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1、第一章第一章 自然科学的萌芽与兴起自然科学的萌芽与兴起 第一节第一节 古希腊的科学古希腊的科学有史以来，人们总想知道周围的世界是怎么回有史以来，人们总想知道周围的世界是怎么回事，它是由什么组成的，其间又有什么奥秘。事，它是由什么组成的，其间又有什么奥秘。第第第第2 2 2 2页页页页本章的基本目标：本章的基本目标：1 1、知道希腊人思考问题的方式、知道希腊人思考问题的方式2 2、知道亚里士多德的逻辑方法、知道亚里士多德的逻辑方法3 3、辨别古希腊的原子与今日之原子、辨别古希腊的原子与今日之原子第第第第3 3 3 3页页页页本课的主要内容本课的主要内容一、一、古代的人们古代的人们 二、古代希腊二
2、、古代希腊三、亚里士多德三、亚里士多德四、古希腊之后四、古希腊之后一、一、 古代的人们古代的人们科学实际上与巫术同根。科学实际上与巫术同根。科学与巫术、民间游医、占星术者、超科学与巫术、民间游医、占星术者、超感官知觉之间到底有何区别？感官知觉之间到底有何区别？第第第第5 5 5 5页页页页1 1、科学与巫术、科学与巫术相同之处：目标与关注相同之处：目标与关注p想要的结果和要达到的目标相同，都源于想要知道和理想要的结果和要达到的目标相同，都源于想要知道和理解我们周围的世界，源于减少伤害、改变生活、治疗疾解我们周围的世界，源于减少伤害、改变生活、治疗疾病等。病等。p都注意到人类与自然的相互联系，都
3、在于寻求利用自然都注意到人类与自然的相互联系，都在于寻求利用自然力来为人类服务。力来为人类服务。根本区别：工作程序根本区别：工作程序p科学提供的程序与方法能得到可测量的结果。科学提供的程序与方法能得到可测量的结果。p这种结果具有可重复性。这种结果具有可重复性。p每当程序出错，能够自我纠正。每当程序出错，能够自我纠正。p科学公正而直率。科学公正而直率。第第第第6 6 6 6页页页页2 2、巴比伦与埃及、巴比伦与埃及用神灵解释大多数的事件用神灵解释大多数的事件p河神发怒导致洪水泛滥河神发怒导致洪水泛滥p雨神高兴了就来场及时雨雨神高兴了就来场及时雨尝试种种方法以影响周围世界尝试种种方法以影响周围世界
4、p用巫术呼唤神灵和上天用巫术呼唤神灵和上天p利用工具改造自然界利用工具改造自然界p使用动物来耕地使用动物来耕地根据需要了解和记录自然的规律根据需要了解和记录自然的规律p农业生产需要日历、观测天象农业生产需要日历、观测天象p农田的测量需要建立数学农田的测量需要建立数学二、二、 古代希腊古代希腊科学最早主要是包括在哲学的文化形态之中，自然哲学就科学最早主要是包括在哲学的文化形态之中，自然哲学就是它的前身。公元前是它的前身。公元前6 6世纪以来，西方的思想家一直在寻求世纪以来，西方的思想家一直在寻求一套统一的观念，用以解释各种自然现象，评价个人生活一套统一的观念，用以解释各种自然现象，评价个人生活方
5、式以及社会习俗制度，为人们提供一个道德思考和社会方式以及社会习俗制度，为人们提供一个道德思考和社会政治思考的理论框架。政治思考的理论框架。哲学就是古希腊人找到的这样一种观念的总称。哲学就是古希腊人找到的这样一种观念的总称。第第第第8 8 8 8页页页页1 1、关于哲学、关于哲学在西方，哲学一词通常用来说明一个人对生活的某种看法（例如某人的在西方，哲学一词通常用来说明一个人对生活的某种看法（例如某人的“人生哲学人生哲学”）和基本原则（例如）和基本原则（例如价值观价值观、思想思想、行为行为）。而在学术上的）。而在学术上的哲学，则是对这些哲学，则是对这些基本原则基本原则的理性根据的质疑、反思，并试图
6、对这些基本的理性根据的质疑、反思，并试图对这些基本原则进行原则进行理性理性的重建。的重建。一般认同哲学是一种方法，而不是一套主张、一般认同哲学是一种方法，而不是一套主张、命题命题或或理论理论。哲学的。哲学的研究研究是基于理性的是基于理性的思考思考，寻求能做出经过审视的假设且不跳脱信念或者只是纯，寻求能做出经过审视的假设且不跳脱信念或者只是纯粹的类推。粹的类推。哲学的研究领域：自然哲学、语言哲学、形而上学、艺术哲学、科学哲哲学的研究领域：自然哲学、语言哲学、形而上学、艺术哲学、科学哲学、技术哲学。学、技术哲学。哲学的研究内容：本体论、认识论和方法论哲学的研究内容：本体论、认识论和方法论第第第第9
