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教学目标 一、知识与能力 1、了解牛顿、爱因斯坦等人的成长历程及主要科学成就 2、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。 二、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，能够从细微处看出科学家所具备的优秀品质。 三、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。 教学重点 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 教学难点 正确理解科学技术与社会发展的辩证关系 教学过程 一、牛顿：宇宙定律的发现者 （一）牛顿生活的时代 1、宇宙定律的发现者 牛顿（1642—1727），英国伟大的物理学家、天文学家、数学家和自然哲学家。他集16世纪和17世纪科学先驱的成果之大战，建立起一个完整的力学理论体系，把天地间万物的运动规律概括在一个严密的统一理论中，成为宇宙定律的发现者。 2、变革的时代 （1）牛顿出生的时代，正是欧洲的自然科学、社会科学向前跃进的变革时代。欧洲的科学，曾经有过辉煌的过去。进入中世纪后，基督教会统治欧洲长达上千年，在这个漫长的岁月里，欧洲的科学被禁锢在神学思想中，成了宗教神学的附属物。文艺复兴后的200年中，真正的科学伴随着资本主义的发展而登上新的历史舞台，并以磅礴的气势迅速发展。 （2）牛顿的时代是一个科学革命的大时代，而他也以巨大的成就给这个时代增添了绚烂的色彩。 3、少年牛顿，好学善思 少年时的牛顿并不是神童，他资质平常，成绩一般，但却喜好读书、沉思、做科学小实验。他喜欢看一些介绍简单机械模型制作方法的读物，并从中受到启发，自己动手制作一些奇怪怪的小玩意儿，如风车、木钟、折叠式提灯等。迫于生活艰难，牛顿的母亲只得让他停学务农。但是被他的好学精神所感动的舅父说服了母亲让牛顿继续读书。 4、大学生活，得遇恩师 （1）1661年，18岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，靠为学院做杂务的收入支付学费。1665年，牛顿获得学士学位。 （2）在大学阶段，牛顿得到了当时以新的教育方式主持剑桥大学“鲁卡斯数学讲座”的第一任教授巴罗的常识和指导，逐步被引向近代自然科学的研究领域。巴罗教授还举荐牛顿为研究生。1665年，牛顿从剑桥大学毕业后便留在大学研究室。这年夏天，伦敦发生严重的瘟疫，学校暂时关闭，牛顿离开剑桥，回家乡呆了18个月。 （3）牛顿在剑桥受到的数学和自然科学的熏陶和培养，使他对自然现象产生了浓厚的探索兴趣，家乡安静的环境又使他的思想展地翅飞翔。这18个月成为牛顿科学生涯中的黄金时代，他在自然科学领域内思潮奔腾，才华迸发，思考了许多前人从未思考过的问题，踏进了很多人没有涉足的领域，为其一生的重大科学发现奠定了坚实的基础。相传牛顿看见苹果落地而悟出地球引力的故事就发生在此时。在家乡的这些日子里，牛顿以旺盛的精力从事科学创造，并关心自然哲学问题。 （二）17世纪最伟大的科学巨匠 1、牛顿的科学成就 （1）牛顿是17世纪最伟大的科学巨匠，其成就涉及物理学、数学、天体力等多个领域。他在物理学上最主要的成就是发现了万有引力定律，综合并表述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。 （2）牛顿用这些定律把天上的行星和它们的卫星的运动规律同地上重力下坠的现象统一起来，完成了物理学发展史上的第一次大综合，其标志就是他于1687年所发表的《自然哲学的数学原理》（简称《原理》）这一科学巨著。从此，一个崭新的天文学分支——天体力学诞生了。 （3）牛顿在数学领域的成就同样突出，他发现了二次项定理，创立了微积分，开辟了数学新纪元。在光学上，牛顿做出了三大贡献：发现了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”。 2、政治地位的提高 （1）随着科学声誉的提高，牛顿的政治地位也得到了提升。1689年，他被选为英国国会中的大学代表。作为国会议员，他开始逐渐疏远给他带来巨大成就的科学。晚年的牛顿在伦敦过着优裕的生活，1705年他被安妮女王封为贵族。 （2）中年以后的牛顿，把兴趣转向政治、神学等问题上；到了晚年，更是潜心于自然哲学与神学的研究。 （3）1927年3月31日，牛顿在伦敦逝世。同很多杰出的英国人一样，也被安葬在了威斯敏斯特大教堂。 二 爱因斯坦：追寻空间和时间的本质 （一）爱因斯坦的时代 1、伟大的贡献 爱因斯坦（1879—1955），是历史上继牛顿之后最伟大的科学家。他创立的狭义相对论和广义相对论，标志着物理学的重大突破，是在科学发展的道路上矗立起来的一座新的里程碑。 2、求学生涯 1879年3月14日，爱因斯坦出生在德国的一个经营电器作坊的小业主家庭，父母都是犹太人。爱因斯坦的一生似乎一直处于流动的状态，这同当时整个世界的动荡密不可分。一岁时，爱因斯坦随全家迁居慕尼黑，父亲和叔父地那里合办了一个为电站和照明系统生产电机、弧光灯和电工仪表的电器工厂。在任工程师的叔父等人的影响下，爱因斯坦较早地受到科学和哲学的启蒙。