| 综合性学习：科海泛舟 |
||||
| 中学语文教学资源网 → 语文教案 → 教学设计 手机版 | ||||
综合性学习：科海泛舟 龙岩纺织学校 廖宏媛 活动目标： （一）通过活动激发学生对科学知识和科学技术的强烈兴趣；不断培养学生的科学探索精神. （二）引导并帮助学生深入全面地认识科学，在追求科学的过程中具有人文关怀意识。 （三）了解现代科学技术给人类生活带来的巨大影响。 （四）培养学生的搜集整理信息能力、口语交际能力和写作浅显科学小品、科学童话的文字表达能力。 活动重点： 搜集整理资料，读科学家的故事，谈自己与科学结缘的经历，模仿写浅显的科学小品和科学童话。 活动难点：仿写科学小品和科学童话。 教师准备： 1、教师可以准备一些科学家如何迷上科学的故事，或向学生讲述、或提供材料让学生阅读，以激发学生兴趣。 2、在活动之前，教师引导学生收集有关的材料，向学生介绍科学小品、科技说明文的写法，或提供一些范文，以便学生模仿。 3、教师对科学技术的两面性应该作一些了解，甚至收集一些这一方面的观点和信息。 学生准备：（全班分四组准备） 1、收集有关科学的名人名言（至少5条） 2、讲述科学家的故事。 3、准备讲述“我第一次迷上科学”的经历。 4、做一个手工作品，并且介绍它的制作过程。 活动过程： 第一阶段： 各小组竞赛：派出代表上台写出有关科学的名人名言。（每组至少写5条，每条1分） 第二阶段： 各小组推荐一个代表讲述科学家的故事，以培养学生的口头表达能力。（讲得好的，加5分，一般的3分，简单的1分） 第三阶段： 各小组抢答：讲述“我第一次迷上科学”的经历。（讲得好的，加3分，一般的1分） 第四阶段： 各小组展示自己的手工作品，并且介绍它的制作过程。 第五阶段： 各小组交流科学正反两方面效应的材料或者观点，谈谈自己所受到的启发。 第六阶段： 学生写作一篇科学幻想小说。 参考资料： （一）关于科学的名人名言： 科学技术是第一生产力，科技进步与创新是推动经济和社会发展的决定性因素。 ——邓小平 推动科技进步和创新，关键是人才。 ——江泽民 科学的灵感，决不是坐待可以等来的。如果说，科学上的发现有什么“偶然的机遇”只能 给那些学有素养的人，给那些善于独立思考的人，给那些具有锲而不舍的精神的人，而不会给懒汉。 ——华罗庚 “难”也是如此，面对悬崖峭壁，一百年也看不出一条缝来，但用斧凿，能进一寸进一寸，得进一尺进一尺，不断积累，飞跃必来，突破随之。 ——华罗庚 在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。 ——（英）马克思 科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。 ——（英）达尔文 什么知识最有价值，一致的答案就是科学。 ——（英）斯宾塞 科学的真正的、合法的目标说来不外是这样：把新的发现和新的力量馈赠给人类生活。 ——（英）培根 科学需要幻想，发明贵在创新。 ——（美）爱迪生 我平生从来没有做出过一次偶然的发明。我的一切发明都是经过深思熟虑和严格试验的结果。 ——（美）爱迪生 关心人的本身，应当始终成为一切科学技术上奋斗的主要目标，关心这样一些至今尚未解决的重大问题，用以保证我们科学思想的成果会造福于人类，而不致成为祸害。 ——（美）爱因斯坦 我们在享受着他人的发明给我们带来的巨大益处，我们也必须乐于用自己的发明去为他人 服务。 ——（美）富兰克林 科学是没有国界的，因为它是属于全人类的财富，是照亮世界的火把；但学者属于祖国。 ——（法）巴斯德 伟大的科学者在实验室里的生活，是对物体和对周围一切的执着地斗争。 ——（法） 居里夫人 科学不论现在和过去，是对一切事物存在的观察预见 , 虽然是渐进的，然而它是对即将发生事物的认识 。 ——（意）达·芬奇 科学需要人的全部生命。 ——（俄）巴甫洛夫 （二）关于科学家的故事 1、诺贝尔的名字在世界上几乎所有人都知道，这不仅是因为他在科学史上作出了杰出的贡献，更重要的是他为了促进科学的发展，设置了著名的诺贝尔科学奖，这是世界公认的最高科学奖。 诺贝尔有过很多科学发明，但人们一定想不到他小时候只上过一年学。 诺贝尔小时候生活在瑞典，父亲是一位机械师。由于父亲的生意不好，他们的生活很贫困。更不幸的是，一场火灾又烧毁了他家的全部财产，他们的生活完全陷入困境，只有靠借债度日了。父亲为了躲债，背井离乡到俄国谋生。 由于生活艰难，诺贝尔的童年不像别的孩子那样调皮、活泼，他到了八岁才上学，并且只读了一年书，就再也没有进过学校。后来，父亲在俄国的生意好起来，诺贝尔全家便迁居到了俄国。由于不懂俄语，诺贝尔和两个哥哥进不了当地的学校，就请一位老师在家里教他们俄语。当俄语学得有一定基础后，又跟老师学习其它学科。诺贝尔学习非常勤奋，成绩也很好，得到了老师的赞扬。 后来，父亲又让他出国进行学习，他先后去过德国、法国、美国等很多地方。他善于思考，认真学习，学到了很多知识，不但学会了英语、法语、德语，而且成为一位受过科学训练的化学家。那时，他父亲创办的工厂正在生产武器和炸药，他在父亲的工厂里学习和掌握了地雷、炸药的生产，研究了大炮和蒸汽机的设计。他不但掌握了许多实用的工艺技术，还熟悉了一个工厂的生产和管理。就这样，诺贝尔通过自学，逐渐成长为科学家、发明家。 2、陈景润成了国际知名的大数学家，深受人们的敬重。但他并没有产生骄傲自满情绪，而是把功劳都归于祖国和人民。为了维护祖国的利益，他不惜牺牲个人的名利。 1977年的一天，陈景润收到一封国外来信，是国际数学家联合会主席写给他的，邀请他出席国际数学家大会。这次大会有3000人参加，参加的都是世界上著名的数学家。大会共指定了10位数学家作学术报告，陈景润就是其中之一。这对一位数学家而言，是极大的荣誉，对提高陈景润在国际上的知名度大有好处。 陈景润没有擅作主张，而是立即向研究所党支部作了汇报，请求党的指示。党支部把这一情况又上报到科学院。科学院的党组织对这个问题比较慎重，因为当时中国在国际数学家联合会的席位，一直被台湾占据着。 院领导回答道：“你是数学家，党组织尊重你个人的意见，你可以自己给他回信。” 陈景润经过慎重考虑，最后决定放弃这次难得的机会。他在答复国际数学家联合会主席的信中写到：“第一，我们国家历来是重视跟世界各国发展学术交流与友好关系的，我个人非常感谢国际数学家联合会主席的邀请。第二，世界上只有一个中国，唯一能代表中国广大人民利益的是中华人民共和国，台湾是中华人民共和国不可分割的一部分。因为目前台湾占据着国际数学家联合会我国的席位，所以我不能出席。第三，如果中国只有一个代表的话，我是可以考虑参加这次会议的。” 为了维护祖国母亲的尊严，陈景润牺牲了个人的利益。 1979年，陈景润应美国普林斯顿高级研究所的邀请，去美国作短期的研究访问工作。普林斯顿研究所的条件非常好，陈景润为了充分利用这样好的条件，挤出一切可以节省的时间，拼命工作，连中午饭也不回住处去吃。有时候外出参加会议，旅馆里比较嘈杂，他便躲进卫生间里，继续进行研究工作。正因为他的刻苦努力，在美国短短的五个月里，除了开会、讲学之外，他完成了论文《算术级数中的最小素数》，一下子把最小素数从原来的80推进到16。这一研究成果，也是当时世界上最先进的。 在美国这样物质比较发达的国度，陈景润依旧保持着在国内时的节俭作风。他每个月从研究所可获得2000美金的报酬，可以说是比较丰厚的了。