7、 9 9 9页页页页2 2、米利都学派：世界由什么组成？、米利都学派：世界由什么组成？泰勒斯（公元前泰勒斯（公元前624-547624-547）p万物源于水。地球是漂浮在水上的一个圆盘。万物源于水。地球是漂浮在水上的一个圆盘。阿那克西曼德（公元前阿那克西曼德（公元前610-547610-547）p万物源于无限者。无限者：没有形状，也不能观察到的物质。万物源于无限者。无限者：没有形状，也不能观察到的物质。p地球的表面是弯曲的，地球是一个圆柱体。地球的表面是弯曲的，地球是一个圆柱体。阿那克西米尼（公元前阿那克西米尼（公元前585-525585-525）p气是宇宙的基本元素。气是宇宙的基本元素。赫拉
8、克利特赫拉克利特p认为组成世界的基本元素是认为组成世界的基本元素是“火火”。恩培多克勒恩培多克勒p世界万物都有四根，即火、水、土、气生化而来。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。这是原始科学与唯物主义。雷雷斯潘根贝格斯潘根贝格科学的旅程科学的旅程从一元到多元从一元到多元从转化到组合从转化到组合第第第第10101010页页页页3 3、原子论者、原子论者阿那克萨克拉阿那克萨克拉（公元前（公元前500-428500-428）：万物无限可分。被分万物无限可分。被分割成的无限小的东西就叫做种子。割成的无限小的东西就叫做种子。留基伯留基伯（公元前（公元前500-440500
9、-440）：宇宙是无限的，其中一部分是宇宙是无限的，其中一部分是充满的，另一部分是空虚的。充满和空虚就是元素。无数的世界就是由这充满的，另一部分是空虚的。充满和空虚就是元素。无数的世界就是由这些元素构成的。充满就是原子，是不可再分割的物质微粒，原子运动在虚些元素构成的。充满就是原子，是不可再分割的物质微粒，原子运动在虚空之中。空之中。德谟克利特德谟克利特（公元前（公元前460-370460-370）：原子和是万物的本原，无原子和是万物的本原，无数的原子在无限的空虚中运动着，形成漩涡，产生无数的世界。数的原子在无限的空虚中运动着，形成漩涡，产生无数的世界。伊壁鸠鲁伊壁鸠鲁（公元前（公元前341-
10、270341-270）：原子不但有形状、大小的区原子不但有形状、大小的区别，还有重量的不同；原子的数量是无限的，但他们的形状、大小和重量别，还有重量的不同；原子的数量是无限的，但他们的形状、大小和重量的区别又是有限的，最大和最小的原子都处在一定的界限之中，不会无限的区别又是有限的，最大和最小的原子都处在一定的界限之中，不会无限大，也不会无限小。大，也不会无限小。 -罗马时期卢克莱修（公元前罗马时期卢克莱修（公元前98-5598-55）才重新关注。）才重新关注。 -多年后的道尔顿（多年后的道尔顿（1766176618441844）18031803年又提原子论。年又提原子论。第第第第1111111
11、1页页页页4 4、毕达哥拉斯学派：从数学的视角、毕达哥拉斯学派：从数学的视角毕达哥拉斯（公元前毕达哥拉斯（公元前580-500580-500）p万物皆数；主张数学地思考；万物皆数；主张数学地思考；p消极方面：贬低经验研究的价值，仅仅关注明显展示宇宙秩序和合理性的消极方面：贬低经验研究的价值，仅仅关注明显展示宇宙秩序和合理性的自然现象。自然现象。p积极方面：树立了科学研究的目标，发现经验数据背后的数学法则。积极方面：树立了科学研究的目标，发现经验数据背后的数学法则。苏格拉底（公元前苏格拉底（公元前470-399470-399） ：p对哲学方法的改进建立归纳法初步基础；是有系统研究知识条件的第一对
