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自然科学基础电子教学设计图文
第1章自然的探索
学习目标和要求：
1、了解自然科学的过去、现在和将来的发展趋势
2、知道自然科学的基本研究方法
3、了解自然科学、技术、社会与教育的关系
教学方法：
1、以自学为主，采取通读和重点阅读相结合
2、把教材和学习指导书相结合
教学重点：
1、近代自然科学诞生阶段的三件大事
2、经典力学中牛顿最重要的成就
3、19世纪的三大发现
4、20世纪科技的特点
5、自然科学研究的方法
6、观察和实验的意义和作用
7、逻辑思维和科学假说
知识结构
第一节、自然科学发展的历史轨迹
第二节、自然科学研究的基本方法
第三节、科学技术、社会与教育
[第一节内容分析]
一、自然科学的发展历程，古代自然科学
二、近代自然科学诞生阶段的三件大事
三、近代自然科学发展阶段的重大成就
四、现代科技发展趋势
1、自然科学发展的历史轨迹
要求：
1、了解自然科学发展的三个阶段
2、了解古希腊的自然科学和我国古代四大发明
三个阶段
近代现代
（一）古希腊的自然哲学
自然科学与哲学融为一体
（二）古代中国的四大发明、意义
造纸、印刷术、指南针和火药
马克思——“资产阶级发展的必要前提”
二、近代自然科学诞生阶段的三件大事
要求：
了解以下三件大事对自然科学发展的影响
1、太阳中心说向神学的挑战
太阳中心说：
核心内容：
日心和地动的观点
代表人：
波兰天文学家哥白尼
意大利哲学家布鲁诺
意大利物理学家伽利略
意义：
改变了地球为中心的观点，看到
了运动的相对性，向被教会奉为天经地
义的地球中心观点提出了严重的挑战.
2、血液循环学说对神学的打击
血液循环学说：
意义:
沉重地打击了宗教神学有关人体的荒谬说教
哈维《论心脏与血液的运动》大循环（体循环）
1628年
塞尔维特1553年小循环（肺循环）
维萨里1543年《人体构造》心脏有四个房室
3、伽利略为近代自然科学开辟道路
伽利略：
尊称为现代科学之父，其工作标志着自然科学成为独立的科学
科学成果方面：
1.用望远镜观察天体，为太阳中心学说提供证据
2.发现了落体定律和抛物体的运动规律，为经典力学奠定了基础。
科学研究方面
把实验方法提高到真正科学的水平，将实验方法和数学方法结合，创立了近代科学方法。
二、近代自然科学发展阶段的重大成就
要求：
1、了解物理学、生物学、化学领域的重大成就
2、掌握十九世纪的三大发现（重点）
1、重要的成就
物理学领域
（1）经典力学
万有引力定律：
自然界中一切具有质量的物体之间都存在着相互吸引的作用力，这一引力的大小与两物体质量的乘积成正比，与它们之间的距离平方成反比。
意义：
这一定律的发现，把天体和地面上物体的运动描述统一了起来，并深刻揭示了其运动规律.
运动三定律：
第一定律：
惯性
一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。
第二定律：
质量
物体的加速度跟物体所受的外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向与合外力的方向相同。
第三定律：
作用力与反作用力定律
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。
（2）光的波动理论
牛顿的微粒说
惠更斯的波动说
（3）热力学的建立和能量守恒原理的发现
（4）电磁学
法拉第的电磁感应定律
麦克斯韦用数学语言概括了全部电磁现象，及预言电磁波的存在
化学领域
（1）化学科学的确立
波义耳：
提出元素的概念；强调化学是实验科学
（2）燃烧的氧化学说的确立
拉瓦锡氧化学说，创立了了化学元素命名方法及质量守恒定律
（3）科学原子论的确立
道尔顿建立了原子论，提出了第一张原子图象表
（4）化学元素周期律的发现
俄国门捷列夫、德国迈尔提出了化学元素周期律
（5）有机化学的建立
德国维勒用无机物氰和氨水全盛了有机物尿素
2、十九世纪的三大发现（重点）
能量守恒与转化定律
细胞学说
达尔文的生物进化论
能量守恒与转化定律
热力学：
由研究当时的蒸汽机的效率开始，进而描述热和功的相互转化及其在数量上的关系的规律.
