1、第第五五单元单元 科技改变生活科技改变生活 一、一、单元设计意图单元设计意图 1.1.本单元主题的提出本单元主题的提出 本单元旨在通过引导学生研究科技发展和人类生活之间的关系， 让学生意识到发展中的科 学技术改变、塑形人类生活的现象，帮助学生认识“物质是变化的”这一科学思想。自人类诞 生以来，技术就相伴而生，并随着人类的发展而发展。各种各样的科学技术产品也在不断反作 用于人类社会，对人类的生产、生活产生巨大的影响。 学生通过阅读、 讨论、 比较各种科学技术产品和手段， 回忆生活中接触到的各种科技产品， 比较过去的生活和现在的生活， 能够识别生活中的能源科技、 通讯技术、 建筑技术、 制造技术、
2、 生化技术、交通技术的各类技术产品对自己的影响。通过了解农业科技、建筑科技和工业科技 这三个领域中最重要技术产品的诞生及推广，知道技术产品是如何改变人类社会面貌的过程。 这些技术产品在生活中的存在往往是习以为常和见怪不怪的，如混凝土、电动机等，然而正是 这种技术产品的普及也意味着技术产品对人类社会生活的改变是一种彻底的改变。 这些活动将 进一步拓展和结构化学生的科学技术知识，拓展对科学技术的认知。 2.2.本单元对课程标准的落实本单元对课程标准的落实 (1)本单元通过一系列阅读、整理、观察、制作、对比实验等活动，落实课程标准高 年段的课程目标。 科学知识： 了解技术是人们改造周围环境的方法，是
3、人类能力的延伸， 工程是依据科学原理设计和制 造物品、解决技术应用的难题、创造丰富多彩的人工世界的一系列活动；了解科学技术推动着 人类社会的发展和文明进程。 科学探究： 能基于所学知识，从事物的结构功能、变化及相互关系等角度提出可探究的科学问题，提 出有针对性的假设，并能说明假设的依据。通过观察、实验、查阅资料、调查、案例分析等方 式获取事物的信息。用科学语言、概念图、统计图表等方式记录整理信息，运用分析、比较、 推理、概括等方法得出探究结论。采用不同的表述方式，如科学小论文、卡片、调查报告等方 式，呈现探究的过程与结论。 科学态度 表现出对事物的结构、 功能、 变化及相互关系进行科学探究的兴
4、趣； 在尊重证据的前提下， 坚持正确的观点；从不同视角提出研究思路，采用新的方法利用新的材料，完成探究、设计与 制作培养创新精神。能接受别人的批评意见，反思、调整自己的探究；在进行多人合作时，愿 意沟通交流，综合考虑小组各成员的意见，形成集体的观点。 科学、技术、社会与环境 了解科学技术可以减少自然灾害对人类生活的影响； 了解在科学研究与技术应用中必须考 虑伦理和道德的价值取向。了解人类的好奇和社会的需求是科学技术发展的动力， 技术的发展 和应用影响着社会发展。认识到人类、动植物、环境的相互影响和相互依存关系，了解地球上 的资源是有限的，人类活动会对环境产生正面和负面的影响，自觉采取行动，保护
5、环境。 (2)本单元学习内容基于课程标准课程内容中“技术与工程领域”的高年段学习内容 16.2 要求： 学习内容 16.2： “人们为了使生产生活更加便利、快捷、舒适，创造了丰富多彩的人工世 界”这个主要概念。 学习内容 16.2 要求学生理解： “工程和技术产品改变了人们的生产和生活” 。其中对高年 级的要求是： “知道重大的发明和技术会给人类社会发展带来的深远影响和变化。 ” 根据上述内容，结合科学探究和科学态度中对高年级的要求，编制了本单元内容。 3.3.本单元在整套教材中的位置本单元在整套教材中的位置 本单元在整套教材中与其他单元的关系，如下图所示： 4.4.本单元次级主题的构成及逻辑
6、关系本单元次级主题的构成及逻辑关系 本单元由四个次级主题组成： 影响人类文明的里程碑 人造肥料和现代农业 钢筋混 凝土和现代建筑业和电动机和现代工业 ，这四个次级主题为总分关系，第一课概述很多 技术产品对人类文明的进程产生了重要的影响。第二、三、四课分别从农业、工业和建筑业这 三个方面叙述重要的发明对人类生产、生活的改变和影响。 四个次级主题从两个不同的范围引导儿童认识存在于他们身边的科技产品和这些科技产 品所产生的影响， 引导学生从较长的时间来考察技术的更新迭代对人类生产生活所产生的影响。 第一课侧重于总括重大科技发明创造对人类文明进程的影响，引导学生轮子的产生、 火的 使用， 蒸汽机的发明
