人教版普高標準實驗教科書歷史必修3教師用書 第四單元

第四單元　近代以來世界的科學歷程

　　單元引言分析

　　本單元教材引言主要介紹了近代以來自然科學的發展概況，包括兩部分內容。

　　第一部分著重指出文藝復興以來，由於人的思想從宗教束縛中解放出來，重視實踐和理論的結合，促進了科學技術的迅速發展，尤其是歐洲的自然科學取得了巨大成就，在數學、生物學、物理學、化學等眾多領域，理論研究取得了很多劃時代的成果。

　　第二部分則指出了科學技術發展對近代歷史發展巨大的推動作用，同時，概括了近代以來科學技術發展的幾個主階段及其特徵。

　　在學習本單元過程中要既要注意和相關理科學科的聯繫，又要突出歷史學科的特點，既要適當介紹科學知識，又不能陷於其中，重點是強調某種科學進步出現的時代需要和歷史作用。同時，本單元教學也要突出情感態度與價值觀教育，注意了解這一時期科學家取得的重要成果以及對人類生活和社會進步的作用，同時也要關注這些科學巨匠勇於探索、執著追求的科學精神。第11課　物理學的重大進展

　　一、教學目標

　　二、教材分析和教學建議

　　2.教材分析與建議

　　重點

　　伽利略對物理學發展的重大貢獻；經典力學的建立；相對論的提出；量子論的誕生。

　　難點

　　物理學各階段發展的原因；對科學發展創新性的理解。

　　教學內容分析與建議

　　本課教材主要分三個目從四個方面向學生介紹物理學從16世紀末17世紀初到19世紀末20世紀初的重大成就：經典力學的重要奠基者——伽利略、經典力學的建立、從經典力學到相對論、量子論的誕生與發展。這一時期物理學方面的文字、圖片、人物介紹等資料比較豐富，教師可以適當補充一些資料，提高學生學習的興趣。

　　本課引言文字以比薩斜塔上發生的著名故事介紹了義大利物理學家伽利略通過實驗證實落體定律，這件事掀開了近代物理學的序幕。

　　第一目「經典力學」

　　教材主要介紹了16世紀末到18世紀初物理學的發展情況。教材主要寫了兩方面內容：

　　(1) 伽利略對經典力學創立的奠基作用

　　由於伽利略和文藝復興時期近代科學的產生有著直接的聯繫，建議教師在本目教學時首先讓學生回顧文藝復興時期近代科學產生的背景，把本目內容放在這種背景下，有助於學生深入理解伽利略進行科學研究的手段和取得的成就。

　　16世紀末17世紀初，隨著文藝復興運動的擴展和人的思想解放，義大利科學家伽利略認為研究自然界必須進行系統的觀察和實驗。他將科學實驗與數學相結合，進行科學研究，並強調追究事物之間的數學關係。

　　希臘學者亞里士多德認為地球上的物體運動有天然運動和受迫運動。他認為物體的受迫運動是推動者加於被推動者的，推動者一旦停止推動，運動就會立即停止。1604年，義大利物理學家伽利略在實驗中發現：物體下落時的距離與所用時間的平方成正比，而物體下落的速度與物體的重量無關，這就是著名的落體定律。他還通過實驗證實了勻速運動定律和勻加速運動定律。

　　伽利略的研究表明，外力並不是維持運動狀態的原因，而只是改變運動狀態的原因。這是對古希臘哲學家亞里士多德以來有關運動觀念的重大變革，為經典力學的建立奠定基礎。他的發現以及他開始的科學研究方法，是人類思想史上偉大的成就之一，標誌著物理學的真正開端。

　　關於伽利略在天文學方面的貢獻及影響，建議教師在教學本目時利用教材中有關哥白尼「日心說」的【歷史縱橫】中的文字，讓學生進行閱讀。

　　中世紀流行的天文學觀點是托勒密的「地球中心說」，它認為地球是宇宙的中央，日月星辰都圍繞地球運行。文藝復興運動時期波蘭科學家哥白尼提出「太陽中心說」，並寫成《天體運行論》。他提出太陽是宇宙的中心，地球不過是圍繞太陽運行並能自轉的一顆普通行星而已。這就揭穿了所謂「上帝賦予地球特殊地位」的說法，摧毀了上帝創造世界的謬論。

　　義大利科學家伽利略對哥白尼學說的傳播和天文學的發展作出了重要貢獻。1569年他自創了用以觀察天體的第一架望遠鏡，從望遠鏡里他發現月球表面有高山深谷，並不是以前人們所說的月球表面是光滑的；木星有四顆衛星，很相似於行星繞著太陽轉，他看到銀河是由無數恆星組成的，還觀察到哥白尼曾推論的金星有盈虧現象。1632年伽利略出版了《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》。他的這些發現和觀點，摧毀了教會的信條而證明了哥白尼學說的正確。

　　(2)牛頓創立經典力學

　　17~18世紀，近代自然科學中突出發展起來的是經典力學（又稱牛頓力學）。這除了由於工場手工業時期經濟上的需要之外，也是因為力學研究的對象最簡單，它拋開物體的物理、化學性質只把它作為一個質量的實體來看待。在經典力學領域中，最重要的成就是萬有引力定律和運動三定律的發現，這些成就構成了經典力學的基本內容。在經典力學的建立中，曾有許多科學家為之付出心血，牛頓則是其中的集大成者，故經典力學又稱牛頓力學。

　　牛頓是英國著名的物理學家。他在數學、光學等領域均有重大貢獻，最重要的是在力學方面。他在力學方面的貢獻之一是確立了萬有引力定律。這個定律說明，任何兩個物體之間都有引力存在。這個引力與彼此吸引的物體的質量體積成正比，而與兩物體間距離的平方成反比。萬有引力定律總結了此前一個半世紀的科學發明並用精確的數學術語把它們聯結起來了。此外，牛頓還確立了著名的運動三定律，即慣性定律、比例定律（即加速度與力成正比）、作用和反作用相等定律。運動三定律是經典物理學的基礎。牛頓確立的萬有引力定律和運動三大定律成為經典力學建立的標誌。1687年，他出版了《自然哲學的數學原理》，在該書中他首先給力學的基本要領如質量、動量、慣性、力及向心力下了定義，對大至宇宙天體，小至光的微粒的一切物體在真空中或在有阻力的介質中的運動，全部應用運動三定律和萬有引力定律給予了說明，把自然界中的一切力學現象都囊括在他的力學體系之中。《自然哲學的數學原理》一書的出版標誌著經典力學的成熟。牛頓力學在科學史上的意義表現在它把天上和地上的運動統一起來，把萬有引力定律和運動三定律視為宇宙間一切力學運動有普遍規律，從力學的角度證明了自然界的統一性，實現了人類自然界認識的第一次綜合。

　　經典力學最顯著的特徵之一就是注重實驗，實驗可以進一步揭示客觀現象和過程之間內在的邏輯聯繫，並由此得出重要的結論。另一個顯著特徵是它的數學化，這種數學化的根源是自然內在的數學關係。自然的數學結構是近代科學的先驅們深信不疑的真理。

　　經典力學誕生後，產生了極其深遠的影響，此後，光學、電磁學等與力學的進一步統一，大大推動了物理學的發展。

　　經典力學體系的建立標誌著近代科學的形成。

　　第二目「相對論的創立」

　　本目教材介紹了19世紀末20世紀初物理學發展的新階段即物理學界出現了一種嶄新的革命性的理論——相對論。建議教師在教學中從三方面把握教材。

　　（1）相對論提出的歷史背景

　　19世紀末，物理學界連續發生了三個重大事件，這就是X射線、放射性和電子的發現。

　　這三大發現以實驗事實使得原子不可分、不變化的傳統觀念發生了動搖。物理學家們曾認為的似乎已經基本上完成了的經典物理學體系，從根本上出現了動搖，這就是所謂的「物理學危機」。經典物理學所研究的是人們日常生活中易於理解的宏觀世界，三大發現所揭示的卻是人們沒有直接經驗的微觀現象，這表明人們對物質世界的認識已經深入了一個層次。物理學的「危機」沒有嚇倒大多數物理學家，他們繼續向前探索，於是產生了以量子論和相對論的建立為標誌的物理學革命，物理學從此開闢了新的天地。

　　（2）相對論的提出及主要內容

　　過去的物理學都以牛頓的理論為基礎，認為時間和空間是絕對的，兩者是沒有任何直接聯繫的。似乎宇宙間存在著一個永遠走動著的大鐘，在任何情況下，它的速率永遠都是相同的，世界上的一切運動在時間上都以它為度量標準。

　　德國物理學家愛因斯坦經過多年的研究，打破了傳統的絕對時空觀，於1905年提出了狹義相對論和光速不變原理。指出了時間、空間和物體的質量不是絕對不變的，而是隨著物體的運動而發生變化。狹義相對論認為：物體運動時，質量會隨著物體運動速度的增大而增加，同時，空間和時間也會隨著物體運動速度的變化而變化，即還會發生尺縮效應和鐘慢效應。

　　1916年，愛因斯坦完成了廣義相對論的最終形式。在廣義相對論中，引力是被考慮的主要問題。廣義相對論指出：空間和時間不可能離開物質而獨立存在，空間結構和性質取決於物質的分布，使人類進一步深化了對時間、空間和引力現象的認識。廣義相對論又被認為是一種引力理論。

　　（3）相對論提出的歷史意義

　　相對論的提出是物理學思想的一次重大革命，它否定了經典力學的絕對時空論，從本質上修正了由狹隘經驗建立起來的時空觀，深刻地揭示了時間和空間的本質屬性，即：揭示了時空的可變性、時空變化的聯繫性，樹立了新的時空觀、運動觀、物質觀。這一理論被後人譽為20世紀人類思想史上最偉大的成就之一。

　　愛因斯坦的相對論也發展了牛頓力學，將牛頓力學概括在相對論力學之中，推動物理學發展到一個新的高度。

　　第三目「量子論的誕生與發展」

　　本目教材主要介紹了19世紀末20世紀初物理學的另一個重大成就——量子論的誕生與發展。建議教師在教學中從三方面把握教材。

　　（1）量子論誕生的背景

　　教師在教學過程中可結合第三目「相對論的創立」的背景及本目教材第一段內容來分析量子論誕生的背景。

　　19世紀末20世紀初，電子和放射性的發現，打開了原子的大門，使人們對物質的認識深入到了原子內部。但大量的實驗表明，微觀粒子的運動不能用通常的宏觀物體的運動規律進行描述。量子論在這種背景下誕生。

　　（2）量子論的誕生、發展和量子力學

　　為量子論的誕生作出重大貢獻的是德國物理學家普朗克。1900年，他提出了物質的輻射能不是連續的，而是以最小的、不可再分的能量單位即能量量子的整數位跳躍式地變化的量子假說。這個假說宣告了量子論的誕生。

　　在普朗克之後，英國的物理學家盧瑟福和丹麥物理學家玻爾把量子論用於原子結構的研究，證實原子是由帶正電的原子核和帶負電的電子組成。電子在不同軌道上圍繞著原子核運動，當電子從外層軌道跳到內層軌道時就放出相應波長的電磁波。玻爾在此基礎上創立了原子結構的理論。愛因斯坦利用量子論成功地解釋了光電效應出現的現象及光的本質，進一步推動了量子論的發展。20世紀20年代，德國物理學家海森伯和奧地利物理學家薛定諤等創立了物理波理論，指出電子和一切物質粒子都像光一樣，既具有連續的波動性質，又具有不連續的粒子性質。

　　經過這些科學家的共同努力，到1925年左右量子力學最終建立。量子力學是研究微觀世界粒子運動規律的科學。

　　（3）量子論和量子力學的影響

　　在量子論基礎上發展起來的量子力學，極大地促進了原子物理、固體物理和原子核物理等科學的發展。同時，也標誌著人類對客觀規律的認識，開始從宏觀世界深入到了微觀世界。

　　相對論和量子力學的確立是物理學革命的高潮，以物理學革命為先導，帶動了化學、生物學、天文學、地理學等學科的理論也都發生了革命性的突破。量子力學和狹義相對論結合形成原子核物理學，指導製造原子彈、氫彈和建立核電站。量子力學還為電子技術、半導體技術和激光技術等奠定了理論基礎。

　　三、教學設計與案例

　　1.教學設計

　　學習本課內容時，教師可先讓學生閱讀本單元的引言文字，教師講解後，直接導入本課內容。本節內容比較多，在教學過程中要注意詳略得當、突出階段成就。在學習物理學的重大成就時，要充分利用學生了解的知識，激發學生的興趣。對教材中科學家的重要成就，不要重點放在展開史實講過程，而應把重點放在這些成就及其歷史地位和作用。

　　關於「經典力學」一目的教學。建議教師以本課引言文字為素材，通過提問方式引導學生閱讀理解這段文字。設問題一：試舉例說明以前學習過的有關伽利略的成就或貢獻？設問題二：你認為伽利略能夠確定自由落體定律的關鍵是什麼？對你有何啟示？在學生回答的基礎上，教師引導學生進入本目內容的學習。

　　在學習本目內容時，可以利用教材中的兩幅插圖《伽利略望遠鏡及伽利略觀察到的月亮》《伽利略面對教會的審判》。講完本目後可以讓學生討論回答下列問題來進行總結：伽利略在物理學、天文學方面突出的貢獻是什麼？他為什麼會取得這些貢獻？他的這些貢獻有什麼意義？在接下來有牛頓確立經典力學的教學。教師可以通過教材提供的有關牛頓的圖片資料設問：牛頓有哪些重要貢獻？其中最重要的是什麼？在學生回答的基礎上進行學習。

　　學習本目，注意讓學生總結歸納經典力學的顯著特點：實驗與數學緊密結合。同時，結合【資料回放】，對學生進行情感與態度價值觀教育，使學生認識科學家求實謙虛的品德。同時，結合【歷史縱橫】，使學生認識科學知識對事物發展的預見性。

　　關於「相對論的創立」一目的教學。教師可以通過設置問題導入本目，如：19世紀末20世紀初物理學發展的重大成果是什麼？為什麼會出現？在講述相對論的內容和意義時，教師可以讓學生進行歸納，然後結合【學思之窗】提供的資料和插圖，理解相對論的實質內容。學完本目以後，教師可以讓學生思考討論：相對論和經典力學有何區別與聯繫？有何啟示？以此來培養學生的辯證思維能力和理論創新的觀念。

　　關於「量子論的誕生與發展」一目的教學。本目的重點應放在量子論的誕生、發展以及量子力學的意義。在師生對這些內容歸納的基礎上可以讓學生討論：量子論、量子力學與經典力學有何區別？

　　在學完本節內容之後，建議學生設計表格來歸納這一時期所涉及的物理學的重大成就。

　　2.教學案例

　　案例一　在學習伽利略的天文學成就時，用實物投影或幻燈片介紹教材中的圖片《伽利略面對教會的審判》。

　　伽利略在科學領域裡的重大成就，激怒了羅馬教皇及其信徒們，當伽利略寫了《關於兩種世界體系對話》這篇科學巨著後，教會終於露出了猙獰面目，把伽利略投入了監獄。教皇烏爾班八世的御用工具——宗教裁判所在1633年6月21日宣布對伽利略的判決：「我們判決你在宗教法庭監獄內服刑，刑期由我們掌握，為了有益於補贖，命令你在今後3年內，每周背誦7篇贖罪詩篇……」這一紙胡言，竟使伽利略蒙冤300多年，至死都沒有撤銷判決，甚至死後還被禁止舉行殯禮，不準葬入聖太克羅斯墓地。

　　案例二　在學習經典力學時，可讓學生們了解牛頓的生平。

　　四、問題解答

　　【學思之窗】

　　資料略

　　你認為應該怎樣評價牛頓和愛因斯坦的貢獻？

　　解題關鍵：適應時代的需要，推動科學的發展。

　　思路引領：牛頓創立經典力學；愛因斯坦提出相對論。

　　答案提示：牛頓確立了萬有引力定律和運動三定律，之後光學、電磁學等與力學進一步統一，大大推動了物理學的發展，牛頓力學研究的是宏觀世界。愛因斯坦打破了牛頓以來傳統的絕對時空觀，於1905年提出了狹義相對論和光速不變原理，1916年愛因斯坦完成了廣義相對論的最終形式。愛因斯坦的相對論發展了牛頓力學，將牛頓力學概括在相對論力學之中，推動物理學發展到一個新的高度。

　　【探究學習總結】

　　一、本課測評

　　相對論和量子論的出現有什麼意義？

　　解題關鍵：相對論和量子論。

　　思路引領：相對論和量子論與經典力學的不同處。

　　答案提示：相對論和量子論發現人們日常經驗之外的宏觀世界和微觀世界的物質運動規律，不僅推動了物理學的進步，還大大開闊了人們視野，改變了人們認識世界的角度和方式。

　　二、學習延伸

　　20世紀初，愛因斯坦提出相對論後，核能研究得到迅速發展。請查找資料，了解20世紀核能研究發展的基本情況，談一談這一研究的發展對人類社會產生了哪些影響？

　　解題關鍵：核能的發展。

　　思路引領：通過上網或圖書館等途徑查閱相關資料。

　　答案提示：略。(本題的核心是培養學生查閱資料和組織材料的能力，應該鼓勵學生通過不同方式組織材料，鼓勵他們積極發表意見)

　　五、資料與注釋

　　1.原始資料

　　關於科學的論述

　　只要科學家擔負起交流的責任——對於自己乾的那一行儘可能簡明並儘可能多地加以解釋，而非科學家也樂於洗耳恭聽，那麼兩者之間的鴻溝便有可能消除。能更滿意地欣賞一門科學的進展，並不一定非得對科學有透徹的了解。歸根到底，沒有人認為，要欣賞莎士比亞，自己就必須能寫出一部偉大的文學作品。要欣賞貝多芬的交響樂，也並不要求聽者能作出一部同等的交響樂。同樣地，要欣賞或享受科學的成就，也不一定非得躬身於創造性的科學活動。