12、哲学方法的改进建立归纳法初步基础；是有系统研究知识条件的第一人建立认识论的体系；构成伦理学的体系建立道德科学。人建立认识论的体系；构成伦理学的体系建立道德科学。柏拉图（公元前柏拉图（公元前427-347427-347） ：p最核心的哲学理论是与原子是完全对立的最核心的哲学理论是与原子是完全对立的“理念理念”说；说；他反对对自然的直他反对对自然的直接观察，主张抽象思考；他接受了恩培多克勒的四元素说：土、水、气、接观察，主张抽象思考；他接受了恩培多克勒的四元素说：土、水、气、火。但受毕达哥拉斯学派的影响，他将它们还原为更基本的图形火。但受毕达哥拉斯学派的影响，他将它们还原为更基本的图形-三角三角形
13、。形。第第第第12121212页页页页QuestionQuestion 柏拉图这一体系的意义？这一体系的意义？第第第第12121212页页页页首先，它用与恩培多克勒的理论相同的方式解释了变化和多样性：元素以首先，它用与恩培多克勒的理论相同的方式解释了变化和多样性：元素以不同的比例混合，产生出物质世界的种类。不同的比例混合，产生出物质世界的种类。其次，它允许一种元素向另一种元素转化，这样就进一步解释了变化。比其次，它允许一种元素向另一种元素转化，这样就进一步解释了变化。比如，一个单个水粒子如，一个单个水粒子( (二十面体二十面体) )可被他解为组成它的二十个等边三角形，这可被他解为组成它的二十个
14、等边三角形，这些三角形又可重新组合成两个气粒子些三角形又可重新组合成两个气粒子( (八面体八面体) )和一个火粒子和一个火粒子( (四面体四面体) )。只有。只有土，由于是由正方形构成的土，由于是由正方形构成的( (并且由于正方形沿对角线不能产生三角形并且由于正方形沿对角线不能产生三角形) )，被，被排除在这种转变过程之外。排除在这种转变过程之外。第三，更加关注事物的第三，更加关注事物的“形式形式”。第四、柏拉图的几何粒子代表了向自然的数学化迈出重要一步。对我们来第四、柏拉图的几何粒子代表了向自然的数学化迈出重要一步。对我们来说，看看这一步具有极其重要意义。说，看看这一步具有极其重要意义。Qu
15、estionQuestion 三、亚里士多德三、亚里士多德他一反老师柏拉图的理念论，把自然作为科学研究的对象，并首先进行科他一反老师柏拉图的理念论，把自然作为科学研究的对象，并首先进行科学分类，促使自然学科和社会学科逐渐演变成若干个独立的学科门类。学分类，促使自然学科和社会学科逐渐演变成若干个独立的学科门类。 亚里士多德的哲学思想，主要体现亚里士多德的哲学思想，主要体现形而上学形而上学的著作里。他提出了哲学的著作里。他提出了哲学自身的独立对象和范畴。他提出了自身的独立对象和范畴。他提出了“四因说四因说”，认为所有事物都有四方面，认为所有事物都有四方面的因素构成，即的因素构成，即“质料因质料因”
16、、“形式因形式因”、“动力因动力因”和和“目的因目的因”。第第第第14141414页页页页1 1、物质的起源于构成、物质的起源于构成物质起源，他接受了最初由恩培多克勒提出随后被柏拉图所物质起源，他接受了最初由恩培多克勒提出随后被柏拉图所采纳的四元素：土，水，火，气。采纳的四元素：土，水，火，气。天体不是由地球上的四种元素组成，而是由第五种元素构成，天体不是由地球上的四种元素组成，而是由第五种元素构成，这第五种元素就是这第五种元素就是“以太以太”，这是一种真正神圣的物质，其中，这是一种真正神圣的物质，其中不含有任何对立面，也不会有任何变化。不含有任何对立面，也不会有任何变化。匀速圆周运动是第五元
17、素的性质所固有的。匀速圆周运动是第五元素的性质所固有的。 这一假设，一直延续到这一假设，一直延续到2020世纪世纪A A迈克尔逊实验迈克尔逊实验（被称作（被称作2020世纪物理学的一朵乌云）才宣告结束。世纪物理学的一朵乌云）才宣告结束。第第第第15151515页页页页2 2、 事物构成的事物构成的“四因说四因说”理论理论亚里士多德接受前人的亚里士多德接受前人的“质料因质料因”、“形式因形式因”的的观点，进一步发展了观点，进一步发展了“四因说四因说”。“四因说四因说”，认为所有事物都有四方面的因素构成，认为所有事物都有四方面的因素构成，即即“质料因质料因”、“形式因形式因”、“动力因动力因”和和