7、和推广以及互联网的普及等不同的维度来描述重要的科技发明对人类生活 所产生的影响。 第二课侧重于农业科技， 从人造肥料入手对比传统农业生产和现代大棚农作物劳作方式的 不同，阅读化肥的产生及无土栽培技术的推广等，通过对化肥对农作物的影响，以及无土栽培 活动的体验，意识到科技对农业的改变。 第三课则侧重建筑业。通过对钢筋混凝土的观察和描述， 了解古代建筑物和现代建筑物的 不同，随着材料科学的技术革新，人们在建筑领域中所取得的巨大成就，了解此项技术的发明 对人类居住环境和生活质量的提高。 第四课侧重于工业， 主要是指第二次工业革命中涌现出了的电动机。调查了解生活中常见 的各种类型的电动机，以此建立电动
8、机和生活的密切关系。 这三课内容总体上是总分的结构关系，每课训练的侧重点各有不同， 第一课侧重于制作知 识卡片， 能够从大量信息中寻找关键要素； 第二课侧重农业生化科技的发明对农业生产的影响； 第三课侧重于建筑材料的创新，由于材料的变革，解决了人类的住宅难题；第四课侧重于工业 产品，以电动机为例，体会一项关键技术的发明，会应用在生活的方方面面。 二二、单元学习目标单元学习目标 通过阅读、讨论、检索资料、制作知识卡片等活动，了解科技产品对人类生活所产生的深 远影响。 通过资料检索、对比实验、栽培种植等活动，体会非自然状态下的农业生产，知道化肥的 重要性，会配置液体肥料。 通过模拟制作、对比检测、
9、阅读调查等活动，意识到钢筋混凝土这种特殊材料对现代建筑 业所起的作用。 通过调查、制作等活动，意识到电动机作为现代工业的核心产品的广泛使用。 三三、单元活动框架单元活动框架 四、四、课时建议课时建议 序号序号 课题课题 课时课时 15 影响人类文明进程的里程碑 1 16 人造肥料和现代农业 1 17 钢筋混凝土和现代建筑业 1 18 电动机和现代工业 1 总课时 4 五、分课分析五、分课分析 15.15.影响人类文明的里程碑影响人类文明的里程碑 1.教学内容 本课按照由学生认知的逻辑顺序逐渐深入地安排了三部分内容。 第一部分是一个讨论活动， 主要是调用学生的前概念，选出自己认为对社会发展具有深
10、远影响的“里程碑式”的产品，所 谓“深远影响”就是波及领域广泛，涉及的人众多，传播的时间久远，对人类以往的行为改变 是革命性的。教材首先列举了轮子、蒸汽机和互联网这三项对人类文明影响巨大的技术产品， 其次就列出了印刷机、汽车、纸、电话、飞机、化肥、青霉素这几种产品，让学生从中挑选， 并说明理由； 最后是比较两份不一样的评选重大发明的目录， 由此发现虽然评选的标准不一样， 但是有的项目是人类目前公认的伟大发明。第二部分是一个动手和动脑兼而有之的活动， 通过 制作“它是如何改变世界的”科技产品卡片，让学生意识到某一产品对社会所产生的广泛的影 响，通过具体的制作和写作，让学生深入某一产品，了解它的作
11、用和意义。第三部分是阅读活 动， 通过三个人类社会进程中的重要节点火的发明和使用、蒸汽机的发明和利用以及计算机和 互联网的推广，来阐述影响人类文明的里程碑。 2.教学目标 意识到各种产品具有一定的技术性质； 意识到有的科技产品对社会发展具有深远影响； 会制作“科技改变世界”的知识卡片； 知道火的使用、蒸汽机的发明以及计算机和互联网的推广对世界而改变巨大。 3.重点与难点 重点：选择对世界产生深远影响的科技产品。 难点：如何界定“里程碑式的深远影响” 。 4.教学准备 各种技术产品的图片和视频，记录用的纸和笔。 16.16.人造肥料和现代农业人造肥料和现代农业 1.教学内容 农业对人们的生活的影
12、响表现在方方面面，是人类在地球上生存的基础。原始人类的生活 方式主要是采摘狩猎，随着技术的发展，人类逐渐学会了种植与饲养，农业诞生了。于是人类 就开始定居， 由此慢慢演变成村庄、 城市和古代文明。 在这个过程中， 农业起了决定性的作用。 随着人口的增多，人类对粮食的需求不断增加。最初，人们不断扩充耕地面积，后来人们又追 求单位面积的产量，再后来人类追求高效育种和精准浇灌与综合利用水土肥气光，农业科技在 不断发展变化。 本课内容分为四部分，第一部通过比较传统农业和现代农业的不同，比较传统农业和现代 农业环境、条件、人员有什么不同，比较有土栽培和无土栽培有什么不同。第二部分具体着眼 于了解肥料对农
13、作物的影响，通过阅读资料和实际操作比较豆苗的生长情况来完成。第三部分 是一个拓展活动，组织学生利用家庭的阳台，运用无土栽培的方式，栽种一株植物。 2.教学目标 知道无土栽培和传统栽培的不同。 了解无土栽培是一种不用天然土壤而采用含有植物生长 发育必需元素的营养液来提供营养，使植物正常完成整个生命周期的栽培技术。 做豆苗生长的对比实验， 意识到肥料对农作物的作用， 知道植物会从土壤中吸收液体肥料。 会培养营养液，会用无土栽培的方式种植一株植物，并进行日常管理。 3.重点与难点 重点：知道肥料对于农作物的意义。 难点：此类对比实验其效果难于掌握，需要一定的时间跨度，也需要严格控制对比条件， 对于小