每天中午，他从不去研究所的餐厅就餐，那里比较讲究，他完全可以享受一下的，但他都是吃自己带去的干粮和水果。他是如此的节俭，以至于在美国生活五个月，除去房租、水电花去1800美元外，伙食费等仅花了700美元。等他回时， 共节余了7500美元。 这笔钱在当时不是个小数目，他完全可以像其他人一样，从国外买回些高档家电。但他把这笔钱全部上交给国家。他是怎么想的呢? 用他自己的话说：“我们的国家还不富裕，我不能只想着自己享乐。” 陈景润就是这样一个非常谦虚、正直的人，尽管他已功成名就，然而他没有骄傲自满，他说：“在科学的道路上我只是翻过了一个小山包，真正的高峰还没有有攀上去，还要继续努力。” 3、如果不是亲眼所见，你也许无法想象眼前这位鹤发童颜、乐观开朗的老先生，就是年逾８旬的著名数学家：步履矫健，连小伙子有时都赶不上；思维敏捷，稍不留神就跟不上他的思绪。 2001年2月19日，８２岁的吴文俊从国家主席江泽民手中接过国家最高科学技术奖证书，这位平时十分低调的科学家顷刻间成为举世瞩目的新闻人物。 （一）虽然是杰出的数学家，但吴文俊小时候却喜欢看历史书籍，对数学并没有多大兴趣。在大学二年级时还曾一度对数学失去兴趣，甚至想辍学不念，是一位姓武的老师的精彩课程，改变了他对数学的看法。大学三四年级时的刻苦钻研，更使他打下了现代数学的基础。 大学毕业后正值抗日战争，吴文俊在中学默默任教了５年。此后，和数学大师陈省身的结识，使他走上了拓扑学研究之路，并以自己的天才和功力很快在这一领域崭露头角，一发不可收拾。半个世纪里，在拓扑学、数学机械化和中国数学史等方面做出了开创性的世界级贡献。他的成就奇迹般地大大缩短了中国近代数学与国际间的差距，大长了中国人的志气。位于中关村腹地的吴文俊的家，朴实无华，五个居室里几乎摆满了书。古今中外的书包围着一张陈旧的藤椅、一张斑剥的书桌和两台电脑，这就是吴文俊的工作间。 吴文俊７８岁的老伴陈丕和捧出了一叠获奖证书：首届香港求是科技基金会杰出科学家奖、陈嘉庚数理科学奖、第三世界科学院数学奖……“这次是他第８次获大奖了”。 “梅花香自苦寒来。”携手走过近半个世纪的风风雨雨，陈丕和最了解吴文俊，淡淡数语，仿佛是他一生最好的注解，“他是一个搞学问的人，一心只搞学问。” 剑兰、龟背竹……盎然的绿色使房间里充满了温馨和暖意。五六十年代添置的红木家具虽然显得陈旧，但图案依旧精美，见证着这个家庭的风霜雪雨，见证着吴先生的攀登科学之路：即使在六七十年代，受到冲击的吴文俊 仍然抓紧时间从事科研。科学的思维从未停止过，创新的脚步也从未停歇过。 （二）在吴文俊的学生、中科院数学机械化研究中心主任高小山的眼里，“吴先生是一位典型的科学家，是创新的典范，他善于抓住问题的本质。我们尊重他不仅仅是因为他年长，更因为他的人品，因为他的学问。” 早在半个世纪前，吴先生就把世界范围内基本上陷入困境的拓扑学研究继续推进。４５年前的１９５６年，３７岁的吴文俊因其在拓扑学上的杰出成就，与华罗庚、钱学森一起获得当时的“最高科技奖”——国家自然科学一等奖，第二年他成为了当时最年轻的中国科学院学部委员（院士）。 “如果换一个人，靠这个都可以吃一辈子了。”高小山说，“但早就功成名就的吴先生没有就此停止，而是一直向数学的未知领域进击，总是走在这支队伍的前列。” 刻苦研究中国数学史，下工厂体验计算机的巨大威力，他孜孜不倦地思索数学发展的方向。吴文俊深切地感受到： “对于数学未来的发展具有决定性影响的一个不可估量的方面是计算机对数学带来的冲击，在不久的将来，电子计算机之于数学家，势将如显微镜之于生物学家，望远镜之于天文学家那样不可或缺。” １９７６年，年近花甲的吴文俊放弃已成就卓著的拓朴学 研究，在抱孙子的年龄“不可思议”地毅然开始攀越学术生涯的第二座高峰——数学机械化。 