　　——{美國}艾薩克· 阿西莫夫，轉引自《科學大師佳作系列》中文版序言

　　胡錦濤關於中國科學技術發展的論述

　　載人航天工程是當今世界高新技術發展水平的集中展示，是衡量一個國家綜合國力的重要標誌。我國載人航天工程取得的成就，是改革開放20多年來綜合國力不斷增強、科技水平不斷提高的重要體現。這再一次說明，只要我們堅定不移地堅持黨的基本理論、基本路線、基本綱領和基本經驗，堅定不移地堅持以經濟建設為中心，堅定不移地走改革開放的強國之路，堅定不移地推進經濟社會協調發展，我們就能不斷奪取社會主義現代化建設的更大勝利。

　　……

　　第一，必須堅持以科技進步和創新為先導，努力實現技術發展的跨越。載人航天是當今世界高新科技中最具挑戰性的領域之一，是難度高、規模大、系統複雜、可靠性和安全性要求極強的工程。實施載人航天工程，同當年搞「兩彈一星」並取得成功一樣，有力地推動了我國科技的跨越式發展，帶動了相關學科技術的整體躍升，形成了一批新興產業，對促進我國經濟社會發展具有十分重大的意義。實踐告訴我們，高度重視和充分發揮科學技術的重要作用，努力以科技發展的局部躍升帶動經濟社會發展，是加快發展的一個重要途徑。當今時代，人類正在經歷一場全球性的科技革命，知識創新迅速發展，科技進步日新月異，科學技術越來越成為綜合國力競爭的核心，我們比以往任何時候都更需要加快科技進步和創新的步伐。我國是一個發展中國家，在經濟社會發展的諸多方面特別是科技發展方面同發達國家還有較大差距。我們要趕超世界先進水平，就必須堅定不移地實施科教興國戰略和人才強國戰略，抓住機遇，用好機遇，集聚尖端人才，發揮後發優勢，選准一些對推動經濟社會發展、維護國家安全具有重大帶動作用的領域重點攻關，加速推進全社會的科技進步，實現技術發展的跨越，帶動我國綜合國力的全面提升。

　　——《胡錦濤在慶祝我國首次載人航天飛行圓滿成功大會上的講話》（2003年11月7日）

　　2.課文注釋

　　近代科學誕生的歷史背景

　　近代自然科學革命發生的歷史背景主要包括：

　　首先，新興的資產階級在經濟上和政治上對自然科學的迫切需要。14世紀以後，手工工場發展迅速，生產中的技術改造與機器的逐步採用，向人們提出很多新的問題，需要自然科學予以解決，以促進生產力的更大發展。同時，新興資產階級要求掌握政治權力，他們需要把自然科學作為反對宗教統治爭取思想自由的理論武器。

　　其次，自然科學自身發展的需要。經過中世紀前期的漫長黑夜，自然科學逐漸復興。資本主義生產方式的產生和發展，不僅向自然科學提出大量的研究課題，還提供了豐富的經驗材料以及新的科學實驗條件。

　　最後，文藝復興、地理大發現和宗教改革的推動。文藝復興反對盲從和迷信，提倡獨立的學術研究，為資產階級在政治上取代封建統治作輿論準備，它打破了教會的精神統治，動搖了封建制度的政治思想基礎，為把自然科學從神學中解放出來創造了必要的條件。近代自然科學革命就是在文藝復興運動的高潮中拉開序幕的，首先向宗教神學發起衝擊的是天文學。隨後的宗教改革摧毀了天主教會的精神獨裁，對科學革命也產生了巨大的影響。在此期間，地理大發現也有重要意義，它以實踐證實了地圓學說，為建立新的天文學和地理學奠定了基礎，對近代科學技術的發展有不可估量的意義。更重要的是它所引起的思想觀念的革命，它用實踐突破了所謂經典知識界限，使人的思維方式從權威的盲目崇拜中解放出來。

　　伽利略

　　伽利略（1564—1642），義大利知識淵博的科學家、近代實驗科學的奠基者之一，出生於比薩一個沒落貴族家庭。17歲進比薩大學學醫，但他對物理和數學很有興趣。他做了大量的實驗和研究工作，首次用自製的天文望遠鏡細心地觀察了天體，得出了和哥白尼學說完全相符的結論。伽利略把他在望遠鏡中所觀察到的壯麗景象，到處宣傳，並用觀察到的事實和力學原理作了嚴密的論證，進一步維護和發展了哥白尼的體系。教會向伽利略發出多次警告，但是他無視這一警告，發表了《關於托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話》的巨著，從實踐和理論的高度批駁了地球中心說。伽利略的「異端」活動引起了教會的恐慌，羅馬教皇向宗教裁判所帶頭提出控訴，於是這位體弱抱病的科學家被送進了監牢，遭到審訊，以至被終身軟禁。軟禁期間，他繼續研究物理學，寫出《關於兩門新科學的談話和數學證明》。

　　伽利略對科學研究方法的貢獻

　　近代科學雖然從古希臘科學發展而來，但在研究方法上與古希臘科學卻有很大的不同。古希臘偏重在直觀基礎上的思辨、演繹而輕視經驗，近代卻注重實驗和歸納，同時也不排斥數學和演繹的作用，因而近代科學又被稱為實驗科學。實驗科學的倡導者是中世紀後期的羅吉爾·培根，他已充分認識到只有實驗方法才能給科學以確定性。文藝復興時期的義大利科學家和藝術家達·芬奇也領會到觀察和實驗是科學認識的重要方法。近代科學方法的真正形成是在17～18世紀，伽利略創立的實驗和數學相結合的科學研究方法是近代自然科學研究問題的一般程序和經典方法。這種方法是在觀察實驗的基礎上，經過邏輯推理和數學計算，對未知的自然現象提出假定性的說明和定量的描寫，然後再用實驗加以檢驗的方法。伽利略雖然強調實驗、經驗和歸納，但又反對狹隘經驗論，強調理智的作用，強調數學和演繹方法的重要性，主張運用理智把自然過程加以純化和簡化，並且把尋找自然界的數學關係作為研究的重要目標。正是從數學演繹的觀點出發，伽利略非常重視對觀察、實驗的結果進行定量的計算和分析，這比起古希臘和中世紀的學者只注重定性研究是一大進步。伽利略的實驗—數學方法開創了近代自然科學研究中經驗和理性相結合、定性和定量相結合的傳統，這對物理學乃至整個近代自然科學都產生了深遠的影響，在科學方法的發展史上更具有重要的意義。

　　落體定律對亞里士多德運動觀念的重大變革

　　亞里士多德有一個著名的「落體運動法則」：落體的速度與重量成正比。據此理論，一個重10千克的物體，其下落速度一定是重1千克物體的10倍。這種看法在經驗中確實可以找到證據，比如一根羽毛就比一塊石頭後落到地面，但是也不難找到反證，比如一個同樣大小的鐵球和木球從等高處下落，幾乎無法區分哪一個先到達地面。

　　伽利略決定用實驗來反駁亞里士多德的理論。有人記載伽利略曾在義大利比薩斜塔上做過自由落體的實驗。結果兩個重量相差10倍的球同時落地，證明了亞里士多德的觀點是錯誤的。不過經後世史學家考證，伽利略並沒有在比薩斜塔上做過落體實驗。儘管如此，伽利略還是根據小球沿斜面滾動的實驗證實了自己的猜想。他發現小球滾動的加速度與小球的重量無關，只與斜面的傾斜度有關。斜面的傾角達到90度時，物體就成了自由落體。從1602年開始，伽利略著手研究相關的運動問題。1604年，伽利略設計了斜面實驗，經過多次努力，終於探清了在斜面上滾動的小球的運動情況，他所面臨的困難主要是沒有準確的計時裝置，他先後用過脈搏、音樂節拍和水鍾。他先發現球滾過全程四分之一所花的時間，正是滾過全程所花時間的一半，最後更為精確地知道，在斜面上下落物體的下落距離同所用時間的平方成正比，這就是著名的落體定律。因此他的實驗明確的表明自由落體運動的速度與重量無關。這是對古希臘哲學家亞里士多德的運動觀念的重大變革。

　　勻速運動與勻加速運動

　　伽利略在研究自由落體運動時，首先遇到了概念上的困難，因當時還沒有人對速度進行過定量和定義。伽利略雖然發現了落體定律，但卻錯誤地認為速度與距離成正比，後來才認識到速度與時間成正比。因此，對於伽利略來說，重要的是先對勻速運動和勻加速運動進行定量和定義。在《兩門新科學》中，這樣的概念終於以公理的形式被創造出來。勻速運動是指運動質點在任何相等的時間間隔里經過的距離皆相等，勻加速運動是指運動質點在相等的時間間隔里獲得相等的速率增量。有了這兩個新概念，人們就能從斜面實驗中獲得更多的教益。小球從斜面上滾下後繼續沿著桌面滾動，此時斜度為零，重力的作用為零，不再有加速度，因此，球就會永遠保持勻速運動。這意味著，外力不是維持物體運動狀態的原因，而只是改變物體運動狀態的原因，這是對亞里士多德運動觀念的重大變革。後來牛頓將之概括為運動第一、第二定律。

　　地心說與日心說

　　（1）地心說。中世紀時，基督教會宣揚的宇宙觀是宇宙是一個封閉的大盒子或大帳篷，天是盒（篷）蓋，地是盒（篷）底，聖地耶路撒冷居盒（篷）底的中央，日月星辰懸掛在蓋上，此即所謂的「宇宙帳篷說」。後來，亞里士多德和托勒密所提出的希臘宇宙體系逐漸深入人心，托馬斯·阿奎那將亞里士多德理論融入基督教神學之後，地心理論即獲得了正統地位。地球居宇宙中心的思想被賦予了宗教意義，人類及其居住的地球被置於上帝的懷抱之中，沐浴著上帝的光輝，並被聖恩所籠罩。上帝位處宇宙的最外層，推動著宇宙的運行，注視著人類的一舉一動。托勒密的宇宙體系還被賦予一種人間的等級結構，即天上高貴，地下卑賤，越往高處越進入神聖美妙的境地。但丁的《神曲》對這一等級宇宙體系作了詩意的描述，在《天堂篇》中，但丁在少女貝亞德的引領下依次上升到了月球天、水星天、金星天、太陽天、火星天、木星天、土星天、恆星天、水晶天（原動天），並在原動天那裡窺見了上帝的景象，沉浸在至高無上的幸福之中。

　　（2）日心說。隨著天文觀測技術的發展，地心說體系已是破綻百出。文藝復興時期已有許多進步思想家和天文學家對它表示懷疑。但真正打破該體系的是16世紀波蘭偉大的天文學家哥白尼。哥白尼發現托勒密的理論雖然可以給出同觀測資料相符合的數據，但他描述的天空圖景顯得複雜凌亂，毫無統一性和規律性。經過多年悉心研究，哥白尼得出了地球不是宇宙中心的結論。他在1510年指出：太陽是宇宙的中心，地球和行星都圍繞著太陽運動，只有月亮才真正圍繞地球旋轉。以後哥白尼又根據親自獲得的20多項新的觀測事實和大量複雜的數學計算結果，對上述結論作了許多修改和補充。1530年，終於圓滿地完成了日心說的建立工作。在1543年出版的《天體運動論》中，哥白尼向人們描述了他的宇宙圖景：太陽位於宇宙的中心，有五顆當時已知的行星和地球圍繞太陽旋轉。《天體運行論》發表後，遭到了馬丁·路德的反對和責難，他把哥白尼叫做「想要把天文學這門學科弄顛倒」的蠢人。但並未引起羅馬教廷的注意。70年後的1616年被羅馬教廷列為禁書，300年後才解除禁令。

　　牛頓

　　牛頓（1642—1727）是著名的英國科學家，在物理學、數學、天文學等許多方面作出了卓越的貢獻。牛頓出生於英國的林肯郡，1665年畢業於著名的劍橋大學三一學院，獲得學士學位。三年後又獲得文學碩士學位。1669年，開始擔任三一學院的教授。牛頓最突出的貢獻是在力學方面，他在前人的研究基礎上，總結出了機械運動的三個基本定律，還發現了萬有引力定律，把地球上物體的力學和天體力學統一到一個基本的力學體系之中，創立了經典力學體系。這一力學體系正確地反映了宏觀物體低速運動的客觀規律，實現了自然科學的一次大綜合，是人類認識自然界的一次大飛躍。在光學方面，牛頓也作出了巨大貢獻。他在1666年用三稜鏡分析日光時，發現了日光是由不同的顏色即不同波長的光構成的，奠定了光譜分析的基礎，製作了牛頓色盤。他在1704年出版了《光學》一書，創立了光的「微粒說」。同時，他在熱學方面也有研究成果，確定了冷卻定律，這一定律表明：當物體表面與周圍存在溫度差時，單位時間內從單位面積上散失的熱量與這一溫度差成正比。在數學方面，他與萊布尼茲幾乎同時創立了微積分學，同時，他還在前人研究基礎上，建立了二項式定理。在天文學領域，他在1671年創製了反射望遠鏡，初步考察了行星的運動規律；他還解釋了潮汐現象，並預言地球不是正球體，並由此說明了歲差現象。1687年，他發表了著名的《自然哲學數學原理》一書，用數學方式解釋了哥白尼的學說和天體運動的現象，闡明了機械運動三定律和萬有引力定律等。在哲學思想上，牛頓認為時間、空間是客觀存在的，但同時也認為時間和空間同運動的物質是脫離的，相互之間沒有必然的聯繫，進而提出了所謂的絕對時間和絕對空間的概念。牛頓曾經長期擔任英國皇家學會會長，他還擔任過英國議會議員，被授予爵士稱號。1727年病逝，被安葬於威斯敏斯特教堂，這是一種極高的榮譽。

　　《自然哲學的數學原理》

　　牛頓的主要研究成果集中在其不朽的名著《自然哲學的數學原理》一書中。這裡所謂的「自然哲學」實際上就是指物理學。在古代，自然科學是以自然哲學的形式出現的。《自然哲學的數學原理》全書分為兩大部分。第一部分包括：「定義和注釋」和「運動的基本定理或定律」。這部分雖然篇幅不大，卻極為重要。第二部分是這些基本定律的作用，包括三篇：第一篇是研究萬有引力的；第二篇討論介質對物體運動的影響；第三篇是「論宇宙系統」。在該書的第一部分中，牛頓首先給力學的基本概念如質量、動量、慣性、力及向心力下了定義，說明了絕對時間和絕對空間的含義。接著陳述了他總結和創立的運動三定律和矢量合成原理。牛頓對運動三定律的表述如下：運動第一定律（又稱慣性定律）：任何物體將保持它的靜止狀態或勻速直線運動狀態，直到外力作用迫使它改變這種狀態為止。運動第二定律：運動的變化與所施的力成正比，並沿力的作用方向發生。運動第三定律：每一個作用總是有一個相等的反作用和它對抗；或者說，兩物體彼此之間的相互作用永遠相等，並且各自指向對方。《自然哲學的數學原理》以牛頓三大運動定律和萬有引力定律為基礎，建立了完美的力學理論體系，說明了當時人們所能理解的一切力學現象，解決了行星運動、落體運動、微粒運動、聲音和波、潮汐以及地球的扁圓形狀等各種各樣的問題。在此後二百多年中，再也沒有人補充任何本質上的東西。直到20世紀量子力學和相對論問世，才使力學擴大了範圍。

　　天王星和海王星的發現

　　18世紀以前，人們都以為土星就是太陽系的邊界。隨著觀測技術的進步，人類對太陽系的認識有了突破。1781年，英國天文學家赫舍爾在用望遠鏡觀察天空時，發現在土星之外的金牛座群星中有一顆既不像恆星又不是彗星的星星，後來英國天文學家麥斯克雷弄清楚了它是一顆前所未知的行星，新行星以希臘神話中的薩都恩神（土星以此命名）的父親、天神烏蘭納斯來命名新行星，中文譯為天王星。其後人們按照當時的觀測編製了天王星的運行表。但到了1830年，人們發現它的實際運行情況與運行表所推算的數值存在著明顯的差別，根據萬有引力理論，這種「越軌」現象使天文學家們考慮到在它的附近可能有一顆未知的行星干擾著它的運動，根據萬有引力定律，人們可以從天王星的行為中推算出這顆未知行星的位置。1845年10月，英國劍橋大學學生亞當斯首先得出了計算結果，但未被引起重視。1846年8月，法國天文學家勒維烈經過自己的計算，公布了這顆未知行星的軌道參數。三個多星期後，德國天文學家加勒根據勒維烈計算的數據果真找到了這顆行星，這就是海王星。海王星的發現是牛頓力學在天文學運用上的偉大勝利，它標誌著天體力學已趨於成熟。

　　經典力學的歷史地位

　　經典力學作為近代力學革命的最終成果，它的建立在近代科學發展史上具有劃時代的意義。第一，為力學學科確定了基本概念和基本定律，使力學形成系統化和理論化的知識體系而達到成熟和完善，並帶動了其他學科的發展。第二，把天上和地上的運動統一起來，實現了人類對自然界認識的第一次大綜合。自古以來，天上和地上被看作各自遵從不同的力學運動規律的兩個世界，經典力學打破了二者之間的界限，把萬有引力定律和牛頓運動三定律視為宇宙間一切機械運動的普遍規律，從力學上證明了自然界的統一性，從而把人類對整個自然界的認識推進到一個新階段。第三，把人們對機械運動的認識從運動學的水平提高到動力學的水平。經典力學不僅描述了物體運動的圖景，而且揭示了運動的原因，使人們既了解物體怎樣運動，又能夠說明為什麼這樣運動，這標誌著人類對自然界的認識更深化了一步。第四，把對物體運動狀態的描述從變化的結果提高到對變化過程的認識。