14、学生来说有点难度。虽然是六年级的学生，但是终究做这一类实验有点儿难。 4.教学准备 高浓度营养液一份，烧杯、量筒等，阳台无土栽培材料每组一套。 17.17.钢筋混凝土和现代建筑业钢筋混凝土和现代建筑业 1.教学内容 钢筋混凝土的出现是现代建筑材料的一次大的飞跃，直接影响到现代建筑的发展，主要是 造价低廉，混凝土抗压能力很强，加入了钢筋弥补了其抗弯抗拉的弱点，其性价比之高，施工 方便都使之成为了现代建筑的首选材料。 本课有四个内容。第一个内容是比较古代建筑和现代建筑的不同，通过比较意识到钢筋混 凝土这种材料对于高层建筑的出现的意义和价值。第二个活动是观察，通过通过观察混凝土块 和钢筋混泥土，了解
15、混凝土的组成，由此比较钢筋混凝土和混凝土的不同。第三个内容是阅模 拟制作普通混凝土和钢筋混凝土，作对比测试，了解这两者的抗压性能塑形等方面的不同，体 会钢筋在其中的作用。第四个活动是调查和阅读，通过调查了解混凝土在现代建筑业中的广泛 使用。通过阅读了解钢筋混凝土的发明过程。 2.教学目标 了解古代建筑和现代建筑在材料、形制、规模以及建筑技术等方面的不一样，意识到制约 建筑的最大因素为材料，现代建筑由于钢筋混凝土的广泛使用而突飞猛进。 观察钢筋混凝土，了解其成分。 模拟制作钢筋混泥土，做承重测试，知道钢筋在其中的作用。 3.重点与难点 重点：模拟制作钢筋混泥土，做承重测试。 难点：发明钢筋混泥土
16、的意义。 4.教学准备 石膏、塑料盒、食用油、铁丝以及沙子、石子等，相关视频和图片。 18.18.电动机和现代工业电动机和现代工业 1.教学内容 本课三个内容。第一个内容是了解电动机，通过对当前家庭电动机的调查，了解电动机是 现代家庭不可缺少一个基本电器元件，大到冰箱、小到手机电脑，都有各种各样的电动机。在 工业领域电动机更是不可或缺，按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。一种旋转 式机器， 它将电能转变为机械能，它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕 组和一个旋转电枢或转子，其导线中有电流通过并受磁场的作用而使转动，这些机器中有些类 型可作电动机用，也可作发电机用。第二
17、个活动是动手，通过拆解和组装电动机，了解电动机 的内部结构，由此感受到能量的转化。第三个内容是阅读科学史：从蒸汽机到电动机，了解工 业革命的意义，同时了解重要的工具的诞生对于时代的影响。第一次工业革命蒸汽机得到大规 模的推广，而第二次工业革命电动机则唱了主角，在生活各个角落都出现了电动机。由此可以 推导出第三次信息产业革命的时候，电脑手机在生活中的大规模使用。 2.教学目标 知道我们周围很多电器里都装有大大小小各种型号的电动机。 会制作电动机的模型，了解电动机的工作原理。 了解电动机在第二次工业革命中作用和地位。 3.重点与难点 重点：制作电动机模型。 难点：制作电动机模型和了解电动机的工作原
18、理。 4.教学准备 电动机模型套件和相关视频和图片。 六六、参考资料参考资料 1.1.轮子轮子 通常，轮子被视作人类最古老、最重要的发明，科学家常常把它与火的使用相提并论。人 类驯服火的历史超过 150 万年，而使用轮子只有区区六千载光阴。 在掌握锋利而坚固的工具以前， 人类是不可能拥有轮式车辆的。因为用石器工具难以将木 头加工成合适的圆柱形， 更不必说复杂到带辐条的轮子了。车轮的出现只能是青铜时代以后的 事情。据考古发现，最古老的轮子出现在中东美索不达米亚地区。最早的轮子只是一些圆形的 板，和车轴牢牢地钉在一起，美索不达米亚的古巴比伦人用它制作成批的陶器。最简单的陶轮 只需一对盘形的轮，轮盘
19、之间装一根轴，轴直立竖放；陶工一面用脚旋转下面的轮盘，一面用 手将柔软的粘土置于上面的轮盘中，塑捏成形。这是人类最早的工艺品和容器，考古学家认为 车轮的前身就是这些制陶用的轮子。 大约公元前 3000 年，当地人已经将车轴装到了手推车上，轮子不再直接和车身相连。这 种原始的手推车虽然笨拙得很，但比从前一直使用的人的肩膀和驮兽(通常是驴子)要好得多。 以后不久，就出现了装有轮辐的车轮。 车轮很早就用于制造战车。这种战车先是用来冲击敌阵，迫使敌人溃散；后来又当作作战 平台来使用。 士兵站在车上朝敌人掷标枪， 发射弓箭， 杀死敌人。 美国著名人类学家罗伯特 路 威曾断言：凡使用轮车的民族，无一不是直
