教學(xué)目標(biāo)

一、知識與能力

1、了解牛頓、愛因斯坦等人的成長歷程及主要科學(xué)成就

2、對比牛頓和愛因斯坦的科學(xué)成就，探討他們的科學(xué)發(fā)現(xiàn)對科學(xué)發(fā)展和社會進(jìn)步所產(chǎn)生的革命性影響。

二、過程與方法

    通過搜集和整理牛頓、愛因斯坦的小故事，培養(yǎng)從歷史資料中獲得新知識的能力，能夠從細(xì)微處看出科學(xué)家所具備的優(yōu)秀品質(zhì)。

三、情感、態(tài)度與價值觀

    通過牛頓的科學(xué)創(chuàng)新、愛因斯坦突破牛頓的物理學(xué)理論框架等史實，認(rèn)識到科學(xué)發(fā)展永無止境，培養(yǎng)懷疑精神、探索意識和創(chuàng)新的勇氣。

教學(xué)重點

    了解牛頓、愛因斯坦成長的歷程及主要科學(xué)成就，認(rèn)識他們對科學(xué)及社會發(fā)展所產(chǎn)生的巨大推動作用

教學(xué)難點

正確理解科學(xué)技術(shù)與社會發(fā)展的辯證關(guān)系

教學(xué)過程

 一、牛頓：宇宙定律的發(fā)現(xiàn)者

    （一）牛頓生活的時代

    1、宇宙定律的發(fā)現(xiàn)者

    牛頓（1642—1727），英國偉大的物理學(xué)家、天文學(xué)家、數(shù)學(xué)家和自然哲學(xué)家。他集16世紀(jì)和17世紀(jì)科學(xué)先驅(qū)的成果之大戰(zhàn)，建立起一個完整的力學(xué)理論體系，把天地間萬物的運動規(guī)律概括在一個嚴(yán)密的統(tǒng)一理論中，成為宇宙定律的發(fā)現(xiàn)者。

    2、變革的時代

    （1）牛頓出生的時代，正是歐洲的自然科學(xué)、社會科學(xué)向前躍進(jìn)的變革時代。歐洲的科學(xué)，曾經(jīng)有過輝煌的過去。進(jìn)入中世紀(jì)后，基督教會統(tǒng)治歐洲長達(dá)上千年，在這個漫長的歲月里，歐洲的科學(xué)被禁錮在神學(xué)思想中，成了宗教神學(xué)的附屬物。文藝復(fù)興后的200年中，真正的科學(xué)伴隨著資本主義的發(fā)展而登上新的歷史舞臺，并以磅礴的氣勢迅速發(fā)展。

    （2）牛頓的時代是一個科學(xué)革命的大時代，而他也以巨大的成就給這個時代增添了絢爛的色彩。

    3、少年牛頓，好學(xué)善思

    少年時的牛頓并不是神童，他資質(zhì)平常，成績一般，但卻喜好讀書、沉思、做科學(xué)小實驗。他喜歡看一些介紹簡單機(jī)械模型制作方法的讀物，并從中受到啟發(fā)，自己動手制作一些奇怪怪的小玩意兒，如風(fēng)車、木鐘、折疊式提燈等。迫于生活艱難，牛頓的母親只得讓他停學(xué)務(wù)農(nóng)。但是被他的好學(xué)精神所感動的舅父說服了母親讓牛頓繼續(xù)讀書。

    4、大學(xué)生活，得遇恩師

    （1）1661年，18歲的牛頓以減費生的身份進(jìn)入劍橋大學(xué)三一學(xué)院，靠為學(xué)院做雜務(wù)的收入支付學(xué)費。1665年，牛頓獲得學(xué)士學(xué)位。

    （2）在大學(xué)階段，牛頓得到了當(dāng)時以新的教育方式主持劍橋大學(xué)“魯卡斯數(shù)學(xué)講座”的第一任教授巴羅的常識和指導(dǎo)，逐步被引向近代自然科學(xué)的研究領(lǐng)域。巴羅教授還舉薦牛頓為研究生。1665年，牛頓從劍橋大學(xué)畢業(yè)后便留在大學(xué)研究室。這年夏天，倫敦發(fā)生嚴(yán)重的瘟疫，學(xué)校暫時關(guān)閉，牛頓離開劍橋，回家鄉(xiāng)呆了18個月。