实现脑力劳动机械化，是吴文俊的理想和追求。他说： “工业时代，主要是体力劳动的机械化，现在是计算机时代，脑力劳动机械化可以提到议事日程上来，数学研究机械化是脑力劳动机械化的起点，因为数学表达非常精确严密，叙述简明。我们要打开这个局面。” １９７７年，吴文俊关于平面几何定理的机械化证明首次取得成功，从此，完全由中国人开拓的一条数学道路铺展在世人面前。 数十年间，吴文俊不仅建立了“吴公式”、“吴示性类”、“吴示嵌类”、“吴方法”、“吴中心”，更形成了“吴学派”。近代数学史上第一次由中国人开创的这一新领域，吸引了各国的众多数学家前来学习。因为“手工计算上千项的证明要几天功夫，用计算机１秒钟就可以完成。” 诺贝尔奖没有设数学奖，人们通常把“菲尔兹奖”誉为数学中的诺贝尔奖。吴文俊的工作被５位菲尔兹奖获得者引用，有３位的获奖工作还使用了吴文俊的方法。一直到最近两年，仍有菲尔兹奖得主在引用吴文俊的经典结果。 （三）走出工作间的吴文俊生活简单，待人平易。他衣着朴素、性格开朗、生性乐观，走在街头，完全是普通人群中的一员。 生活中的吴先生常常“出彩”。有一次去香港参加研讨，活动间隙出去游玩，年逾古稀的吴文俊竟坐上了过山车，玩得不亦乐乎。还有一次在澳大利亚，他“顽皮”地将蟒蛇缠在了脖子上，吓得旁人纷纷往后退。这些惊人之举，成为数学界的佳话，至今仍为人们津津乐道。 有一次，几位数学机械化中心的年轻人向吴文俊请教健康长寿的秘诀。他说，我信奉丘吉尔的一句话，能坐着就不站着，能躺着就不坐着，要让生活尽量轻松平淡，不要为无谓的烦恼干扰。他时常告诫年轻人，要把心思放在工作上，不要成天胡思乱想。 淡泊自守，重工作轻名利，也许就是吴文俊永葆创新活力的秘诀。 “他不仅热爱自己的专业，更热爱丰富多彩的生活。” 几十年来，看围棋比赛、读历史小说、看历史题材影片等爱好，伴着数学研究，随吴文俊走到今天。他的老伴说他 “贪玩”，吴文俊却解释说，读历史书籍、看历史影片，帮助了我的学术研究；看围棋比赛，更培养了我的全局观念和战略眼光，别看围棋中的小小棋子，每子下到哪儿都至关重要，所谓“一着下错全盘皆输”。我们搞研究也是这样，要有发展眼光、战略眼光和全局观念，才能出大成果。 基础研究是“好奇心驱动的研究”，也许正是因为童心不泯、好奇之心，“驱动”着吴文俊在数学王国里自由驰骋，屡战屡捷。 南山松不老，东海水长流。吴文俊至今仍保持着旺盛的研究生命力。作为国家重点基础规划“数学机械化” 项目的“学术指导”，在不久前的项目中期评估中，他又给项目组指出了新的研究方向。 他一再说：“我们的目标是明确的，即是推行数学的机械化，使作为中国数学传统的机械化思想，光芒普照于整个数学的各个角落。” 为了这个目标，为了中国数学的更大发展，２００１年２月１９日晚，刚刚走下颁奖台的吴文俊立即动身飞往德国，和国际同行共商２００２年将首次在我国召开的国际数学家大会…… 4、数学家故事·祖冲之 祖冲之(429-500)的祖父名叫祖昌，在宋朝做了一个管理朝廷建筑的长官。祖冲之长在这样的家庭里，从小就读了不少书，人家都称赞他是个博学的青年。他特别爱好研究数学，也喜欢研究天文历法，经常观测太阳和星球运行的情况，并且做了详细记录。 宋孝武帝听到他的名气，派他到一个专门研究学术的官署“华林学省”工作。他对做官并没有兴趣，但是在那里，可以更加专心研究数学、天文了。 我国历代都有研究天文的官，并且根据研究天文的结果来制定历法。到了宋朝的时候，历法已经有很大进步，但是祖冲之认为还不够精确。他根据他长期观察的结果，创制出一部新的历法，叫做“大明历”（“大明”是宋孝武帝的年号）。这种历法测定的每一回归年（也就是两年冬至点之间的时间）的天数，跟现代科学测定的相差只有五十秒；测定月亮环行一周的天数，跟现代科学测定的相差不到一秒，可见它的精确程度了。 