20、接或间接从古巴比伦人学来的。美洲的印第安人只 知道在滚木上拖船，也使用纺轮，又有滚铁环之戏，但以轮行车始终没有想到。罗伯特路威 对轮子起源的观点也是当前大多数考古学家的观点。 车轮的最伟大作用是使人可以搬动大大超过自身重量的物体， 因此轮子最普遍的用途是运 输。在车轮发明以前，古人借助滑撬来搬运重物。最简单的滑撬就是一个斜面，复杂一些的还 会在重物下垫几根滚杠古埃及人就是用这种方法把巨大的石料堆成金字塔的。 虽然古埃及 人更应该受滚杠的启发而发明车轮， 但最早使用车轮的却不是古埃及人而是古巴比伦人。 我们 可以来想象一下，带轮的车是怎样发明的。最初用的是滚子的滚动来移动重物，后来，人们就 把它
21、的中间部分削细一些。于是，它就变成了一个两端带着宽圆滚的轴。我们猜想，轴是处在 某一种最简陋的梁木架下， 并在梁木架下转动的。 于是， 人类就有了一辆最简单的带轮子的车。 后来，车轮就开始单独制造，人们把它固定在一个可以自由活动的轴上，并且装上了轮箍。再 后来，人们给这样的车装上车厢，于是车就成型了。 齿轮是现代工业革命的代表物。卓别林在电影摩登时代中借助被卡在巨大齿轮中的工 人暗示了人类已经成为机器的奴仆。也许有人认为在信息时代和即将到来的生物技术时代中， 轮子会推出历史舞台，但事实肯定不是这样。在我写这篇文章的时候，电脑的硬盘正在呜呜作 响，光驱、软驱也在工作；而在为基因组测序的各个现代实
22、验室中，离心机轴承正在不停地旋 转以完成蛋白质的分离。 既然我们从文明之初就选择了轮子， 那么它很可能会伴随人类的始终。 2.2.火的使用火的使用 人类最伟大的发明之一就是火的使用。 自人工取火之后，火已经成为人类的一种必不可少的需求。但是从历史的角度来看，火对 人类并非必不可少。因为人类本身的历史已经长达二三百万年， 而人类用火的历史只有四五十 万年，人工取火的历史仅两三万年。在这三者之间存在着巨大的时间差。这种时间差表明，人 类不用火和不能保证经常用火的历史，要比用火和可以人工取火的历史要长得多。 从猿到人，摄取熟食是一个关键点，熟食可以使人更好地消化食物，充分利用能量，同时 避免病菌的侵
23、袭，所以熟食一下子使人和其他动物的竞争站在不同的起跑线上。那么，人类是 如何取得火种的呢? 人类与火的接触主要是从自然界的森林大火开始的。目前，全世界每年都要发生 20 多万 起左右的森林火灾，其中多数是自然火，因为森林中的腐烂物一旦堆积过多，就会因为气候干 燥等原因而燃起大火。在原始时代，森林的面积比现在要大得多，植物的生长比现在也茂盛的 多。 森林大火的发生率也就会比现在高得多。 早期的直立人大多生活在森林或邻近森林的地区， 他们与自然森林火接触的机会，无疑就比今天的人要多得多。 森林大火对于火区内的动物是一种毁灭性的灾难，但对于火区附近的动物却是一种恩赐。 森林大火之后，火区内会留下大量
24、现成的食物。久而久之，原始人就形成了一种观念： “森林 大火=获得食物” 。这样的话，一见到森林大火，他们不再像其他动物一样逃得远远的，而是在 一旁兴奋地等候着。火势一落，他们就会立刻向火去跑去，迫不及待的寻找烧死的动物、烤熟 的硬果壳和植物的块茎。这时候，他们发现烤熟的野兽肉，如果没有被烧焦的话，不但比生肉 容易嚼烂嚼碎，而且味道也比生肉鲜美得多。 此外， 他们还会遇到尚在燃烧着的余火， 这种余火不但不可怕， 而且还能给他们带来温暖、 光明和安全。在火区寻找食物的原始人，很有可能来自几十里以外的山洞，遥远的路程和丰富 的食物， 使他们难以在当天返回他们的所居住的山洞里。 并且， 火区内也不一
25、定有现成的洞穴， 于是他们只好在火区露宿。为了抵御寒风的侵袭，防止猛兽的侵害，他们会围着山中的余火堆 坐下，并不断往于火中添加燃料，使火堆保持不灭。丰硕的收获也使他们一直难以入睡，大伙 也许还会情不自禁的围绕着火堆庆祝一番。在这种情况下，一些兴奋的人，特别是一些贪玩的 孩子，会拿着燃烧的树枝，互相追逐嬉闹，孩子们玩火的行为，也许会给他们当中的聪明人一 些启发。 也不知是哪一天，或者是哪一次，在一场大火之后，在一次庆祝之后，他们中的一个首领 果断地决定：把火种带回山洞。 把火带回山洞，是人类历史上面最伟大的决定之一。他给人带来的不仅仅是温暖、光明和 各种可口的食物，更为根本的还是它使人成为真正的