    （3）牛頓在劍橋受到的數(shù)學(xué)和自然科學(xué)的熏陶和培養(yǎng)，使他對自然現(xiàn)象產(chǎn)生了濃厚的探索興趣，家鄉(xiāng)安靜的環(huán)境又使他的思想展地翅飛翔。這18個月成為牛頓科學(xué)生涯中的黃金時代，他在自然科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)思潮奔騰，才華迸發(fā)，思考了許多前人從未思考過的問題，踏進(jìn)了很多人沒有涉足的領(lǐng)域，為其一生的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)奠定了堅實的基礎(chǔ)。相傳牛頓看見蘋果落地而悟出地球引力的故事就發(fā)生在此時。在家鄉(xiāng)的這些日子里，牛頓以旺盛的精力從事科學(xué)創(chuàng)造，并關(guān)心自然哲學(xué)問題。

    （二）17世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠

    1、牛頓的科學(xué)成就

    （1）牛頓是17世紀(jì)最偉大的科學(xué)巨匠，其成就涉及物理學(xué)、數(shù)學(xué)、天體力等多個領(lǐng)域。他在物理學(xué)上最主要的成就是發(fā)現(xiàn)了萬有引力定律，綜合并表述了經(jīng)典力學(xué)的三個基本定律——慣性定律、加速度定律、作用力與反作用力。

    （2）牛頓用這些定律把天上的行星和它們的衛(wèi)星的運動規(guī)律同地上重力下墜的現(xiàn)象統(tǒng)一起來，完成了物理學(xué)發(fā)展史上的第一次大綜合，其標(biāo)志就是他于1687年所發(fā)表的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》（簡稱《原理》）這一科學(xué)巨著。從此，一個嶄新的天文學(xué)分支——天體力學(xué)誕生了。

    （3）牛頓在數(shù)學(xué)領(lǐng)域的成就同樣突出，他發(fā)現(xiàn)了二次項定理，創(chuàng)立了微積分，開辟了數(shù)學(xué)新紀(jì)元。在光學(xué)上，牛頓做出了三大貢獻(xiàn)：發(fā)現(xiàn)了白光是由各種不同顏色的光組成的，制成第一架反射望遠(yuǎn)鏡，提出光的“微粒說”。

    2、政治地位的提高

    （1）隨著科學(xué)聲譽的提高，牛頓的政治地位也得到了提升。1689年，他被選為英國國會中的大學(xué)代表。作為國會議員，他開始逐漸疏遠(yuǎn)給他帶來巨大成就的科學(xué)。晚年的牛頓在倫敦過著優(yōu)裕的生活，1705年他被安妮女王封為貴族。

    （2）中年以后的牛頓，把興趣轉(zhuǎn)向政治、神學(xué)等問題上；到了晚年，更是潛心于自然哲學(xué)與神學(xué)的研究。

    （3）1927年3月31日，牛頓在倫敦逝世。同很多杰出的英國人一樣，也被安葬在了威斯敏斯特大教堂。

二  愛因斯坦：追尋空間和時間的本質(zhì)

（一）愛因斯坦的時代

    1、偉大的貢獻(xiàn)

    愛因斯坦（1879—1955），是歷史上繼牛頓之后最偉大的科學(xué)家。他創(chuàng)立的狹義相對論和廣義相對論，標(biāo)志著物理學(xué)的重大突破，是在科學(xué)發(fā)展的道路上矗立起來的一座新的里程碑。