能量守恒与转化定律：
是19世纪自然科学三大发现之一，它揭示了热、力、电和化学等各种运动形式之间的转化和统一性，使自然界的运动形式达到空前的综合和统一。
这是继牛顿力学体系以来物理学的最大成就。
细胞学说的建立
1665年，胡克第一个发现细胞（小室）
1838年，施莱登提出细胞是一切植物结构的基本单位
1839年，施旺把这一学说扩大到动物学界
细胞是一切有机体结构和发育的基本单位，有机体的发育，就是细胞的分化和形成的过程。
意义：
证明了有机体在结构和发育上的统一性，是生物科学史上的重大综合
达尔文的进化论
产生前提：
18—19世纪的比较解剖学、胚胎学和古生物学的发展，是生物进化论产生的科学前提。
核心思想：
自然选择学说（适者生存，不适者淘汰）
重要意义：
细胞学说和达尔文进化论是19世纪生物科学史上的大事件，揭示了生物界的统一性及其发展的规律。
这是生物科学发展史上的一次空前的综合，是生物科学的里程碑。
恩格斯把它们与能量守恒和转化定律一起誉为19世纪三大发现。
四、现代科技发展趋势
科学技术经历了全面空前的革命
物理学领域：
建立了以相对论和量子论为支柱的现代物理学体系等
化学领域：
对物质的化学结构有了更深入的认识，建立起分子工程学这门新学科
生物学领域：
揭示了DNA的结构和遗传密码，遗传工程在新的技术革命中将发挥更巨大的作用.
科学走向新的综合
人们的视野在微观和宏观两方面都扩大10万倍以上，对自然界有更深入的了解，使生物学与化学、物理学结合得更加密切，越来越多的事实证明，重大科技成果，都将是综合研究的结果。
科技成为第一生产力，人类生活发生巨大变化
进入20世纪后，科技对生会的推动作用越来越显著，对人类历史发展和国家兴衰起着决定作用。
人类生活质量提高，寿命延长，并追求人与自然的和谐。
[第二节内容分析]
自然科学研究的过程
观察和实验方法
观察、实验结果的整理和总结
1、自然科学研究的过程
要求：
知道自然科学研究经历几个过程
1）选择和确定研究的课题；2）制订进行研究的计划；3）选择观察实验方法；4）将得到的结果分析归纳作出解释.这是一个不断提出问题和解决问题的过程
如何进行选题？
制订实验计划的基本程序：
确定实验目的，明确指导理论，选定实验方法步骤,，配备实验器材，实验记录，结果处理。
2、观察和实验方法
要求：
1、了解观察和实验的联系与区别
2、了解直接观察和间接观察的优点和缺点
3、了解直接实验和模拟实验的区别和联系
1、观察和实验的区别与联系
联系：
都是科学实践活动，是科学研究的基本方法，
区别：
观察是在自然条件下进行的，有局限性；不利于认清最本质的、起决定作用的内部规律。
实验可以能够人为地变革和控制自然对象，再现最本质的方面，而且具有可重复性。
分类：
根据获取观察对象的方式：
直接观察；间接观察
根据获取观察对象的要求：
定性观察；定量观察.
分类的目的是为了从不同角度考察观察活动，加深对观察的理解.
定性观察
概念：
是考察自然界事物是否具有某种特性，以及事物之间是否有某种联系。
特点：
获得的有关观察对象的性质、特征是大致的、不确定的、粗略的
定量观察
概念：
是借助科学仪器来测量观察对象的各种数量关系，刻划对象数量特征，因而定量观察又称为观测或测量。
特点：
获得的有关观察对象的性质、特征是确定的、定量的.
