Урок 24. Изменение естественно-научной картины мира. Научно-технический прогресс в Европе
Предмет: Россия в мире, 11 класс

Конспект урока

Конспект урока № 24

по предмету «Россия в мире» для «11» класса

Тема: Изменение естественно-научной картины мира. Научно-технический прогресс в Европе

Вопросы по теме:

Причины быстрого развития естественных наук
Открытия в области физики и химии
Развитие биологии
Успехи медицины

Тезаурус:

Генетика – наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости организмов, а также механизмы эволюции живого.

Пастеризация – способ уничтожения микробов в жидкостях и пищевых продуктах однократным нагреванием до 80 градусов и последующим быстрым охлаждением.

Научная революция – это переломный этап в развитии научного знания, радикально меняющий прежнее видение мира. В ходе научных революций происходят качественное преобразование фундаментальных оснований науки, смена новыми теориями старых, существенное углубление научного понимания окружающего мира в виде становления новой научной картины мира.

Теоретический материал для самостоятельного изучения:

С начала промышленного переворота в Англии те предприниматели, которые быстрее применяли в производстве новые достижения науки и техники, побеждали в конкурентной борьбе. Технический прогресс стимулировал развитие науки, которая, в свою очередь, способствовала усовершенствованию промышленного производства и меняла привычные знания людей об окружающем мире.

Наука все чаще стала обращаться к экспериментам, требуя от практиков новые измерительные приборы и оборудование. В свою очередь результаты экспериментов, опытные образцы машин и приборов начали использоваться в производстве.

Исследования свойств металлов привели к открытию электромагнетизма. Датский физик Ганс Христиан Эрстед и французский – Андре Мари Ампер установили, что электрический ток создает магнитное поле.

Английский учёный Майкл Фарадей в 1831 г. открыл явление электромагнитной индукции. Он заметил, что если медная замкнутая проволока пересекает магнитные силовые линии, в ней появляется электрический ток. Это открытие позволило приступить к созданию электродвигателя.

Английский физик Дж. П. Джоуль и русский физик Э.Х. Ленц рассчитали силу теплового воздействия тока. Немецкий физик Георг Ом установил зависимость силы тока от напряжения на концах проводника и сопротивления проводника. Все это имело большое значение для создания безопасных в эксплуатации электродвигателей и генераторов, систем снабжения городов и заводов электричеством.

В 1865 г. английский физик Дж. Максвелл разработал электромагнитную теорию света. Согласно его теории, в природе существуют невидимые электромагнитные волны, которые передают электричество. Свет выступает у Максвелла как разновидность электромагнитных колебаний.

Теория Максвелла была изложена им в 1873 г., а в 1888 г. немецкий инженер Г. Герц подтвердил существование электромагнитных волн и доказал, что ни один материальный предмет не может помешать их распространению. На основе этих исследований создали беспроволочный телеграф Маркони и Попов.

Голландский физик Х. Лоренц, продолжая разрабатывать электромагнитную теорию Максвелла, попытался объяснить её с точки зрения атомного строения вещества.

На рубеже XIX–XX вв. стройная и ясная картина мира начала рушиться.

В. Рентген, ректор Вюрцбургского университета в Германии, открыл существование невидимых икс-лучей, проникающих через материальные предметы. Открытие сразу же получило практическое применение. На его основе был создан рентгеновский аппарат.

Англичанин А. Беккерель открыл в 1896 г. явление радиоактивности, важнейший вклад в дальнейшее исследование которого внесли французский физик Пьер Кюри и его жена Мария Склодовская-Кюри. Они открыли первые радиоактивные элементы – полоний (назван в честь Польши – родины М. Кюри) и радий. Эти открытия положили начало изучению атомной и ядерной физики. В 1903 г. все трое были удостоены Нобелевской премии. М. Кюри стала в 1906 г. первой женщиной-профессором Сорбонны и избранной во Французскую академию медицины.

В 1897 г. английский физик Джозеф Томсон открыл первую элементарную частицу электрон.