公元４６２年，祖冲之请求宋孝武帝颁布新历，孝武帝召集大臣商议。那时候，有一个皇帝宠幸的大臣戴法兴出来反对，认为祖冲之擅自改变古历，是离经叛道的行为。 祖冲之当场用他研究的数据回驳了戴法兴。戴法兴依仗皇帝宠幸他，蛮横地说：“历法是古人制定的，后代的人不应该改动。”祖冲之一点也不害怕。他严肃地说：“你如果有事实根据，就只管拿出来辩论。不要拿空话吓唬人嘛。”宋孝武帝想帮助戴法兴，找了一些懂得历法的人跟祖冲之辩论，也一个个被祖冲之驳倒了。但是宋孝武帝还是不肯颁布新历。直到祖冲之死了十年之后，他创制的大明历才得到推行。 尽管当时社会十分动乱不安，但是祖冲之还是孜孜不倦地研究科学。他更大的成就是在数学方面。他曾经对古代数学著作《九章算术》作了注释，又编写一本《缀术》。他的最杰出贡献是求得相当精确的圆周率。经过长期的艰苦研究，他计算出圆周率在３．１４１５９２６和３．１４１５９２７之间，成为世界上最早把圆周率数值推算到七位数字以上的科学家。 祖冲之在科学发明上是个多面手，他造过一种指南车，随便车子怎样转弯，车上的铜人总是指着南方；他又造过“千里船”，在新亭江（在今南京市西南）上试航过，一天可以航行一百多里。他还利用水力转动石磨，舂米碾谷子，叫做“水碓磨”。 祖冲之晚年的时候，掌握宋朝禁卫军的萧道成灭了宋朝。 5、“笨头笨脑”的科学巨人爱因斯坦 面对那么多成就卓越的人，也许你会自惭形秽地说：“我这么笨，怎么可能成才呢？”，“我太平凡了，根本不是成为伟大伟人的料！”下面我就给你讲述一个老师、校长都认为他很笨的人的成才故事。 这个人就是阿尔伯特·爱因斯坦。这个当年被校长认为“干什么都不会有作为”的笨学生，经过艰苦的努力，成了现代物理学的创始人和奠基人，成了现代最杰出的物理学家。 1879年3月14日，一个小生命降生在德国的一个叫乌尔姆的小城。父母为他起了一个很有希望的名字：阿尔伯特·爱因斯坦。看着他那可爱的模样，父母对他寄托了全部的期冀。然而，没过多久，父母就开始失望了：人家的孩子都开始学说话了，已经三岁的爱因斯坦才“咿呀”学语。后来，爱因斯坦的妹妹，比他小两岁的玛伽已经能和邻居交谈了，爱因斯坦说起话来却还是支支吾吾，前言不搭后语…… 看着举止迟钝的爱因斯坦，父母开始忧虑。他们担心他的智能是否会不及常人。直到10岁时，父母才把他送去上学。可是，在学校里，爱因斯坦受到了老师和同学的嘲笑，大家都称他为“笨家伙”。学校要求学生上下课都按军事口令进行，由于爱因斯坦的反应迟钝，经常被教师呵斥、罚站。有的老师甚至指着他的鼻子骂：“这鬼东西真笨，什么课程也跟不上！” 一次工艺课上，老师从学生的作品中挑出一张做得很不像样的木凳对大家说：“我想，世界上也许不会有比这更糟糕的凳子了！”在哄堂大笑中，爱因斯坦红着脸站起来说：“我想，这种凳子是有的！”说着，他从课桌里拿出两个更不像样的凳子，说：“这是我前两次做的，交给您的是第三次做的，虽然还不行，却比这两个强得多！”一口气讲了这么多话，爱因斯坦自己也感到吃惊。老师更是目瞪口呆，坐在那里不知说什么好。 在讥讽和侮辱中，爱因斯坦慢慢地长大了，升入了慕尼黑的卢伊特波尔德中学。在中学里，他喜爱上了数学课，却对其余那些脱离实际和生活的课不感兴趣。孤独的他开始在书籍中寻找寄托，寻找精神力量。就这样，爱因斯坦在书中结识了阿基米德、牛顿、笛卡尔、歌德、莫扎特……书籍和知识为他开拓了一个更广阔的空间。视野开阔了，爱因斯坦头脑里思考的问题也就多了。 一天，他对经常辅导他数学的舅舅说：“如果我用光在真空中的速度和光一道向前跑，能不能看到空间里振动着的电磁波呢？”舅舅用异样的目光盯着他看了许久，目光中既有赞许，又有担忧。因为他知道，爱因斯坦提出的这个问题非同一般，将会引起出人意料的震动。