　　經典力學的困境

　　在經典力學體系中，時間和空間的量度是絕對不變的。正如牛頓在《自然哲學的數學原理》一書中寫的：「絕對的空間，就其本性而言，是與外界任何事物無關而且永遠是相同的和不動的。」隨著生產實踐，特別是科學實驗的發展，卻出現了一些由「絕對時空觀」解釋不了的實驗事實。比如，電磁波、光的傳播和快速的電子運動，等等，都不遵循牛頓的力學定律。為了檢驗以太存在的假說，1887年，美國物理學家邁克耳遜和莫雷，利用光的干涉效應，觀察干涉條紋的移動，試圖探測地球相對於以太運動的速度，尋找以太絕對靜止坐標系。雖然實驗本身達到了很高的精確度，但是並未觀察到干涉條紋的移動。這個實驗被許多人所重複，結果都相同。實驗的「零」結果否定了以太風的存在，這就是以太的飄移實驗。很顯然，新的發現與古典理論發生了矛盾，迫使人們重新考慮、大膽懷疑絕對時空觀的正確性。新的實驗表明，牛頓力學的致命弱點，就是把時空和物質運動割裂開來，忽視了它們之間的內在聯繫，因而當物體運動接近光速時，牛頓理論的終極真理性被否定了。這種狀況表明，一種新的更為普遍性的理論的產生已不可避免了。

　　愛因斯坦

　　艾伯特·愛因斯坦（1879—1955），美籍德國物理學家。1879年3月14日誕生在德國烏爾姆的一個猶太人家中。1894年舉家遷居義大利米蘭。1900年畢業於瑞士蘇黎世工業大學。1901年入瑞士國籍。1902年6月至1909年10月，在瑞士專利局任技術員。1909年10月，任蘇黎世大學理論物理學副教授；1911年3月，在布拉格任德意志大學理論物理學教授；1912年10月，任蘇黎世工業大學理論物理學教授；1914年4月，在柏林任德國威廉皇帝物理研究所所長兼柏林大學教授。1933年，因受納粹迫害，移居美國。1940年入美國國籍。1955年4月18日逝世。愛因斯坦被認為是最富於創造力的科學家，他不但創立了相對論，還提出了光量子的概念，得出了光電效應的基本定律，並揭示了光的波粒二重性本質，為量子力學的建立奠定了基礎。為此榮獲1921年度的諾貝爾物理學獎。同時，他還證明了熱的分子運動論，提出了測定分子大小的新方法。

　　狹義相對論

　　1905年6月，愛因斯坦完成題為《論運動媒質的電動力學》的論文，提出了狹義相對論。此後，愛因斯坦又連續發表幾篇論文，建立起狹義相對論的全部框架。

　　愛因斯坦的狹義相對論是建立在兩個基本假設基礎之上的。第一個假設是相對性原理，即物體運動狀態的改變與選擇任何一個參照系無關；第二個假設是光速不變原理，即對任何一個參照系而言，光速都是相同的。從兩個基本假設出發，愛因斯坦得出如下新的結論：（1）運動物體在運動方向上長度縮短。（2）運動著的時鐘要變慢。（3）任何物體的運動速度都不可能超過光速。（4）同時性是相對的，在一個慣性系中同時發生的事情，在另一個運動著的慣性系中測量便不是同時發生的。（5）如果物質速度比光速小得多，相對論力學就變為牛頓力學，比起牛頓力學來，相對論力學具有更普遍的意義。（6）物體的能量等於物體的慣性質量乘以光速的平方。

　　愛因斯坦的狹義相對論，在我們的日常生活中是很難理解的，因為我們日常接觸的都是遠遠小於光速的運動，根本無法察覺到愛因斯坦相對論所描述的相對論效應：長度變短、時鐘變慢。但如果接近光速的運動能變成現實的話，一個以這樣速度運動的人，在另一個靜止的觀察者看來就可能只是一條線。另外還會出現這樣的景象：一個人坐上光子火箭，以接近光速的高速度去作星際航行。一年後他回來了，發現兒子已經是白髮蒼蒼的老人，而自己還是那樣年輕。中國古代傳說中的「天上方一日，人間已一年」就可用相對論得到解釋。

　　廣義相對論

　　1915年，愛因斯坦完成了創立廣義相對論的工作，並於1916年寫成總結性論文《廣義相對論的基礎》。這篇論文的發表宣告了廣義相對論的誕生。

　　廣義相對論實際上是關於空間、時間與萬有引力關係的理論，它指出空間、時間不可能離開物質而獨立存在，空間的結構和性質取決於物質的分布。狹義相對論已指出時間、空間是一個整體，即四維時空。廣義相對論進一步指出，物質的存在會使四維時空發生彎曲，萬有引力並不是真正的力，而是時空彎曲的表現。如果物質消失，時空就回到平直狀態。

　　廣義相對論認為，質點在萬有引力作用下的運動，如地球上的自由落體、行星圍繞太陽的運動等，是彎曲時空中的自由運動——慣性運動。它們在時空中描出的曲線，雖然不是直線，卻是直線在彎曲時空中的推廣——短程線，即兩點之間的最短線。當時空恢復平直時，短程線就成為通常的直線。

　　可以打這樣一個比方來說明時空彎曲。假如四個人各拉緊床單的一個角，床單這個二維空間就是平的。放一個小玻璃球在上面，如果不去推它，它就會保持靜止或勻速直線運動狀態不變（假設床單是足夠光滑的，微小的摩擦力忽略不計）。如果在床單中央放一個鉛球，床單就會凹下去，這個二維空間就彎曲了。這時，如果再放置一個小玻璃球，它就會滾向中央的大球。按照牛頓的觀點，這是由於大球用「萬有引力」吸引小球。按照愛因斯坦的觀點，則是由於大球的存在使空間彎曲了，並不存在什麼「引力」，小球落向大球乃是彎曲空間中的自由（慣性）運動。

　　當然，上面這個比喻，說的只是「空間」彎曲，而廣義相對論說的則是四維「時空」的彎曲。太陽的存在使四維時空彎曲了。行星繞日運動，就是在彎曲時空中的慣性運動，行星軌道是四維時空中的短程線，根本就不存在什麼萬有引力。

　　廣義相對論指出，在引力場的區域，空間的性質不再服從歐幾里德幾何，而是遵循非歐幾何，並得出結論：現實的物質空間不是平直的歐幾里德空間，而是彎曲的黎曼空間（即三角形三個內角之和大於180度、曲率為正的空間），它的彎曲度取決於物質在空間的分布情況。物質密度大的地方，引力場的強度也大，空間彎得也厲害，時間也要相應地變慢。愛因斯坦為了證明廣義相對論思想的正確性，他作出了三個預言：

　　第一，水星近日點的運動。自1859年發現水星近日點的運動以來，有每百年43秒的變動是用牛頓力學無法解釋的。曾有人懷疑這是由一顆未發現的星引起的，但天文觀測一直沒有發現這顆星。愛因斯坦廣義相對論，通過理論計算說明，太陽引力使空間彎曲，水星近日點的進動每百年就應有43秒的剩餘值。

　　第二，光譜線的引力紅移，即在強引力場中，光譜應向紅端移動。這一結論後來被天文觀測所證實。

　　第三，引力場使光線偏轉。愛因斯坦預言，光線經過太陽表面，將會發生1.75秒的偏轉。1919年5月29日發生日全食，在英國天文學家愛丁頓的建議下，英國皇家學會組織了兩路觀測人馬，分赴巴西北部的索布拉爾和西非的普林西比島，拍攝了日全食時在太陽周圍看到的恆星照片。愛丁頓把這些照片和半年後的夜晚拍攝的天空同一位置的照片進行細緻的對照，最終結論是，星光在太陽附近的確發生了偏轉，並且數值與愛因斯坦的預言極為接近。這結果一公布，立即轟動了世界。人們開始把愛因斯坦與牛頓相提並論。

　　普朗克和量子論的發展

　　普朗克（1858—1947）是近代偉大的德國物理學家、量子論的奠基人。1858年4月23日生於基爾。1879年普朗克在慕尼黑大學獲得博士學位後，先後在慕尼黑大學和基爾大學任教。1900年，他在黑體輻射研究中引入能量量子。12月14日，在德國物理學會的例會上，普朗克作了《論正常光譜中的能量分布》的報告。在這個報告中，他激動地闡述了自己最驚人的發現。他說，為了從理論上得出正確的輻射公式，必須假定物質輻射（或吸收）的能量不是連續地而是一份一份地進行的，只能取某個最小數值的整數倍。這個最小數值就叫能量子，輻射頻率是ν的能量的最小數值ε=hν。其中h，普朗克當時把它叫做基本作用量子，現在叫做普朗克常數。由此，量子論創立。由於這一發現，普朗克獲得1918年諾貝爾物理學獎。他一生髮表了215篇研究論文和7部著作。在普朗克誕辰80周年的慶祝會上，人們「贈給」他一個小行星，並命名為「普朗克行星」。量子論不僅給光學，也給整個物理學提供了新的概念，故通常把它的誕生視為近代物理學的起點。

　　第一個意識到量子概念的普遍意義並將其運用到其他問題上的科學家是愛因斯坦，他建立了光量子理論解釋光電效應中出現的新現象。此外，玻爾、德布羅意等許多科學家也對量子論的發展作出了重要貢獻。量子論的發展經歷了三個主要階段：古典量子論（普朗克、愛因斯坦、玻爾、索未菲、康普頓），量子力學（德布羅意、薛定諤、海森伯、約爾丹、玻恩）以及最新的相對論量子力學或量子場論。但是，否定量子論或對它有疑問的科學家也不少，即使是贊同量子論的科學家之間也有很大的爭論，如愛因斯坦和玻爾。儘管人們對量子理論的爭論一直沒有消除，但它在實踐中獲得的成就卻是令人吃驚的。用量子理論來研究金屬和寶石這些晶體，可以解釋很多現象，例如，為什麼銀是電和熱的良導體卻不透光，金剛石不是電和熱的良導體卻透光？實際上，更為重要的是量子理論很好地解釋了處於導體和絕緣體之間的半導體的原理，為晶體管的出現奠定了基礎。而且量子論在工業領域的應用前景也十分美好。科學家認為，量子力學理論將對電子工業產生重大影響，是物理學一個尚未開發而又具有廣闊前景的新領域。

　　相對論—量子力學革命

　　相對論—量子力學革命發生於19世紀末20世紀上半期，是在物理學許多新發現的基礎上爆發的一場現代物理學革命。1905～1916年，愛因斯坦創立了相對論。1905年他發表了具有劃時代意義的論文《論動體的電動力學》，提出了不同於傳統觀念的時間、空間理論。他稱該理論為「相對性理論」，簡稱「相對論」，後來他又稱它為「狹義相對論」，並把它的發展形式叫做「廣義相對論」。狹義相對論的核心是空間和時間的統一性。相對論不僅引起了時空觀的革命，也帶來了整個物理學的革命，其中最突出的是關於物體的質量和能量相當性的推論。愛因斯坦提出：「引力場同參照系的相當的加速度在物理上完全等價。」這就是「等效原理」。發現等效原理，愛因斯坦認為這是他「一生中最愉快的思想」。由於等效原理，他推斷，在引力場中，時鐘要變慢，光的路程要彎曲。1916年，愛因斯坦完成了完整的總結性論文《廣義相對論的基礎》。廣義相對論的引力論同牛頓的引力論在本質上完全不同。它使人類的認識由宏觀物質世界的低速運動進入宇觀高速運動，超越了牛頓經典物理學的特定範疇，建立了現代的時空觀和引力理論。

　　20世紀初，德國物理學家普朗克創立了量子論。他大膽地假設：物體在發射輻射和吸收輻射時，能量不是連續變化的，而是以一定數量值的整倍數跳躍式地變化的，也就是說，在輻射的發射或吸收過程中，能量不是無限可分的，而是有一個最小的單元。這個不可分的能量單元，普朗克稱之為「能量子」或「量子」。1900年12月14日，普朗克向德國物理學會宣讀了《關於正常光譜的能分布定律的理論》的論文，這就是量子論的誕生。愛因斯坦意識到，量子概念帶來的將是整個物理學的根本變革。他指出，關於光的產生和轉化的瞬間現象，波動論的結論同經驗不符。要解釋這類現象，只能假設光是由能量子所組成。這種能量子，他稱為「光量子」。美國化學家路易斯1926年把光量子取名為「光子」。同年，量子力學建立。量子力學是繼相對論之後對古典物理學的又一次重大的突破，它向人們提供了一種新的關於自然界的表達方法和思想方法。相對論和量子力學的創立，推動了整個自然科學的革命性發展。

　　為什麼愛因斯坦沒有因為相對論而獲得諾貝爾物理學獎？

　　美國科學史專家羅伯特·馬克·弗里德曼博士耗時二十多年，通過發掘與諾貝爾獎評獎當事人有關的大量書信、日記、評審報告等素材，撰寫成一本有關諾貝爾獎評獎內幕的書，這本書的書名是《權謀：諾貝爾科學獎的幕後》，已由上海科技教育出版社出版了中譯本。那麼，在諾貝爾物理學獎評審委員會裡，究竟是誰不想讓愛因斯坦獲獎？該書作者揭示出，這個人是瑞典皇家科學院的權威古爾斯特蘭德。這個著名醫生說：「愛因斯坦的理論作為一個智識成就不具備可考慮授予諾貝爾獎的物理學價值。」（該書第163頁）結果，古爾斯特蘭德毫不費力地在委員會中做了一個經典的外科「手術」，成功地「切除」了愛因斯坦獲獎的可能性。另外，委員會另一個核心人物哈塞爾貝里對愛因斯坦的理論也無好感。直到1922年，哈塞爾貝里去世，奧森添補了委員會的空缺，愛因斯坦才得到獲獎的機會。事實上，在這件事情上，奧森也頗費了一番心思，其策略是不以委員會中大多數人反對的相對論，而是以普遍被接受但是重要性稍遜的光電效應定律，提出為愛因斯坦授獎，他成功了。應該說，是愛因斯坦為諾貝爾獎增添了光彩，而不是諾貝爾獎成全了愛因斯坦。

　　3.插圖說明

　　《伽利略望遠鏡及伽利略觀察到的月亮》

　　1608年，荷蘭的眼鏡匠利帕希（1570—1619）造出了第一架望遠鏡。事情是極為偶然的，他的一個學徒沒事幹時拿兩個透鏡片在眼前對著看，結果發現遠處的物體變得近在眼前而且清晰，學徒將這件怪事告訴了利帕希，利帕希經試驗證明確實有這種效果，他就將兩個透鏡片裝在筒里，製成了人類歷史上第一架望遠鏡。第二年，伽利略從朋友那裡得知這種新儀器，他立即動手製作了一架，並且不斷改進，於12月造出一架能放大約30倍的望遠鏡。

　　用這架望遠鏡，伽利略首先發現了月亮上的山脈和火山口，次年1月，他又發現了木星的四顆衛星。這一發現對於證實哥白尼學說具有重大的意義，托勒密學說的維護者們有一個很強的理由，他們說只有地球才可能有天體繞著轉動，因為這些天體是地球的僕從。3月，伽利略將他的新發現寫成了《星界的報告》一書，在書中敘述了他用望遠鏡觀察到的新天象，即月亮並不像亞里士多德所說的那樣完美無缺，木星有四顆衛星，它們繞木星而不是繞地球轉動，銀河由大量恆星組成。

　　4.參考書目

　　《百年科學發明》，黃天祥主編，吉林科學技術出版社2000年版

　　《百年科學發現》，姜岩主編，吉林科學技術出版社2000年版

　　《大突破：20世紀重要科技發明與發現》，王一川主編，東方出版社2000年版

　　《科學技術史新編》，施若谷編著，廈門大學出版社1998年版

　　《青年必知科學歷程手冊》，劉里遠主編，中國國際廣播出版社2000年版

　　《科學的歷程》，吳國盛著，北京大學出版社2002年版

　　《科學的故事》，林成滔編著，中國檔案出版社2001年版

　　一、 教學目標

　　二、教材分析和教學建議

　　1．知識結構

　　2．教材分析與建議

　　重點

　　達爾文進化論產生的歷史條件及進化論思想的影響

　　難點

　　達爾文進化論思想的內容

　　教材內容分析與建議

　　本課引言從生物學研究的發展和生物學知識的積累；西方思想解放運動的高漲；科學技術的發展和達爾文的主觀努力等四個方面闡述了生物進化論的誕生和人類破解生命起源之謎取得重大突破的歷史必然性。旨在說明達爾文生物進化思想是時代進步的綜合產物，同時也是科學家頑強探索、大膽創新的結果。引言提綱挈領，建議教師引導學生認真分析以加深學生對教材正文的理解。

　　本課教材主要從兩個方面向學生介紹了人類在生命起源問題上兩種截然不同的觀點，即神創說和進化論思想。進化論思想取代神創說反映了人類認識水平的不斷提高，揭示了人類認識的普遍規律；這兩種觀點產生的特定時代背景和對歷史的重大影響，則說明了社會存在和社會意識的相互作用。建議教師在教學過程中，適當補充一些翔實的材料，加深學生對這兩種觀點的認識，並注意培養學生的理性思維能力，提高學生的認識水平，使學生在學習過程中樹立正確的世界觀。