18、“目的因目的因” ” 。p“质料因质料因”-万物由什么构成？万物由什么构成？p“形式因形式因”-万物构成的形式？万物构成的形式？p“动力因动力因”-是什么促成万物的构成？是什么促成万物的构成？p“目的因目的因”-万物构成的意义如何？万物构成的意义如何？第第第第16161616页页页页3 3、对运动的理解、对运动的理解地球上的物体的运动分为自然运动和强迫运动。第一类是由地球上的物体的运动分为自然运动和强迫运动。第一类是由组成这些物体的物质本性引起的；第二类只能暂时地由外部强组成这些物体的物质本性引起的；第二类只能暂时地由外部强加的。导致两个推论：加的。导致两个推论：p世界结构本质上是以地球为中心
19、，沉重的地球由于它特别的性质，世界结构本质上是以地球为中心，沉重的地球由于它特别的性质，正好静止于世界的中心。正好静止于世界的中心。p把适用于地球上的科学概念和推理运用到天体上去，这在逻辑上是把适用于地球上的科学概念和推理运用到天体上去，这在逻辑上是不可能的。不可能的。任何运动物体都是由与它相联的外界物体所推动。这是地球任何运动物体都是由与它相联的外界物体所推动。这是地球上无生命物体运动的基础。由此得出：上无生命物体运动的基础。由此得出：p一个脱离了所有外部影响的物体处于静止状态；一个脱离了所有外部影响的物体处于静止状态；p对每种强迫运动，必须寻找与物体有关的运动原因。对每种强迫运动，必须寻找
20、与物体有关的运动原因。第第第第17171717页页页页4 4、科学方法、科学方法完全出于理论的目的，区分了理论和技艺。完全出于理论的目的，区分了理论和技艺。p理论是更为高级的智慧，是对原理和原因的认识，这种知识必须是永恒的、必然的，理论是更为高级的智慧，是对原理和原因的认识，这种知识必须是永恒的、必然的，是经过逻辑证明的全称命题，是经过逻辑证明的全称命题，但不一定是数学的。这是与柏拉图数学实在论不同的地但不一定是数学的。这是与柏拉图数学实在论不同的地方。方。发展了逻辑的方法：发展了逻辑的方法：探究自然现象的规律是由一个完整的认知程序的，探究自然现象的规律是由一个完整的认知程序的，并使从事首先从
21、对某些现象的观察开始的。并使从事首先从对某些现象的观察开始的。p第一步：通过观察人获得大量有关自然现象的经验事实；第一步：通过观察人获得大量有关自然现象的经验事实；p第二步：对已经获得的经验事实进行归纳推理从而概括出一般性的科学原第二步：对已经获得的经验事实进行归纳推理从而概括出一般性的科学原理及定律或者理论；理及定律或者理论；p第三步：根据这些科学原理或理论去解释自然现象中的某些问题。第三步：根据这些科学原理或理论去解释自然现象中的某些问题。四、古四、古希腊之后：希腊之后：罗马时代罗马时代第第第第19191919页页页页1 1、数学知识、数学知识几何原本几何原本古希腊的数学成就与毕达哥拉斯学
22、古希腊的数学成就与毕达哥拉斯学派的几何学成就及其数理思想直接相派的几何学成就及其数理思想直接相关。关。欧几里德的欧几里德的几何原本几何原本全面总全面总结了前人的几何学知识，从公理出发结了前人的几何学知识，从公理出发运用演绎方法证明了包括运用演绎方法证明了包括467467个命题的个命题的几何学全部定理。几何学从此成为一几何学全部定理。几何学从此成为一门科学和古代最成熟的学科。门科学和古代最成熟的学科。意义在于：建立理性思维的一般模意义在于：建立理性思维的一般模式式-演绎系统。演绎系统。第第第第20202020页页页页2 2、物理知识、物理知识阿基米德阿基米德把观察和数学推理、把观察和数学推理、理
23、论研究和实际应用相结合，发理论研究和实际应用相结合，发现了现了杠杆原理杠杆原理和和浮力定律浮力定律，给出，给出了求解复尽杂物体重心的方法。了求解复尽杂物体重心的方法。他的研究方法已接近现代的研他的研究方法已接近现代的研究方法，被誉为究方法，被誉为“力学之父力学之父”。第第第第21212121页页页页3 3、生物和医学知识、生物和医学知识希波克拉底希波克拉底认为疾病是人体的自认为疾病是人体的自认为疾病是人体的自认为疾病是人体的自然过程，主张用观察和实验方法研究疾然过程，主张用观察和实验方法研究疾然过程，主张用观察和实验方法研究疾然过程，主张用观察和实验方法研究疾病并创立了病并创立了病并创立了病并
