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1、第一章 自然的探索第一节 自然科学发展的历史轨迹一、古代自然科学1古埃及 天文、数学、建筑金字塔2. 古巴比伦文明a. 天文、建筑汉莫拉比法典b. 空中花园空中花园在公元前600年建成，是一个四角 椎体的建设，高达25米 3. 古印度文明古印度是人类文明的发源地之一，在文 学、哲学和自然科学等方面对世界文明 作出了独创性的贡献。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。4. 古希腊的科学古希腊的许许多自然科学知识识，已发发展到一个 较较高的水平，但还还没有从哲学的体系中分离 出来。古希腊的学者大多数既是哲学家又是科 学家。泰勒斯：不仅
2、在实际测 量中应用有关知识， 而且最早把一些测量技术所依据的几何原理 抽象出来。毕毕达哥拉斯：在泰勒斯的基础上，发现 了更 多的几何命题，如著名的毕达哥拉斯定理(勾 股定理)、“三角形内角和等于两个直角”等 。柏拉图图：是第一个把严密推理法则加以系统 化的人，为其后的欧几里德几何学奠定了直 接的基础。亚亚里士多德：在科学史上的最大功绩，在于 他开始从对自然界的观察中去寻找对自然的 认识 ，并以此为依据在分类的基础上进行 概括，从而创造了一个全新的知识体系，其 中包括“三段论”为中心的形式逻辑 。 阿基米德：有“物理学之父”的美称，建立 了阿基米德静力学，为16世纪以后的近代科 学实验 奠定了方
3、法论的基础。5古代中国的科学技术最能代表古代中国科学技术总体水平的当数天 、农、医、算四大实用体系。中国天文学发展的独到之处： (1) 完善的历法授时制度。 (2) 准确的天象观测记录。 (3) 先进的天文测量仪器。中国古代农书 之多为世界之冠，据统计约 有 370多种。其中最著名的有南北朝贾思勰的 齐民要术，南宋陈甫农书 ，元代王祯 的农书 ，明代徐光启的农政全书等， 都是各个时期农业 生产技术的总结 。 中国传统医学自成体系，其中最重要的文献有 春秋战国时期成书所写的黄帝内经和东汉张仲 景所著的伤寒杂病论等。汉代的神农本草经和明代李时珍的本草 纲目堪称经典之作。中国数学形成了以计算见长、解
4、决实际问题为 特色的数学体系。以九章算术为代表的“算经 十书”是不朽的数学名著。 二、近代自然科学的发展1近代自然科学的诞生 波兰自然科学家哥白尼的不朽著作天体 运行论把自然科学从中世纪神学中解放出来 ，彻底推翻了自古以来人们一直信奉的亚里士 多德和托勒密的“地球中心说”，建立了科学 的“太阳中心说”天文学体系，从而奏响了“ 科学革命”的序曲，标志着近代科学从此诞生 。伽利略的贡献在于既把实验 提高到真正科学 的水平，又把实验 方法与数学方法成功地结 合起来，成为首开近代科学研究方法的第一 位学者。他的工作标志着近代科学已成为独 立的知识部门，并从哲学中分化出来，这在 科学史上具有划时代的意义
5、。伽利略本人也 当之无愧地被人们誉为“近代科学之父”。培根和笛卡尔是欧洲的思想家、科学方法论的 首创者。培根提倡观察、实验、经验、归纳、总结、分 析、发现真理、验证真理的新三段思想方法。他主 张实现“学者与工匠的结合”，强调工艺与学术两 大传统的渗透，提出“知识就是力量”的口号，他 的思想至今仍有现实意义。笛卡尔从理性直觉出发，强调演绎法和数学方 法的作用，他的理论正好弥补培根轻视数学演 绎法的不足。他的名著方法论和哲学原 理，对后世科学家和科学研究都产生了很大 的启发和影响。2近代自然科学革命的突破(1) 天文学革命 (2) 医学生理学革命 (3) 经典力学的建立 三、现代科技发展趋势 1科
6、学技术经历了全面空前的革命a.物理学领域:三大发现、原子核物理学、相 对论、b.化学领域:分子工程学 c.生物学领域:分子生物学、遗传工程 2科学技术发展的综合化3.自然科学与社会科学相结合 第二节 自然科学研究的基本方法一、 选题、实验计划的制订1科研选题 选题一般要做好两方面的工作：a. 调查研究 b. 作开题报告，请专家评审和获得经费支持 2实验计划a. 确定实验目的 b. 明确指导理论 c. 选定实验方法、步骤d. 配备实验器材 e. 实验记录 f. 结果处理 二、观察、实验方法1观察 a.定性观察和定量观察 b.直接观察和间接观察 2实验 a.直接实验 b. 模拟实验三、观察、实验结