    2、求學(xué)生涯

    1879年3月14日，愛因斯坦出生在德國的一個經(jīng)營電器作坊的小業(yè)主家庭，父母都是猶太人。愛因斯坦的一生似乎一直處于流動的狀態(tài)，這同當(dāng)時整個世界的動蕩密不可分。一歲時，愛因斯坦隨全家遷居慕尼黑，父親和叔父地那里合辦了一個為電站和照明系統(tǒng)生產(chǎn)電機(jī)、弧光燈和電工儀表的電器工廠。在任工程師的叔父等人的影響下，愛因斯坦較早地受到科學(xué)和哲學(xué)的啟蒙。1894年，上中學(xué)的愛因斯坦因厭惡德國學(xué)校令人窒息的軍國主義教育，自動放棄學(xué)籍和德國國籍，只身去了意大利米蘭。1896年，愛因斯坦進(jìn)入大學(xué)學(xué)習(xí)物理學(xué)，1900年畢業(yè)，之后他便利用業(yè)余時間開展科學(xué)研究。

    2、古典物理學(xué)理論的危機(jī)

    （1）愛因斯坦出生在物理學(xué)急劇變革的時期，之前的輝煌成就使當(dāng)時不少物理學(xué)家認(rèn)為物理學(xué)的理論問題已經(jīng)解決，留給后人的只是某些細(xì)節(jié)上的補(bǔ)充和發(fā)展。但歷史的進(jìn)程恰恰相反，一系列物理學(xué)新現(xiàn)象接踵出現(xiàn)，古典物理學(xué)理論無法對此做出解釋。在這種形勢下，很多物理學(xué)家選擇了對原有理論的修修補(bǔ)補(bǔ)，而愛因斯坦等則對傳統(tǒng)理論進(jìn)行了突破性的研究。

    （二）偉大的貢獻(xiàn)

    （1）愛因斯坦一生中最重要的貢獻(xiàn)上創(chuàng)立了相對論。1905年，愛因斯坦在物理學(xué)方面的研究取得了突破性進(jìn)展，創(chuàng)立了狹義相對論，這時他剛剛26歲。狹義相對論是愛因斯坦在自己題為《論動體的電動力學(xué)》這篇論文中提出的。

    （2）在此之前，傳統(tǒng)物理學(xué)的時空觀是靜止的、機(jī)械有、空間、時間、物質(zhì)和物質(zhì)運動相互獨立，彼此沒有什么內(nèi)在聯(lián)系。也就是說，物質(zhì)只不過是孤立地處于空間的一某一個位置，物質(zhì)運動只是虛無的、絕對的空間做位置移動；時間也是絕對的，它到處都是一樣，是獨立于空間的不斷流逝著長流。這是牛頓古典力學(xué)的時空觀。

    （3）愛因斯坦以極大的毅力和罕見的膽識，突破傳統(tǒng)物理學(xué)的束縛，猛烈地沖擊著形而上學(xué)的自然觀。他認(rèn)為，空間、時間、物質(zhì)和物質(zhì)運動，彼此不可分割，它們之間緊密相連。作為物質(zhì)存在形式的空間和時間，在本質(zhì)上是統(tǒng)一的，隨著物質(zhì)的運動而變化。狹義相對論的問世，震動了物理學(xué)界，也使這個年輕學(xué)者的名字馬上傳遍了整個歐洲。

    2、廣義相對論

    （1）在隨后的研究中，他發(fā)現(xiàn)了狹義的理論體系還不完善，它只解釋了等速直線運動，不能解釋加速運動和萬有引力的問題。因此，愛因斯坦又花了整整10年的時間進(jìn)行研究思考，終于在1915年10月完成了創(chuàng)建廣義相對論的工作，并于1916年3月完成了總結(jié)性論文《廣義相對論基礎(chǔ)》。

    （2）廣義相對論是一個關(guān)于引力的理論。它在狹義相對論的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提示了時空結(jié)構(gòu)同物質(zhì)分布之間的關(guān)系，指出了物質(zhì)間所存在有萬有引力，是由于物質(zhì)有存在和分布使時間和空間的性質(zhì)不均勻（即時空彎曲）而引起的，時空的幾何性質(zhì)不是按歐幾里得幾何學(xué)分布的，而是按非歐幾何學(xué)分布的。1938年，他在廣義相對論的運動問題上取得了重大進(jìn)展，導(dǎo)出了物體運動方程，由此更進(jìn)一步地提示了時空、物質(zhì)、運動和引力之間的統(tǒng)一性。相對論嚴(yán)格地考察了時間、空間、物質(zhì)和運動這些物理學(xué)的基本概念，給出了科學(xué)而系統(tǒng)的時空觀和物質(zhì)觀，從而使物理學(xué)在邏輯上成為完美的科學(xué)體系。

