历史 《影响世界发展进程的科学巨人》教案人民版选修.docx
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历史《影响世界发展进程的科学巨人》教案人民版选修
专题六二、影响世界进程的科学巨人
教学目标
[内容标准]
了解牛顿、爱因斯坦等人的成长历程及主要科学成就，认识他们在社会发展中的作用。
[知识与能力]
了解牛顿、爱因斯坦等人的成长历程及主要科学成就。
对比牛顿和爱因斯坦的科学成就，探讨他们的科学发现对科学发展和社会进步所产生的革命性影响。
[过程与方法]
通过搜集和整理牛顿、爱因斯坦的小故事，培养从历史资料中获得新知识的能力，能够从细微处看出作为科学家所具备的优秀品质。
[情感、态度与价值观]
通过牛顿的科学创新、爱因斯坦突破牛顿的物理学理论框架等史实，认识到科学发展永无止境，培养怀疑精神、探索意识和创新的勇气。
通过爱因斯坦反对战争、致力于和平事业的事实，辩证地认识科学技术的进步对人类社会的双重作用，增强合理利用科技的意识，认识到和平与发展是历史的主题，和平来之不易，要格外珍惜。
[教学重点和难点]
重点：
了解牛顿、爱因斯坦成长的历程及主要科学成就，认识他们对科学及社会发展所产生的巨大推动作用。
难点：
正确理解科学技术与社会发展的辩证关系。
教学过程：
牛顿：
宇宙定律的发现者
这一目主要介绍了牛顿的生平、科学发现的时代背景、历程及主要成就。
应注意结合当时的科学发展状况和社会背景来认识牛顿科学发现的划时代意义。
换言之，就是真正理解为什么牛顿的科学发现会被称为是宇宙定律的发现。
1、时代背景：
变革的时代
1642年1月诞生
牛顿所处的时代，是欧洲社会大变革的时代。
14—16世纪的文艺复兴造成的思想解放和观念启蒙，带来了欧洲精神文化的空前繁荣，自然科学获得新的生命并蓬勃成长。
科学巨匠哥白尼、第谷、开普勒、伽利略以及笛卡尔等先后驰名欧洲。
英国资产阶级革命正蓬勃展开。
近代科学与文学艺术、思想解放和政治革命汇合在一起。
当时，欧洲的科学成就主要包括几个方面：
天文学有开普勒三大定律和笛卡尔的以太理论，数学有代数、三角、几何以及笛卡尔的把代数和几何联系起来的解析几何，力学有阿基米得静力学和伽利略动力学，主要是落体运动规律，另外还有开普勒、伽利略和笛卡尔等的光学知识，因此牛顿曾谦逊地说“我站在巨人的肩上”。
但是，这些科学成就虽然耀眼，却又头绪纷繁，真伪杂陈，它需要科学巨匠运用科学研究方法进行艰巨的归纳和融会贯通
2、少年牛顿，好学善思
1642年，牛顿诞生在英格兰的—个自耕农家庭里。
少年时的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但却喜欢读书、沉思、做科学小实验，自己动手制作了一些奇奇怪怪的小玩意，如风车、木钟、折叠式提灯等。
迫于生活，牛顿的母亲让他停学务农，但是他的好学精神感动了舅父，终于，舅父劝服了母亲让牛顿复学，并鼓励他上大学读书。
3、大学生活，得遇恩师
1661年，牛顿入剑桥大学三一学院，得到被称为“欧洲最优秀的学者”巴罗的赏识和指导，逐步被引向近代自然科学的研究领域。
1665年牛顿毕业那年夏天，伦敦发生严重的鼠疫，学校暂时关闭，牛顿离开剑桥，回家乡待了18个月。
这18个月成为牛顿科学生涯中的黄金时代，牛顿—生的重大科学思想是在这短短一年半期间孕育、萌发和形成的。