26、人，彻底的从动物世界当中脱离出来了。 据专家考证，原始人进化分为 4 个阶段，这 4 个阶段所处的大体年代如下： 能人阶段，大约是在 350 百万年至 145 万年之间； 直立人阶段，大约在 145 万年到 45 万年之间； 智人阶段，大约在 45 万年到 10 万年之间? 新人阶段，新人就是我们现代人，新人阶段大约 10 万年左右。 这个进化过程表明，在学会用火之前，人类的进化历程极其缓慢，大约需要用 200 多万年 乃至更长的时间，原始人才从能人进化到直立人，这仅仅完成了一个阶段的进化。而在 45 万 年左右，人类把火带回山洞之后，掌握了用火的技术之后，很快就结束了直立人阶段，然后又 相继
27、完成了智人向新人的跃进，进化成为解剖学意义上的当代人。 毫无疑问，在经历了如此巨大的变化之后，人的感觉性能也会发生巨大的变化，他们再也 吃不下血淋淋的生肉，他们再也不能对寒冷的天气漠然待之，他们再也不能对黑夜毫不畏惧。 总之，他们离不开火了。 最初，原始人只是从自然界的雷击、山火中获得火种。这些火种虽然能被保存，但毕竟不 方便，常因阴雨天气或保存不周而熄灭。经常熄灭的火种，迫使人们发明人工取火技术。 传说上古时， “燧人氏见鸟啄燧木，粲然火出，顿悟，遂折燧枝，钻木而取火， ”这就是中 国版“钻木取火”的故事。从直接利用自然火，到保存火种不灭，一直到学会人工取火，人类 这才算是第一次控制了这种变
28、革物质的强大自然力，这是文明的一大飞跃。 人类何时学会人工取火，至今还未找到可信的证据。一般认为，到了旧石器时代后期，人 类掌握了人工取火的方法。 因为在德国尼安德特人遗址中已经发现了用敲击燧石的方法进行人 工取火的遗迹。不过短短的几万年，人类已经掌握了通过敲击和摩擦把机械能转化为热能的经 验知识， 也掌握了通过燃烧利用燃料能源的方法。 这样， 火就成为人类随时可利用的战胜自然、 改造自然的武器，人工取火的发明结束了人类茹毛饮血的时代。 正是由于人类掌握了驾御火的自由，进而才能烧制陶器、冶炼金属，开创了人类文明的新 纪元。 3.3.蒸汽机蒸汽机 瓦特从开始改良蒸汽机到最后研制成复动式蒸汽机，前
29、后花了 30 多年，仅在解决活塞与 汽缸之间的漏气问题上，瓦特就反复试验了很长时间。这也说明了一个问题：蒸汽机的发明对 世界来说是多么重要，人们好像一直在等待瓦特的成功。不仅仅是瓦特的合作伙伴马修博尔 顿，全世界都在等待蒸汽机带来的奇迹。 第一次工业革命始于 18 世纪的英国， “珍妮纺纱机” 、 “骡机”的出现，提高了纺织品的产 量和质量，为英国全球贸易和扩张提供了一次加速， 这也使英国与其他强国之间的经济实力差 距拉大。蒸汽机出现后，英国已经把其他国家远远地甩在后面。 1712 年，苏格兰铁匠纽克曼发明了空气蒸汽机。瓦特是在几十年后在格拉斯哥大学做修 理工的时候才第一次见到纽克曼蒸汽机模型
30、，从此， 他便开始研究如何让这台笨拙的机器变成 “永动机” 。 “瓦特蒸汽机的发明严格意义上说不是发明，它是改良。18 世纪 60 年代瓦特在纽克曼蒸 汽泵的基础上改良成功。这种纽克曼蒸汽泵又称火机 ，它发动起来浑身冒火，主要在矿山 上使用，是抽水用的，所以又叫矿工之友 。它和泵连在一块，所以体积很大。 ” 由于这台机器的局限， 几十年来， 它一直只用来抽水用， 并没有广泛应用于其他方面， “英 国的煤田有个特点，都在海平面以下，矿山积水非常严重。矿山要解决一个问题就是先把水抽 干，才能够把煤挖掘出来。所以纽克曼的蒸汽机主要用于矿山，当然还有一个用处就是用在盐 田，也是抽水用。 这个蒸汽机的最
31、大缺点就是热效率太低，要用大量的燃料。用在煤矿没问题，煤矿有煤， 即便效率低也没关系。瓦特想改良这个蒸汽机，主要是想怎么用作一种动力。60 年代他改良 成功了，这次改良成功的还是单动式的，就是来回运动的蒸汽机，还是不能给机器提供动力， 因为机器动力需要圆周运动。他把单动式变成联动式花了 20 年时间。他用分离汽缸的方式， 再加上一个冷凝器，就提高了它的热效率。 英国有丰富的煤铁资源，但是煤矿、铁矿大都在丘陵和山区，一些工业城市往往根据矿山 分布而发展。随着工业化规模扩大，摆在英国人面前的一大问题就是交通，如何解决原料地之 间的交通问题很关键。英国随着新工业中心形成后， 怎么解决与市场之间以及同