В 1900 г., изучая давно известное человечеству тепловое излучение, Макс Планк открыл его атомный характер. М. Планк опроверг классические представления о непрерывном характере излучения энергии, доказав, что этот процесс происходит прерывисто, энергия выделяется определёнными порциями – квантами. Введение этого понятия положило начало эпохе новой, квантовой физики.

В начале XX в. свои первые открытия сделал Э. Резерфорд. В 1911 г. он открыл наличие ядра в атоме и предложил планетарную модель атома, в которой электроны вращались вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. Но модель атома Резерфорда не могла объяснить, почему электрон вращается вокруг ядра и не падает на него. Ведь, вращаясь, он должен был излучать электромагнитные волны, терять энергию и, в конце концов, упасть на ядро.

В 1913 г. Нильс Бор предложил свою модель атома, за основу который он взял планетарную модель атома Резерфорда. Бор предположил, что электроны двигаются по стационарным орбитам, а излучение энергии происходит только в момент, когда они переходят с одной устойчивой орбиты на другую. При этом вся освобождающаяся энергия уносится одним квантом излучения. Бор соединил модель Резерфорда с идеей квантов Макса Планка. Так было положено начало квантовой теории строения атома.

Потрясением для научного мира стала теория относительности А.Эйнштейна. В 1905 г. он опубликовал статью «Об электродинамике движущихся тел», которая являлась изложением так называемой специальной теории относительности. До этой работы физика выглядела абсолютно завершённой системой знаний, теоретически законченной. Эйнштейн полностью изменил научную картину мира. Естествоиспытатели XIX в. считали, что пространство – это пустота или некая «эфирная» субстанция, заполненная материей. Ход времени воспринимался ими как постоянная величина, единая для всей Вселенной. Эйнштейн же установил, что время и пространство имеют определенные свойства, связанные с состоянием материи и её массой. Оказалось, что классические законы механики, открытые И. Ньютоном, неполны, поскольку масса тела и скорость протекания в нем физических процессов зависят от скорости движения, которая не может превышать 300 тыс. км/сек (скорость света).

Развитие химии во многом определялось потребностями промышленности и сельского хозяйства. Например, германский учёный Ю. Либих в своём труде «Химия и её применение к земледелию и физиологии» (1840) заложил основы агрохимии. Вместе с тем он стал основоположником биохимии, то есть науки о взаимосвязи живой и неживой природы. На стыке химии с другими науками возникали новые научные дисциплины – физическая химия, химическая физика, электрохимия и др. Химическая наука научилась создавать новые вещества с заранее заданными свойствами – всевозможные сплавы, пластмассы и т.п.

Крупнейшим открытием в области химии стал периодический закон химических элементов Д.И. Менделеева (1869), который не только приводил в систему все известные к тому моменту элементы, но и позволял открывать новые, с заранее предсказанными свойствами. Труд Менделеева «Основы химии» был переведён на основные европейские языки.

На протяжении всего XIX в. производились обширные географические открытия. В начале века был открыт последний материк – Антарктида, в последующие десятилетия исследовались просторы Тихого океана, внутренние районы Африки, Австралии, Южной Америки, Центральной Азии. К концу столетия на планете не осталось неизвестных стран и народов. Геологические исследования вели к открытию новых месторождений полезных ископаемых и способствовали развитию горной промышленности. В качестве самостоятельных областей научного поиска появились океанография, метеорология и многие другие научные дисциплины.

Бурное развитие естествознания в конце XVIII века привело к тому, что на рубеже XVIII–XIX вв. возникла новая наука – биология как совокупность наук о живой природе. Этому способствовало крупнейшее открытие – создание клеточной теории строения организмов, которая принципиально изменила многие представления о процессе возникновения и роста организмов.

В 1839 гг. немецкие ученые Матиас Шлейден и Теодор Шванн обобщили исследования своих предшественников и сформулировали в общих чертах клеточную теорию строения живых организмов. Создание клеточной теории вызвало волну новых исследований в области гистологии, эмбриологии, патологической анатомии, экспериментальной медицины.