传说他看见苹果落地而悟出地球引力的故事就发生在此时。
这一时期，牛顿认真领会了前代科学家的思路，归纳出科学的研究方法：
第一步，要从事实出发，以观察和实验为依据，提出概念和概念之间的依存关系；第二步，找到推理方法，主要是数学工具；第三步，把推导结果与事实印证。
牛顿很快就创设出二项式定理，创立微积分，反映瞬时变量关系，他还继承笛卡尔把地球的力学应用于天体现象的想法来探索行星椭圆轨道问题。
4、17世纪最伟大的科学巨匠1665—1666年：
黄金时代
（1）创立天体力学
物理学方面：
发现了万有引力定律，综合并表达了经典力学的三个基本定律——惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力定律，从而发现了宇宙间的规律，完成了物理学发展史上的第一次大综合，成为宏伟壮丽的力学大厦的主要支柱。
其重要标志是他于1687年发表的《自然哲学的数学原理》。
牛顿以三大定律和万有引力定律为基础，建立了力学理论体系，说明了当时人们所能理解的—切力学现象，解决了行星运动、落体运动、振子运动、微粒运动、声音和波、潮涨潮落以及地球的扁圆形状等各种各样的问题。
从此，—个崭新的天文学分支——天体力学诞生了。
在200多年中，再也没有人补充任何本质上的东西。
直到20世纪量子论和相对论出现，才使力学范畴扩大。
1）内容：
a．物体运动三大定律和万有引力定律；
b。
潮汐现象、地球形状等问题
2）意义：
a形成经典力学理论，居物理学的统治地位达二百年；
b标志近代科学形成；
c推动工业革命进程
（2）数学方面：
发现二项式定理，创立微积分，开辟数学新纪元。
（3）光学方面：
发现白光是由各种不同颜色的光组成的；制成第一架反射望远镜；提出光的“微粒说”。
5、政治地位的提高
1689年，牛顿当选为英国国会中的大学代表。
1696年，牛顿就任造币局副局长，致力于货币改革工作。
1699年担任造币局局长。
1703年，牛顿被推选为皇家学会会长。
1704年，牛顿《光学》一书问世，此书的副标题是“关于光的反射、折射、弯曲和颜色的论述”，书中总结了牛顿对光学的研究成果。
1705年，英国女王授予牛顿爵士头衔，以表达对科学家的推崇。
晚年的牛顿把兴趣转向政治、神学等问题，潜心于自然哲学与神学的研究。
1727年3月20日，牛顿在伦敦逝世，后葬于威斯敏斯特大教堂。
6、牛顿的地位和贡献
牛顿是伟大的物理学家、天文学家、数学家和自然哲学家，是16、17世纪科学先驱成果的集大成者，建立起一个完整的力学理论体系，把天地万物的运动规律概况在一个严密的统一理论中，成为宇宙定律的发现者。
被称为“近代科学之父”。
牛顿在科学史上的贡献主要包括以下几个方面：
物理学方面：
发现了万有引力定律，综合并表达了经典力学的三个基本定律——惯性定律、加速度定律、作用力与反作用力定律，从而发现了宇宙间的规律，完成了物理学发展史上的第一次大综合，成为宏伟壮丽的力学大厦的主要支柱。
其重要标志是他于1687年发表的《自然哲学的数学原理》。
数学方面：
发现二项式定理，创立微积分，开辟数学新纪元。
光学方面：
发现白光是由各种不同颜色的光组成的；制成第一架反射望远镜；提出光的“微粒说”。
思考：
曾经有人问牛顿：
“你获得成功的秘诀是什么？
”牛顿回答：