直接观察和间接观察
特点：
是观察者用感觉器官对观察对象进行观察，形成直接经验知识。
存在问题：
存在局限性,有时还有错觉（受感官的局限性影响）
间接观察：
特点：
使用观测仪器对进行观察
优越性：
扩大观察范围、提高观察的精确性
提高观察速度、能使感觉形式发生转换
存在问题：
1.不如直接观察生动、简便易行
2.仪器发生问题，可能导致观察失误
3.观察不能改变或控制对象
分类：
直接实验和模拟实验
直接实验
概念：
实验者用实验手段直接作用于所研究的现象或对象的实验
基本程序：
准备阶段（决定实验成败的一个关键），实施阶段，实验结果的处理阶段。
模拟实验
概念：
实验者的实验手段是通过与原型相似的模拟对象间接作用于所研究的现象或对象的。
作用：
用于那些不能对其进行直接实验的对象，尝试用与原来对象相似的某个对象（替代物）作为实验的对象
模型的二重性：
一方面是实验者运用实验工具实行实际变革的对象；
另一方面它只是客观原型的替代物，是实验者用以认识原型的工具。
分类：
自然模型——是从自然界已有的事物中选择出来的替代物，如医学上、生物学上用的模型
人造模型——按照原型先人为制造一个模型，用以代替原型进行一些性能测试
程序：
准备阶段、实施阶段和结果处理阶段
特别注意：
选择恰当的模型，且要求实验在与原型所处的条件基本相似的情况下进行，才能使实验获得的信息可靠，才能有效地类推到原型上去。
实验方法进行观察研究的特点：
可以纯化研究对象:
实验可将对象置于严格控制的条件下，排除各种偶然、次要、外界等因素的干扰，便于提示客观规律
可以强化实验对象:
为了揭示某些变化的规律或本质，要把某些条件强化，在强化的条件下研究对象
可以加速、再现或模拟自然过程:
模拟实验可以缩短自然现象的周期
3、观察、实验结果的整理和总结
要求：
1、了解科学抽象活动类型
2、了解假说及其检验方法
3、了解自然科学发展途径
科学的抽象活动
理性认识
感性认识
1、感性认识→理性认识的过程
1）.逻辑思维在感性认识的基础上，运用概念、判断、推理等思维形式对客观世界间接的、概括的反映过程。
2）.逻辑思维的基本方法比较-分类法、分析综合法、归纳—演绎法
3）.直觉和灵感
4）.数学方法
5）.假说及其检验假说既是一种科学方法，也是科学研究的成果
基本特征：
具有一定的科学根据
具有一定的猜测性
假说检验方法:
感性认识假说理性认识（科学理论）
利用逻辑分析法、实验检验法
自然科学发展途径：
自然科学就是沿着以下发展途径，越来越丰富和完善的。
假说理论新假说新理论……
[第三节内容分析]
科学、技术与社会
科学教育的内涵
1、科学、技术与社会（STS）
要求：
了解STS的内涵、基本精神
1、科学、技术与社会的内涵
是近年来世界各国科学教育改革中形成的一种新的科学教育构想，是以强调科学、技术与社会的相互关系和科学技术在社会生产、生活和发展中的应用为指导思想而组织实施的科学教育。
把科学教育和当前的社会发展、社会生产、社会生活紧密结合起来。
精神：
把科学教育和当前的社会发展、社会生产、社会生活紧密结合起来，从而培养学生对自己生活中与科学有关的问题作出决策的能力。
2、科学、科学教育
科学活动三要素：
探索——对人类生存的宇宙的探索；
解释——对探索过程中各种事物所做的解释；
检验——对所作解释的检验。
内涵：
科学知识、科学精神、科学态度与科学方法
课后小结
自然科学发展的历史轨迹
自然科学的发展历程
近代自然科学诞生阶段的三件大事
近代自然科学发展阶段的重大成就
现代科技发展趋势
自然科学研究的基本方法
自然科学研究的过程
观察和实验方法
观察、实验结果的整理和总结
科学技术、社会与教育