此后，爱因斯坦一直被这个问题苦苦折磨着。1895年秋天，爱因斯坦经过深思熟虑，决定报考瑞士苏黎士大学。可是，他却失败了，他的外文不及格。落榜后的他没有气馁，参加了中学补习。一年以后，他获得了中学补习合格证书，并且考入了苏黎士综合工业大学。这时的他，已经在为自己的未来做准备了。他把精力全部用在课外阅读和实验室里。教授们看见他读和学习无关书、做和考分无关的试验，非常不满和生气，认为他“不务正业”。 爱因斯坦大学毕业时，正赶上经济危机爆发，由于他是犹太人血统，又没有关系，没有钱，所以只好失业在家。为了生活，他只好到处张贴广告，靠讲授物理获得每小时3法郎的生活费。这段失业的时间，给了爱在斯坦很大的帮助。在授课过程中，他对传统物理学进行了反思，促成了他对传统学术观点的猛烈冲击。经过高度紧张兴奋的五个星期的奋斗，爱因斯坦写出了9000字的论文《论动体的电动力学》，狭义相对论由此产生。可以说，这是物理学史上的一次决定性的、伟大的宣言，是物理学向前迈进的又一里程碑。 尽管还有许多人对此表示反对，甚至还有人在报上发表批评文章，但是，爱因斯坦毕竟还是得到了社会和学术界的重视。在短短的时间里，竟然有15所大学给他授予了博士证书，法国、德国、美国、波兰等许多国家的著名大学也想聘请他做教授。当年被人们称为“笨蛋”，“笨东西”，认为无法成才的爱因斯坦，终于成了全世界公认的、当代最杰出的聪明人物。由“丑小鹅”变为“白天鹅”，这说明了什么呢？ 我想，爱因斯坦的话是最好的答案。当许多年轻人缠住他，要他说出成功的秘诀时，他信笔写下了一个公式：A=x+y+z，并解释道：“A表示成功，x表示勤奋，y表示正确的方法，那么z呢，则表示务必少说空话。”许多年来，爱因斯坦的这个神奇的成功等式一直被人们传颂着。从爱因斯坦的奋斗历程中，我们不难看出，正是勤奋、正确的方法和少说空话使爱因斯坦由笨头笨脑变为巨人的。 可见，一个人不聪明并不可怕，可怕的是自己先泄自己的气。只要你肯为你的目标付出艰辛的劳动，并配合正确的方法，就一定会得到成功女神的酬劳。许多在事业上有成就的人，在童年时代、少年时代并不一定能显出锋芒毕露的优势，相反，他们却太平凡，甚至显出迟钝、愚笨的样子，常常要被周围的人嘲笑、讥讽。如果因为自己笨就灰心丧气，不再努力，那不是将自己潜在的才华、能力都扼杀在摇篮中了吗？ 其实，每一个人都有不同的才能，每一个人在生命的长河中都会找到属于自己的星座。如果你觉得自己笨，那是因为你还没有寻找到你自己的星座。正如爱因斯坦对别的事物迟钝，却对物理和数学特别喜爱一样，当你找到自己的星座时，你定会放射出与众不同的异彩。 试试看，尽快找到属于自己的位置。 6、瓦特（1736～1819）世界公认的蒸汽机发明家。他的创造精神、超人的才能和不懈的钻研为后人留下了宝贵的精神和物质财富。瓦特改进、发明的蒸汽机是对近代科学和生产的巨大贡献，具有划时代的意义，它导致了第一次工业技术革命的兴起，极大的推进了社会生产力的发展。 （一）1736年，瓦特出生在英国苏格兰格拉斯哥市附近的一个小镇格里诺克，他的父亲是一个经验丰富的木匠，祖父和叔父都是机械工匠。少年时代的瓦特，由于家境贫苦和体弱多病，没有受过完整的正规教育。他曾经就读于格里诺克的文法学校，数学成绩特别优秀，但没有毕业就退学了。但是，他在父母的教导下，一直坚持自学，很早就对物理和数学产生了兴趣。瓦特从六岁开始学习几何学，到十五岁时就学完了《物理学原理》等书籍。他常常自己动手修理和制作起重机、滑车和一些航海器械。1753年，瓦特到格拉斯哥市当徒工。由于收入过低不能维持生活，第二年他又到伦敦的一家仪表修理厂当徒工。凭借着自己的勤奋好学，他很快学会了制造那些难度较高的仪器。