Создание клеточной теории имело огромное значение для дальнейшего развития медицины, т.к. она дала ключ к изучению законов строения и развития различных органов и тканей. Однако возникал другой вопрос: если все многоклеточные организмы – как растения, так и животные, включая человека – по закону клеточного деления вырастают каждый из одной клетки, то откуда же проистекает бесконечное разнообразие этих организмов? На этот вопрос ответ дало ещё одно великое открытие – теория развития (эволюции), создание которой было подготовлено всем ходом предыдущего развития естествознания.

В 1859 г. вышел в свет труд Ч. Дарвина под названием «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение избранных пород в борьбе за жизнь». Основываясь на огромном фактическом материале, Дарвин доказал эволюционное развитие органического мира. Он утверждал, что существующие на Земле животные и растения произошли от ранее распространенных видов в результате эволюции. Главными факторами эволюции Дарвин считал изменчивость, наследственность и естественный отбор в условиях «борьбы за существование». Он также выдвинул гипотезу о том, что люди произошли от человекообразных обезьян.

В 1856 году монах Августинского монастыря в Чехии (в те годы входила в состав Австрийской империи) Г.И. Мендель проводил опыты по изучению передачи наследственных признаков на горохе. В результате исследований он сделал ряд открытий, которые он описал в «Опытах над растительными гибридами» в 1865 году. В своей работе он отметил, что наследственные признаки не являются целым, как считалось ранее, а передаются отдельными факторами. Факторы находятся в клетках парами и передаются потомкам через половые клетки – гаметы. Сейчас мы уже знаем, что факторы – это гены. В 1909 году датский ботаник Иогансен Вильгельм Людвиг ввел термин «ген», а американский генетик Томас Гент Морган обосновал хромосомную теорию наследственности. Позднее, уже в середине XX века, на её основе будут развиваться новые направления в науке – молекулярная генетика и молекулярная биология.

По запросу винодельческой промышленности Луи Пастер в 1857 г. начал изучать процессы брожения. Целым рядом опытов Пастер выявил зависимость брожения от специфических микробов и установил, что процесс сбраживания вина происходит вследствие жизнедеятельности находящихся в нем микроорганизмов. Различные виды брожения (молочнокислое, спиртовое, масляно-кислое) он объяснял воздействием на среду различных микробов. Открытия Пастера явились основой для развития медицинской микробиологии и борьбы с инфекционными заболеваниями.

Пастер установил, что свойства микробов меняются под влиянием температуры, высушивания и других внешних факторов. Используя эти свойства, он разработал метод изготовления и применения вакцин – препаратов, которые получают из микробов и используют для активной иммунизации против болезней животных и людей. В результате в 1881 г. им была создана вакцина против сибирской язвы, а в 1885 г. – против бешенства.

Огромный вклад в борьбу с инфекционными заболеваниями внёс Р. Кох, открывший возбудитель туберкулёза – «бациллу Коха» (1882), разработавший профилактические меры против эпидемий и создавший лекарства.

Большая роль в развитии микробиологии как науки принадлежит выдающемуся русскому учёному И. И. Мечникову, который вошел в историю медицины как создатель фагоцитарной теории иммунитета. В 1908 г. авторы теории иммунитета И. И. Мечников и П. Эрлих были удостоены Нобелевской премии.

Идею Пастера в хирургию впервые привнёс в 1867 г. шотландский хирург Джозеф Листер. Он связал нагноения ран с попаданием и развитием в них бактерий. После многочисленных наблюдений Листер предложил теоретически обоснованный метод борьбы с раневой инфекцией. Метод имел недостатки и требовал доработки. Впоследствии были найдены различные химические соединения, которые стали применяться и применяются сейчас в качестве антисептических средств.

В конце 80-х годов XX века в дополнение к методу антисептики был разработан метод асептики, направленный на предупреждение попадания микробов в рану. Основоположниками асептики явились немецкие хирурги Эрнст Бергманн и его ученик Курт Шиммельбуш. Они предложили метод, основанный на действии физических факторов. Этот метод предусматривает стерилизацию инструментов, перевязочного и шовного материала с помощью кипящей воды или пара, а также специальную систему мытья рук хирурга. Бергманн первым применил для стерилизации автоклав, предложенный в 1886 г. французским хирургом Редаром.