科学、技术与社会（STS）
科学教育的内涵
课堂自测
1、十九世纪的三大发现是：
2、假说的基征：
3、科学活动三个基本要求是：
4、被尊称为近代科学之父的是（）
A。
牛顿B。
伽利略C。
哥白尼D。
道尔顿
5、不属于实验的一个阶段是：
（）
A。
准备阶段B。
实施阶段
C。
结果处理阶段D。
提出假说阶段
第二章自然界的物质性
第一节知识点分析
地球在宇宙中的位置：
恒星、行星、银河系、太阳及九大行星（重点）
地球及其圈层结构：
形状、大小、外部圈层、内部圈层（重点）
地球的表面形态：
海陆分布
1、地球在宇宙中的位置
地球在浩瀚的宇宙中显得十分渺小
宇宙银河系太阳系地球
宇宙组成：
宇宙是空间和时间的统一，是物质世界，包括天体和弥漫物质（包括恒星、行星、卫星、星云、慧星、流星等天体类型）
天体之间相互吸引环绕旋转，形成了不同的天体系统（地月系、太阳系、银河系、总星系）
1、恒星与行星
恒星由炽热的气体组成，能够自身发光的球形或类似
球形的天体（太阳是离地球最近的恒星）
特点：
飞快地运动着、一般能发光发热
行星是环绕恒星公转的天体，有大行星和小行星之分。
恒星的主要物理性质：
光度：
恒星本身的发光程度，即它表面所发光量的强弱，用绝对星等表示
亮度：
恒星在地球上的受光强度，即肉眼所见恒星明亮程度的大小，用视星等表示
2、银河系
由无数恒星和星际物质组成。
距地球最远的星系约距离150亿光年
圆盘状中部为核球四周为银盘
宇宙中有10亿个类似银河系的星系
距地球最远的星系约距离150亿光年
宇宙中已观测到的所有星系称为总星系
3、太阳
太阳大气的底层，厚度500千米，在太阳大气中密度最高，是整个太阳中最明亮的部分，光辐射从这里发出
太阳大气的中层厚度约2000千米，亮度仅及光球的千分之一密度也较低，边缘呈锯齿形（日饵），是强烈的上升气流所致
厚度为太阳半径的几倍，密度、亮度很低，其气体粒子不断向外扩散，形成太阳风
4.太阳系的九大行星
物理性质：
（除冥王星）
类型包括行星代表行星特点
类地行星（内行星）水星、金星、地球、火星地球离太阳距离近，质量较小，平均密度高，以重物质为主，温度也高，自转速度慢，卫星少
类木行星木星、土星、天王星、海王星木星离太阳的距离远，质量较大，平均密度低，以轻物质为主，多无固体表面，温度很低
九大行星的运动规律：
近圆性：
指所有行星轨道的偏心率都很小，几乎近于圆形。
共面性：
所有行星的公转轨道面都是比较接近的，大体在一个平面上，与地球轨道面的交角都不大。
同向性：
指行星绕日公转的方向是相同的，也同太阳自转的方面一致。
2、地球及其圈层结构
1、地球的特征及意义（是地表自然环境产生的基础也是生命产生和维持的必要条件）
与太阳的距离适中，日地平均距离1.196×108千米（接受太阳热辐射是适中的，地球表面形成了适宜的温度，对生命圈的出现十分重要）
梨状体——赤道半径大于两极半径，且北极略突、南极略平（球状的形态使地球上各处太阳高度不同，造成热量的带状分布和自然现象的复杂多样）
巨大的体积：
（形成强大的引力，避免地表大气逸散到外层空间去，对生命的存在有利）
平均半径6371千米、赤道半径6378千米
极地半径6357千米、体积1.083×1012立方千米
巨大的质量：
5.976×1027克
2、地球的圈层结构（同心圈层）
大气圈，水圈，生物圈，地壳，地幔，地核
1）、地球的外部圈层
与人类生活密切相关的圈层，大气圈、水圈和生物圈既是相互区别和相互独立的，又是相互渗透和相互作用的
（1）大气圈
特点：
越向外密度越小，大气总质量的70%--75%集中在对流层
对流层与人的生活有关，如天气现象
作用：