32、其他原料地之 间的距离的交通问题?一些工厂就会考虑它要重新布局。如果没有这样的蒸汽机提供动力，它 就不能离开山区” 。这样，蒸汽机就带动了英国交通革命，蒸汽机的应用具有划时代的意义， 对人类社会的各个方面都产生了极其深远的影响，到了 20 世纪乃至今天也没有完全失去其作 为动力机的意义.正如马克思所说， 蒸汽机的发明与应用， 在短时间内改变了整个世界的面貌。 4.4.互联网互联网：世界之脑的诞生世界之脑的诞生 人类文明发展过程先后经历了农业革命和工业革命，现在已经进入信息革命时代。互联网 已经融入社会生活和生产的方方面面，深刻改变了人们的生产和生活方式。互联网是通过改变 人类的生活和生产方式发
33、生作用，具体则通过技术来实现。技术的发展常常令人炫目，其中一 些技术像流星一样风靡一段时间后就难觅踪迹。 而有些技术将会长期影响和改变人类的生活方 式并不断升级。互联网对人类文明的影响便是如此。 互联网对促进人类文明迈上新台阶的作用是强大的、不容置疑的。互联网的快速发展正在 深刻地改变着社会结构、社会关系，数字化生存、网络化生活将成为常态。互联网的本质规律 是无穷大和无穷小。互联网的用户会无穷多，对用户的收费会越来越少。互联网的裂变式发展 对各行各业的影响都是巨大的、全方位的和深层次的。它不仅仅是一个伟大的技术发明，它还 给人类带来了一种伟大的精神力量，这就是合作共赢，共建共享的精神。 互联网
34、对传统行业形态的改变非常显著，强烈影响着国家的政治和经济发展， 对文化与价 值观念甚至语言的演变同样具有巨大影响。互联网的发展推动了文化的传播乃至占领。语言的 演变以前所未有的速度加快。放眼当今世界，正是凭借对网络空间的掌控，一些经济文化大国 通过对本民族文化和价值观念的宣扬与传播，悄然侵蚀着他国的传统文化。 互联网将改变传统行业的形态，而传统行业自身又很难产生出适应互联网特点的新机制。 网络购物不是百货大楼发起的； 新媒体的出现不是源自于传统纸媒体； 数码相机的广泛使用不 是卡达公司的本意； 数字出版不是传统出版社的强项； 互联网金融业不是传统银行的发明； MOOC 的发展也不会是以传统大学
35、为主。 互联网对人类文明的影响将不断提升，第一阶段为信息互联， 主要是解决人类知情权的平 等；第二阶段为消费互联，为人类的物质生活需求提供方便；第三阶段为生产互联，服务于人 类就业和事业发展；第四阶段为智慧互联，帮助人类实现对知识和精神生活的追求；最终发展 成为生命互联，满足人类健康长寿的愿望。 5.5.青霉素青霉素 20 世纪 40 年代以前，人类一直尝试获得比磺胺疗效更好、更安全的抗菌药物。当时若某 人患了细菌感染的大叶性肺炎，就意味着此人凶多吉少。为了改变这种局面，科研人员进行了 长期探索，然而在这方面所取得的突破性进展却源自一个意外发现。 1929 年，亚历山大弗莱明(Alexande
36、rFleming)发现，培养葡萄球菌的营养琼脂平皿受 到了点青霉菌(penicilliumnotatum)的污染，青霉菌菌落能将葡萄球菌溶解， 并抑制周边葡萄 球菌的生长。 弗莱明参加过第一次世界大战的战伤救治工作，对抑菌现象有着职业敏感性。他意识到青 霉菌能分泌出有效杀灭葡萄球菌的成分，他称之为青霉素。在试图提纯青霉素未能成功后，他 将点青霉菌菌种提供给感兴趣的英国病理学家弗洛里(FloreyH.W)和生物化学家钱恩 (ChainE.B)。 二人使用冷冻干燥技术成功获得了青霉素晶体， 并通过实验鼠证实青霉素具有优 越的抗菌效果。 第二次世界大战迫切需要高效抗感染药物用于伤病救治，促进了青霉素
37、研究的进展。1943 年， 美国将开发青霉素列为仅次于核计划的顶级项目， 实现了药品大规模工业化生产。 至 1945 年 6 月，青霉素年产量达到了近 6500 亿个单位，挽救了成千上万名伤病员的生命。1945 年， 弗莱明、弗洛里及钱恩三人荣获诺贝尔生理学及医学奖。 青霉素问世是人类有效控制感染性疾病的里程碑青霉素(青霉素 G)是最早广泛用于临床 治疗并延续至今的第一个天然抗生素，对革兰阳性菌、革兰阴性球菌和放线菌具有强大抗菌活 性。包括葡萄球菌、溶血性链球菌、草绿色链球菌、肺炎链球菌、脑膜炎奈瑟球菌、炭疽芽孢 杆菌、白喉棒状杆菌、梭状芽孢杆菌属以及革兰阳性厌氧杆菌如产气荚膜菌、破伤风杆菌、
38、艰 难梭菌等常见致病菌，青霉素还对梅毒螺旋体、回归热螺旋体、钩端螺旋体敏感。 在青霉素问世之前， 人类对这些严重威胁到健康与生命安全的致病菌几乎束手无策。 如新 生儿和产妇被破伤风杆菌感染后的病死率很高。再如梅毒是传染性很强的性传播疾病， 传统方 法是使用重金属制剂治疗，不仅毒性很大且疗效不确切， 梅毒螺旋体仍可能侵犯到心脏与神经 系统，造成患者痛苦与死亡。 第一次世界大战期间，大量伤病员得不到有效治疗，伤口很容易感染化脓，以致于医院里 充满了腐臭气味，伤员即使手术成功，也可能因感染化脓截肢与死亡。第二次世界大战后期， 青霉素开始大量用于盟军部队， 对控制伤口感染非常有效， 大大提高了伤病员的