但是繁重的劳动和艰苦的生活损害了他的健康，一年后，他不得不回家休养。一年的学徒生活使他饱尝辛酸，也使他练就了精湛的手艺，培养了他坚韧的个性。 1756年，当他的身体稍有好转，瓦特再次踏上了坎坷的道路来到格拉斯哥市。他想当一名修造仪器的工人，但是因为他的手艺没有满师，当时的行会不允许。幸运的是，瓦特的才能引起了格拉斯哥大学教授台克的重视。在他的介绍下，瓦特进入格拉斯哥大学当了教学仪器的工人。这所学校拥有当时较为完善的仪器设备，这使瓦特在修理仪器时认识了先进的技术，开阔了眼界。这时，他对以蒸汽作动力的机械产生了浓厚的兴趣，开始收集有关资料，还为此学会了意大利文和德文。在大学里，他认识了化学家约瑟夫·布莱克和约翰·鲁宾逊等。瓦特从他们那里学到了很多科学理论知识。1764年，瓦特与表妹玛格丽特·米勒结了婚。 (二) 1764年，学校请瓦特修理一台纽可门式蒸汽机，在修理的过程中，瓦特熟悉了蒸汽机的构造和原理，并且发现了这种蒸汽机的两大缺点：活塞动作不连续而且慢；蒸汽利用率低，浪费原料。以后，瓦特开始思考改进的办法。直到1765年的春天，在一次散步时，瓦特想到，既然纽可门蒸汽机的热效率低是蒸汽在缸内冷凝造成的，那么为什么不能让蒸汽在缸外冷凝呢？瓦特产生了采用分离冷凝器的最初设想。 在产生这种设想以后，瓦特在同年设计了一种带有分离冷凝器的蒸汽机。按照设计，冷凝器与汽缸之间有一个调节阀门相连，使他们既能连通又能分开。这样，既能把做工后的蒸汽引入汽缸外的冷凝器，又可以使汽缸内产生同样的真空，避免了汽缸在一冷一热过程中热量的消耗，据瓦特理论计算，这种新的蒸汽机的热效率将是纽可门蒸汽机的三倍。从理论上说，瓦特的这种带有分离器冷凝器的蒸汽机显然优于纽可门蒸汽机，但是，要把理论上的东西变为实际上的东西，把图纸上的蒸汽机变为实在的蒸汽机，还要走很长的路。瓦特辛辛苦苦造出了几台蒸汽机，但效果反而不如纽可门蒸汽机，甚至四处漏气，无法开动。尽管耗资巨大的试验使他债台高筑，但他没有在困难面前怯步，继续进行试验。当布莱克知道瓦特的奋斗目标和困难处境时，他把瓦特介绍给了自己一个十分富有的朋友--化工技师罗巴克。当时罗巴克是一个十分富有的企业家，他在苏格兰的卡隆开办了第一座规模较大的炼铁厂。虽然当时罗巴克已近50岁，但对科学技术的新发明仍然倾注着极大的热情。他对当时只有三十来岁的瓦特的新装置很是赞许，当即与瓦特签订合同，赞助瓦特进行新式蒸汽机的试制。 从1766年开始，在三年多的时间里，瓦特克服了在材料和工艺等各方面的困难，终于在1769年制出了第一台样机。同年，瓦特因发明冷凝器而获得他在革新纽可门蒸汽机的过程中的第一项专利。第一台带有冷凝器的蒸汽机虽然试制成功了，但它同纽可门蒸汽机相比，除了热效率有显著提高外，在作为动力机来带动其他工作机的性能方面仍未取得实质性进展。就是说，瓦特的这种蒸汽机还是无法作为真正的动力机。 由于瓦特的这种蒸汽机仍不够理想，销路并不广。当瓦特继续进行探索时，罗巴克本人已濒于破产，他又把瓦特介绍给了自己的朋友、工程师兼企业家博尔顿，以便瓦特能得到赞助继续进行他的研制工作。博尔顿当时经四十多岁，是位能干的工程师和企业家。他对瓦特的创新精神表示赞赏，并愿意赞助瓦特。博尔顿经常参加社会活动，他是当时伯明翰地区著名的科学社团“圆月学社”的主要成员之一。参加这个学社的大多都是本地的一些科学家、工程师、学者以及科学爱好者。经博尔顿的介绍，瓦特也参加了圆月学社。在圆月学社活动期间，由于与化学家普列斯特列等交往，瓦特对当时人们关注的气体化学与热化学有了更多的了解，为他后来参加水的化学成分的争论奠定了基础。更重要的是，圆月学社的活动使瓦特进一步增长了科学见识，活跃了科学思想。 瓦特自与博尔顿合作之后即在资金、设备、材料等方面得到大力支持。