　　第一目「教會的禁錮」

　　教材以簡潔的筆觸敘述了進化論誕生之前，世界各種文化對生命起源的共同認識──神創說，著重介紹了基督教世界的上帝創世說及由此而形成的基督教神學的精神獨裁。

　　（1）世界是神創造的──神創說

　　由於神創說是本課重要概念，建議教師對神創說作簡單介紹，以便使學生明白幾千年來人類對生命起源的總體認識，並為分析神創說統治世界幾千年的原因奠定基礎。

　　世界各民族由於所處的地區、生產活動、生活習俗都不盡相同，在此基礎上也就產生了不同的文化。各種文化都毫無例外地留下了關於人類起源的神話。這些神話雖然說法不一，並帶有強烈的民族特色，但都認為世界的萬物，包括人類，都是神創造的，這就是神創說。

　　（2）基督教的上帝創世說和精神獨裁

　　在歐洲封建社會，基督教是當時人們普遍信仰的宗教，基督教神學也由此成為包括和貫通一切的「科學的皇后」。基督教神學認為：上帝在7天的時間內按一定的次序「各從其類」地創造世界，最後用泥土按自己的形象造人，他用泥土創造了男人亞當，用亞當的一條肋骨創造了女人夏娃，他們就是人類的始祖。所以上帝是一切存在的本原。基督教神學還為現實社會的不平等進行辯護，這適應了封建統治者的需要，基督教會成為封建統治的精神支柱。基督教神學教義也被奉為金科玉律，一切與其不符的學說則統統被斥之為「異端」而遭無情打擊和迫害，由此形成了基督教神學的精神獨裁。

　　教學建議，本目不是教學重點，不用花費太多的力氣，但要注意：第一，可適當引用《聖經》中的有關故事來烘托課堂氣氛。第二，設計問題讓學生思考「神創說」能夠成為生命起源的早期共識並長期流行的原因，以此提高學生的分析和發散思維能力。第三，學生閱讀【歷史縱橫】，了解教會對科學研究的禁錮情況。

　　第二目「拉馬克和早期生物進化思想」

　　（1）早期生物進化思想誕生的歷史背景

　　教材從社會歷史的各個方面和不同的角度，說明了進化論能夠在19世紀中期誕生的歷史條件。

　　歐洲思想解放運動的高漲是催生進化論思想的重要條件。16世紀以來，隨著資本主義的產生，新興的資產階級為了維護自身的政治、經濟利益開始在意識形態領域展開反封建鬥爭，文藝復興、宗教改革和啟蒙運動相繼發生。這三大運動有力地衝擊了基督教神學，摧毀了基督教會的精神獨裁，極大地促進了歐洲的思想解放，使資產階級「人文主義」和「理性主義」深入人心。這就使人類的視野不斷拓展，思想文化領域更加開放，風氣更活躍。面向現實世界，重視實踐，崇尚理性的追求蔚然成風。

　　資產階級革命和工業革命對進化論的誕生起了巨大的推動作用。17~18世紀的西歐，更是一個狂飈突進的時代，英法相繼爆發資產階級革命，封建專制統治被推翻，為資本主義發展創造了條件。同時由於世界市場擴大的需求，工業革命從英國興起並進而席捲歐洲，資本主義迅猛發展。資本主義的發展一方面為科學技術的發展創造了條件，另一方面也對科學技術提出了新的要求。

　　科學技術進步，生物學知識的積累為進化論的誕生奠定了基礎。文藝復興運動和啟蒙運動之後，伴隨著經濟的發展，科學技術獲得長足進步，這為生物學研究創造了條件。19世紀初期，生物學本身也有了較大的發展，特別是細胞學說的建立。細胞學說是德意志生物學家施萊登和施旺於1838～1839年建立的。該學說認為一切動物和植物都是由細胞組成，細胞是生命的基本單位，一切有機體都是由單一細胞發展而成的,每個細胞不僅能獨立地活動，而且能作為整個機體組成單位而行使其功能。這就揭示了所有生命現象的本質統一性。細胞學說被恩格斯稱為19世紀自然科學的三大發現之一。細胞學說為生物進化論的創立奠定了基礎。

　　進化論產生的歷史條件是教材的重點內容，教材在敘述時涉及面寬，跨度大。建議教師在教學過程中引導學生用普遍聯繫的觀點對教材內容進行認真分析和歸納，以培養學生分析歸納問題的能力；同時加深對進化論是時代進步的綜合產物的認識，進一步把握政治、經濟、思想、科學幾者之間的關係，充分體會歷史發展的複雜性。

　　（2）拉馬克的早期生物進化思想

　　關於生物進化思想的科學闡述，是一個長期的歷史的總結。從18世紀後期開始至少有30多位學者用科學精神探討過這個問題，並為此取得了不同程度的成果。把生物進化作為一門科學進行探討，並首次提出系統進化學說的是19世紀初（1809年）的拉馬克。拉馬克是著名的法國植物學家、動物學家、進化論者。他的主要著作是1788年問世的《法國植物志》和1809年問世的《動物哲學》。他一生為了反對神創說和物種不變論，遭到了各種非難和攻擊。但他從未因此而動搖自己的信念。他還始終把為科學事業作出貢獻當做自己最大的樂趣。

　　拉馬克早期的進化思想可概括為：生物是變的、進化的，進化取漸進的方式；進化的原因除環境改變和雜交外，對較高等動物來說更重要的是用進廢退和獲得性狀的遺傳；進化的動力和方向，是生物天生具有的向上發展的內在趨向，使他們由簡單到複雜、由低等到高等；而最原始生物則源於自然發生（生物進化多源論）。

　　拉馬克是歷史上第一個提出比較完整的進化理論的學者。他的卓越貢獻，就是最先喚起人們注意於生物界的一切改變，與非生物界一樣可能根據於一定的法則，而不是神奇的干預。

　　第三目「達爾文與進化論」

　　本目是本課的重點內容，主要介紹了達爾文的進化論及其歷史意義。

　　達爾文是英國博物學家、進化論的奠基者。年輕時代的達爾文曾是一個堅定的有神論者，他也相信基督教神學的創世說。但1831年在他乘坐英國海洋考察船「貝克爾號」，作了歷時五年的環球科學考察歸來後，卻成了宗教的叛逆，逐漸轉變成了一個進化論者。1859年出版了《物種起源》一書，創立了生物進化學說。

　　達爾文的生物進化理論可概括為：生物是進化的，一切生物都經歷了由低級向高級、由簡單到複雜的發展過程。物種不斷地變異，新種產生，舊種滅絕；生物的進化是連續的，沒有不連續的突變，自然界沒有飛躍；生物間有共同祖先，彼此間有一定的血緣關係；自然選擇是變異最重要的途徑。其中前三點講的是生物進化，最後一點講的是進化機制，是生物進化論的核心。達爾文認為，生物都具有過度繁殖的傾向，即每個物種產生比能存活的多得多的後代。但生物的生存資源是有限的，因而它們的生存必須通過競爭來實現。這裡的競爭有種內競爭、種間競爭，還包括生物同無機環境的競爭。在這一過程中，物種不斷發生變異，有些變異對生存比較有利，有些則不利。這樣就出現了適者生存、不適應者被淘汰的現象。上述過程就是生存鬥爭和自然選擇。生物經自然選擇後的性狀會遺傳給後代。

　　達爾文學說是對進化論研究成果全面的、系統的科學總結，是進化論發展史上劃時代的里程碑，也是現代進化論的主要理論源泉。達爾文的思想品德和治學態度也是出類拔萃的。正如有人所說，他的勇敢無畏的正確結論來源於他長期對自然界生物的無與倫比的細緻觀察和豐富積累，來源於他嚴密的科學態度和勤奮的工作精神。就像進化論本身一樣，是長期細微工作的有利選擇和積累的結果。

　　生物進化理論的誕生是本課的難點。學習本段內容建議教師應做到：第一，由於生物進化理論內容枯燥、難懂。在學習時，教師應補充一些生動的實例，深化學生對生物進化理論的理解。第二，通過對比拉馬克與達爾文理論，得出後者是在前者基礎上對生物學一次全面的總結。啟發學生從繼續和發展的角度去認識科學進步的一般規律。第三，注意引導學生關注輝煌科學成就背後科學家的艱辛和努力，領略其嚴謹的態度和細緻的作風。達到培養學生科學精神、吃苦精神和毅力品質的目的。

　　進化論思想對歐洲思想界產生了巨大影響。達爾文進化論的提出，是人類思想史上劃時代的大事。它有力地挑戰了封建神學創世說，結束了上帝7天造就世上萬物和人類的神話。正如17世紀牛頓把「造物主」從無生命現象的研究領域驅逐出去一樣，19世紀的達爾文又把「造物主」從有生命現象的研究領域驅逐出去了。達爾文進化論極大地促進了歐洲的思想解放，使人們的世界觀發生了根本性的變化。它所揭示的關於生命自然界辯證發展的規律，不僅結束了生物學中物種不變論的統治，也為馬克思主義唯物辯證法的創立提供了重要的自然史的基礎。

　　進化論開創了生物科學發展的新時代。在達爾文以前，人類對生物界的產生和發展基本上處於無知的階段。達爾文學說的創立，成功地使生命自然界的主要過程得到了說明，歸結為自然的原因。它把發展變化的思想引入生物界，這不僅豐富、發展了生物學本身，也使生物學各分支學科統一為一門綜合性的學科，並使它們獲得了新的發展方向。

　　生物進化論的歷史意義是本課的重點。學習本段內容建議教師：第一，引導學生全面分析生物進化思想的影響，從中體會科學創新、思想創新對社會進步的巨大推動作用。第二，教師可利用【學思之窗】【資料回放】中的材料強化進化論思想對社會的影響。第三，教師可補充進化論問世以來，不斷遭到攻擊和非難的材料，以此來說明進化論和神創論的鬥爭是長期存在的及新生事物成長的艱難性和舊事物的頑固性。

　　三、教學設計與案例

　　1．教學設計

　　為了了解學生對生命起源之謎的認識程度，以便因材施教。教師可首先採用談話法詢問學生關於生命起源方面的知識大家知道多少，然後向學生介紹除「神創論」外生命起源的其他觀點：「天外胚種論」即地球上的生命是從天外飛來的。「自然發生說」，即地球上的生命亘古就有（從亞里士多德到後來的哈維、牛頓等大學者都信奉這種觀點）；「化學起源說」，即生命的起源是通過化學途徑實現的，等等。以此激發學生興趣，導入新課。

　　關於「教會的禁錮」一目的教學。教師可首先讓學生閱讀本目教材，然後讓學生回答閱讀教材從中獲得了哪些歷史信息，在學生回答的基礎上，教師可從世界各種文化傳統是怎樣敘述萬物起源的、基督教是怎樣宣揚神創說和進行精神統治的、中國古代傳說與《聖經》中的說法有什麼異同等幾方面進行點撥，另外應著力引導學生從生產力落後，生物知識缺乏；統治階級的需要，愚民政策和精神獨裁等方面分析造成神創說長期流行的原因。

　　關於「拉馬克和早期生物進化思想」一目的教學，教師可以充分利用本目插圖《長頸鹿》及圖注，幫助學生理解拉馬克提出的兩個著名原則，即「用進廢退」「獲得性遺傳」。同時，也可以讓學生舉一反三，通過課堂討論，加深印象。

　　關於「達爾文與進化論」一目的教學。導入時教師可利用引言和教材設計一些問題。問題一：達爾文所說的假說是指什麼？核心思想又是什麼？引領學生進入「物競天擇，適者生存」一目的學習。生物進化論產生的歷史背景的教學，教師可提出問題二：生物進化論早不產生，晚不產生，為什麼偏偏於19世紀中期由達爾文創立？引導學生進行討論，最後從資本主義發展的需要；思想解放的洗禮；科學的發展和生物知識的積累；達爾文的努力等方面得出結論。生物進化論產生的教學，教師指出生物進化論的科學闡述有一個過程並指導學生概括掌握拉馬克和達爾文各自的觀點即可。進化論思想的影響的教學，教師可讓學生閱讀教材中的相關內容和【學思之窗】【資料回放】中的材料，讓學生總結概括進化論思想所產生的巨大影響。

　　關於本課小結。教師可從學習本課內容你得到哪些啟示，進行總結。同時，讓學生閱讀理解【本課要旨】。

　　2．教學案例

　　案例一　在介紹進化論的自然選擇內容時，用計算機、投影儀、幻燈展示一段狼與馴鹿、狼與羊的材料或影視資料。

　　材料：在西伯利亞草原上放養的馴鹿，最大的天敵是狼，為了保護馴鹿，獵人主動消滅了草原上的狼。結果卻使馴鹿大量繁殖，數目急劇增加，品種迅速退化，並且由於馴鹿過度啃食草原，導致該草原也退化了。

　　這段材料集中反映了生存鬥爭與自然選擇這一自然界的普遍規律。狼、馴鹿、草原之間存在著生存競爭。狼的存在，雖然可以捕殺部分馴鹿，但可以使健壯的保留下來，並把優秀的素質傳給後代。相反，沒有了狼的制約，馴鹿品種和草原反而都退化了。正是自然選擇保持了生物界的平衡，使各物種得以正常生存。也告誡人類必須正確處理與環境的關係，才能共生共存。

　　案例二　在學習生物進化論與神創論的鬥爭時，可通過計算機、投影儀、幻燈展示以下材料和圖片。

　　圖片：一張諷刺達爾文的漫畫（一隻大猩猩手裡拿著一隻骷髏頭在端詳、沉思）。

　　材料： 1972年，美國加利福尼亞教育部明文規定，中學生物學課本除進化論外，還必須有神創論的內容，而且兩者的頁數要各佔一半。在田納西州，進化論被禁止講授；南卡羅來納州，官方教科書上竟然不準提「進化」的術語和「達爾文」的名字。

　　神創論和物種不變論在現在看來，是非常幼稚荒唐的，但這些僅從主觀想像出發、帶有階級偏見、片面的唯心主義說教，在近兩千年來卻使人們堅信不疑。這說明要改變一個眾所周知的固有觀念實屬不易，而改變一個載於至高無上神聖經典里的觀念更比登天還難；科學和非科學（偽科學）的鬥爭將是長期的，科學知識的普及也任重而道遠。

　　四、問題解答

　　【學思之窗】

　　資料略

　　圍繞著達爾文的進化論，出現了兩種截然不同的對立觀點。那麼，產生這些分歧的原因是什麼？你如何評價這些觀點？

　　解題關鍵：社會存在決定個人思想意識

　　思路引領：進化論思想反映了新興資產階級的要求，衝破了教會的思想束縛。

　　答案提示：大主教和赫胥黎分歧產生的根本原因是他們的社會存在不同，代表的利益不同。赫胥黎科學闡述了進化論思想，同時，他不畏主教的強權，勇敢捍衛真理，都是值得稱讚的。

　　【探究學習總結】

　　一、本課測評

　　生物進化論的提出，有什麼歷史意義？

　　解題關鍵：科學創新、思想創新對社會進步的巨大推動作用。

　　思路引領：影響涉及思想、宗教、科學和社會運動。

　　答案提示：挑戰了封建神學，否定了神創說，促進了人類認識的飛躍；把發展變化思想引入生物界，開創了生物科學發展的新時代；為馬克思主義理論提供了自然史基礎；對處於國家危亡時期的中國思想界也產生巨大震動。

　　二、學習延伸

　　翻一翻生物教科書，查一下其中的哪些內容與本課有關，以進一步加深對本課的理解。

　　略。

　　五、資料與注釋

　　1．原始資料

　　赫胥黎關於進化論的論述

　　雖然天運變矣，而有不變者行乎其中。不變惟何？是名「天演」。以天演為體，而其用有二：曰物競，曰天擇。此萬物莫不然，而於有生之類為尤著。物競者，物爭自存也，以一物以與物物爭，或存或亡，而其效則歸於天擇。天擇者，物爭焉而獨存。則其存也，必有其所以存，必其所得於天之分，自致一己之能，與其所遭值之時與地，及凡周身以外之物力，有其相謀相劑者焉。夫而後獨免於亡，而足以自立也。而自其效觀之，若是物特為天之所厚而擇焉以存也者，夫是之謂天擇。天擇者擇於自然，雖擇而莫之擇，猶物競之無所爭，而實天下之至爭也。斯賓塞爾曰：「天擇者，存其最宜者也。」夫物既爭存矣，而天又從其爭之後而擇之，一爭一擇，而變化之事出矣。

　　──赫胥黎著，嚴復譯《天演論》

　　列寧對達爾文和生物進化論的論述

　　達爾文推翻了那種把動植物物種看作彼此毫無聯繫的、偶然的、「神造的」、不變的東西的觀點，探明了物種的變異性和承續性，第一次把生物學放在完全科學的基礎之上。同樣，馬克思也推翻了那種把社會看作可按長官意志（或者說按社會意志和政府意志，反正都一樣）隨便改變的、偶然產生和變化的、機械的個人結合體的觀點，探明了作為一定生產關係總和的社會經濟形態這個概念，探明了這種形態的發展是自然歷史過程，從而第一次把社會學放在科學的基礎之上。

　　──列寧《什麼是「人民之友」以及他們如何攻擊社會民主黨人？》

　　2．課文注釋

　　神創說

　　長期以來，統治人們思想的是人和萬物都是由神創造的說法，其中影響最大的就是基督教的神創論。

　　《創世紀》是古猶太教的教義經典，《聖經·舊約》的開篇之作，它的敘述始於上帝創世：「起初上帝創造天地。地是空虛混沌，淵面黑暗；上帝的靈運行在水面上。」由此上帝開始了創造宇宙萬物和人類的過程。