“我有一点微波成就的话，没有其他秘诀，惟有勤奋而已。
”他还：
“我看得远些，那是因为我站在巨人们的肩上。
”牛顿为什么能由一个平凡的人成为一个伟大的科学家？
提示：
①牛顿自身的因素：
具有虚怀若谷、谦虚好学精神；尊重他人的科研成果有勇于探索精神；甘于寂寞，献身科学的精神；注重实验，科学的研究方法，实行“归纳——演绎”法；②客观条件：
资本主义的发展和资产阶级的兴起为其科学研究提供了良好的社会环境；西欧思想解放运动提供思想基础；前人的研究成果为牛顿提供很好的条件。
思考：
牛顿晚年迷恋和钻研宗教和神秘思想，写下大量的《圣经》评注和其他神学论文。
牛顿晚年困惑的原因是什么？
提示：
①个人生理和心理方面：
由于过度疲劳及与同行间的竞争，影响了牛顿的情绪和心境，他患上严重的忧郁症。
②认识的局限性方面：
大千世界的奥妙无穷无尽，在当时科学技术还不发达的情况下人们的认识总是相对的。
③时代的局限性方面：
牛顿生活的那个时代，中世纪神学的巨大阴影还未消退，再伟大的的科学家也会受到其影响。
爱因斯坦：
追寻空间和时间的本质
一、爱因斯坦的成长历程
阿尔伯特·爱因斯坦（1879——1955）1879年出生于德国小镇乌尔姆的一个犹太人家庭。
1895年到瑞士，1896年考人瑞士苏黎世联邦工业大学师范系理论物理专业学习，1900年毕业。
1902——1909年在瑞士伯尔尼专利局任技术员，创立狭义相对论。
加入瑞士国籍。
1913年任柏林大学教授。
1915年创立广义相对论。
1933年10月迁居美国，1940年加入美国国籍，1955年逝世于美国普林斯顿。
1、童年时代
三岁时陶醉于母亲的钢琴曲，表现出对音乐的早慧
四岁还不会说话；行为迟钝，他说话所用的时间比起别的孩子要多得多。
五岁时一次生病，父亲送他一个指南针，他发觉指针无论如何只会向着同一个方向，令他开始探索大自然的奥秘
小时候不愿和其他孩子在一起玩耍，总喜欢一个人玩，并且老是陷在沉思之中，如痴如呆。
2、中小学时代
六岁时他进入了国民学校，是一个十分沉静的孩子，喜欢玩一些需要耐心和坚韧的游戏，例如用纸片搭房子。
十岁进入中学，学业也不突出，除了数学很好以外，其他功课都不怎么样，尤其是拉丁文和希腊文，他对古典语言毫无兴趣。
在整个中小学时代常常被斥为“生性孤僻、智力迟钝”，“不守纪律、心不在焉、想入非非”。
（1）少年时代的选择：
当时的德国学校必须接受宗教教育，开始时爱因斯坦非常认真，但当他读了通俗的科学书籍后，认识到宗教里有许多故事是不真实的。
12岁时他放弃了对宗教的信仰，并对所有权威和社会环境中的信念产生了怀疑，并发展成一种自由的思想。
爱因斯坦发现周围有一个巨大的自然世界，它离开人类独立存在，就象一个永恒的谜。
他看到，许多他非常尊敬和钦佩的人在专心从事这项事业时，找到了内心的自由和安宁。
于是，少年时代的爱因斯坦就选择了科学事业，希望掌握这个自然世界的奥秘，而一旦选择了这一道路，就坚持不懈地走了下去，从来没有后悔过。
（2）早年被开除学籍
爱因斯坦比较孤独，不喜欢说话。
学校的运动，他不会参与。
他很讨厌上学，经常装病缺席。
在上课时，经常神游四方，思考一切他喜欢的问题。
他甚至与老师争执，还被老师教训说：
“你（爱因斯坦）的出席破坏了全班对我的尊敬。
”最后因此而被开除学籍。
爱因斯坦之所以不喜欢上学，是因为他无法接受德国当时那种混合了威权主义和百科全书式的填鸭教育。