7、果的整理和总结 1逻辑思维 a. 判断b. 推理 2逻辑思维的基本方法a. 比较-分类法 b. 分析-综合法 c. 归纳、演绎法3直觉和灵感4数学方法 5假说及其检验 第三节 科学、技术、社会一、科学、技术及其相互关系 1科学的概念 a. 科学是事实和规律在人们头脑中的反映 b. 科学是反映客观事实和规律的知识体系 c. 科学提供科学的世界观、态度和方法 d. 是人类认识自然与社会从而利用自然、改造社 会的武器和工具2.技术的概念 技术是为某一目的的共同协作组成的各种工具和 规则体系 3.科学与技术的区别与联系 a. 目的任务不同 b. 研究目标不同 c. 成果形式不同 d. 社会功能不同 E
8、. 管理方法不同二、科学教育 1.对科学技术认识的三次飞跃 a.知识就是力量 b.科学技术是生产力 c.科学技术是第一生产力2. 努力增强全社会的科技意识3. 科学教育的丰富内涵 科学知识、科学精神、科学态度、科学方法第二章 揭开宇宙之謎第一节 宇宙概观一、地心说与日心说 1. 公元2世纪希腊天文学家托勒密的地心体系 2. 波兰天文学家哥白尼提出了日心说 二、自然界中一些重要量值的数量级 1. 天体与宇宙 2. 基本粒子 三、太阳系与银河系 四、河外星系五、 现代宇宙学的诞生1.爱因斯坦的宇宙模型1916年，爱因斯坦(AEinstein)提出了 广义相对论。1917年，爱因斯坦率先把 他的广义
9、相对论应用于宇宙学研究，得 到了一个有限无界的静态宇宙模型，揭 开了现代宇宙学研究的序幕。2.宇宙膨胀的证据 1924年，弗里德曼在广义相对论的框架下 ，从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩， 决不会保持静止的状态，就像在太空中向四面 抛出一把石子，要么继续分散开去，要么在相 互引力的作用下聚拢回落，不可能在某个中间 位置保持相对静止一样。1929年天文学家哈勃观测到大多数星系光谱 具有红移现象，其红移量大致与星系的距离 成正比。哈勃的这一发现为 弗里德曼宇宙 模型提供了直接了观测 依据，动摇 了宇宙 整体静止的传统观 念，为进 一步研究宇宙 的起源和演化扫清了道路，是20世纪天文 学最重要的
10、成就之一。 3.宇宙起源的“大爆炸理论”20世纪40年代，伽莫夫(GGamov)创建了 “大宇宙爆炸理论”。它的主要观点是认为 宇宙 曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里， 宇宙体系并不是静止的，而是在不断地膨胀， 使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、 从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。第二节 太阳系的起源与演化一、太阳系的特征 二、太阳系的起源与演化 1. 康德星云说 2. 拉普拉斯星云说 3. 现代星云说 四、太阳系的起源三种说法： （1）灾变说： （2）俘获说： （3）星云说或称共同形成说三、恒星的起源与演化1. 起源 恒星的早期是由星际气体云聚集成星云的阶段.恒星中心温度达千
11、万度级，氢核聚变反应开始后 ，核反应成为主要能源，恒星演化进入到相对平衡 期。人们把这一阶段称为主序星阶段。太阳在主序阶段要停留100亿年。质量比太阳大10 倍的恒星，氢消耗得快，在主序阶段只能停留几千 万年；质量只有太阳几分之一的恒星，在主序阶段 要停留上万亿年。2. 演化恒星在主序星阶段停留的时间最长，相当 于恒星的青壮年时期。当10%的氢燃烧完之后，恒星的稳定态遭 到破坏，进入红巨星阶段。当恒星内部的核燃料耗尽后，进入末态： 白矮星、中子星、黑洞二、星系的起源与演化 开始由大量气体分子和星际尘埃形成原始星系云，随着 宇宙的膨胀，它们逐渐冷却，当彼此间的引力作用超过 膨胀向外的压力时，星云