　　基督教的《聖經》里也有一個大同小異的創世的故事，說上帝耶和華剛剛創造了天地之後的世界是一片荒蕪不毛之地，於是上帝就為大地降下甘霖，使地上長出植物。而後耶和華又按照自己的模樣用泥土造了一個男人，取名叫「亞當」，並且在東方造了一個花木繁茂、到處長著鮮美的果子的伊甸園給亞當居住。後來，上帝感到亞當一個人很孤獨，就用亞當的一根肋骨又造了一個女人並取名叫「夏娃」。後來，夏娃偷吃了禁果，惹怒了上帝，上帝就把亞當和夏娃趕出了伊甸園貶到塵世里生活了。亞當和夏娃就成為了以後所有人類的祖先，他們的後代不斷地在地上繁衍。人類繁衍多了，許多人開始墮落，上帝為了懲罰人類的罪惡，發了一場大洪水。但是慈悲的上帝又感到一些善良的人以及許多生靈是無辜的，就造了一條叫做諾亞方舟的大船，拯救了他們。

　　中國的創世說

　　盤古開天地

　　傳說，最初天地混沌未開，像一個大雞蛋，盤古就生在其中。經過一萬八千年，天和地分開了，陽清之物上升為天（民間至今有蛋清上升為天之說），陰濁之物下沉為地（民間至今有蛋黃為地之說）。盤古在天和地的中間，一日變九次（「九」是虛數，意思是多），神奇超過天，能力超過地。天每日增高一丈，地每日增厚一丈，盤古也一日長一丈。這樣又過了一萬八千年，天已經很高了，地已經很厚了，盤古身材也很長了。等到盤古死的時候，他的頭化為了四岳，眼睛化為了太陽、月亮。身上的血液脂膏變成了江與海，身上的汗毛和頭髮變成了草木。秦漢時，民間傳說，盤古的頭為東嶽，他的腹部是中嶽，左臂是南嶽，右臂為北嶽，腳為西嶽。先輩說，盤古哭泣的眼淚變成了江河，呼出的氣是風，發出的聲音是雷，眼中的瞳孔變成了電。又說，他高興的時候是晴天，發怒的時候是陰天。還有的說，他的牙齒和骨頭變成了金屬和石頭，精髓變成了珍珠和玉石，流的汗是滋潤大地的雨水。寄生在他身上的各種小蟲子，因感受到風吹，都變成了大地上的人。總之，宇宙即盤古，盤古即宇宙。盤古又是與天地同生長的巨人。

　　女媧造人

　　傳說女媧是從大地里生長出來的女神，人首蛇身，神通廣大。據說她跟眾神合作，共同創造了人。《淮南子·說林訓》上說：「天神黃帝在造人時決定男女性別，天神上駢負責造出人的耳朵和眼睛，天神桑林專管造出人的手足。這樣來造人，儘管一天有多次化育（女媧七十化），可是畢竟速度太慢了些。於是女媧便想出個新辦法，用手摶黃土造人。她將黃土加上水和成泥，在手中揉搓著，捏成了一個個小泥娃娃。說也奇怪，這些小東西剛一放在地上，就活了起來。女媧很高興，用辛勤的勞動，不斷地創造了自己的兒女。可是這樣一個一個地捏，還是太費力氣，於是她又想出一個更簡便的辦法，把一箱荊條編成的大繩，放在黃泥上一甩，甩出來的泥點立刻變成了一個個小人，大地不久便出現了一群群活蹦亂跳的男男女女了。偉大的女神就這樣造出了千百萬的兒女，讓大地布滿了人類的足跡。

　　中世紀教會對科學家的迫害

　　科學上的每一項成就，都是對宗教和傳統的神學權威的一次有力打擊，因此，不論是天主教還是新教，對於自然科學的研究活動都是禁止和阻撓的。許多科學家為追求真理而被送進了宗教裁判所的牢獄和火刑場。

　　創立了解剖學的尼德蘭外科醫生維薩留斯（1514—1564），在1543年寫了一本附有插圖的著作《論人體構造》。這本書對於研究人的骨、脈、腦及內臟等貢獻很大，為後來發現血液循環打下了基礎。天主教會認為他的研究成果「大逆不道」，西班牙宗教裁判所宣判了他的死刑。由於國王腓力二世的干涉，維薩留斯被免於火焚，但在受命朝拜耶路撒冷聖地的歸途中死去。

　　西班牙醫生塞爾維特（1509—1553）是血液循環理論的重要發現人之一。他在所寫的名著《基督教的復興》（1553年出版）中，提出了人的心肺之間血液小循環的學說。但他也因此在日內瓦被新教的加爾文等人處以火刑，經慢火活活烤了兩個小時才死去。

　　德意志的天文學家開普勒（又譯為刻卜勒，1571—1630），因為繼承和發展了哥白尼的「日心說」，結果遭到教會的多次迫害，他在饑寒交迫中病逝，他的著作《新天文學》被列入禁書目錄。

　　由於教會把「地心說」同上帝「創世說」聯繫在一起，所以哥白尼長期被羅馬教廷視為「叛教者」。從哥白尼的「日心說」誕生之日起，便受到宗教勢力的誣衊和圍攻。他的觀點不許宣傳講解，他的研究成果不準發表。羅馬教皇把哥白尼的「日心說」宣布為「異端邪說」。德意志宗教改革領導人馬丁·路德也諷刺哥白尼說：「今天喜歡賣弄聰明的人總愛選出一些新花樣，並且認為凡是自己乾的總是好的。只有傻瓜才把整個天文學推翻呢！」在如此艱苦的環境下，哥白尼堅持《天體運行論》的寫作達20年之久。

　　義大利科學家布魯諾（1548—1600）提出了宇宙是無限的和統一的新理論。他所撰寫的文章對聖經提出了懷疑，動搖了基督教信仰的基礎。1573年，至少有130處宗教裁判所指控他為「異端」；羅馬教廷開除了他的教籍。1592年，羅馬教皇把長期流亡國外的布魯諾騙回義大利，宗教裁判所將他投入監獄。布魯諾被囚禁達七年之久，最後教會宣布對他處以火刑。1600年2月17日，布魯諾被燒死在羅馬鮮花廣場上。

　　義大利科學家伽利略也堅持和發展了哥白尼的學說。但教會誣衊他製造的望遠鏡是「魔鬼的發明」；說他是「騙子」，是「大逆不道，褻瀆神靈」。宗教裁判所在1616年3月公開把哥白尼的著作列為「禁書」時，還警告伽利略必須放棄對哥白尼學說的信仰和宣傳。後來伽利略的著作也被教會列入「禁書」。1633年2月，時年70歲的伽利略被傳到羅馬受審。6月22日，宗教裁判所以攻擊亞里士多德和宣揚異端學說的罪名，判他終身監禁。長期的監禁和折磨，使伽利略兩耳失聰、雙目失明，他的晚年生活十分悲慘。

　　胡克的發現

　　1590年，荷蘭光學家詹森發明了光學顯微鏡。有了顯微鏡，人們的眼睛可以觀察較小的東西，視野得到新的拓展。1665年英國科學家胡克在顯微鏡下觀察軟木塞片，發現木片上布滿了許多蜂窩狀的小格子，他把這些小格子取名為細胞。實際上，胡克當時看到的是植物細胞的空架子──細胞壁。胡克是英國皇家學會的秘書。他發現了材料力學中的彈性定律，研究過許多光學現象，探討過萬有引力，首先發現了萬有引力和距離的平方成反比。他的興趣十分廣泛，在許多方面都有卓越貢獻。但是，胡克對他發現的細胞並沒有給予足夠的重視，因為當時天文學和力學研究正處於最顯赫的地位，而生物學還處於科學研究的初期階段。

　　施萊登、施旺與細胞學說的建立

　　德國科學家施萊登1838年發表《植物發生論》一文，認為，植物中普遍存在的結構是細胞，細胞是組成植物的基本生命單位。第二年，施旺把施萊登的觀點推廣到整個生物界，他在該年發表的《動植物結構和生長相似性的顯微研究》一文中，用大量資料證明，動植物有機體的結構原則上是相同的，它們的一切組織都是由細胞發展而來的，細胞是一切生物的基本單位，從而打破了動植物的界限，把二者在細胞基礎上統一起來。施旺還首先提出了「細胞學說」這一名詞。施萊登和施旺提出細胞學說以後，又經過一大批科學家的努力，才正確闡明了動植物細胞分裂的過程，並證明了它們遵循著共同的規律，從而使細胞學說趨於完善。

　　拉馬克與早期進化論

　　拉馬克（1744—1829）出生於法國皮卡第，曾經在教會學校讀書，當過兵，22歲退伍後開始生物學的研究。1778年，出版了專著《法國植物志》，奠定了他在法國科學界的位置，被選為法國科學院院士。1794年，當他已經50歲時，開始轉向無脊椎動物的研究。是他首次把動物分為脊椎動物和無脊椎動物兩類。他的主要著作是《無脊椎動物系統》和《動物學哲學》。在研究過程中，拉馬克發現，古今生物形態雖有很大的不同，可它們之間都有血緣關係。他相信今天的生物是古代生物進化來的。他認為物種的穩定性只是一種錯覺，物種的進化是逐漸的、緩慢的過程，而人類的壽命又很短暫，所以不易發現這種進化。他堅信自然界總是循序漸進地產生各種生物的，最先產生的是最簡單的生物，後來產生的是複雜的生物，這就形成了一個由簡單到複雜、由低級到高級的連續系列。拉馬克還認為外界環境是引起生物變異的直接原因。生物有適應外界環境的能力，經常使用的器官越變越發達，不使用的器官就漸漸退化了。不僅生物的先天的形態可以遺傳，這種後天獲得的特性也可以遺傳。這就是拉馬克的「用進廢退」和「獲得性遺傳」學說。

　　達爾文及其進化論

　　達爾文（1809—1882）是英國博物學家、進化論的奠基人。他早年在劍橋大學學習神學。1831年起，他隨「貝格爾號」考察艦進行環球考察5年。在整理考察資料和實物標本的基礎上，經長期研究，於1859年出版了《物種起源》一書，確立了生物的進化論。他還通過《人類的由來及性選擇》和《動物和植物在家養下的變異》等著作，提出性選擇及人類起源的理論。他的學說是人類對生物界認識的偉大成就。

　　達爾文在環球考察中發現，南美洲和太平洋上的一些島嶼雖然在地理上是隔絕的，但是許多動植物品種十分相像。他把在化石中發現的古生物和現存的物種進行比較，認為「像這樣一些事實，顯然只能用這樣的假說來說明：物種逐漸起了變化」。達爾文回國後初期，主要是從事地質學方面的研究。地質學的研究進一步堅定了他關於物種進化的看法。但直到此時，他關於物種進化的觀點還只是從感性認識中形成的一個初步的假說，是地質學理論的一個補充，只有在解決了物種是怎樣進化的問題後，進化才能成為科學的理論。為了解決物種怎樣進化的問題，為了彌補自己在生物學方面的知識不足，達爾文廣泛地收集了一切有關動植物在人工培養和自然狀態下發生變異的事實。他同育種者和植物園的園丁交換意見。他還閱讀各種著作。1837年，達爾文認識到人工培育的植物品種進化的關鍵是人工選擇。他系統地描述了中國關於金魚人工選擇的過程和原理，並且說明中國人曾經運用同樣的原理對各種植物和果樹進行人工選擇。他在《物種起源》中承認選擇原理不是近代的發現，在中國古書中早就有了明確的記述。但是，在自然界中物種是怎樣進化的，對達爾文來說仍舊是個謎。他這樣寫道：「1838年10月，也就是開始我的系統探索的15個月之後，我為了消遣而偶然讀到了馬爾薩斯的人口論，而我由於長期不斷觀察動植物的習慣，對這種到處都在進行著的生存鬥爭，思想上就容易接受，現在讀了這本書立刻使我想起，在這些情況下，有利的變異常常容易保存，而不利的變異就常常容易消滅。它的結果就會形成新的物種。這樣我終於得到一個說明進化作用的學說了。」直到此時，達爾文才找到了自然界的物種怎樣進化的謎底。這就是生存競爭，通過自然選擇，最適者生存。

　　達爾文的進化理論認為，生物的進化主要是自然選擇的結果。生物由於繁殖過剩，不可避免地存在種內和種間的生存競爭。生物經常發生的微小變異，在生存競爭中，有利於個體生存和後代繁殖的變異被保留，不利於個體生存和後代繁殖的變異被淘汰，這就是自然選擇。由於自然選擇的長期作用，有利的變異逐代積累，便形成新種。在不同的自然條件下，自然選擇的方向不同，一個原始的物種會發生性狀分歧，演變為多數物種。

　　達爾文的學說是生物科學的一次理論綜合，對生物學的發展起了重大的作用。生物進化論的提出，也是人類思想史上劃時代的大事。17世紀的牛頓把「造物主」（神）從無生命現象的研究領域驅逐出去了（雖然牛頓承認了上帝的第一推動力），19世紀的達爾文又把「造物主」從有生命現象的研究領域驅逐出去了。

　　斯賓塞

　　赫伯特·斯賓塞是英國的哲學家、社會學家。在達爾文的《物種起源》發表之前，斯賓塞已形成普遍進化的思想。另外，他也從馬爾薩斯那裡接受了生存鬥爭的觀念。1851年，斯賓塞發表《社會靜力學》，引起知識界的注意。此後，他完成了10卷本的《綜合哲學》的創作。達爾文《物種起源》問世後，斯賓塞馬上將達爾文的學說運用到社會歷史領域，創立了社會達爾文主義。這種社會哲學認為，人類社會也像自然界一樣，存在著生存競爭。在競爭中，強者生存了下來，而弱者則被淘汰。只有這樣，人類社會才能進步。雖然社會達爾文主義存在著很多錯誤，是不可取的，但正是斯賓塞的推廣使「進化」一詞家喻戶曉。從此，進化論深入人心，成為一種廣泛的社會思潮。

　　《天演論》

　　《天演論》英文書名直譯應為《進化論與倫理學》。作者赫胥黎是英國博物學家、達爾文的朋友，也是達爾文學說的忠實擁護者。《天演論》分導言和正文兩個部分，正文是赫胥黎1893年在一次學術講座上的講稿，導言是1894年他在講稿付印前添寫的，較正文還長些。書的前半部分介紹進化論，後半部分講倫理學。《天演論》的基本觀點是：自然界的生物不是萬古不變的，而是不斷進化的；進化的原因在於「物競天擇」，「物競」就是生存競爭，「天擇」就是自然選擇；這一原理同樣適用於人類，不過人類文明愈發展，適於生存的人們就愈是那些倫理上最優秀的人。進化論學說的基礎是達爾文在《物種起源》一書中奠定的，赫胥黎堅持並發揮了這一思想。鴉片戰爭中，西方列強的堅船利炮，使東方老大帝國的羸弱暴露無遺。甲午海戰的慘敗，再次將中華民族推到了危亡的關頭。此時，嚴復翻譯了赫胥黎的《天演論》，並於1897年12月在天津出版的《國聞彙編》刊出。該書問世產生了嚴復始料未及的巨大社會反響，維新派領袖康有為見此譯稿後，發出「眼中未見有此等人」的讚歎，稱嚴復「譯《天演論》為中國西學第一者也」。嚴複選譯了部分導言和講稿的前半部分。嚴復翻譯此書不盡依原文，而是有選擇地意譯，甚或借題發揮，因此魯迅先生說嚴復「畢竟是做過《天演論》的」。一個「做」字，入木三分地刻畫出嚴復翻譯此書的良苦用心。

　　聯繫甲午戰爭後國家危亡的狀況，嚴復借《天演論》向國人發出了「與天爭勝、圖強保種」的吶喊，指出再不變法將循優勝劣敗之公例而亡國亡種！《天演論》揭示的這一思想，結合介紹達爾文生物進化論及西方哲學思想，使當時處於「知識饑荒」時代的中國知識界如獲至寶，產生了振聾發聵的影響。

　　社會達爾文主義

　　在達爾文的進化論問世之後，斯賓塞提出了「社會達爾文主義」，社會達爾文主義（Social Darwinism）是指一種思想，認為社會可以和生物有機體相比擬，社會與其成員的關係有如生物個體與其細胞的關係。這種思想認為達爾文的進化論中的核心概念──生存競爭所造成的自然淘汰，在人類社會中也是一種普遍的現象。這種思想常被利用來強調人種差別和階級存在的合理性以及戰爭不可避免等。

　　社會達爾文主義有其學術價值，不能完全否定。但是這種觀點將自然界的生存競爭規律搬到社會學的研究中來，公開主張國家之間、民族之間以及人與人之間的「弱肉強食，優勝劣汰」，公然將以強凌弱的強權主義宣稱為「社會倫理」。正是以社會達爾文主義作為「理論依據」，早期資本主義才得以「理直氣壯」地在各國內部對廣大民眾施行壓榨和掠奪，並進而在全球範圍內對其他國家和民族發動殖民戰爭，進行殖民統治，以實現其原始的資本積累。因為，按照社會達爾文主義弱肉強食的「倫理」「強者」可以欺凌和壓榨「弱者」；「優秀民族」可以掠奪、統治乃至任意宰割「劣等民族」。顯然，殖民主義最重要的「理論武器」，正是社會達爾文主義。

　　社會達爾文主義泛濫，會造成下面的惡果：① 為了「強兵」而競相擴充軍備。② 為了「強兵」就必須「富國」，而「富國」最有效的手段便是工業化，於是幾乎全球所有國家都自覺或不自覺地走上了工業化道路。③ 社會達爾文主義主張以動物界的「弱肉強食」現象來看待人類社會，是把人類獸性化，其結果只能是人類社會的頹敗，而不是真正的進步。所以，社會達爾文主義在全球的泛濫，只能導致人類向獸類的退化，甚至是向比獸類更獸類的退化，而絕不可能有利於人類向更美好的生命形態進化。