Развитию хирургии во второй половине XIX века способствовало также открытие и введение наркоза. В 1846 г. американский дантист Уильям Мортон испытал на себе усыпляющее и обезболивающее действие паров эфира и предложил Джону Уоррену проверить на этот раз действие эфира во время операции. Уоррен согласился и 16 октября 1846 г. впервые успешно удалил опухоль шеи под эфирным наркозом, который давал Мортон. Так началась эра наркоза.

Одной из первых стран, где эфирный наркоз нашел широкое применение, была Россия. Первые подобные операции были произведены Н. И. Пироговым, Ф. И. Иноземцевым и другими русскими хирургами.

В 1847 г. шотландский акушер и хирург Джеймс Симпсон впервые применил в акушерской практике в качестве обезболивающего средства хлороформ.

После открытия наркоза и разработки методов асептики и антисептики хирургия за несколько десятилетий достигла таких практических результатов, каких не знала за всю свою предыдущую многовековую историю. Возможности оперативных вмешательств неизмеримо расширились.

В1819 году английский акушер Дж. Бланделл впервые сделал переливание человеку человеческой крови. Однако научно обоснованное переливание стало возможным только после создания учения об иммунитете и открытия в 1900 г. австрийским ученым Карлом Ландштейнером групп крови, за что он впоследствии был удостоен Нобелевской премии.

На опытах Ландштейнер показал неоднородность крови различных пациентов и условно выделил три группы крови – А, В и С. Несколько позднее, в 1902 г., другие ученые Декастелло и Штурли обнаружили ещё одну группу крови, которая не укладывалась в схему Ландштейнера. В 1907 г. чешский врач Ян Янский в своих опытах подтвердил наличие четырех групп крови у человека и обозначил их римскими цифрами.

В начале XIX века Жан Корвизар «прослушивал» своих пациентов при помощи специальной палочки. Практически он «простукивал» их, по звуку определяя состояние лёгких и сердца. Рене Лаэннек, ученик Корвизара, сконструировал стетоскоп – трубку из буковой древесины. Твердые тела по-разному проводят звук, это обстоятельство можно использовать для диагнстики заболеваний на ранней стадии.

Появление теории относительности Эйнштейна совпало по времени с созданием теории и практики психоанализа, разработанной австрийским психиатром З. Фрейдом. Он показал, что существуют особые психические силы, лежащие за пределами сознания (бессознательное), но управляющие поведением человека. Австрийский учёный исследовал подсознательные комплексы человека, влияющие на психологические установки личности – наполеоновский комплекс (стремление к власти), комплекс вины, комплекс неполноценности.

Теоретический материал для дополнительного изучения:

Изобретение рентгена

В 1896 году мировая общественность ученых была взбудоражена сенсационным известием: некий немецкий профессор открыл лучи, которые были недоступны человеческому глазу, но они действовали на фотографическую пластинку. Звали этого профессора Вильгельм Конрад Рентген. Он сделал это удивительное открытие, изучая явления, происходящие в трубке Крукса (трубка из стекла с откаченным воздухом). В трубку с обоих концов впаяны металлические электроды, подводя к ним ток, в разряженном воздухе происходит электрический разряд. Из-за чего воздух в трубке и её стенки светятся холодным светом. Открытие произошло так: однажды Рентген работал с трубкой Крукса, обернутой черной бумагой. После окончания работ, уходя из лаборатории, ученый погасил свет, но обнаружил, что забыл выключить индукционную катушку, которая была присоединена к круксовой трубке. И тут он заметил, что недалеко от трубки что-то светится неярким холодным светом – это был лист бумаги, покрытый платиносинеродистым барием (фосфоресцирующее вещество способное излучать собственный холодный свет). Трубка была завернута в светонепроницаемую бумагу, и катодные лучи не могли пройти сквозь неё. Значит, это новый вид лучей, пока еще абсолютно неизвестный науке? Значит, ученый на пороге крупного открытия? С того момента Рентген почти полтора года работал в лаборатории, не покидая её. В то время он даже и не подозревал, что его открытие станет началом новой науки – ядерной физики. Профессор писал своему другу – зоологу Бовери: «Я открыл что-то интересное, но я еще не знаю, точны ли мои наблюдения». И вот в 1896 году общественность была взбудоражена сообщением об икс-лучах. Полтора года упорных исследований понадобилось Рентгену, чтобы доказать, что икс-лучи поглощаются предметами и обладают ионизирующей способностью. Он сделал открытие, что лучи свободно могут проходить через дерево, бумагу, металл и т. д., но удерживаются свинцом. Рентген описал сенсационный опыт: «Если держать между разрядной трубкой и экраном руку, то видны темные тени костей в слабых очертаниях тени самой руки». Это явилось первым рентгеноскопическим исследованием человеческого организма. Ученый описал действие лучей и предложил конструкцию рентгеновской трубки, которая дошла до наших дней, абсолютно не изменившись. Сам Рентген был человеком скромным и запрещал называть икс-лучи рентгеновскими, как теперь называет их весь мир.