39、生存率和部队 士气，被视之为神药。 青霉素开创了抗生素治疗感染性疾病的新纪元，极大地推动了抗生素的研发与临床应用。 1940-1950 年代， 从土壤中分离到多种抗生素产生菌， 研发成功了链霉素、 氯霉素、 多粘菌素、 金霉素、土霉素、红霉素、卡那霉素、利福霉素等临床药物。 1953 年，发现了对青霉素酶稳定的头孢菌素 C，为 1970 年代头孢菌素类药物迅速发展奠 定了基础。 1959 年， 从青霉素发酵液中成功分离提纯到青霉素母核， 6-氨基青霉烷酸(6-APA)， 致 1960 年代半合成青霉素系列产品迅速问世，各具抗酸、耐酶、抗菌活性增强与广谱等特色。如氯唑 西林抗革兰阳性菌有耐酶的特
40、点； 阿莫西林是抗一般革兰阴性菌的广谱抗生素， 并可口服给药； 哌拉西林则是抗铜绿假单胞菌作用突出的广谱抗生素。 在抗生素蓬勃发展的百花丛中，天然青霉素虽经久力衰，但仍在临床上占有一席之地。如 目前仍推荐青霉素用于敏感肺炎链球菌、口腔丛菌、产气荚膜杆菌与螺旋体引起的感染，并推 荐作为衣氏放线菌、脑膜炎球菌的首选药物。 6.6.化肥化肥 几千年以前， 古代的人们就认识到可以用肥料来改善土壤， 他们给耕地施堆肥和动物粪肥， 这样庄稼通常会长得很好。他们虽然知道这样做有用，但却不知道为什么。160 多年前，德国 著名化学家李比希的研究成果为化肥的诞生提供了理论基础。 李比希自幼酷爱化学，18 岁便进
41、入埃尔兰根大学学习化学。1822 年取得博士学位后，他 回到家乡的一所大学教书，并开创性地建立了实验室， 以极大的热情投入到了有机化学这个新 领域中。当时德国农业遭受自然灾害，粮食减产。李比希看到这种情形内心十分焦急，决心要 用化学知识去帮助农民提高农业生产，于是开始了对土壤的肥力及其物质构成的研究。他从古 代给土地施用人畜粪便想到： 或许是粪便中含有使土壤肥沃的成分， 才使庄稼吸收到生长所需 的物质。这种成分是什么呢?有没有一种物质具有粪便的功能，使庄稼增产呢? 于是，李比希开始在自己的实验室中埋首研究。终于，他发现氮、氢、氧这 3 种元素是植 物生长不可缺少的物质，而且钾、石灰、磷等物质对
42、植物的生长发育有一定的促进作用。在做 了大量的实验后，李比希开始把研制出含有无机盐和矿物质的人工合成肥料作为自己的目标。 1840 年的一天， 李比希把自己新研制出的第一批钾肥和磷肥小心地施在试验田里。 然而， 始料未及的一场大雨却将肥料渗入到土壤深层， 而试验田里的作物的根部却大多分布在土壤浅 层。结果可想而知，收获季节到了，可庄稼没有丝毫增产的迹象。有了失败的经验，李比希接 下来的工作就是将这些化肥变成难溶于水的物质。这一回， 他把钾和磷酸盐晶体合成为难溶于 水的盐类，并且加入了少量的氨，使这种盐类称为含有氮、磷、钾 3 种元素的白色晶体。 李比希在一块贫瘠的土地上重新开始了试验，过了一段
43、时间， 农民们发现原本荒废的土地 上竟然长出了庄稼。而且，这些施过白色晶体的庄稼比农民们良田里的庄稼长得都要好。而这 个白色晶体就是最早的人造化学肥料。 后来， 李比希把他的实验成果写在 化学在农业和生理学上的应用 一书中。 在这本书中， 他科学地论证了土壤的肥力问题， 强调无机质肥料人造化肥对农业发展的重要性， 这在科 学史上还是第一次，他的研究表明，除碳、氢、氧、氮之外，植物还需要硫、钾、磷、钙、铁、 锰、 硅等许多元素。 他还指出， 作物从土壤中吸走的矿物质养分必须以肥料形式如数归还土壤， 否则土壤将日益贫瘠。李比希是第一个主张用化肥代替天然肥料施肥的人，因此被称为“农业 化学之父” 。
44、 7.7.电动机电动机 电动机，又称为马达或电动马达，是一种将电能转化成机械能，并可再使用机械能产生动 能，用来驱动其他装置的电气设备。电动机充满着我们生活的各个角落。在你的电脑里至少有 两个电动机，一个支持硬盘旋转，另一个使冷却风扇旋转；或许在你们家的吹风机、抽风机或 电动剃须刀里、空调压缩机都能找到电动机的影子。在家里，几乎所有你可以看得见的机械运 动都是由电动机引起的。电动机向我们证明，它一直都是这个时代最好的发明之一。你或许会 惊讶它们是那么常见，在你的房间你可以找到多少个电动机呢? 你知道，电动机的发明者是谁吗?他是英国的一位伟大的电磁学家，叫迈克尔法拉第。 他被爱因斯坦评为物理学发