　　因此，要想克服愈演愈烈的社會危機和生態危機，就必須弘揚以「仁愛」「慈悲」「無為」為核心的中華優秀傳統文化，對社會達爾文主義進行嚴肅的批判，肅清其流毒，以求改弦更張，除舊布新，為人類社會謀求一條和諧發展的正確道路。

　　3．參考書目

　　《神話傳說三百篇》，么書儀選編，大連出版社1999年版

　　《科學的故事》，林成滔編著，中國檔案出版社2001年版

　　《青年必知科學歷程手冊》，劉里遠主編，中國國際廣播出版社2000年版

　　一、 教學目標

　　二、教材分析和教學建議

　　2.教材分析與建議

　　重點

　　蒸汽機的發明和電氣技術的應用對社會發展的作用。

　　難點

　　第二次工業革命開闢的時代被稱為「電氣時代」的原因。

　　教材內容分析與建議

　　本課教材主要從三個方面介紹了世界科學歷程中的「蒸汽時代」「電氣時代」和「信息時代」，從科學技術發展史的角度闡述了近代以來人類科學技術發展的三個重要階段。蒸汽機是工業革命時期最偉大的發明，第二次工業革命以電力的廣泛應用為顯著特點，第三次科技革命則是帶來了以電子計算機為代表的信息時代。蒸汽機的發明、電氣技術的廣泛應用和互聯網的出現，推動社會各個方面發生了巨大變革。由於這些科技成就的文字和資料比較豐富，建議在教學時適當補充，增加學生對近代以來這三個時期科技成就的感性了解，為深入認識科學技術進步的意義奠定基礎。

　　本課引言從工業革命開始時對動力的需要說起，通過紐科門水泵在礦井使用及其不便之處，引入正文學習。建議教師以引言內容為素材，通過設問方式引導學生閱讀引言內容。從引言的例子你能得到哪些信息？一、工業革命的發展需要新的動力；二、瓦特蒸汽機的出現不是偶然的，它是建立在前人研究基礎上的，紐科門水泵為瓦特蒸汽機的發明奠定了基礎。在學生回答基礎之上，引導學生進入本課學習。

　　第一目「『蒸汽時代』的到來」

　　教材從兩個方面闡釋了蒸汽機與社會生產發展之間的關係。蒸汽機的發明是工業革命發展的必然產物，反過來又促進了工業革命轟轟烈烈地展開。教材首先概要介紹了18世紀60年代以前蒸汽機的使用情況，隨後重點闡述了18世紀60年代以後瓦特研製和改進成功「萬能蒸汽機」的過程和瓦特蒸汽機問世的意義。

　　（1）蒸汽機的出現是社會生產特別是工業革命發展的必然結果

　　由於工業革命是重要概念，建議教師在本目教學中，一定要給學生交代清楚工業革命的概念及相關知識，幫助學生深入理解蒸汽機出現的原因。

　　很早以前，就有人設想把蒸汽作為動力使用，但真正把蒸汽動力用於生產，卻是17世紀末以後的事情。1698年，托馬斯·薩夫里發明了蒸汽唧筒，用於抽干礦井裡的水，18世紀初，鐵匠T．紐科門在改進薩里夫蒸汽機的基礎上，製造了一種大氣壓力蒸汽機，主要用於礦井抽水，但它們都存在明顯缺陷，不能作為動力機普遍安裝。隨著工業革命的開展，大規模的工廠一個接一個建造起來，但這時的動力主要是利用河流里的水力，在這方面，有很多缺點，因為工廠都必須建在河流湍急的偏僻的山谷等處。這些地區交通不便，而且遠離原料產地和銷售市場，動力問題成為擺在人們面前的急迫問題。人們都希望找到便捷可用的動力，驅動不同機器。

　　（2）瓦特研製成功「萬能蒸汽機」

　　瓦特出生於蘇格蘭，在格拉斯哥大學實驗室當實驗員時，負責修理紐科門蒸汽機，他勤奮好學，善於鑽研。他生活在工業革命剛剛開始的時代，每一項新的技術革新，都受到他的密切注視。18世紀60年代，瓦特經過仔細研究，研製出了新的蒸汽機。這種蒸汽機在汽缸之後加了一個冷凝管，大大減少了熱量浪費，效率成倍增長；但是，它還是不能驅動工廠里的機器。又經過多年的刻苦鑽研，瓦特對蒸汽機做了進一步改進，將蒸汽機的動力臂由原來的直線運動改為連續均勻的圓周運動，這樣就可以驅動其他的機器工作。這種蒸汽機突破了人力、畜力、風力和水力作為機器動力的局限性，能夠提供可控制的任何強度的動力，在生產中廣泛應用，適用於各種工作機，被稱為「萬能蒸汽機」。1785年萬能蒸汽機首先在一家紡紗廠投入使用。1789年，瓦特獲得專利，瓦特蒸汽機很快普及開來，除用在紗廠之外，還應用到冶金廠、麵粉廠，並在後來應用到運輸業中。

　　（3）瓦特蒸汽機問世的意義

　　瓦特蒸汽機問世的意義可以從以下幾個方面進行理解。第一，解決了工業發展中的動力問題，自此以後，只要有煤作燃料開動蒸汽機，就可根據需要建立工廠，不再受河流的限制。第二，促使工業革命轟轟烈烈地展開，出現了發明和使用機器的熱潮。瓦特蒸汽機應用於運輸業中，導致蒸汽輪船和機車出現，交通運輸業發生了徹底變化，人們的交往更加方便，經濟和文化聯繫也日益密切。第三，推動人類社會由此進入「蒸汽時代」。蒸汽機是工業革命時期最偉大的發明。蒸汽機的廣泛利用，使英國到處建立起大工廠。那些高聳入雲的煙囪，噴出縷縷煙霧，龐大的廠房，發出隆隆的轟鳴，打破了原來中世紀田園生活的恬靜──歷史已跨進了一個新的時代。

　　教學建議，可以請學生分組討論如下問題：瓦特蒸汽機是在什麼歷史背景下問世的？瓦特蒸汽機的工作原理如何？為何稱其為「萬能蒸汽機」？為什麼說蒸汽機是工業革命中最偉大的發明？教學時，還可以請同學在閱讀本目內容之後，提出自己尚不明確的問題，師生在解答疑問時完成本目學習任務。有關早期蒸汽機、瓦特蒸汽機和使用蒸汽機工廠的情況，可以利用圖片資料及影像資料為學生認識當時歷史，並分析工廠的特點。也可把下列歸納製作多媒體動畫：畜力、水力、風力萬能蒸汽機發明和使用蒸汽機熱潮，人類由此進入「蒸汽時代」，以幫助學生記憶和理解相關知識。瓦特蒸汽機問世的意義，可以引導學生從事件本身說明了什麼？（工業革命進入科技階段，科學技術進步推動社會發展）等幾個角度思考。注意讓學生結合相關知識和歷史事實暢談自己的理解和認識。

　　第二目「電氣革命的出現」

　　第二次工業革命從19世紀六七十年代開始，在19世紀末20世紀初基本完成。第二次工業革命以電力的廣泛應用為顯著特點。教材從科學家對電的不懈研究、電力成為工業發展的主要動力、使用電力新發明的湧現等幾個方面，展示了人類進入「電氣時代」的歷史過程。

　　（1）科學家對電的不懈研究

　　本部分內容主要包括電磁感應現象的發現、發電機和電動機的發明等部分。為使學生深刻認識科學家對電的不懈研究，建議為學生播放有關的歷史音像資料。重點渲染科學家們的追求精神。從18世紀美國科學家富蘭克林造出避雷針，到19世紀初義大利科學家伏特發明電池；從1837年英國科學家法拉第發現電磁感應現象，1837年美國人莫爾斯發明有線電報，到1867年德意志科學家西門子發明發電機和比利時人格拉姆發明電動機，可以看出，電力的發現凝聚著幾個國家幾代科學家的不懈研究，在此，要注意培養學生對科學，對真理的追求精神，使學生形成繼承和發展人類優秀文化成果的觀念和為科學真理而獻身的世界觀。教學時也可請學生思考發電機的發明過程有何特點等問題。

　　（2）電力成為工業發展的主要動力

　　本部分內容主要介紹了電力取代蒸汽動力而成為工業發展主要動力的原因：發電機的完善和改進；長距離輸變電技術的成熟；電力的優勢（方便、便宜、能量大）。建議教師在授課時可首先提出問題：20世紀電力取代蒸汽動力而成為工業發展重要動力的原因是什麼？請同學閱讀本部分內容後，分組討論解答。師生在答疑過程中，完成本部分學習任務。由於本問題學生容易答出，所以教師應及時給學生以鼓勵。

　　（3）使用電力新發明的湧現

　　教材從愛迪生髮明電燈以及電話、電車、電影和無線電報的出現，說明人類社會進入了「電氣時代」。從19世紀六七十年代起，各種各樣使用電力的新發明紛紛湧現，徹底改變著人們的生產和生活。發電機和電動機相繼問世，使電力開始用於帶動機器，隨後，電燈、電話、電車、電影和無線電報等如雨後春筍般湧現出來。電力的廣泛應用，推動了電力工業和電器製造業等一系列新興工業的迅速發展，而新機器的發明和製造，反過來也推動了電力的廣泛應用。列寧指出：「電力工業是最能代表最新技術成就，代表19世紀末20世紀初的資本主義的一個工業部門。」人類社會進入「電氣時代」。教學時，要充分利用多媒體技術向學生具體展示有關電力的重要發明，也可以請學生說出所了解的其他電力發明，同時引導學生思考「第二次工業革命開闢的時代為什麼稱為電氣時代」？這個問題。從「電氣時代」到來的過程，可以看出第二次工業革命的最大優勢在於它的科學性。

　　在學習前兩目的基礎上，指導學生思考【學思之窗】提出的問題。瓦特蒸汽機出現和電力的廣泛應用，極大地促進了社會的發展。主要表現在以下幾個方面。

　　（1）社會生產力大幅度提高

　　瓦特蒸汽機出現後，機器生產在幾乎所有工業部門得到迅速發展，而蒸汽動力驅動的輪船和火車又使交通運輸更加便捷，大大促進了生產力的發展。發電機的發明及其他電氣技術的應用，使機器的使用更加普遍，更多的工業部門湧現出來，生產技術也更加先進。工業革命出現了新的技術革命浪潮，內燃機、汽車、合成化工技術、規模化的鍊鋼技術等相繼發明出來，促進了工業的迅速發展，這就是第二次工業革命。對這一部分教學內容的介紹，建議教師補充英國國民生產總值在蒸汽機使用前後的情況，使學生通過數據得出工業革命促使英國社會生產力大幅度提高的結論。

　　（2）社會結構和世界形勢的改變

　　資產階級由於掌握了先進的生產力，實力日益強大，開始確立對世界的統治。同時，隨著信息交流和交通運輸的便捷，世界各地的聯繫更加密切，世界日益成為一個整體。介紹本部分內容時，建議教師補充有關社會結構變化的內容，並補充有關材料論證世界形勢的變化。同時，注意強調本段內容中出現的關鍵詞句，如「開始」等。（補充材料可放至資料庫里）

　　（3）社會財富的大大增加和人們生活變得更加豐富多彩

　　蒸汽機出現以後，形成了新的城市。隨著經濟的發展，城市更加繁榮而且日益重要。電氣技術的廣泛應用，使城市面貌發生了巨大變化。

　　以上兩目的內容和必修二相關內容有相似之處，既要注意它們之間的聯繫，又要注意他們的區別。

　　第三目「信息技術的發展」

　　本目主要介紹了互聯網和信息化社會的出現及其影響。20世紀90年代，知識經濟在美國出現，人類開始從工業化邁向信息化、知識化。全球範圍內的信息革命和知識經濟的發展就是這種轉變的突出標誌。以信息高速公路為特徵的信息革命從根本上改變了人類的工作方式和生活的方式，同時還引發了一場學習的革命。然而，互聯網在給社會帶來巨大效能的同時，也帶來了巨大的挑戰。青少年應該提高自身的道德素養，樹立正確的網路觀，讓網路發揮出應有的作用。由於內容貼近生活，具有鮮明的時代性，文字和影視資料比較豐富，建議在教學中結合實際，設置問題情景，讓學生積极參与，增加對互聯網和信息化社會的感性認識，為深入認識互聯網和信息化社會奠定基礎。

　　（1）互聯網的誕生

　　1946年，世界上第一台計算機誕生。它是一個幾層樓高的龐然大物，耗資巨大且功能不夠完善。隨著微電子技術的發展，計算機不斷更新換代。計算機的發展已經走過了電子管、晶體管、中小規模集成電路和大規模集成電路四個時代，也就是通常所說的第一代、第二代、第三代和第四代計算機。20世紀90年代以來，計算機技術發展十分迅速，產品不斷升級換代。未來的計算機將朝著巨型化、微型化、網路化、智能化和多媒體化方向發展。

　　20世紀60年代末，在美蘇爭霸的「冷戰」時期，美國處於和蘇聯爭奪世界霸權的需要，加緊了對信息科學技術的研究和開發，直接推動了互聯網的產生。

　　互聯網是超大規模的計算機及其相關設備組成的信息與服務共享的網路。1969年美國建成了世界上第一個採用分組交換技術的計算機網路ARPANET。然而它僅連接了四個大學實驗室，這是計算機互聯網(網際網路)的前身。這個網路的基本要求是當戰爭爆發時，即使網路上的線路或設備部分遭到破壞，系統仍能正常運作。

　　20世紀90年代以來，由於通信技術和計算機技術的飛速發展，互聯網進一步發展為全球信息網。全球信息網（World Wide Web），音譯為萬維網，顧名思義就是包羅萬象的可存取信息的全球性網路。它是人們可以進行相互交流的抽象空間，主要由互連的文本頁面、圖像、動畫、音像及三維世界構成。

　　(2)信息化社會的到來

　　一般認為，以紙質為媒介的報紙為第一媒體，以電波為媒介的廣播為第二媒體，以圖像為媒介的電視是第三媒體。而互聯網是通過計算機網路傳播信息的文化載體，這種以數字化的方式存儲、處理和傳播，以比特為計量單位的電子媒體被人們稱為「第四媒體」。

　　國際互聯網的應用豐富多彩。例如，收發電子郵件、資料檢索、瀏覽新聞、休閒遊戲、網上購物、網上遠程教育、遠程醫療等。

　　網路媒體作為一種新的傳播媒體，具有界面直觀、音色兼備、鏈接靈活和高速傳輸的特點。互聯網不僅具備傳統媒體的所有用途，而且具有傳統媒體不具備的優勢，互聯網作為繼報紙、廣播、電視後的第四媒體，已經融入到人們的日常工作和生活中，為人類提供了極其豐富的信息源，是人類進入信息化社會的顯著標志。隨著互聯網和信息技術的發展，20世紀90年代，一種新的經濟形態──知識經濟在美國首先出現。在經濟活動中，知識成為交換和應用的主體。在知識經濟時代，經濟增長源於知識的增長，成功的關鍵是要有足夠的人力資本儲備。

　　信息技術飛速發展，人類進入了信息化社會。信息化社會既是科技革命的成果，也帶來了一場經濟革命。在互聯網時代，人類的生產、生活、工作和思維方式發生了深刻變化。但是，互聯網作為第四媒體給人類社會提供了更多的發展機遇，但也給信息的傳播和管理帶來了嚴峻挑戰。建議教師利用個案分析法加以說明，也可以請學生結合現實，討論：在互聯網時代，出現了哪些新問題？垃圾信息和網路安全等影響了國家的經濟安全。建議教師結合個案進行分析說明。西方資產階級人生觀、價值觀、道德觀的侵襲。1998年5月，柯林頓在美國海軍學院發表演說時宣稱：「當21世紀即將來臨的時候，美國的敵人已將戰場從物理空間擴展到虛擬空間。」美國的「信息高速公路」計劃提出：高速發展的全球信息基礎設施將促進民主的原則，限制極權形式的蔓延。 以美國為首的西方大國，利用網路，傳輸西方資產階級的意識形態、政治制度、文化思想，造成世界局勢更加動蕩不安。色情信息泛濫。當前國際互聯網上色情信息泛濫成災，嚴重影響了青少年的健康成長。建議教師結合青少年網路犯罪的個案進行分析說明。

　　教學建議，可以請學生分組討論如下問題：互聯網是在什麼情況下出現的？結合實際談談互聯網的功能和特點？信息化社會的到來，給人類帶來了哪些影響？還可以請學生結合自己的體會暢談對互聯網的認識，以加深對互聯網的理解。

　　做本課小結時，建議教師請學生閱讀【學思之窗】內容，通過回答其中問題，閱讀理解【本課要旨】，進行本課學習內容的總結。

　　三、教學設計與案例

　　1.教學設計

　　關於「『蒸汽時代』到來」一目教學。為幫助學生深刻理解蒸汽機是工業革命中最偉大的發明，教師首先採用談話法，了解學生對「工業革命」這個概念掌握的程度。例如，工業革命首先從哪個國家開始？開始和完成的標誌是什麼？然後進入本課學習。蒸汽機是在怎樣的背景下問世的？請同學們閱讀教材後回答。瓦特蒸汽機稱為「萬能蒸汽機」可引導學生就其原理、使用情況、優良性能等幾個方面進行思考。可組織學生討論「瓦特蒸汽機如何解決了工業發展的動力問題？」「蒸汽機問世後，工業革命是怎樣轟轟烈烈展開的？」最終得出蒸汽機是工業革命中最偉大的發明的結論。