Источник: Изобретение рентгена [электронный ресурс] URL: http://inno-terra.ru/history#rentgen (дата обращения 25.06.2018)

Изобретение вакцины

К началу 1870-х Луи Пастер уже совершил львиную долю своих медицинских открытий. За прошедшие 30 лет он внес значительный вклад в открытие микробной теории своими работами в области ферментации, пастеризации и другими. Но в конце 1870-х Пастера ждало еще одно эпохальное открытие, поводом к которому послужил на этот раз довольно зловещий подарок: куриная голова. Курица умерла от птичьей холеры – серьёзного инфекционного заболевания, разгул которого уничтожал до 90 % куриного поголовья в стране. Ветеринар, приславший Пастеру куриную голову, полагал, что болезнь вызвана специфическим микробом. Вскоре ученый подтвердил его теорию: взяв образец с мертвой куриной головы, он вырастил в лаборатории аналогичную микробную культуру и ввел её здоровым курицам. Те вскоре умерли от птичьей холеры. Это послужило еще одним подтверждением состоятельности микробной теории, но выращенная Пастером болезнетворная культура вскоре сыграла в истории намного более важную роль. В этом ей помогли рассеянность ученого и счастливая случайность.

Летом 1879 г. Пастер отправился в долгую поездку, совершенно забыв об оставленной в открытой пробирке в лаборатории культуре птичьей холеры. Вернувшись из поездки, он ввел эту культуру нескольким курицам и обнаружил, что вирус во многом утратил свои смертоносные свойства: птицы, которым ввели ослабленные, или аттенуированные, бактерии, заболели, но не умерли. Однако вслед за этим Пастера ждало еще более важное открытие. Он подождал, когда курицы оправятся от болезни, ввел им смертельные бактерии птичьей холеры и обнаружил, что теперь они совершенно невосприимчивы к заболеванию. Пастер немедленно осознал, что открыл новый способ изготовления вакцин: введение ослабленных бактерий наделяло организм способностью сражаться и с активными смертельными формами.

Вдохновившись этим открытием, Пастер начал исследовать возможности применения нового подхода в изготовлении вакцин от других болезней. Его следующий успех был связан с сибирской язвой. Но, возможно, самым знаменитым достижением Пастера в этой области стало открытие антирабической вакцины (против бешенства) – первой его вакцины, предназначенной для человека. В то время бешенство было страшной болезнью и неизменно заканчивалось смертью. Причиной заболевания обычно становился укус бешеной собаки, а методы лечения были один другого ужаснее: больному в рану предлагали ввести длинную раскаленную иглу или посыпать место укуса порохом и поджечь. Никто не знал, что именно вызывает бешенство: болезнетворный вирус был слишком мал для тогдашних микроскопов, и его нельзя было вырастить в виде отдельной культуры. Но Пастер все же был убежден, что болезнь возбуждает какой-то микроорганизм, поражающий центральную нервную систему. Чтобы создать вакцину, Пастер культивировал неизвестного возбудителя в мозге кролика, ослабил его, высушив фрагменты ткани, и использовал их для изготовления вакцины.

