科学史在自然科学教学中的地位与作用

责任始于信任 发现是简单的，过程是艰难的 科学史在自然科学教学中的地位与作用

类比：宇宙46亿年——24小时。则在前面的23个小时59分钟的时间里人类都没有露面，只是在最后一分钟才匆匆赶到，而在23小时59分59秒之后，人类的文明史才刚刚揭幕。…… 一、《近代自然科学史概论》（上）张瑞琨 华东师大出版社

1.“推动地球的巨人”（1473.2.19-1543.5.24）哥白尼：〈天体运动论〉——布鲁诺（1600年2月17日被烧死在“鲜花广场”） 2.盖伦：用狗、猴做解剖实验“腿骨是弯的”——塞尔维特（1553.10.27被烧死）：1546年发现肺循环——维萨里乌：《人体的构造》，解剖学（维萨里乌的老师“雷尔维斯”说：“盖伦时代的人，脚骨是弯的，只是后世人穿了狭腿裤，致使弯曲的腿骨变直了”）——哈维：17世纪生理学——18世纪病理学——19世纪医学。 3.亚里士多德：生物分类方面贡献很大。 4.中国炼丹术：1545年，汞+雄黄+砒霜+丹砂+铅、锡—李时珍取其化学制药方法，《本草纲目》（1552—1578年），190多万字，乃“医书、物理”；另有贡献：动植物分类法，矿物学，动、植物学。 5.3500年A.C.，古埃及：7/29=1/6+1/24+1/58+1/87+1/232；A.C.5000年，历法：一年365天，12月；A.C.2500年：一年3651/4天；A.C.300年，每4年有一年附加6天。 中国：历法、青铜。 托勒密—毕达哥拉斯—亚里士多德—欧几里得—阿基米德—加利略。他以系统的实验和观察推翻了以亚里士多德为代表的、纯属思辨的传统的自然观，开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此，他被称为“近代科学之父”。 《墨经》，400年A.C.：力学—差动滑轮；升学；天文观察；地学；生物分类。 秦汉：《九章算术》；恒星期：27.3218504日，误差17秒/年；太阳黑子，超新星爆发。 6.中世纪（唐朝）：祖冲之，π=3.1415926-3.1415927；沈括：《梦溪笔谈》；郭守敬（1280年）：《授时历》、太阳回归年：365.2425天，误差26秒/年。1970年国际天文联合会“月球背面环行山—郭守敬山”，1977年，中国科学院紫金山天文台“小行星—郭守敬行星”。 7.1500’S，哥伦布、麦哲伦：地理大发现。 8.伽利略：1632年，《关于托勒密和哥白尼两大体系的对话》 9.第一个做落体实验的科学家：史特芬（1586年或稍早）。 30feet高，2只铅球（一只G，一只10G），根据落在木板上发出的声音的差别来判断是否同时。结果：“听上去好象是一个声音”。结论：下落时间与物体质量无关。（亚里士多德：反比）。 10.伽利略斜面实验 (1) 相同的时间间隔，通过的长 度间隔与1、3、5、7……成正比； （2）通过的总长度分别与1、1+3、 1+3+5、1+3+5+7成正比，即与时间 的平方成正比； （3）与小球的质量无关； （4）与斜面的角度无关；（3、4两结论通过几百次实验重复无误。）