他后来写道：
“现代教育事业竟然没有扼杀了研究的好奇心，真是一项奇迹。
因为这脆弱的小树苗需要鼓励和自由，否则它将枯萎。
主张规范和责任感能引发观察和研究乐趣的想法，真是大错特错。
”
“一只再健康的驯兽如果不断地用鞭子威胁它，逼它在不饿时进食，它也会丧失胃口。
”
（2）自学能力强
爱因斯坦没有因不上学而减少学习知识的机会。
他喜欢阅读课外书籍，其中包括物理、化学、几何、数学，以致哲学。
在十二三岁的时候，已经开始钻研大量要读的书籍。
他经常和叔叔研究有关数学的理论。
在当时，他的家人对爱因斯坦的智慧和消化力，感到吃惊。
3、大学时代（1895年他放弃了德国国籍）
1896年，爱因斯坦正式成为一个无国籍的人，并考进了联邦工业大学。
大学期间，爱因斯坦迷上了物理学，一方面，他阅读了德国着名物理学家基尔霍夫、赫兹等人的着作，钻研了麦克斯韦的电磁理论和马赫的力学，并经常去理论物理学教授的家中请教。
另一方面，他的大部分时间是去物理实验室去做实验，迷恋于直接观察和测量
在四年大学生活中，他仍然不是“好学生”：
曾被数学教授称为“懒狗”，曾因做实验出事故受到处分，还曾被物理教授认为不适宜学物理而应当改行。
大学毕业时几位同窗好友都留校当了助教，他却因得不到教授们的赏识而遭到了“毕业即失业”的命运。
这种种亲身经历，使爱因斯坦对教育的总体印象一直不佳。
正因为如此，成名后的爱因斯坦通过自身的体验和长期的观察，形成了一种与众不同的教育观点
“知识是死的，而学校却要为活人服务。
”这是爱因斯坦对于学校教育的基本看法。
他反对把学校仅仅看做是传授知识的工具，更反对把学生“当作死的工具来对待”。
他认为：
“学校的目的始终应当是：
青年人在离开学校时，是作为一个和谐的人，而不是作为一个专家。
”
二、主要贡献
爱因斯坦大学毕业后，因为大学里老师都不大看得起他，不愿意把他留下来做助教，他几次去请求，人家也不要他，他甚至于有几次几乎要失业了，几次在中学里面求职，最后在专利局里面找到一个职位，他每个星期要在专利局工作大概40多个小时。
在专利局工作的九年时间成为爱因斯坦—生最富有创造性的时期，他发表了约30篇科学论文，其中以1905年的成就最为突出。
这一年，26岁的爱因斯坦在三个方面同时并进，为现代物理学做出了卓越贡献：
一、他提出了光量子的概念，得出了光电效应的基本定律，并揭示了光的波粒二重性本质，为量子力学的建立奠定了基础。
为此，爱因斯坦获得1921年度的诺贝尔物理学奖。
二、证明了热的分子运动论，提出了测定分子大小的新方法。
三、创立了狭义相对论。
（1）光量子假说：
1905年
爱因斯坦利用量子论成功地解释了光电效应出现的现象及光的本质，进一步推动了量子论的发展。
1921年因光电效应研究获诺贝尔物理学奖。
（2）狭义相对论（1905年提出）
狭义相对论认为时间不是绝对的（即固定不变的）。
爱因斯坦指出，随着物体（观察者所见到的）线性运动速度的加快，时间会变慢。
使用同步原子钟已证实了这个结论的正确性，将一个钟表留在地面上，而携带另一个以很快速度移动（如在喷气式飞机上），随后进行比较，静止的钟表总比另一个稍微快一点。
什么是狭义相对论？
相对论的例子：
一卷录音带，如果在地面上播放需要一个小时；在快速飞行的宇宙飞船里播放，宇宙飞船里的人测定也是一个小时。
但是由地面上的人员，来测定在宇宙飞船中播放的时间呢？