45、展史上最具影响的科学家之一。 1791 年 9 月 22 日出生于英格兰萨里郡纽因顿的一个普通的铁匠家庭， 家境贫寒。 9 岁时， 因父亲去世，失去主要经济支柱的母亲不得不将小法拉第送进一家文具店当学徒。14 岁时进 入一家书店当图书装订工，这使他有机会接触各类书籍。和一般年轻学徒不同的是，法拉第热 爱读书， 并在繁忙的工作之余， 挤出一切休息时间， 把只要他装订过的书都从头到尾读了一遍。 其中对他影响最大的要数大不列颠百科全书和马塞尔夫人的化学对话了。这为他以后 的研究奠定了很好的科学基础。工作之余，他自己也利用空瓶子做电池，尝试种种实验，而且 下定决心要成为学术研究者。 在兄长的赞助下，
46、年轻的法拉第时常去听皇家科学院举办的自然科学讲座。与绝大多数听 众不同的是，法拉第的笔记做得十分详细、工整，每次听后都重新誊抄笔记，并画下仪器设备 图。1812 年，法拉第听了 4 次戴维的讲座。他很感兴趣，就把这位名学者的每句话都记下来， 对讲演内容还作了补充，并把笔记精心装订成册，名为亨戴维爵士讲演录 。这本笔记本， 书法娟秀，插图精美，显示出法拉第一丝不苟和对科学的热爱。1812 年圣诞节前，他把这个 精美的笔记连同一封自荐信寄给戴维。 法拉第的努力终于得到回报。戴维接到他的礼品和自荐信后， 很为法拉第的细心和热诚感 动。在戴维的介绍下，法拉第进入了皇家学院实验室，并当了他的助手。也许，
47、当初戴维也没 有想到过法拉第取得的成就会远远超过他，之后也曾嫉妒过他。但戴维还是把发现法拉第作为 自己最重要的功绩而引以为荣。 法拉弟终于跃进了“龙门” ，剩下的就该大显身手了。经过几年的蜇伏，法拉第在 1816 年出手了第一篇科学论文，论述了生石灰的性质，从此在科学界崭露头角。后来，他发现通电 流的导线能绕磁铁旋转，制成了世上最早的电动机，从而跻身著名电学家的行列。不过，他的 这一项发明受到了丹麦科学家奥斯特一个实验的启发。 1820 年的一天，丹麦哥本哈根大学的教授奥斯特发现，当屋外有闪电时，室内的指南针 会发生不规则的摆动。在这个启示下，他猜想是电流使磁针摆动，于是，在课堂上他进行了这
48、个实验：将电池的两极用导线短接，把导线靠近指南针，导线是水平放置并与磁针成直角，因 而没有观察到对磁针的影响。当他结束讲演，将导线放到与磁针平行的位置时，却立即发现磁 针产生了明显的偏转。他立刻换了个大的电池，重复进行这个实验。1820 年 6 月，他写了一 本小册子电流对磁针作用的实验 ，这本书中记载了他观察到的现象，这就是奥斯特发现的 电流的磁效应。电流的磁效应是科学史上的一个重要发现，它把电学和磁学从此联系起来了。 两年以后，英国科学家法拉第从中得到启发，认为假如磁铁固定，线圈就可能会运动。根 据这种设想，他成功地发明了一种简单的装置。在装置内，只要有电流通过线路，线路就会绕 着一块磁铁
49、不停地转动。事实上法拉第发明的是第一台电动机， 是第一台使用电流将物体运动 的装置。虽然装置简陋，但它却是今天世界上使用的所有电动机的祖先。 电动机的应用使得工业生产发生了重大的变革， 现在每一个机器都可以装备它自己的电动 机，使控制更为简便，并且提高了传输效率，在农业上使用电动机很大程度的减少了人类的劳 动量， 像脱谷机， 水泵等， 家用电器更是减少了巨大的劳动量， 使得人们生活更安全、 更方便、 更舒适。回顾电动机的历史，使我们更加认识到电动机对日常生活的作用，更能体会科技所带 来的变革性力量， 在获得启迪的同时， 让我们用智慧去创造， 用我们的双手去推动科技的创新。 8.8.电灯电灯 灯
50、是人类征服黑夜的一大发明。19 世纪前，人们用油灯、蜡烛等来照明，这虽已冲破黑 夜，但仍未能把人类从黑夜的限制中彻底解放出来。只有发电机的诞生，才使人类能用各色各 样的电灯使世界大放光明，把黑夜变为白昼，扩大了人类活动的范围，赢得更多时间为社会创 造财富。在电灯问世以前，人们普遍使用煤油灯和煤气灯作为照明工具。燃料在燃烧过程中会 产生浓烈的黑烟和刺鼻的气味，并且使用起来也很不方便，还容易引发火灾。人们迫切需要一 种既安全又方便的照明灯。 1812 年，英国化学家汉弗莱戴维将 2000 节电池和两根碳棒连接起来，制成了世界上第 一盏电光源弧光灯。但弧光灯的光线太强，无法用于室内照明，只能在街道或
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