    （3）相對論的創(chuàng)立，改變了人類對自然的認(rèn)識。愛因斯坦在介紹相對論時說：“相對論有點像一座兩層的建筑，這兩層就是狹義相對論和廣義相對論。這廣義相對論所依據(jù)的狹義相對論，適用于除了引力以外的一切物理現(xiàn)象，廣義相對論則提供了引力定律，以及它同自然界別種力的關(guān)系。”愛因斯坦創(chuàng)立的相對論，在科學(xué)家們對宇宙的觀測中逐步得到了有力的證明。

    3、其他領(lǐng)域的成就

    愛因斯坦地物理學(xué)的其他領(lǐng)域也有很大貢獻(xiàn)。他提出質(zhì)量與能量之間存在有內(nèi)在聯(lián)系，從而建立起質(zhì)能關(guān)系式E=mc2，為人們后來利用原子能提供了理論依據(jù)；他以量子理論完滿地解釋光電效應(yīng)、輻射過程、固體比熱，發(fā)展了量子統(tǒng)計。1921年，愛因斯坦因他的光子理論而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。

    （三）為人類和平進(jìn)步而斗爭

    1、希望科學(xué)造福人類

    （1）愛因斯坦一向憎惡戰(zhàn)爭，主張民族和睦，一心希望科學(xué)造福于人類，但他自己卻目睹了科學(xué)技術(shù)在兩次世界大戰(zhàn)中所造成有巨大破壞。因此，他認(rèn)為戰(zhàn)爭與和平問題是當(dāng)代的首要問題，他一生中發(fā)表最多的也是這方面的言論。

    （2）第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后，他公開發(fā)表反戰(zhàn)宣言，同一位哲學(xué)家共同起草了《告歐洲人民書》，呼吁歐洲科學(xué)家應(yīng)竭盡全力，盡快結(jié)束這場人類大屠殺。1933年，德國法西斯頭子希特勒上臺后，加緊了對猶太人的迫害。為躲避納碎的迫害，愛因斯坦被迫遷居美國，并于1940年取得了美國國籍。愛因斯坦曾在1939年寫給羅斯福總統(tǒng)的信件中警告說，德國可能在研制原子彈，并提出美國也應(yīng)該研制原子武器。然而，這一建議讓他懊悔終生，并保使他致力于銷毀核武器的運動。第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束前，美國在日本兩個城市上空投擲原子彈，愛因斯坦對此表示強(qiáng)烈不滿。戰(zhàn)后，他為開展反對核戰(zhàn)爭的和平運動和反對美國國內(nèi)法西斯的威脅，進(jìn)行了不懈的斗爭。

    2、偉人永在

    1955年4月18日，愛因斯坦病逝。這位偉大的科學(xué)家在他的遺囑中，要求不舉行任何葬禮，不筑墓地，不立紀(jì)念碑，骨灰撤在永遠(yuǎn)對人保密的地方，為的是不使任何地方成為圣地。他獻(xiàn)身科學(xué)的精神和充滿光芒的相對論學(xué)說，永遠(yuǎn)激勵著后人向未知的科學(xué)領(lǐng)域奮勇前行。

    三、科學(xué)改變世界 

    1、科學(xué)促進(jìn)發(fā)展進(jìn)步

   世界的發(fā)展、社會的進(jìn)步，都離不開科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人類社會發(fā)生著翻天覆地的變化。特別是近代以來，科學(xué)技術(shù)以前所未有的速度在發(fā)展，世界也以前所未有的速度在進(jìn)步。科學(xué)家們的一項項研究成果被實際應(yīng)用到社會生活的方方面面，成為促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和上層建筑以及社會變革的重要力量。

    2、科學(xué)豐富人的生活

同時，科學(xué)的發(fā)展還為豐富人們的精神生活、提高科學(xué)文化和社會管理水平、促進(jìn)人類精神文明，創(chuàng)造了新的有利條件。