二 影响世界进程的科学巨人
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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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， ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )，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） ( http: / / www.21cnjy.com )，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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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 ( http: / / www.21cnjy.com )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。专题六 杰出的中外科学家
一 中国科技之光
教学目标
一、知识与能力
1、了解李时珍、詹天佑、李四光的成长历程及其主要贡献
2、探讨科学家与时代、民族、国家发展之间的关系
二、过程与方法
运用比较研究的方法，结合所学相关学科内容，分析和比较李时珍、詹天佑、李四光在科学精神、创新意识方面的异同点。
三、情感、态度与价值观
要学习科学家的科学精神和爱国精神，崇尚科学精神，坚定求真、求实和创新的科学态度。
教学重点
李时珍、詹天佑、李四光的主要科技成就
教学难点
认识和理解詹天佑、李四光科技创新的时代意义
教学过程
一、李时珍与《本草纲目》
（一）从医之路
1、李时珍的地位
李时珍（1518—1593），字东璧，号濒湖，明朝蕲州（今湖北蕲春）人，中国古代卓越的医药学家，世称 “医中之圣”，被奉为世界文化名人。他所著的《本草纲目》集中国古代医药学之大成，被誉为“东方医药巨典，名扬海内外。”
2、放弃科举，专心从医
（1）李时珍出生在一个医学世家，他的祖交和父亲都是当地的名医。那时候，民间医生的社会地位很低，李家经常受官绅的欺侮，父亲决定让二儿子李时珍读书应考，以便一朝功成，出人头地，光宗耀祖。幼小的李时珍在家庭的影响下早已对医药学产生了浓厚的兴趣，最终还是放弃了科考做官的打算，专心学医，把行医当做自己的终生职业。
（2）李时珍饱读医书，注重临床实 ( http: / / www.21cnjy.com )践并亲试草药，加上父亲的悉心指导，他的医术提高得很快，不久便成为当地的名医，先是被楚王任命为楚王府“奉神祠正”，后被推荐到京师太医院。李时珍觉得在朝廷无法实现自己专心从事医药工作的理想，便毅然托病辞职，回故乡行医。
（二）编撰巨典
通过自己的医疗实践，李时珍深切地感 ( http: / / www.21cnjy.com )到，作为一名医生，辨药、用药是一个至关重要的问题。在长期有医疗工作和采集药物的过程中，李时珍获得不少医学资料，但他发现古代医书上存在着不少错误、重复或遗漏，于是决心重新编著一部新的完备的药书。
2、考察访问
对于药物，李时珍深知“读万卷书”固然重要，“行万里路”更不可少，于是他既“搜罗百氏”，又“采访四方”，穿上草鞋，背起药筐，在徒弟和儿子的陪伴下，远涉深山旷野，遍访名医士，搜求民间验方，观察和收集药物标本。他不满足于走马观花似的调查，而是——采试，对着实验进行比较核对，弄清了不少似是而非的药物。
3、完成巨著
经过27年艰苦卓绝的努力，李时珍参考八百余种文献书籍，在整理和总结前人经验成果的基础上，结合自己的发现与研究，于明万历六年（1578）终于完成了闻名中外的药物学巨著——《本草纲目》。此时的李时珍已经61岁了。
（三）巨著价值