对生物圈的形成、发育和保护有很大的作用
（2）水圈
包括液态水、固态水和汽态水
（3）生物圈
是地球特有的圈层，和大气圈、水圈甚至地壳交织在一起
2）、地球的内部构造
（1）地壳结构：
以次一级的不连续面（康拉德面）分为两层
硅铝层：
富含氧化硅和氧化铝，岩性以沉积岩和花岗岩为主，大陆地壳特有，大洋地壳缺失。
硅美层：
富含氧化硅和氧化镁，岩性由玄武岩和辉长岩构成，厚度5—8千米
地壳分为大陆型和大洋型，前者为双层结构，后者为单元层结构
元素组成：
90多种，氧、硅、铝、铁、钙、镁、钾含量最高，其中氧的含量最大，硅次之。
（2）地幔
结构：
上地幔（含软流圈）、下地幔
软流圈
位置：
位于岩石圈之下，在上地幔60—250千米深度范围内
地质意义：
可能是岩浆的源地，并与地球表面的许多活动有密切的关系，造成地幔对流、海底扩张和板块构造，在地表出现地震和火山现象，形成有用的矿藏。
（3）地核
结构：
外核——由铁、硅、镍等构成，呈熔融态或近于液态
内核——由铁和镍构成，可能为固态
作用：
由于外核流体的运动，根据磁流体力学的规律而形成地球磁场
（4）地球表层
是一个独特的物质体系，大气圈、水圈、生物圈和岩石圈互相渗透、交错重叠的复杂综合体，是人类生活的场所。
三、地球的表面形态
1.海陆分布
海洋：
形成统一的世界大洋
陆地：
没有统一的世界大陆
特点:
海洋面积占有突出优势（70.8%）
地球表面海陆分布十分不均（北半球陆地多于南半球，东半球的陆地面积大于西半球）
海洋的平均深度远大于陆地的平均高度（马里亚纳海沟、珠穆朗玛峰）
2.海洋的形态
洋是主体和中心（89%），海是次要的（11%），位于大洋的边缘
世界大洋——太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋
海——地中海、内海和边缘海
海洋底部地貌形态：
大陆架、大陆坡、大洋盆地
3.陆地的形态
分类：
大陆、岛屿
世界大陆组成：
亚欧大陆、非洲大陆、北美洲大陆、南美洲大陆、澳大利亚大陆和南美洲大陆
陆地地形：
高原、平原、山地、丘陵、盆地
练习
（一）
1、地球表层是一独特的物质体系，实质上是由大气圈、、和岩石圈互相渗透、交错重叠的复杂综合体。
2、太阳的高温来源于太阳能，太阳能是在高温高压条件下，由氢核为氦核的核反应中产生的。
3、沿海陆地向海的自然延伸部分称为（）
A、沿海平原B、大陆架C、大陆坡D、大洋盆地
4、简答地球表层的鲜明特征。
第二节、自然界的物质
[第二节知识分析]
物质的组成、结构（原子）、分类
物质的量（计算）
溶液的浓度（计算）
卤族元素：
原子结构特点、氯气的化学性质、活泼性比较
氧化--还原反应
氧族元素：
与氯元素的比较
碱金属元素：
原子结构特点、性质的递变及与原子结构的关系
溶液的酸碱性
元素周期律
有机化合物
分散系
1、物质的组成和结构
1、组成：
由90多种元素按不同形式结合而成
有关概念：
元素、单质、化合物、化合价、化学式等
例：
有一种磷的氧化物，其中磷的化合价为+5，氧的化合价为-2，写出这种氧化物的化学式。
写出元素符号，并把化合价标在上方PO
求出化合价的最小公倍数：
10
求各元素的原子数：
P=105=2O=102=5
写出化学式：
P2O5
2、结构
构成物质的微粒有分子、原子或离子等。
原子：
是参与化学反应的最小微粒。
质子数相同的一类原子是同一种元素
质子数相同而中子数不同的原子称为同位素。
领会原子核外电子在核外空间的分布：
能量较低的，通常在距核较近的区域运动；能量较高的，通常在距核较远的区域运动
核外电子分层排布规律（熟知）
各电子层上最多只能有2n2个电子运动