Первоначально Пастер не собирался испытывать экспериментальную вакцину на человеке, однако 6 июля 1885 г. ему пришлось изменить свое решение. В тот день к нему доставили девятилетнего Джозефа Мейстера со следами 14 укусов бешеной собаки на теле. Мать мальчика умоляла Пастера о помощи, и, сдавшись под её напором, тот согласился ввести ребенку новую вакцину. Курс лечения (13 инъекций за 10 дней) оказался успешным, мальчик выжил. После этого, хотя введение смертельного агента человеку и вызвало в обществе протесты, в течение 15 месяцев прививку от бешенства получили еще 1500 человек.

Источник: Кейджу Д. Открытия, которые изменили мир [электронный ресурс] URL: https://history.wikireading.ru/290709 (дата обращения 26.06.2018)

Тренировочные задания:

1. Установите соответствие между учёными и областью их научных открытий

Учёный

Область научных открытий

Л. Пастер

А) генетика

2) М. Планк

Б) ядерная физика

3) Т. Морган

В) микробиология

4) П. Кюри

Г) квантовая физика

Правильный ответ:

Учёный

Область научных открытий

Л. Пастер

В) микробиология

2) М. Планк

Г) квантовая физика

3) Т. Морган

А) генетика

4) П. Кюри

Б) ядерная физика

Разбор задания:

В задании представлены учёные – физики и учёные – биологи. В конце XIX – начале XX вв. были сделаны значительные открытия в области физики, появляются новые разделы науки. Имена А. Беккреля и супругов Кюри связаны с изучением радиоактивности. Они заложили основы ядерной физики. М. Планк доказал, что процесс излучения энергии происходит прерывисто, порциями – квантами. Л. Пастер – основатель микробиологии, разработавший вакцину от бешенства. Т. Морган обосновал хромосомную теорию наследственности

2. В перечне все научные изобретения и открытия, кроме двух, относятся к XIX – началу XX вв. Найдите и зачеркните открытия, выпадающие из ряда.

Открытие возбудителя туберкулёза – «палочки Коха»

Создание стетоскопа

Создание рентгеновского аппарата

Вакцинация против оспы

Открытие методов стерилизации и пастеризации

Открытие структуры ДНК

Правильный ответ:

Вакцинация против оспы

Открытие структуры ДНК

Разбор задания:

Один из вариантов ответов относится к концу XVIII века. Именно в этот период сделал свое открытие английский врач Э. Дженнер, разработавший вакцину против оспы. Ещё один вариант, который необходимо вычеркнуть – открытие структуры ДНК. Сама ДНК как молекула, находящаяся в ядре живой клетки, была открыта в 60-х гг. XIX века, но её структура была открыта значительно позже – в середине XX века.

Основная литература по теме урока:

Волобуев О. В., Пономарев М. В., Митрофанов А. А. История. Всеобщая история. 10 класс. Базовый уровень. М.: Дрофа, 2018. 277 с.
Пономарев М. В. История. Всеобщая история. 10 класс. Рабочая тетрадь. М.: Дрофа, 2018. 144 с.
Уколова В. И., Ревякин А. В. История. Всеобщая история. 10 класс. Базовый уровень. М.: Просвещение, 2018. 366 с.
Сахаров А. Н., Загладин И. В. История с древнейших времён до конца XIX века. Базовый уровень. 10 класс. М.: Русское слово, 2017. 448 с.

Дополнительная литература по теме урока:

Булюбаш Б. В. Из истории физики: портреты и сюжеты. Н. Новгород: Ц ИПФ РАН, 2016. С.98-180
Всемирная история: В 6 т. / Гл. ред. А. О. Чубарьян; Т. 5: Мир в XIX веке: на пути к индустриальной цивилизации / отв. ред. В. С. Мирзеханов. – М.: Наука, 2014. С. 137-192
Кессельман В. С. Удивительная история физики. М.: Энас книга , 2015. С.176-231, 266-324

Интернет-ресурсы:

Федеральный центр информационно-образовательных ресурсов [Электронный ресурс]. URL: http://fcior.edu.ru (дата обращения 20.06. 2018)
Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов [электронный ресурс]. URL: http://school-collection.edu.ru (дата обращения 20.06.2018)
Чарлз Дарвин и эволюционная теория [Электронный ресурс]. URL: https://scfh.ru/papers/charlz-darvin-i-evolyutsionnaya-teoriya/ (дата обращения 20.06.2018)