斜面长L=11米 50

° 责任始于信任 发现是简单的，过程是艰难的 （5）外推：当角度=90°时，即得自由落体运动； （6）发现机械能守恒，惯性； （7）再接放另一斜面，推得惯性原理。[加利略：抛射体的速度越大，落点越远，大于某一阈值，下落为地球弯曲弥补，将绕地球转动。] 11.（第谷·布拉赫）开普勒（1571.12.27—1630.11.15，德国）：行星运动三定律—“开普勒定律”，1619年。 12.哈维：血液循环 （1）盖伦（肝—右心房—右心室—左心室—肺）：血液似潮汐在血管中往返流动——维萨里乌：解剖发现，心室间无“微孔”——哥伦布：肺循环——血液由大静脉分支流到全身——切沙比诺：类比天体循环、水循环提出：血液循环？ （2）法布里修：静脉瓣：反向关闭（1598年）——（法布里修得学生）哈维（1578—1657）从“日心说”得启示：循环，并设计解剖实验验证：冷血动物 a. 定性实验：结扎—单向流动：心房—心室—动脉、静脉—心房； b. 定量实验：人心脏输出量约56.7克/次，每分钟72×56.7克=4082克，每小时约245.54千克； c. 测总量：羊：4磅多，牛：0.5小时颈动脉中血液流完。 结论：血液在循环流动。 （3）（老师）法布里修的说法：静脉瓣阻止血液回流太快 哈维：破坏静脉瓣，血液反而不能流回心脏。结论：静脉瓣作用时、是防止血液倒流。 （4）问题：动、静脉交接处，血液如何流动？ 当时解剖没有发现动、静脉有连接。所以猜想：有微血管连接——后马尔辟基和列文霍克实验证实之。 （5）1615年，哈维：《心脏及血液循环论》，1928年出版（1926年培根也不信）。（1632年—1651年《胚胎学》“受精”）。 13.马尔辟基：1660年首次（用显微镜）在蛙肺上发现“毛细血管”；1666年，发现红细胞。不同意“体表换气”，但无证据。 14.列（刘）文虎（霍）克：磨镜片（其方法至今仍是秘密），1683年首次在牙垢中“看到”微生物。 15.胡克：1665年，发现木栓“蜂巢样”“空格”结构[为检验放大率]，“显微空洞”名“小室”（cellulate）——偶然。 16.徐霞客 [1586—1641]：实地考察，1613年游天台山，1632年再游，1636年游浙江。（宋应星：《论气》，《天工开物》） 17.笛卡儿：运动量概念mv、守恒； 莱布尼兹： mv2； 恩格斯：mv—持续的机械运动； mv2/2—消失（转化）了的机械运动。 1840’S：5、6个国家，7、8种职业，10多位科学家——能量守恒定律。 笛卡儿：解析几何—解释自然现象的几何（1637年，《几何学》；欧几里得： 330—275A.C.《几何原本》）。 韦达—代数中引入“字母”。 18.牛顿时代 (1) 惠更斯：1655年发现土星环；1656年制成摆钟；1678年《光论》。 (2) 卡西尼：1665年，测火星自转周期为24时40分；1668年，制木卫星历表；1675年，发现土星光环空隙。 责任始于信任 发现是简单的，过程是艰难的 (3) 雷默：测光速。 (4) 开普勒：引力平方反比—类比光强度（布里阿德）。 (5) 罗伯特·胡克：万有引力（1679年）；平方反比（1680年写信给牛顿，但他缺乏数学方法和技能）。 (6) 牛顿（1642-1727，英国）：诗人亚历山大·波普颂曰： Nature and Nature’s laws lay hid in night God said“let Newton be”and all was light 1670年，光学；1669—1676年，微积分学；1679—1687年，《自然哲学的数学原理》；1727年3月20日逝世，享年85岁。墓志铭：“他以几乎神一般的思维力，最先说明了行星的运动和图象、彗星的轨道和大海的潮汐”。

19.炼金术：把普通金属变成金、银或仙丹。 20.阿格里阿拉（1949-1555，德）：1556年，《金属学》。 21.比林格西奥（1480-1539，意大利冶金家）：1540年，《火焰术》，反对炼金术，认为金属间根本不能转换。 22.霍亨海姆（医生，化学家）：三要素说“盐、硫、汞”，发现：铁屑+醋会反应。 23.范·赫尔蒙特：1648年，《论医学的发展》；2要素说“水、空气”。 （1） 助燃实验； （2） 柳树实验：200磅干土+5磅柳树苗—5年后，柳树169磅，土几乎没有消耗。——“水是最根本的。” （3） 沸水后只剩下一点沉淀物：认为是水变成了土。 （4） 分离气体：CO2、NO2、SO2、H2、CH4、CO等。 （5） 制硫酸、硝酸、盐酸。 24.波义耳（1627-1691年）：实验、定量研究。 （1）“元素”的定义：“某种原始的、简单的，一点也没有搀杂的物体。元素不能用任何其他物体造成，也不能彼此相互造成。元素是直接合成‘完全混合物’的成分，也是‘完全混合物’最终分解成的要素。” （2）指示剂、焰色：硝酸（盐酸）+氨——白烟；亚铁（铁）盐+X（陪子酊）——黑色；钙盐+硫酸——白色沉淀；银盐+氯化物——沉淀。 （3）中和反应：酸、碱性质。 （4）燃烧：火焰不能离开空气而存在。 （5）动物无空气会死—真空中立即断气，类似燃烧。 （6）金属经过焙烧变成金属灰而增重——“燃素说”。 [拉瓦锡，1743-1794年，发现氧气：Hg+O2——加热HgO（红）——（加热，温度更高）Hg 。] 25.16世纪以前的中国：（1）缺理论根蒂，又无人去提升； （2）商人没能取得统治地位（李约瑟）；（3）理论鸿儒未能与“工匠”艺术合作，工具没有转化成仪器。 结论：中国百姓缺少理念上的“震动”的机遇？缺近代科学启蒙！