电子排布要符合能量最低原理
任何原子的最外电子层最多只能有8个电子，次外电子最多只能有18个电子，而从外往里数最多只能有32个电子。
对照三条规律：
能画出具有核电荷数1—20的元素原子核外电子的分层排布和稀有气体元素原子核外电子的分层排布表
3、分类
物质：
混合物，纯净物。
纯净物：
单质，化合物。
单质：
金属，非金属；化合物：
有机化合物，无机化合物。
2、物质的量计算
不是质量，是一种物理量，表示大量微粒集合体的物理量的单位——摩尔
科学上规定用12g碳-12所含的碳原子作为物质的量的单位，称为1摩尔。
每摩尔物质均含6.02×1023个碳原子
例：
1摩尔碳原子质量12g，含6.02×1023个碳原子
1摩尔氧原子质量16g，含6.02×1023个氧原子
1摩尔氢分子质量2g，含6.02×1023个氢分子
1摩尔水分子质量18g，含6.02×1023个水分子
1摩尔钠原子质量23g，含6.02×1023个钠原子
摩尔质量：
1摩尔物质的量，单位克摩尔
计算公式：
物质的量（n摩尔）=物质的质量（m克）除以摩尔质量（M克摩尔）
例1：
求64克氧气的物质的量
解：
已知m=64克
氧气的式量为32，M=32（克摩尔）
n=mM=6432=2（mol）
例2：
3.5mol氢氧化钠（NaOH）的质量是多少克？
解：
n=3.5mol
M=（23+1+16）gmol
m=Mn=40*3.5=140g
例3：
9克水里含有多少个水分子？
组成这些水分子的氢原子和氧原子的物质的量是多少？
解：
第一步：
求水分子的量（n）
第二步：
根据1摩尔物质里含6.02×1023个微粒
求出第一个问
第三步：
根据水分子中含2个氢原子和1个氧原子
水分子的量即为氢和氧原子的量
求出第二个问
例4、用足量的盐酸与6.5克锌反应，最多可能产生多少摩尔的氢气？
在标准状况下，体积多少？
解:
设可以得到xmol的氢气
6.5g
M（Zn）=65gmoln（Zn）=---------=0.1mol
65gmol
求锌的物质的量
Zn+2HCl=Zn+H2↑
物质的量1mol1mol
0.1molxmol求出x=0.1mol
求出体积：
2.24（L）
1mol的任何气体在标准状况所占的体积约是22.4升。
3、溶液的浓度
表示方法：
质量百分比浓度、物质的量浓度。
定义：
以1L溶液里所含溶质的物质的量来表示溶
液的浓度，称为物质的量浓度，又称摩尔浓度C
物质的量浓度C（molL）=溶质的物质的量n（mol）除以溶液的体积V（L）
例1：
将11.7克氯化钠溶于200ml水中，求此溶液的物质的量浓度（该溶液体积不变）
解：
第一步：
计算氯化钠的量（mol）
11.7g
58.5gmol
第二步：
求氯化钠溶液的物质的量浓度
（1）将水溶液的体积换算成（L）
200ml1000mll=0.2L
（2）再算量浓度
0.2mol0.2L=1molL
例2：
配制100ml0.1molL的碳酸溶液，需用无水碳酸钠多少克？
若用Na2CO3.10H2O,需用多少克？
分析：
已知溶液的体积（换算成L）和量浓度
解：
第一步：
求出碳酸钠的量（n）
n=0.1×1001000=0.01mol
第二步：
已知物质的量和摩尔质量，求出质量
m=Mn=106gmol×0.01mol=1.06g
分析：
用Na2CO3.10H2O，其量（n）未变，摩尔质量改变Ｍ＝286gmol
第三步：
求Na2CO3.10H2O的质量
m=0.01mol×286gmol=2.86g
例３：
配制物质的量浓度
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