瓦特又生产了两台带分离冷凝器的蒸汽机，由于没有显著的改进，这两台蒸汽机并没有得到社会的关注。这两台蒸汽机耗资巨大，使博尔顿也濒临破产，但他仍然给瓦特以慷慨的赞助。在他的支持下，瓦特以百折不挠的毅力继续研究。自1769年试制出带有分离冷凝器的蒸汽机样机之后，瓦特就已看出热效率低已不是他的蒸汽机的主要弊病，而活塞只能作往返的直线运动才是它的根本局限。1781年，瓦特仍然在参加圆月学社的活动，也许在聚会中会员们提到天文学家赫舍尔在当年发现的天王星以及由此引出的行星绕日的圆周运动启发了他，也许是钟表中的齿轮的圆周运动启发了他。他想到了把活塞往返的直线运动变为旋转的圆周运动就可以使动力传给任何工作机。同年，他研制出了一套被称为“太阳和行星”的齿轮联动装置，终于把活塞的往返的直线运动转变为齿轮的旋转运动。为了使轮轴的旋轴增加惯性，从而使圆周运动更加均匀，瓦特还在轮轴上加装了一个火飞轮。由于对传统机构的这一重大革新，瓦特的这种蒸汽机才真正成为了能带动一切工作及的动力机。1781年底，瓦特以发明带有齿轮和拉杆的机械联动装置获得第二个专利。 由于这种蒸汽机加上了轮轴和飞轮，这时的蒸汽机在把活塞的往返直线运动转变为轮轴的旋转运动时，多消耗了不少能量。这样，蒸汽机的效率不是很高，动力不是很大。为了进一步提高蒸汽机的效率，增大蒸汽机的效率，瓦特在发明齿轮联动装置之后，对汽缸本身进行了研究，他发现，他虽然把纽可门蒸汽机的内部冷凝变成了外部冷凝，使蒸汽机的热效率有了显著提高，但他的蒸汽机中蒸汽推动活塞的冲程工艺与纽可门蒸汽机没有不同。两者的蒸汽都是单项运动，从一端进入、另一端出来。他想，如果让蒸汽能够从两端进入和排出，就可以让蒸汽即能推动活塞向上运动又能推动活塞向下运动。那末，他的效率就可以提高一倍。１７８２年，瓦特根据这一设想，试制出了一种带有双向装置的新汽缸。由此瓦特获得了他的第三项专利。把原来的单项汽缸装置改装成双向汽缸，并首次把引入汽缸的蒸汽由低压蒸汽变为高压蒸汽，这是瓦特在改进纽可门蒸汽机的过程中的第三次飞跃。通过这三次技术飞跃，纽可门蒸汽机完全演变为了瓦特蒸汽机。 从最初接触蒸汽技术到瓦特蒸汽机研制成功，瓦特走过了二十多年的艰难历程。瓦特虽然多次受挫、屡遭失败，但他仍然坚持不懈、百折不回，终于完成了对纽可门蒸汽机的三次革新。使蒸汽机得到了更广泛的应用，成为改造世界的动力。 1784年，瓦特以带有飞轮、齿轮联动装置和双向装置的高压蒸汽机的综合组装取得了他在革新纽可门蒸汽机过程中的第四项专利。1788年，瓦特发明了离心调速器和节气阀；1790年，他又发明了汽缸示工器，至此瓦特完成了蒸汽机发明的全过程。 （三）1785年，瓦特被当选为英国皇家学会会员。1814年，他被法国科学家学会接纳为外国会员。 1790年以后，优厚的专利税使瓦特成为一个很有钱的名人。1819年8月5日，瓦特在希思菲尔德郡的家里去世，遗体埋葬在汉德沃尔斯郊区的教堂里。 瓦特生活在十八、十九世纪的英国，所以在他的身上不可避免的带有时代和阶级的局限。他曾经阻挠双筒蒸汽机和高压蒸汽机的发明和推广，还嘲笑别人用蒸汽机来驱动车辆的努力。 总的来说，瓦特为蒸汽机的推广使用做出了不可磨灭的重要贡献、有力的推动了社会的前进。恩格斯在《自然辨证法》中这样写道：“蒸汽机是第一个真正国际性的发明……瓦特个它加上了一个分离的冷凝器，这就使蒸汽机在原则上达到了现在的水平。”后人为了纪念这位伟大的发明家，把功率的单位定为“瓦特”。 |
·语文课件下载
| |||
|
『  点此察看与本文相关的其它文章』『 相关课件』『 相关教学视频|音像素材』
| ||||
| 【上一篇】【下一篇】【教师投稿】 | ||||
本站管理员：尹瑞文 微信：13958889955