根据牛顿的理论，因为时间是绝对的，所以也是一小时；但是爱因斯坦的理论则认为应该是一个多小时，因为时间是相对的，在不同速度下测量时间，长度是不一样的。
爱因斯坦1905年提出的相对论，后来称作狭义相对论，以光速永不改变、相对性原则来推论，得到“时间”会因速度快慢而改变的结论。
（3）广义相对论（1915年提出）
1915年，爱因斯坦发表了他的广义相对论。
他解释了引力作用和加速度作用没有差别的原因。
他还解释了引力是如何和时空弯曲联系起来的，利用数学，爱因斯坦指出物体使周围空间、时间弯曲，在物体具有很大的相对质量（例如一颗恒星）时，这种弯曲可使从它旁边经过的任何其它事物，即使是光线，改变路径。
（4）质能关系式
（5）关注和平
爱因斯坦在一战时就参加了仅有4人参加的反战宣言，一战后又因致力于恢复各国人民的相互谅解而奔走，却被反犹主义者列入谋杀的黑名单中。
1933年，希特勒掌握政权，迫害犹太人，这时爱因斯坦正在美国访问，为逃避希特勒的悬赏暗杀，他定居在普林斯顿大学，成为高等学术研究所的教授。
因为担心德国纳粹政府抢先造出原子弹，为维护世界和平，1939年，爱因斯坦应美国一些着名原子核物理学家的请求，写信给美国罗斯福总统，建议集合科学界的力量，发展原子弹。
这就是着名的曼哈顿计划的起源。
1945年8月美国先后在日本的广岛、长畸投下两颗原子弹，加速了日本法西斯的投降，但对无辜平民的伤害也同样令全世界震惊。
爱因斯坦为此非常懊悔。
从这件事中，我们能得到什么启发？
我们应如何对待科学的发展？
科学技术本身是一把双刃剑。
科技能造福人类，推动生产力水平的提高，但如果运用不当，也能危害人类。
科学改变世界
本目可以引导学生从科学探索永无止境、科技给人类生活带来的双重影响及科技与我们的生活三个方面来认识。
1．科学发展永无止境
19世纪，近代科学获得了极大发展。
在物理学领域，以牛顿力学为基础，统一了声学、光学、电磁学和热学，有效地解释着小到超显微粒子，大到宇宙天体的物理世界。
海王星的发现显示了牛顿力学无比强大的理论威力，光学、电磁学与力学的统一使物理学显示出一种形式上的完整，被誉为“一座庄严雄伟的建筑体系和动人心弦的美丽的殿堂”。
因为牛顿的力学和麦克斯韦的电磁学这两大理论已经能够解释物质世界中物体的运动、热、声、光、电、磁等物理现象，于是很多人得出这样的结论，物理学的各种基本问题在原则和理论上者匡得到了解决，取得了终极的形式，物理学遗留下来的工作只是精度的测定问题，即解决小数点以后数据的准确性问题，一时出现了物理学的“顶峰论”。
但是，大量新现象的出现却与近代物理学之间的矛盾日渐突出，物理科学内部发生了危机，正孕育着一场深刻的革命。
牛顿在《自然哲学的数学原理》一书中，确定了质量、动量、惯性和力的基本概念，认为力是改变物体运动状态的原因。
他从哲学角度提出了绝对时间和绝对空间的概念，认为时间和空间是客观存在的，彼此没有联系，和物质运动没有关系。
但是，从麦克斯韦方程组可以推算出光在真空中的速度大约是每秒30万公里，这个速度和光源本身的运动速度无关，也就是光速不变。
而经典物理学告诉我们，任何物体的运动速度都是相对于一定的坐标系的。
一个坐在火车上的人，以火车为坐标系，人的速度是零；以地球作为坐标系，人的速度就等于火车的运行速度。
为什么会有和坐标系没有关系的不变光速呢?