　　「電氣革命的出現」一目，教材出示了圖片《法拉第和電磁感應實驗》、展示了電氣時代到來的歷史過程。教學時可以將這幅圖片（教師還可補充電話，電車、電影、無線電波等）作為本目教學的一條線索。在學生學習這些圖片之前，可播放歷代科學家對電探索的音像資料，使學生認識電氣時代的到來是幾國幾代科學家努力探索的結果，激發學生熱愛科學，追求真理的精神。最後組織學生討論第二次工業革命開闢的時代為何稱為「電氣時代」，鼓勵學生暢所欲言，給學生自信和成功的喜悅。

　　「信息技術的發展」一目，由於互聯網是學生非常的熟悉的內容，教師可提出系列問題。如信息技術的發展對社會的影響？讓學生展開充分討論，引導他們得出正確的結論。

　　2.教學案例

　　案例一　在介紹「『蒸汽時代』的到來」這一目時，教師可以這樣導入：

　　18世紀60年代，「珍妮紡紗機」的出現揭開了工業革命的序幕，成為英國工業革命開始的標誌。棉紡織業機器的使用又引發了其他行業的連鎖反應，不久在採煤、冶金等許多工業部門，都陸續有了機器生產。隨著越來越多的工業部門實現了機械化，一個新的課題又擺在人們面前，這就是動力問題（原來可利用的動力有哪些？各有什麼缺點？學生回答，老師總結）。一種任何地方都能裝置的動力機，在當時便成為生產發展的迫切需要，工業革命的發展使瓦特蒸汽機應運而生。

　　案例二　在分析瓦特蒸汽機問世的意義時，可用實物投影，或計算機，幻燈片展示圖片《使用蒸汽機的工廠越來越多》，請學生回答工廠的特點是什麼？（規模大，使用機器生產，極大提高了勞動生產效率，同時造成了環境污染）

　　案例三　在介紹「電氣革命的出現」一目時，用實物投影，或計算機，幻燈片介紹圖片「法拉第和電磁感應實驗」：

　　法拉第是英國物理學家，出身貧寒，自學成才，在科學研究上取得傑出成果。1821年，他在日記中寫下一個設想：用磁生電，但他的多次實驗失敗了。經過10年的努力，到1831年，他終於發現：當磁力作用發生變化時，線圈中就有電流產生。法拉第終於發現了機械能藉助於電磁感應轉化為電能的途徑，確立了電磁感應基本定律，從而為發電機的研製奠定了理論基礎，這充分說明科學對生產發展不僅能起直接的推動作用，而且已走在了生產前面。

　　案例四　在指導學生回答【學思之窗】問題時，可以用實物投影，或計算機，幻燈片出示下列材料：

　　材料一　工業革命使社會生產力有驚人的發展。以英國為例，從1770年到1840年，每個工人的日生產效率平均提高20倍……英國原棉消耗從1800年的5200萬磅，增加到1840年的45590萬磅。生鐵產量1720年為25000噸，1840年增至139640噸。煤產量1770年為260萬噸，1840年增至3000萬噸。

　　材料二　恩格斯在《英國工人階級狀況》中指出：「新生的工業能夠成長起來，只是因為它用機器代替了手工工具，用工廠代替了作坊，從而把中等階級的勞動分子變成工人無產者，把從前的大商人變成了廠主；它排擠了小資產階級，並把民間的一切差別化為工人和資本家之間的對立。」

　　材料三　資產階級，由於一切工具的改進，由於交通運輸的及其便利，把一切民族甚至最野蠻的民族都融進文明中來了。……它迫使一切民族──如果他們不想滅亡的話──採用資產階級的生活方式……它按照自己的面貌為自己創造出一個世界。

　　案例五　在學習「信息技術的發展」一目時，用實物投影，或計算機、幻燈片介紹兩幅圖片。

　　圖片1：世界上第一台電子計算機「愛尼亞克」。

　　1946年2月10日，世界上第一台電子計算機正式誕生，它就是「電子數字積分機和計算機」（Electronic　Numerical　Integrator　and　Computer），英文簡稱「ENIAC」，通稱「愛尼亞克」。ENIAC的問世對人類社會產生了深遠影響，人們稱ENIAC為「信息時代的蒸汽機」。

　　圖片2：人造衛星和互聯網。

　　展示蘇聯發射的第一顆人造衛星圖片。它的發射標誌著人類在全球通訊領域邁出了第一步。通過衛星，互聯網把地球「網」在其中，「地球村」從理想變成了現實。

　　四、問題解答

　　【學思之窗】

　　你覺得應該怎樣評價蒸汽機和電力對社會發展的作用？

　　解題關鍵：推動社會發展的動力

　　思路引領：機器的普及和新的技術革命浪潮；世界日益成為整體；人民生活的變化。答案提示：社會生產力大幅度提高，工業革命轟轟烈烈展開和第二次工業革命的到來，改變著社會結構和世界形勢，世界日益成為一個整體。加快城市化進程和人們生活更加豐富多彩。

　　【探究學習總結】

　　一、本課測評

　　舉例說明科學技術的進步對社會發展的作用。

　　解題關鍵：舉出事例；推動社會變革的動力。

　　思路引領：生產力大幅度提高；世界日益成為一個整體；人們生活更加豐富多彩。

　　答案提示：生產力大幅度提高。蒸汽機發明以後，工業革命轟轟烈烈開展，蒸汽時代到來；電氣技術的應用，第二次工業革命開始，「電氣時代」到來，信息交流和交通運輸的便捷，使世界日益成為一個密不可分的整體。不僅增加了社會財富，也使人們的生活豐富多彩，城市化進程加快。科學技術的進步推動了社會的發展，科學技術是生產力，生產力是推動人類社會發展的終極動力。

　　二、學習延伸

　　根據互聯網提供的信息服務，比如新聞、娛樂和購物等，組成興趣小組，分別追蹤這些信息對社會和各類人群造成的影響，寫出調查報告。

　　答案略。

　　五、資料與注釋

　　1.原始資料

　　恩格斯關於工業革命的論述

　　十七世紀和十八世紀從事創造蒸汽機的人們也沒有料到，他們所造成的工具，比其他任何東西都更會使全世界的社會狀況革命化，特別是在歐洲，由於財富集中在少數人一邊，而絕大多數人則一無所有，起初是資產階級獲得了社會的和政治的統治，而後就產生資產階級和無產階級之間的階級鬥爭，只能以資產階級的滅亡和一切階級對立的消失而告終。

　　──恩格斯《自然辯證法》

　　科學與技術的關係

　　科學開始時對工業沒什麼影響，我們迄今所提到的紡織工業、採礦工業、冶金工業和運輸業方面的各種發明，極少是由科學家們作出的。相反，它們多半是由響應非凡的經濟刺激的、有才能的技工完成的。不過，1870年以後，科學開始起了更加重要的作用。漸漸地，它成為所有大工業生產的一個組成部分。工業所研究的實驗室裝備著昂貴的儀器、配備著對指定問題系統研究的訓練有素的科學家，它們取代了孤獨的發明者的閣樓和作坊。

　　──［美］斯塔夫里阿諾斯《全球通史──1500年以後的世界》第291頁

　　網際網路的影響

　　網際網路預示著巨大的挑戰，同時也預示著無限的機會。到目前為止，網際網路可以支持綜合的社會服務；網際網路給我們理想「部族」帶來了挑戰；網際網路可以使政府、公司、教育和企業的所有業務全部或是部分轉移到非物理領域。

　　通過這本書我試圖給出的一個觀點就是網際網路可以影響我們生活方式和我們看到的世界的運行方式。印刷機徹底改變了個人獲取事實記錄、其他人的思想和遙遠文化的方式；便士郵政改變了我們從朋友處獲得新聞和我們與其他團體進行通信的方式；電話改變了我們的談話方式並擴大了可進行問題討論的人們的範圍。網際網路所能改變的東西都包含這些，但會遠遠多於這些。

　　飛行使得世界上遙遠的地方的人們變得容易接近；網際網路可以讓我們時時下載來自這些遙遠的地方的圖像。汽車讓我們可以在離家很遠的地方上班；網際網路可以支持我們在世界上任何地方為公司工作。幾次戰爭改變了歐洲的面貌；網際網路也許能夠幫助改變每一個國家的需求。網際網路所能支持的工具是不可預測的，如虛擬現實辦公室、進口數字商品、用法律授權給「經紀人」購買隨時有變化的網路軟體。法律、管理和文化構架允許我們控制並且部分地利用這種工具。

　　──［英］巴雷特著，李新玲譯《賽伯族狀態》

　　知識經濟的影響

　　知識經濟時代，信息量俱增，信息技術、網路技術的發展，使網上商店、網上商場、網上商城大量湧現，人們在網上購物成為一種時尚，網上購物正以其商品信息大、可選範圍廣、成本低、消費者主動性強的優勢，為越來越多的人接受，正在成為一種新的消費模式。從消費方式的視覺觀察，網上購物、網上消費正在對人類消費方式的革命產生深刻的影響。

　　──鮑宗豪《全球化與當代社會》，上海三聯書店2002年版，第123頁

　　2.課文注釋

　　蒸汽機的早期歷史

　　人們很早就注意到了蒸汽的動力，文藝復興時期的達·芬奇據說曾設計過一種利用蒸汽開動大炮的圖樣。後來，很多人都曾做過利用蒸汽做動力的實驗。17世紀後期，法國工程師巴本（1647—1712）開始把蒸汽動力技術的設想付諸實施。1680年，他在英國試驗成功了第一台可以把熱能轉變為機械能的實驗型的蒸汽泵。1695年，英國工程師塞維利製造出了幾台蒸汽泵，已能用於抽水，並含有最初的蒸汽動力機的雛形，特別是他首次把蒸汽技術用於生產。塞維利把他發明的蒸汽泵稱為蒸汽機，實際上它仍然只是一種把動力裝置和排水裝置結合在一起的蒸汽泵。此後，紐科門等人繼續研製蒸汽機，並在1705年試製出了第一台真正可用作動力的蒸汽機。這種蒸汽機被稱為紐科門蒸汽機。紐科門蒸汽機發明以後，作為一種能夠帶動水泵的引擎，被用到採煤場與採礦場的礦井排水之中。用於實際生產之後，人們除了發現它的熱效率仍然較低之外，還有許多其他缺陷，無法廣泛使用，仍需要繼續改進。半個多世紀之後，瓦特經過不懈努力，終於改進成功。

　　瓦特改進蒸汽機

　　從1766年開始，在三年多的時間內，瓦特解決了材料和工藝等方面的種種困難，終於在1769年生產了改進型的蒸汽機。這一年，瓦特以發明分離冷凝器，獲得他在革新紐科門蒸汽機的過程中的第一個專利。但這種蒸汽機仍不夠理想，主要問題是無法克服紐科門蒸汽機只能做往返運動的缺點，這就不能使蒸汽機變成能帶動各種工作機的原動機。1781年，瓦特研製出了一套齒輪聯動裝置，憑藉這套裝置他終於把活塞的往返直線運動轉變為輪軸的旋轉運動，他也因此獲得了第二個專利。接著，為了進一步提高蒸汽機的效率，增大蒸汽機的動力，瓦特對汽缸本身進行了分析和研究。1782年，瓦特試製出了一種帶有雙向裝置的新汽缸，把原來的單向汽缸組裝成雙向汽缸，並首次把引入汽缸的蒸汽由低壓蒸汽改為高壓蒸汽，他也因此取得第三個專利。真正意義上的瓦特蒸汽機終於製成，並在1785年運用於工廠生產。

　　伏特及其發明的電池

　　伏特（1745—1827）是義大利科學家，18世紀末，伏特發現導電體可以分為兩大類。第一類是金屬，它們接觸時會產生電勢差；第二類是液體（在現代語言中稱為電解質），它們與浸在裡面的金屬之間沒有很大的電差。而且第二類導體互相接觸時也不會產生明顯的電勢差，第一類導體可依次排列起來，使其中第一種相對於後面的一種是正的，例如鋅對銅是正的，在一個金屬鏈中，一種金屬和最後一種金屬之間的電勢差是一樣的，彷彿其中不存在任何中間接觸，而第一種金屬和最後一種金屬直接接觸似的。伏特最後得到了一種思想，他把一些第一種導體和第二種導體連接得使每一個接觸點上產生的電勢差可以相加。他把這種裝置稱為「電堆」，因為它是由浸在酸溶液中的鋅板、銅板和布片重複許多層而構成的。1796年，他宣布了自己的發現，用的標題是《論不同導電物質接觸產生的電》。電堆能產生連續的電流，它的強度的數量級比從靜電起電機能得到的電流大，由此開始了一場真正的科學革命。伏特發明的電堆就是電池的始祖。後來人們稱之為伏特電池又譯伏打電池，為了紀念伏特的貢獻，人們把電壓的計量單位命名為伏特。但是，由於伏特電池電極的極化損耗，電池所能提供的電流越來越小，這一點制約了伏特電池的更廣泛應用，後來人們研製成了更先進的電池。

　　富蘭克林與避雷針

　　本傑明·富蘭克林（1706—1790）是美國獨立戰爭時期著名的思想家，同時也是一名傑出的科學家。18世紀以前，人們普遍相信雷電是上帝發怒的說法。富蘭克林經過反覆思考，認為雷電可能是一种放電現象，它和在實驗室產生的電在本質上是一樣的。於是，他寫了一篇名叫《論天空閃電和我們的電氣相同》的論文，但沒被認同。他決心用事實來證明一切。1752年6月的一天，陰雲密布，電閃雷鳴，一場暴風雨就要來臨了。富蘭克林和他的兒子一道，帶著上面裝有一個金屬桿的風箏來到一個空曠地帶。富蘭克林高舉起風箏，他的兒子則拉著風箏線飛跑。由於風大，風箏很快就被放上高空。剎那間，雷電交加，大雨傾盆。富蘭克林和他的兒子一道拉著風箏線，父子倆焦急的期待著，此時，剛好一道閃電從風箏上掠過，富蘭克林用手靠近風箏上的鐵絲，立即掠過一種恐怖的麻木感。他抑制不住內心的激動，大聲呼喊：「我被電擊了！」後來，富蘭克林用雷電進行了各種電學實驗，證明了天上的雷電與人工摩擦產生的電具有完全相同的性質。為了防止雷電的危害，他製成了一根實用的避雷針。他把幾米長的鐵杆，用絕緣材料固定在屋頂，桿上緊拴著一根粗導線，一直通到地里。當雷電襲擊房子的時候，它就沿著金屬桿通過導線直達大地，房屋建築完好無損。1754年，避雷針開始應用。

　　愛迪生

　　愛迪生（1847—1931），美國發明家。於1847年2月11日誕生於美國中西部的俄亥俄州的米蘭小鎮。愛迪生8歲上學，但僅僅讀了3個月的書，就被老師斥為「低能兒」而攆出校門。從此以後，他的母親是他的「家庭教師」。由於母親的良好的教育方法，使得他對讀書發生了濃厚的興趣。為了賺錢購買化學藥品和設備，他12歲時就開始工作。他賣過報紙、蔬菜和水果，出版過周刊《先驅報》，擔任過報務員，開過公司，後來成為舉世聞名的美國電學家和發明家，他除了在留聲機、電燈、電話、電報、電影等方面的發明和貢獻以外，在礦業、建築業、化工等領域也有不少著名的創造和真知灼見。愛迪生一生共有1000多項創造發明，為人類的文明和進步做出了巨大的貢獻。愛迪生被世人稱為「天才」，但是他卻解釋說：「天才就是百分之二的靈感加上百分之九十八的汗水。」其中重要的發明有留聲機和電燈等，特別是電燈的發明。1878年，愛迪生開始對電燈的研製感興趣。研製電燈的關鍵是找燈絲材料，據說愛迪生試驗了1600多種耐熱材料和6000種植物纖維，但還是沒有成功。1879年10月21日，他用棉線燒成碳絲，再將碳絲裝進燈泡，小心地抽成真空，當電燈通上電流時，燈絲髮出明亮的光輝，而且持續了45個小時。愛迪生並未滿足，經過一次又一次的反覆實驗，用竹子纖維在碳化後可以做燈絲，燈壽命長達1200小時。為了給電燈提供電力，1882年，愛迪生在紐約建成了一個當時世界上最大規模的電力系統。他的直流發電機功率達到600多千瓦，為幾千用戶提供照明用電。

　　法拉第

　　法拉第（1791—1867），19世紀最偉大的物理學家之一。他出生在英國一個鐵匠的貧困家庭，只上過兩年小學，十二三歲曾以送報獲得微薄收入貼補家庭，14歲當裝訂書籍的學徒。他求知慾望十分強烈，在7年的學徒期間，利用訂書的空閑時間，如饑似渴、廢寢忘食地閱讀了許多自然科學的書籍。後來，他毛遂自薦，在22歲時當了大化學家戴維的實驗助手。從此直到退休，法拉第終生都在英國皇家研究院工作。他勤奮好學，工作努力，在科學上取得了巨大成就。1831年，法拉第經過7年反覆試驗，發現電磁感應現象，為製造電機提供了基本原理，他又製造了一台利用磁力產生電流的機器，將機械能轉化為電能，從此，打開電能寶庫的大門。

　　實際可用的發電機問世

　　1819年，丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應，開始揭示電和磁之間的關係。1831年，法拉第發現電磁感應現象。1866年，德國人西門子經幾年努力研製出自激式發電機，「廉價地、輕易地產生出無限強的電流」，被公認為電力技術最重要階段的開端。但這種發電機還有許多缺點，又經過許多人的不懈努力，發電機逐步得到改進，到19世紀70年代，終於可以投入實際運行，發電機才真正由實驗室步入實際生產領域。同時，使電能再轉變為機械能的電動機，也迅速發展進步，並開始應用於工業生產。電能傳遞速度快，傳輸損失小，能遠距離輸送，並可以按用戶需要科學分配能量。電站可建在水源、燃料、交通各方面條件適合的地方，便於集中生產，集中管理，完全能滿足資本主義生產的經營方式。電力的廣泛使用，促成一大批新的工業部門誕生，從根本上改變了資本主義生產的面貌。它也促使新技術的發明和發現，為信息時代到來提供了基礎。