1894年，上中学的爱因斯坦因厌恶德国学校令人窒息的军国主义教育，自动放弃学籍和德国国籍，只身去了意大利米兰。1896年，爱因斯坦进入大学学习物理学，1900年毕业，之后他便利用业余时间开展科学研究。 2、古典物理学理论的危机 （1）爱因斯坦出生在物理学急剧变革的时期，之前的辉煌成就使当时不少物理学家认为物理学的理论问题已经解决，留给后人的只是某些细节上的补充和发展。但历史的进程恰恰相反，一系列物理学新现象接踵出现，古典物理学理论无法对此做出解释。在这种形势下，很多物理学家选择了对原有理论的修修补补，而爱因斯坦等则对传统理论进行了突破性的研究。 （二）伟大的贡献 （1）爱因斯坦一生中最重要的贡献上创立了相对论。1905年，爱因斯坦在物理学方面的研究取得了突破性进展，创立了狭义相对论，这时他刚刚26岁。狭义相对论是爱因斯坦在自己题为《论动体的电动力学》这篇论文中提出的。 （2）在此之前，传统物理学的时空观是静止的、机械有、空间、时间、物质和物质运动相互独立，彼此没有什么内在联系。也就是说，物质只不过是孤立地处于空间的一某一个位置，物质运动只是虚无的、绝对的空间做位置移动；时间也是绝对的，它到处都是一样，是独立于空间的不断流逝着长流。这是牛顿古典力学的时空观。 （3）爱因斯坦以极大的毅力和罕见的胆识，突破传统物理学的束缚，猛烈地冲击着形而上学的自然观。他认为，空间、时间、物质和物质运动，彼此不可分割，它们之间紧密相连。作为物质存在形式的空间和时间，在本质上是统一的，随着物质的运动而变化。狭义相对论的问世，震动了物理学界，也使这个年轻学者的名字马上传遍了整个欧洲。 2、广义相对论 （1）在随后的研究中，他发现了狭义的理论体系还不完善，它只解释了等速直线运动，不能解释加速运动和万有引力的问题。因此，爱因斯坦又花了整整10年的时间进行研究思考，终于在1915年10月完成了创建广义相对论的工作，并于1916年3月完成了总结性论文《广义相对论基础》。 （2）广义相对论是一个关于引力的理论。它在狭义相对论的基础上进一步提示了时空结构同物质分布之间的关系，指出了物质间所存在有万有引力，是由于物质有存在和分布使时间和空间的性质不均匀（即时空弯曲）而引起的，时空的几何性质不是按欧几里得几何学分布的，而是按非欧几何学分布的。1938年，他在广义相对论的运动问题上取得了重大进展，导出了物体运动方程，由此更进一步地提示了时空、物质、运动和引力之间的统一性。相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，给出了科学而系统的时空观和物质观，从而使物理学在逻辑上成为完美的科学体系。 （3）相对论的创立，改变了人类对自然的认识。爱因斯坦在介绍相对论时说：“相对论有点像一座两层的建筑，这两层就是狭义相对论和广义相对论。这广义相对论所依据的狭义相对论，适用于除了引力以外的一切物理现象，广义相对论则提供了引力定律，以及它同自然界别种力的关系。”爱因斯坦创立的相对论，在科学家们对宇宙的观测中逐步得到了有力的证明。 3、其他领域的成就 爱因斯坦地物理学的其他领域也有很大贡献。他提出质量与能量之间存在有内在联系，从而建立起质能关系式E=mc2，为人们后来利用原子能提供了理论依据；他以量子理论完满地解释光电效应、辐射过程、固体比热，发展了量子统计。1921年，爱因斯坦因他的光子理论而获得诺贝尔物理学奖。 （三）为人类和平进步而斗争 1、希望科学造福人类 （1）爱因斯坦一向憎恶战争，主张民族和睦，一心希望科学造福于人类，但他自己却目睹了科学技术在两次世界大战中所造成有巨大破坏。因此，他认为战争与和平问题是当代的首要问题，他一生中发表最多的也是这方面的言论。 （2）第一次世界大战爆发后，他公开发表反战宣言，同一位哲学家共同起草了《告欧洲人民书》，呼吁欧洲科学家应竭尽全力，尽快结束这场人类大屠杀。1933年，德国法西斯头子希特勒上台后，加紧了对犹太人的迫害。为躲避纳碎的迫害，爱因斯坦被迫迁居美国，并于1940年取得了美国国籍。爱因斯坦曾在1939年写给罗斯福总统的信件中警告说，德国可能在研制原子弹，并提出美国也应该研制原子武器。然而，这一建议让他懊悔终生，并保使他致力于销毁核武器的运动。第二次世界大战结束前，美国在日本两个城市上空投掷原子弹，爱因斯坦对此表示强烈不满。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的威胁，进行了不懈的斗争。 2、伟人永在 1955年4月18日，爱因斯坦病逝。这位伟大的科学家在他的遗嘱中，要求不举行任何葬礼，不筑墓地，不立纪念碑，骨灰撤在永远对人保密的地方，为的是不使任何地方成为圣地。他献身科学的精神和充满光芒的相对论学说，永远激励着后人向未知的科学领域奋勇前行。 三、科学改变世界 1、科学促进发展进步 世界的发展、社会的进步，都离不开科学技术的发展。随着科学技术的进步，人类社会发生着翻天覆地的变化。特别是近代以来，科学技术以前所未有的速度在发展，世界也以前所未有的速度在进步。科学家们的一项项研究成果被实际应用到社会生活的方方面面，成为促进社会经济结构和上层建筑以及社会变革的重要力量。 2、科学丰富人的生活 同时，科学的发展还为丰富人们的精神生活、提高科学文化和社会管理水平、促进人类精神文明，创造了新的有利条件。 |
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