经典物理学解释不了这个问题。
爱因斯坦作为物理学的革命者，他的狭义相对论为此做出了革命性的变革——空间和时间随物质运动而变化，质量随运动而变化，质量和能量互相转化。
爱因斯坦相对论的建立，是对近代物理学理论框架的重大突破，它不仅揭示了空间与时间的可变性，而且说明，无论是空间还是时间都不可能单独发生变化，时空的变化和时空结构又同物质的运动和状态密不可分。
这种新的时空观、运动观和物质观的形成，成为现代物理学的基本理论之一，他是人类思想发展史中的一次根本性变革，对整个自然科学和哲学都产生了极其深远的影响。
从牛顿到爱因斯坦，实现了物理学上的飞跃，这让人类在认识自然的道路上前进了一大步。
同时，这也很好地说明了科学无止境！
2．科技的双重性
爱因斯坦曾在1939年写给罗斯福总统的信件中警告罗斯福总统，德国可能在制造原子弹，并提出美国也应该制造原子武器。
这一建议让他懊悔终生，并促使他致力于销毁核武器的运动。
战后，他为开展反对核战争的和平运动和反对美国国内法西斯威胁，进行了不懈的斗争。
爱因斯坦为何会有前后态度的变化?
提议研制原子弹是为了拯救人类，若让德国先研制成功，那正义力量会受到毁灭性的打击，人类陷入可怕的灾难之中，研制原子弹已成为必须。
当美军投放原子弹后，瞬时间许多生命灰飞烟灭，这让他感到恐惧，担心核武器会被滥用，人类走向毁灭。
和平什么时候能到来?
爱因斯坦想依靠原子弹战胜法西斯国家，结束战争，但原子弹完成它的这个使命后，它本身又成为严重威胁人类安全的因素。
由此延伸出科学的双重性问题——科学技术是一把双刃剑，它既可以是造福人类的力量，也可以是毁灭人类的力量。
今天科学技术的威力不得不让我们关注科技的利用问题和科学技术的伦理道德问题。
合理利用科技已成为人类社会发展的必要条件。
3．以同学们能切身感受到的当今科技为例，来探讨科技与人们生活的关系。
可以分以下几点来说明：
①人类生活的面貌，人们的衣食住行都在发生革命性变化。
如让同学列举：
家用电器产品，像洗衣机、电视机等，已步入平常百姓家；家居中的室内装饰、高档卫生间设施和电话等，也不再是少数富人的专用品；在文化娱乐方面，电影、电视、音乐、戏曲等人们熟悉的娱乐形式，由于高科技的发展，变得更加先进和吸引人。
②世界各国在政治方面发生了巨大的适应性变化。
政治的现代化涉及权威的合理化、权力结构的分离和公民政治参与程度的加深与扩大。
③新技术革命使经济活动进—步国际化。
由于电脑、信息传播技术的飞速发展，各国间科技、信息交流和专利产品的买卖已成为经济发展的首要因素。
世界市场的作用日益增强，任何—个国家都无法脱离世界经济而独立生存与发展。
战后经济的地区化、集团化和全球化趋势不可阻挡，发达国家和发展中国家之间相互依存的关系也变得更加密切。
④科技发展促进第三产业的迅速发展和工业内部结构的变化与调整。
科学技术的进步直接促进了劳动生产率的显着提高，使更多的人从第一产业和第二产业的领域内解放出来，有可能把更多的劳动力资源投入到非物质生产资料的部门和领域，如商业、金融、信息和服务行业等。
1990年，美国第三产业值占国民生产总值的71．02％，英国为64．8％，日本为61．1％，苏联为38．4％。
⑤新技术革命促进了许多新兴工业的飞速发展，电子、核能、化工、航空航天、生物工程和电子计算机等新兴工业发展迅猛。
⑥科学技术在当代的巨大进步，给各国经济发展带来了重大而积极的影响。
它已成为各国综合国力较量中的头等重要因素，综合国力包括政治、经济、科技、国防、外交、文教、资源、人的素质和社会凝聚力等要素，其中经济和科技实力是综合国力的根基，成为在经济发展和社会进步中具有重要作用的关键性因素。
⑦科学技术的发展要求有更多的人能掌握科学技术，这种需求推动了文化教育的普及，使人的文化素质和心理素质都发生了巨大变化。
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