　　電車的發明

　　19世紀三四十年代以後，科學家們已經在為發明電車作出了種種努力。德國科學家西門子在前人的基礎上，研製成功了實際可用的電車。西門子開始製造了一種用木頭製造的車子，在車的下面裝了一個電動機，通過滑輪和鋼絲繩將動力傳給車軸，用140伏的直流電作動力，通過互相絕緣的左右軌道將電流輸到車上。西門子的這種電車自然比達維德松的進了一步，因為使用蓄電池只能行駛很短的時間就必須拿下來充電了，電車也就開不了多長時間；而西門子的電車是通過軌道把電輸送到車上的，於是就克服了這一不足之處。1881年，當這種有軌電車出現在德國柏林郊外的時候，人們奔走相告，許多人特地從市內和其他地方來到這裡，專門是為了乘坐這種在鐵軌上行駛的電車，親自感受一下電氣時代所帶來的便利。19世紀80年代，出現了各種各樣的「有軌電車」：有的懸掛在鐵軌下方稱為「懸垂式單軌電車」；有的騎跨在鐵軌上面稱為「跨座式單軌電車」；等等。1884年，美國工程師亨利通過架空線由遠方的電站供給電能，然後再由觸線桿連接架空線和電車的方法，製造出了無軌電車。

　　工業革命帶來的城市化

　　第一次工業革命後，農業發展，流動人口增多；蒸汽機的發明和使用，工廠制日益普及；交通運輸的迅速發展，為人口流動，製成品和原材料的流通，提供了快捷、安全的交通工具；市場不斷擴大，商品經濟日益繁榮；等等；所有這些，推動了城市的發展。1760年，英國5萬～10萬人的城市只有1個，1851年達到13個；1851年，10萬人以上的大城市已經有7個。特別是新興工業城市的發展迅速，如曼徹斯特、利物浦、格拉斯哥等。1851年，英國的英格蘭和威爾士的城市人口總和已經超過農村人口，城市人口比重達到50.2%。1921年，英國城市化水平達到77%。初步實現城市化。1844年，倫敦的人口已達到250萬，謝菲爾德也從一個小鎮成為一個11萬人的城市。工業革命也給人們的生活帶來了巨大的變化，交通更加便捷，生活水平也不同程度地得到改善，思維方式和社會組織形式等許多方面也發生了急劇的變化。

　　電子計算機的問世

　　20世紀電子技術的飛速發展為電子計算機的誕生創造了必要的技術前提，1943年，美國開始實施「電子數字積分和計算機（electronic numerical integrator and computer）」（簡稱ENIAC，中文譯名「艾尼阿克」）工程。整個工程吸收了大約200名科學家，經過兩年多艱苦的創造性勞動，1945年底，這台標誌著人類智力解放的巨大機器，宣告竣工。這台電子計算機是個笨重的龐然大物，它佔地170平方米，總重量達30噸，其耗電達150千瓦/時。它裡面約有18 000個電子管，1 500個繼電器，7英里長的銅絲和50萬個焊接頭代替了馬克的760 000個轉動機件及無數的電阻、電容等，信息由快速的電脈衝傳送。當然，艾尼阿克的計算速度是無與倫比的，它每秒鐘可作5000次運算，比當時已有的最快的繼電器式計算機要快上1000倍。它可以勝任廣泛的科學計算。當時計算中最複雜的問題，要數描寫旋轉體周圍氣流的5個雙曲型偏微分方程組了，這個問題如果讓機電式計算機來計算，需要花一個月以上的時間；如讓人工手算，則要花上幾年時間，而艾尼阿克僅用一個小時，就把結果準確無誤地全部告訴了人們。電子計算機是20世紀最偉大的發明之一。問世以後，電子計算機飛速發展，廣涉人類的軍事、科技、經濟、文化、政治和娛樂領域，對人類的生活方式和思維方式產生了並將繼續產生難以估量的影響。

　　網際網路的誕生

　　網際網路（Internet）又稱為國際互聯網。20世紀60年代，美蘇冷戰，美國軍方認為，萬一僅有的一個集中軍事指揮中心被前蘇聯的核武器摧毀，那麼全國軍事指揮就將癱瘓，其後果將不堪設想，因此有必要設計一個由多個分散指揮點構成的指揮系統，某些指揮點的摧毀，並不影響其他指揮點的正常運轉，而這些分散點的相互聯繫則要通過某種形式的通信網。於是在1969年，美國開始建立一個命名為ARPAnet的網路，不過那時它只鏈接了美國的4個軍事及研究用電腦主機。1986年，美國建立了NSFnet廣域網，這個網在美國國家科學基金會的鼓勵和資助下，併入了很多大學、研究機構以及私營研究機構的區域網。隨著ARPAnet軍用部分與民用、商用部分的脫離，ARPAnet逐步被NSFnet所代替。20世紀90年代初期，逐步形成了今天的網際網路。

　　網際網路的早期應用服務主要有電子郵件、遠程登陸和文件下載FTP等。所有這些應用都需要有相當的計算機知識才能使用。這種局面直到1990年萬維網WWW（World Wide Web）出現之後才逐漸改變，WWW通過建立Web網站進行信息的發放，用戶通過操作簡單的瀏覽器軟體，以圖形界面來訪問這些網站，並可以通過超文本鏈接，轉接到其他相關網站。WWW極大簡化了網上信息的發布和用戶訪問。

　　信息社會

　　美國未來學家奈斯比特認為1956年和1957年是一個轉折點，它標誌著「工業社會」的結束和「信息社會」的開始。從那時起，信息時代已不再是一個觀念，而成為一種現實。學者們按照生產技術的重大變化，以及由此引起的社會生產結構、勞動方式和生活方式的重大變化，把從古到今的社會區分為農業社會、工業社會和信息社會。

　　信息社會與工業社會最大的區別在於戰略資源不同。工業社會的戰略資源是資本，信息社會的戰略資源則是信息。奈斯比特舉例說，100年前很多人可能就已經知道怎樣建造一座鋼鐵廠，所缺少的只是資金。如今再興辦企業，最要緊的已經是信息（知識和技術）了。人類跨入信息時代，是和電腦技術的發展與普及緊緊聯繫在一起的。日本經濟學家松田米津在《信息社會》一書中指出，信息社會就是以電腦技術為發展核心的社會，信息社會的發達程度要由電腦技術的發展水平和普及程度來確定。按照電腦化發展的過程，他把信息社會分為4個階段：第一階段是以大型科技項目為基礎的電腦化，時間大致從1945年到1970年。在這個階段，電腦主要被用于軍事和太空探險，如計算導彈飛行的彈道，組織阿波羅登月計劃等。推行電腦的主體是國家機構。第二階段是管理的電腦化，時間大致從1955年到1980年。這個階段的主要目標是運用電腦技術增加國民生產總值，提高行政和企業管理效率。推行電腦的主體為政府機關和企業界。第三階段是社會的電腦化，時間大致從1970年到1990年左右。電腦技術主要被用於科學、教育、醫療、交通指揮、資源調查、清除污染等，以增進社會福利，滿足社會需求。推行電腦的主體除了政府和企業外，還增加了個人。第四階段是個人的電腦化，時間為1975年到2000年。在這個階段上，每個家庭都可以擁有電腦，每個人都可以從電腦系統取得他所需要的資料，解決工作和生活中的問題，實現未來目標。個人將取代機構成為電腦化的主體。

　　在信息科學技術領域，新突破不斷湧現，已有的突破又醞釀著新的突破，使社會發生著根本性的變化。人們的生活方式、工作方式和學習方式也發生了巨大的變化。如遙控生產、遠程會診、電影創作、合作攻關、打擊犯罪、學校教育、郵遞信件、電子報刊等。

　　資訊理論

　　人類認識和利用信息的歷史可以追溯到古代。人類在生產過程中建立了人與人之間的關係，而要溝通這種關係就必須要有信息，要進行通信。通信是人與人之間交流信息的手段。中國古代的「舉烽火為號」也是用火作信號，是進行光通信的一種原始方式。「結繩記事」的繩結也是一種信號，用以存貯信息、傳遞信息。人類在社會實踐中深刻地認識到獲得信息、利用信息的重要性。但是，資訊理論作為一門科學，卻是在近代以後隨著資本主義的發展和近代自然科學的發展而逐漸形成起來的。1948年，美國數學家申農發表了《通信的數學理論》一文，次年又發表了《在雜訊中的通信》。他把用於物理學中的數學統計方法移植到通信領域，從而提出了信息的概念，從量的方面來描述信息的傳輸和提取的問題，並提出了信息量的數學公式。此後，資訊理論就逐步發展成為一門獨立的邊緣學科。資訊理論的出現給科學技術，尤其是通信技術帶來了很大的好處。20世紀50年代初，科學家們把資訊理論推廣到物理學領域獲得了巨大成功。20世紀50年代末和60年代初，美國控制論學者、神經生理學家艾什比發表了《控制論導論》和《系統與信息》兩篇論文，從系統的角度研究信息，為資訊理論推廣應用於生物學、神經生理學等領域打下了基礎。資訊理論經過20多年的發展，已經廣泛應用於物理學、化學、生物學、心理學、經濟管理等各個學科領域。為了適應科學技術發展的需要，迎接信息化社會的到來，一門新的科學正在迅速興起，這就是廣義資訊理論，或稱信息科學。這是由資訊理論、控制論、計算機、人工智慧和系統論等相互滲透、相互結合而形成的一門新興的綜合性學科。

　　信息高速公路

　　1993年初，美國提出的「國家信息基礎設施計劃」，即全美信息高速公路計劃。該計劃預計在10～20年內，建起一個能夠給用戶提供大量信息，由通信網、計算機、資料庫以及各種日用電子設備組成的完備網路，即信息高速公路。這一巨大網路用光纜將通信網、計算機網和有線電視網連接、延伸和擴展，使之遍及全國，同時運用數字化技術和光纜通信技術，成千上萬倍地提高信息處理能力。美國計劃在未來20年內，投入4000億美元來建設這個最龐大的系統，通過信息高速公路使政府機關、企業、學校、科研機構和家庭的計算機聯網。1993年9月15日，美國政府正式推出跨世紀的工程計劃，在世界範圍內形成了極為廣泛的影響。「國家信息基礎設施」的英文全稱為National Information Infrastructure，簡稱NII。「國家信息基礎設施」通俗的說法就是信息高速公路，也稱「信息超高速公路」、「數據高速公路」。信息高速公路是指一個高度集成和擴展到全國範圍的信息基礎設施的總和，它能使任何人在任何時間、任何地點，將文字、聲音、圖形、圖像、視頻、文件等信息傳遞給任何地點的任何其他人。它將科研、商業和娛樂等網路互相鏈接，以支撐多媒體，而且也容易為人使用，自動引導用戶去往世界各地。它也是一個把各種新技術結合在一起的網路，可以傳送文件、聲音、影像，或三者的組合。一個前所未有的電子通信網路，四通八達，將每個人都連在一起，並能提供你能想像得出的任何電子通信。概括起來，信息高速公路主要包含下列內容：1.信息高速公路是各種信息網路的綜合與集成。信息高速公路首先是一個網路，如果沒有了網路，就不可能將分散在各地區的信息設備連接起來，也就無法共享信息，但信息高速公路不是簡單的單一結構的網路，而是「網路之網路」，它是全部現有的和將來的、公有的和專有的、政府的和企業的、窄帶的和寬頻的、高速互動式的網路的綜合與集成。2.信息高速公路包括了各種通信技術。信息高速公路包括了各種通信技術如衛星通信、有線通信、無線通信和移動通信等，通過這些通信技術，信息才有可能傳送到各個家庭、企業和政府機構。3.信息高速公路包含有各種形式的信息。信息高速公路包含了各種大量的信息及其文本，信息以資料庫、文字、圖形、圖像、聲音、文本、文件及二進位代碼文件等各種形式在信息高速公路上存儲和傳送。4.各種信息設備是使用信息高速公路的工具。計算機、電話、電視機、無線電及其他信息設備是利用信息高速公路的工具，通過信息設備，人們才有可能對各種信息進行訪問。5.信息高速公路離不開各種信息從業人員和用戶。信息高速公路上的信息從業人員負責提供信息、管理信息、交流信息並對硬體進行維護，以使信息高速公路有序和暢通。另外，用戶也是信息高速公路不可缺少的一個方面。6.網路標準和編碼標準及相關政策法規是信息高速公路正常運轉的保證。網路標準和編碼標準確保網路之間的互連、互通與互操作，正如高速公路上行駛的各種車輛要遵循特定的交通規則那樣，在信息高速公路上運行的各種「信息系統」以及這種「信息系統」的用戶都必須遵守有關的各種規章制度，以保證信息高速公路的正常運轉。美國這一計劃的出台，在全球引起強烈反響，各國爭相制定各自的信息高速公路計劃。歐洲聯盟制定了趕超美國的「歐洲信息高速公路計劃」。預計今後5年內出資330億法郎（另外有4100億法郎由私營部門提供）發展歐洲信息高速公路。英國計劃在今後10年內投資380億英鎊建設信息高速公路。法國電信公司將首先為光纖工程投資2000萬至2500萬法郎。德國已經開始在柏林進行實驗。日本的全國超高速信息網稱為「信息研究及流通新幹線」。從1993年起的3年內，政府投資500億日元，用光纜將全國各地30多個國立、公立研究機構現有的超級計算機網鏈接起來，各機構可以根據需要互相利用。另外還擬建設「海底信息公路」的維納斯計劃。一旦網路建成即可收集解決全球環境問題所需要的數據，預測地震和海嘯，了解海底資源情況。韓國政府於1993年3月確定關於建設信息高速公路的綜合計劃。據此計劃，到2015年，將投資553億美元，並已成立由國務院總理任委員長的信息高速公路促進委員會，以協調網路建設。最早提出信息高速公路計劃的是新加坡，叫「國家信息基礎設施」計劃，目前已從試驗階段進入具體安裝階段，已經鋪設了16000公里光纖電纜，計劃把所有的家庭、辦公室、工廠和學校的計算機鏈接在一起。它將使這個國家變成一個「智慧島」。巴西、阿根廷、巴拉圭和烏拉圭等國已加緊實施該地區光纖電纜傳輸網路的鋪設工程，以適應未來的需要。

　　遠程教育

　　遠程教育distance education,也稱「遠距離教育」或「隔空教育」等。所謂遠程教育，有人對它的定義為：①教師和學生分離；②教育組織的影響；③應用技術媒體；④雙向通信機制；⑤可能有面授交流的機會；⑥教育的工業化形態。

　　遠程教育是具有以下特徵的教育形態：教師和學生在教與學的全過程中處於相對分離狀態（這使它區別於傳統面授教育）；教育組織通過規劃和準備學習材料以及提供學生支助服務對學生學習產生影響（這使它區別於個人學習和自我教育項目）；應用各類技術媒體──印刷媒體、視聽媒體和計算機媒體──將教師和學生聯繫起來並以此作為課程內容的載體；提供雙向通信並鼓勵學生交流對話和從對話中受益（這使它區別於教育技術的其他使用方式）；學生在學習全過程中與學習集體也處於相對分離狀態，學生通常是接受個別化教學而不是集體教學，但並不排除為了教學和社會的目的組織必要的集體面授交流。隨著互聯網技術的發展，遠程教育將從「電視大學」、「廣播大學」、「函授學校」的基礎上得到進一步發展。首先，信息高速公路的使用將會促使目前被動的、教師和學生們是一對一的教學方式走向互動式的、教師和學生們是多人對多人的教學方式轉變，即學生與教師可以對話，學生可以提問。其次，學生受教育的靈活性，不像現在的課堂教育嚴格按照課程表安排學習，教學內容比現在也豐富得多，不同的課程、不同的程度，做到兼顧提高、普及和進修的要求，同一課程還可安排不同的教師，以使學生有較大的選擇餘地。遠程教育的範圍將是全球性的，其目標將是建設一個「終身學習的社會」，在終身學習和教育的社會裡，各種年齡的商業人員和學生都可從最好的專家和教師那裡學到知識，並就共同感興趣的問題進行交談；殘疾人可以和正常人一樣享受最好的教育，並且可以和教師及其他同學一起進行互動式學習；邊遠地區的學生可以得到同現代化大城市的孩子一樣的學習機會。

　　3.參考書目

　　《科學的故事》，林成滔編著，中國檔案出版社2001年版

　　《科學的歷程》，吳國盛著，湖南科學技術出版社1995年版

　　《青年必知科學歷程手冊》，劉里遠主編，中國國際廣播出版社2000年版

　　《大學生必知的重大發明》，宿春編著，中國時代經濟出版社2002年版

　　《世界近代工業革命》，許永璋著，遼寧人民出版社1986年版

　　《自然科學史簡編》，倉孝和著，北京出版社1988年版

　　《知識經濟學》，李玉峰等編著，南開大學出版社2003年版

　　《網路神話》，盛培德著，廣東經濟出版社2001年版

　　《20世紀科學發現縱橫談》，朱長超著，世紀出版集團，上海人民出版社2000年版

　　《科技革命與當代社會》，陳筠泉，殷登祥主編，人民出版社2001年版

　　《百年科學發明》，黃天祥主編，吉林科學技術出版社2000年版

　　《科學技術發展簡史》，黃理穩、李學榮編著，華南理工大學出版社1999年版