12、开始收缩，并一步步分裂成更 小更密的碎片，这些碎片最终产生了第一代恒星。第一代恒星内部会因收缩而产生足以引起热核反应的高 温，而当它燃尽自己的燃料后，又会通过爆炸形式把反 应中所合成的轻、重元素抛向空间，形成新的星际物质 ，开始新的聚集、坍缩，产生第二代恒星。如此往复循环下去，最终出现了包含数十亿乃至数千亿 计的恒星和大量宇宙暗物质的庞大星系。由于星系形成 时的物质不尽相同，因而产生了各种不同型态的星系。第二节 地球的起源 1地球的起源 大约在46亿年前，从太阳星云中开始分化出原 始地球，当原始地球内部物质增温达到熔融状 态时，比重大的亲铁元素加速向地心下沉，成 为铁镍地核，比重小的亲石元素上
13、浮组成地幔 和地壳，更轻的液态和气态成分，火山喷发溢 出地表形成原始的水圈和大气圈。从此，行星 地球开始了不同圈层之间相互作用，以及频繁 发生物质-能量交换的演化历史。2地球的年龄地球上已知最老的岩石在加拿大魁北克省 境内被发现，根据地质学研究测定，该岩石有 38.25亿年的历史。陨石在堕落地面前未经重大的改造和破坏， 是直接研究太阳系早期历史的极好材料，已知 的形成年龄都在46亿年左右。月球上的岩石(月岩)经过二十世纪70年代人 类登月考察，已经测得最老的月岩年龄为46亿 年。二、地球的圈层结构地球具有明显的圈层结构，分为地球外圈和地 球内圈两大部分。地球外圈：大气圈、水圈、生物圈、岩石圈
14、地球内圈：地幔圈、外核液体圈、固体内核圈 。此外在地球外圈和地球内圈之间还存在一个软 流圈 。1.大气圈 是地球外圈中最外部的气体圈层，它包围着 海洋和陆地。总质量约为5.1361021克，相 当于地球总质量的百万分之0.86。由于地心引 力作用，几乎全部的气体集中在离地面100公 里的高度范围内，其中75%的大气又集中在 地面至10公里高度的对流层范围内。2.水圈是一个连续但不很规则的圈层，总质量为 1.661024克，约为地球总质量的3600分之一 ，其中海洋水质量约为陆地（包括河流、湖 泊和表层岩石孔隙和土壤中）水的35倍。3.生物圈 岩石圈的上层部分、大气圈的下层部分和水 圈的全部，称
15、为生物圈。是太阳系所有行星 中仅在地球上存在的一个独特圈层。4.岩石圈 岩石圈厚度不均一，平均厚度约为100公里。 岩石圈是现代地球科学中研究得最多、最详 细、最彻底的固体地球部分。5.软流圈 在洋底下面，它位于约60公里深度以下；在 大陆地区，它位于约120公里深度以下，平均 深度约位于60250公里处。软流圈的存在， 将地球外圈与地球内圈区别开来了。6.地幔圈 在软流圈之下，直至地球内部约2900公里深 处也有一个界面，属于地幔圈。7.外核液体圈 它位于地面以下约2900公里至5120公里深度 。8.固体内核圈 地球八个圈层中最靠近地心的就是所谓的固 体内核圈了，它位于5120至6371公
16、里地心处 ，又称为G层。第三节 地球上的生物一、生物的基本特征 1严整复杂的结构 2.新陈代谢 3.生长、发育和生殖 4.应激性和适应性 5.遗传和变异二、生命存在的必要条件1.太阳是地球上生命的源泉2.地球上有适宜的温度3.地球上有赖以生存的液态水 4.地球上含有浓厚的大气三、生命的物质基础 1. 组成生物体的元素 2组成生物体的化合物 四、生命的结构基础 1. 蛋白质 2. 脂肪 3. 碳水化合物 第四节 现代宇宙学的诞生和发展一、现代宇宙学的诞生宇宙学是从整体的角度来研究宇宙的结构 和演化的天文学分支学科。在中国古代，关于 宇宙的结构主要有三派学说，即盖天说、浑天 说和宣夜说。 1917年 爱因斯坦根据广义相对论建立了一 个“静止、有限、无界”的宇宙模型，引进 宇宙学原理、弯曲时空等概念，从而开创 了现代宇宙学研究的时代。按照广义相对 论，时间、空间的性质与物质相关联，时 间和空间也不可分离，爱因斯坦得到一个“ 有限无界”的静态