《本草纲目》全书52卷，190多在 ( http: / / www.21cnjy.com )万字，分为16部，62类，共载有药物1892种。其中除了植物性药物外，还有动物性药物445种，矿物性药物276种。另外，收中还收录了中国古代医家和民间流传的药方11096个，附有1160幅药物形态图，以增加人们对药物的感性认识。
2、医学遗产
《本草纲目》系统总结了中国16世纪以前医药学的经验和成就，大大丰富了中国的药物品种，是中国古代医药学、植物学的宝贵遗产，对中国乃至世界医药学的发展都起到了重大推动作用。1606年，《本草纲目》传入日本的朝鲜，以后又陆续被译成拉丁文、法文、俄文、德文、英文等多种文字，流传到世界各地，成为世界人民的宝贵财富。
二、詹天佑与京张铁路
（一）第一批幼童留学生
1、詹天佑的地位
詹天佑（1861—1919），字眷诚，安微省婺源县（今属江西）人，幼居广东南海。他是中国近代铁路工程专家、杰出的爱国工程师。1905—1909年，他成功主持修建了北京到张家口的铁路。这是中国第一条完全由本国工程技术人员设计施工的铁路干线。
2、善于探究的少年时代
清咸丰十一年（18 ( http: / / www.21cnjy.com )61），詹天佑出生在一个普通的茶商家庭。儿时的詹天佑对机器十分感兴趣，常常和邻里的孩子一起，用泥土做各种机器模型，还曾经偷偷地把家里有自鸣钟拆开，摆弄里面的构件，提出一些连大人都无法解答的问题。
3、留学美国
1872年，年仅12岁的詹天佑 ( http: / / www.21cnjy.com )考取了清政府筹办的“幼童出洋预习班”，他辞别父母，怀着学习西方“技艺”的理想，来到美国就读，成为中国第一批官办留学生中的一员。他17岁考入美国耶鲁大学士木工程系，专攻铁路工程，通过四年的刻苦学习，詹天佑以名列第一的成绩毕业。1881年，清政府将留美中国学生全部撤回国内。在120名被迫回国的中国留学生中，获得学位的只有两人，詹天佑就是其中的一个。
（二）第一条中国人自行设计施工的铁路
1、留学海外归来
回国以后，詹天佑满腔热忱地准备把所学的本领贡献给祖国的铁路事业。但是，当时的清政府洋务派官员迷信外国，一味地依靠洋人修筑铁路，竟差遣学有专长的詹天佑到福建水师学堂学习驾驶海船。后来，他被派到旗舰“扬威”号担任驾驶官，参加了中法战争中的马尾海战，英勇抗击法国侵略者。之后，他几经周折，到1888年才转入中国铁路公司担任工程师，这是詹天佑献身中国铁路事业的开始。
2、勇于承担重任
（1）1905年，清政府决定兴建北京到张家口的铁路。英、俄都想插手这条铁路的修建，由于中国人民的强烈反对，英俄的企图没能得逞。英、俄使者便威胁说，如果京张铁路由中国工程师自己建造，那么修建的一切问题都与英俄两国无关。在这个关键时刻，詹天佑毫不犹豫地接下了这个任务，全权负责京张铁路的修筑。
（2）京张铁路全长虽然只有 ( http: / / www.21cnjy.com )两百多公里，但却要穿越燕山山脉，沿途地形险要，施工之艰难极为罕见。消息传出后，国内外 舆论哗然，外国人根本不相信中国人能完成这样艰巨的工程，认为能修京张铁路的中国工程师还没有出世。国内保守势力也称詹天佑“胆大妄为”“不自量力”。詹天佑顶着压力，坚持不用一个外国工程师，并表示“中国已经醒过来了，中国人要用自己的工程师和自己的钱来建筑铁路”。
3、为修筑京张铁路做出的贡献
（1）在修筑京张铁路的过程 ( http: / / www.21cnjy.com )中，詹天佑在一些关键问题上做出了突出贡献。首先是选线问题。他不辞辛劳地实地考察、科学测算，选定的路线比外国工程师所选的路线在隧道工程上减少了两千多米。
（2）发明了“詹天佑钩”。从北京到张 ( http: / / www.21cnjy.com )家口，火车要经过爬高和下坡，原来两节车厢之间的车钩链子既不牢固又不安全，必须使各节车厢紧紧连接在一起，才能让火车成为一个牢固的整体。詹天佑为此引进和改进了自动挂钩，圆满地解决了这个问题。