24、创立了“四体液说四体液说四体液说四体液说”。赫罗菲拉斯赫罗菲拉斯是第一个公开进行人是第一个公开进行人是第一个公开进行人是第一个公开进行人体解剖的医生，揭示了人脑是智慧之府，体解剖的医生，揭示了人脑是智慧之府，体解剖的医生，揭示了人脑是智慧之府，体解剖的医生，揭示了人脑是智慧之府，而不是亚里士多德所认为的是心。而不是亚里士多德所认为的是心。而不是亚里士多德所认为的是心。而不是亚里士多德所认为的是心。第第第第22222222页页页页4 4、天体理论、天体理论至大论至大论古希腊科学在古罗马时期走向衰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重要进落，但在天文学和医学仍有重要进展。展。托勒密
25、的托勒密的至大论至大论集古代天文集古代天文学之大成，运用数学模型方法建立学之大成，运用数学模型方法建立了地心说体系。了地心说体系。盖伦盖伦医生提出了医生提出了“灵气论灵气论”学说。托勒密地心说和盖学说。托勒密地心说和盖伦医学统治西方科学长达伦医学统治西方科学长达15001500年之年之久。久。第第第第23232323页页页页QuestionQuestion 罗马时代及其结果罗马时代及其结果第第第第23232323页页页页 罗马人崇尚军事与武力，注重眼前效益，对纯理论科学研究不多，因此其成就远逊于希腊。在屋大维统一了地中海地区后，自由思想逐渐让位于宗教专制，哲学逐渐成为宗教的婢女。古希腊罗马科学
26、体系也最终随着罗马帝国的灭亡而最终衰落。欧洲开始了由宗教统治科学，科学为宗教服务的黑暗时代。QuestionQuestion 第第第第24242424页页页页课后思考题：课后思考题：阅读第二节，思考：阅读第二节，思考：中国古代有没有科学？为什么？中国古代有没有科学？为什么？第第第第25252525页页页页放学后，放学后，我一定会看书的！我一定会看书的！因为我是好学生。因为我是好学生。第第第第26262626页页页页QuestionQuestion 几何原本几何原本第第第第26262626页页页页几何原本几何原本是是古希腊数学古希腊数学家欧几里得的一部不朽之作，集整个古家欧几里得的一部不朽之作，
27、集整个古希腊数学的成果和精神于一书。既是数学巨著，又是哲学巨著，并且希腊数学的成果和精神于一书。既是数学巨著，又是哲学巨著，并且第一次完成了人类对空间的认识。除第一次完成了人类对空间的认识。除圣经圣经之外，没有任何其他著之外，没有任何其他著作，其研究、使用和传播之广泛，能够与作，其研究、使用和传播之广泛，能够与几何原本几何原本相比。相比。 从从作为基础的五条公理和公设作为基础的五条公理和公设出发，演绎了：第一卷：几何基础。出发，演绎了：第一卷：几何基础。重点内容有三角形全等的条件，三角形边和角的大小关系，平行线理重点内容有三角形全等的条件，三角形边和角的大小关系，平行线理论，三角形和多角形等积
28、（面积相等）的条件，第一卷最后两个命题论，三角形和多角形等积（面积相等）的条件，第一卷最后两个命题是是 毕达哥拉斯定理的正逆定理；第二卷：几何与代数。讲如何把三毕达哥拉斯定理的正逆定理；第二卷：几何与代数。讲如何把三角形变成等积的正方形；其中角形变成等积的正方形；其中1212、1313命题相当于余弦定理。命题相当于余弦定理。 第三卷：第三卷：本卷阐述圆，弦，切线，割线，圆心角，圆周角的一些定理。本卷阐述圆，弦，切线，割线，圆心角，圆周角的一些定理。 第四第四卷：讨论圆内接和外切多边形的做法和性质；卷：讨论圆内接和外切多边形的做法和性质； 第五卷：讨论比例理第五卷：讨论比例理论；第六卷：讲相似多边形理论，并以此阐述了比例的性质。论；第六卷：讲相似多边形理论，并以此阐述了比例的性质。 第五、第五、第七、第八、第九、第十卷：讲述比例和算术的理论；第十卷是篇幅第七、第八、第九、第十卷：讲述比例和算术的理论；第十卷是篇幅最大的一卷，主要讨论无理量（与给定的量不可通约的量），其中第最大的一卷，主要讨论无理量（与给定的量不可通约的量），其中第一命题是极限思想的雏形。第十一卷、十二、十三卷：最后讲述立体一命题是极限思想的雏形。第十一卷、十二、十三卷：最后讲述立体几何的内容。几何的内容。 QuestionQuestion
