的科学科目的课程标准中，也对探究在科学学习和科学教学中的重要地位给予了充分的重视。三、科学教育的改革与发展面向科学历史世界的科学教育科学发展史是人类精神的资源宝库，进行科学史的教育，可以更好地促进学生的人性发展。重视科学史的教学，已成为国际上科学教育改革的一个发展趋势。三、科学教育的改革与发展我国小学科学教育课程改革改革开放以来，我国基础科学教育经历了三次改革浪潮，差不多每隔10年就要进行一次科学教育改革。第一次改革从1978年开始至20世纪80年代中期，党的十一届三中全会之后，中国进入了一个新的历史发展时期，党的工作重点转移到以经济建设为中心。要搞“四化”建设需要各种各样的人才，“提高全民族的科学文化水平”成为迫切需要。三、科学教育的改革与发展2、我国小学科学教育的改革第二次科学教育改革从20世纪80年代中期至90年代，其特点是：开始重视幼儿园与小学的科学教育改革（当时叫自然学科改革），降低科学课程的难度，同时追求科学课程的本土化；改进了统编教材，使原先引进的过于理论化、抽象化和高难度的科学教材内容逐渐变成适合我国国情和学生需要的科学教材，这实际上是由20世纪80年代国际化到90年代本土化的一次转换。三、科学教育的改革与发展第三次科学教育改革始于世纪之交，至今仍在进行之中。其特点是：进一步与国际科学教育改革接轨，试图衔接小学与初中的科学教育，促使义务教育阶段科学教育课程与教学改革一体化，面向全体学生，以科学素养为目标，注重培养学生的科学探究能力等。三、科学教育的改革与发展我国小学教育课程改革的重要转变教育目标的转变当今小学科学教育目标是建立在“科学素养”这一重要理念上的。“科学教育”不仅包含了传授知识，而且还包含了更广阔深远的含义，如培养儿童的科学精神、科学探究能力、兴趣、态度，以及了解科学、技术和社会的关系等。三、科学教育的改革与发展教学方式的转变科学学习要以探究为核心。在“科学”课教学中，不能采用“填鸭式”教学方式，不应当使学生被动地学习；而应当尽力引导学生主动地学习，进行探究。这种教学方式被广大教育工作者定义为“卷入解决未明确事物的过程”。三、科学教育的改革与发展教学评价的转变科学课程的评价目的是促进学生科学素养的提高，在教学工作结束后要评价，在教学的过程中也应当随时进行评价。教师要随时关注学生的学习情况，及时与家长、校外人士建立联系，引导学生随时对自己的学习进行评价，鼓励和指导