（3）发明了双头列 ( http: / / www.21cnjy.com )车。八达岭山区地势险要，坡度大，詹天佑没有采取通常的螺旋式线路，而是从表龙桥起，依着山腰做“之”字形线路，列车行到这里，改用大马力机车从后面顶推列车前进，到“之”字的交叉点时，再加用一台机车在前面把列车往上拉，这样，列车就成了双头列车。一系列难题都詹天佑一一解决了。
（4）詹天佑对铁 ( http: / / www.21cnjy.com )路修建工程提出了“花钱少、质量好、完工快”三项要求。经过筑路工人们的共同奋斗，1909年8月，京张铁路比原定计划提前两年全线通车，节省了28万两银子，工程费用仅及外国人估价的五分之一。
（5）京张铁路是中国第一条不借助外国力量修建的铁路，它的成功建成，大长了中国人的志气，给藐视中国的列强以猛烈的回击，詹天佑也因此名扬中外。
主干知识归结
（三）“中国人的光荣”
詹天佑从事铁路事业三十多年，足迹遍及长城内外、大江南北，他几乎和当时中国的每一条铁路都有不同程度的关系。他终身从事工程建设，鞠躬尽瘁，为中国铁路事业做出了不可磨灭的贡献。1919年，詹天佑在汉口逝世，享年59岁。周恩来曾高度评价詹天佑的功绩，说他是“中国人的光荣”。
三、李四光与地质力学
（一）海外留学，报效祖国
1、1904年，李四光（1889—1971），毕生从事地质科学的研究和教育，是中国地质事业的奠基者和领导者之一。他提出的地质力学理论，为中国的地质、石油勘探和建设事业做出了巨大贡献。
2、“努力学习，蔚为国用”
（1）1904年，李四光因学习 ( http: / / www.21cnjy.com )成绩优秀被选派到日本留学。在日本，他接受了民主革命思想，成为同盟会中年龄最小的会员。孙中山送给他八个字：“努力学习，蔚为国用。”
（2）回国后不久，李四光又去英 ( http: / / www.21cnjy.com )国学习采矿和地质，1918年获自然科学硕士学位。1920年他回国后任北京大学地质系教授，次年任系主任。
（3）新中国成立后，李四光先后担任地质部部长、中国科学院副院长等职。
（二）为祖国经济建设做出贡献
1、地质力学的创始人
李四光是地质力学的创始人。他在青年 ( http: / / www.21cnjy.com )时期，发现了中国第四冰川的痕迹，有力地反驳了中华文明由西方传入的论调；中年以后，主持绘制石油、铀矿分布蓝图，为中国的工业化建设做出重大贡献；晚年更为地震学呕心沥血。
新中国成立之时，中华大地百废兴， ( http: / / www.21cnjy.com )国家建设急需矿产资源，但当时中国的地质事业非常薄弱。李四光作为地质部门主要负责人之一，组织实施了新中国的地质普查勘探工作，使新中国地质事业从小到大，逐步发展起来。
2、推动中国石油和其他矿产资源的开采
李四光主张用力学研究地壳现象 ( http: / / www.21cnjy.com )，探讨地壳运动与矿产分布的规律，把各种构造形迹看做是地应力活动的结果，从而创立了“构造体系”的基本理论。根据这一理论，他分析了中国东部的地质构造特点，认为新华夏构造体系的三个沉降带具有大面积储油层。毛泽东、周恩来根据他的建议，指示有关部门，在松辽平原、华北平原开始大规模的石油勘探。从20世纪50年代后期至60年代，勘探部门相继找到了大庆油田、大港油田、胜利油田、华北油田等大油田，不仅摘掉了中国“贫油”的帽子，有利地支援了国家的工业化建设，保证了国家的能源安全，也使李四光独创的地质力学理论得到了有力的证明。
3、为实现地震预报指明方向
在地震地质工作方面，李四光主张 ( http: / / www.21cnjy.com )在研究地质构造活动性的基础上观测地应力的变化，为实现地震预报指明了方向。直到晚年，李四光仍然以极大的热情关注地震研究。他经常分析大量的观察资料，拖着病体，多次深入实地进行考察，认真研究工作人员绘制的应力值变化曲线，听取震区工作同志的汇报，分析地震发生的原因。直到去世的前一天，他还恳切地对医生说：“只要再给我半个时间，地震预报的探索工作就会看到结果的。”