26.16-17世纪，欧洲（英国等）统一规范用术语； 1663年4月22日，查里2世：“我不必追随任何权势，我不必要求上帝保佑，我不必遵从大师的格言。” 英国、法国相继：科学院。 责任始于信任 发现是简单的，过程是艰难的 27.哲学的作用： 1492年10月12日，哥伦布到达巴哈马群岛 开端 自然是可 第谷·布拉赫 追踪到太阳系以外“天外有天” 的。破除了 生物体并不“玄奥微妙”到不可研究 迷信“权 布鲁诺：“神就是自然界” 威”。理 培根（英国）：现代实验科学的真正始祖。 性思维形成。 约翰·洛克（英）：“那么我们且设想心灵是白纸，没有一切文字，不带任何观念；它何以装备上了这些东西呢？……它从哪里获得有全部的推理材料赫知识？对此我用一句话回答，从经验：我们的一切知识都在经验里扎着根基，知识归根结底由经验而来。” 28.科学革命 哥白尼：科学不再是上帝的附属物：规范。 第谷·布拉赫：观察、记录（30年）：数据。 开普勒：数学分析、经验定律。 牛顿：集大成，统一了“天上”与“地下”。 哈雷：预言彗星：实证（判定）。科学代替了迷信，“智慧”的诞生。

18世纪的科学

29.牛顿力学+数学：形而上学自然观。用力学观点解释一切。——18世纪处。 （1） 卡文迪许（1731—1810年）：化学家、电学。水的成分、氢气及性质、静电力正比与1/r2，测定引力常数—扭秤。 （2） 1738年，伯努利、欧拉、达兰贝尔：动力学、刚体、加速度矢量与力的方向一致。 （3） 1772年，拉格朗日：《论三体问题》、1788年，《分析力学》。 （4） 哈密顿（1805-1865年）；分析力学。 （5） 德布罗意（1892-） （6） 布拉得雷（英）：光行差（1729年）：证实地球绕太阳转。 （7） 康德（德国）：星云假说（拉普拉斯）。 30.燃素说：（1）金属+火微粒=煅灰——a.金属：含燃素的化合物；b.煅灰：去燃素的纯净物。 （2）定量实验——天平在化学实验中的应用： 煅灰的质量>金属的质量。 （3）燃素具有“负质量”。 （4）拉瓦锡（法）：1772年，燃烧实验研究，提出“提取燃素”的实验验证方法。 （5）“反常”现象：CO2、H2、N2、O2、Cl2的发现。 1755年，布拉克（英）（1728-1799）实验：石灰石+镁石（碳酸镁）混合煅烧，发现碳酸气（CO2）+苛性石灰。 （6） 卡文迪许：1760年，实验Fe(Zn)+HCl(H2SO4)——H2（排水法收集），认为：“H2”即燃素，因为氢气球会飞，具有“负质量”，后证明是浮力所致、且H2有重量。 （7） 1772年，卢瑟福（1749-1819）：研究空气性质+动物时，发现N2及性质——不能维持生命且能灭火。 （8） 1773年，舍勒（瑞典，1742-1786年）：分解硝酸盐及氧化物时发现，燃着的蜡