自然科学导论
自然科学导论
5万+ 人选课
更新日期:2025/05/01
开课时间2025/01/21 - 2025/07/20
课程周期26 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介
希望你还记得小时候憧憬的星空,希望你能想起年少时总好奇世界的法则,我们总有自己的诗和远方,对整个人类的挑战则是星辰宇宙。自然科学导论,从基本粒子到宇宙大爆炸,从多个学科的角度揭示了科学的美丽和法则的简洁,这里有深邃的黑洞,神秘的外星人,以及薛定谔的猫,让我们从时空开始穿越吧!
课程大纲

在线教程

章节简介教学计划
穿越
学习资料 登录后可预览视频
开篇
王振彦,孙盛芝
时间机器、时间悖论
王振彦,孙盛芝
光速不变原理
王振彦,孙盛芝
相对性原理
王振彦,孙盛芝
穿越的心里需求
王振彦,孙盛芝
科学概述
学习资料
花絮
王振彦,孙盛芝
科学的定义、分类与特点
王振彦,孙盛芝
科学的两大支柱
王振彦,孙盛芝
科学的作用
王振彦,孙盛芝
科学的真善美以及局限性
王振彦,孙盛芝
东西方古代科学
学习资料
东西方的交流
王振彦,孙盛芝
东西方古代科技
王振彦,孙盛芝
五行和四元素
王振彦,孙盛芝
医术之争
王振彦,孙盛芝
文化交融
王振彦,孙盛芝
学习资料
理科生也有女朋友...吗
王振彦,孙盛芝
光与数字三
王振彦,孙盛芝
光的本性之争
王振彦,孙盛芝
学习资料
玩会儿光吧
王振彦,孙盛芝
现代光学应用
王振彦,孙盛芝
原子结构
学习资料
薛定谔的滚
王振彦,孙盛芝
原子结构模型——承上启下
王振彦,孙盛芝
那些比原子还小的东西
王振彦,孙盛芝
量子世界的幽灵
王振彦,孙盛芝
原子的应用
王振彦,孙盛芝
苹果有毒
学习资料
白雪公主
王振彦,孙盛芝
分子简介
王振彦,孙盛芝
毒药
王振彦,孙盛芝
毒品
王振彦,孙盛芝
化学造就良药
王振彦,孙盛芝
密码、起源
学习资料
象牙塔的大哲人
王振彦,孙盛芝
生命密码
王振彦,孙盛芝
解密计划
王振彦,孙盛芝
生物进化
王振彦,孙盛芝
人类起源
王振彦,孙盛芝
电磁兄弟
学习资料
电与磁的日常
王振彦,孙盛芝
电的那些事儿
王振彦,孙盛芝
磁也来凑热闹
王振彦,孙盛芝
学习资料
磁悬浮、超导、电磁弹射
王振彦,孙盛芝
学习资料
量子计算机、纳米机器人
王振彦,孙盛芝
世界末日
学习资料
大战千年虫
王振彦,孙盛芝
人类本身的影响
王振彦,孙盛芝
自然界带来的末日
王振彦,孙盛芝
末日预言
王振彦,孙盛芝
末日情结的解读
王振彦,孙盛芝
外星人
学习资料
新闻播报
王振彦,孙盛芝
费米悖论
王振彦,孙盛芝
大沉默
王振彦,孙盛芝
人类的探索
王振彦,孙盛芝
成为外星人
王振彦,孙盛芝
宇宙
学习资料
牛郎织女
王振彦,孙盛芝
夜空为什么是黑的?
王振彦,孙盛芝
恒星 星系
王振彦,孙盛芝
学习资料
恒星的演化与结局
王振彦,孙盛芝
观星
王振彦,孙盛芝
科学家们
学习资料
致谢
王振彦,孙盛芝
牛顿
王振彦,孙盛芝
拉瓦锡
王振彦,孙盛芝
薛定諤
王振彦,孙盛芝
奥本海默
王振彦,孙盛芝
爱因斯坦
王振彦,孙盛芝
  • 第一章穿越

    穿越这个话题是大众普遍感兴趣的,但其背后是有重要的科学依据的,本章将以时空穿越为主题,将其科学原理——狭义相对论为大家展示清楚,从而使大众了解穿越的本质。本章形式多样,采用了情景剧的形式来展示穿越可能带来的后果,在科学上对时间悖论,以及向未来穿越、向过去穿越解释清楚。没有深奥的物理公式和复杂的数学推理,都是从原理出发来解释现象的。

  • 1.1开篇

    本节是课程宣传的片头。

  • 1.2时间机器、时间悖论

    本节是情景剧,假设了如果穿越可行,且未来科技发展到了这个层面,利用时间胶囊给未来人留下信息而发生的故事。

  • 1.3光速不变原理

    本节详细讲述了相对论的两个前提,重点讲述了光速不变原理,可以得到不同参考系之间时间不一致的结论,使得穿越在理论上产生了可能。注重了与牛顿力学的区别,以及现实的实验验证。

  • 1.4相对性原理

    本节讲述的是相对性原理,介绍了四维的空时图,详细阐述了相对论中可能是最让人头疼的双生子佯谬,学完本节,相对论两大前提就已经完全覆盖,可以说已经了解了狭义相对论。

  • 1.5穿越的心里需求

    本节用浅显的假设,对回到过去的穿越进行了解读,指出其不可能的原因,从而总结了时空穿越的结论。在现实中,相对论已经在航天、导航等方面有着重要应用,也指出了大众对穿越期待的心理因素。

  • 第二章科学概述

    人类社会目前的发展,都得益于自然科学的推动,我们有着可能是有史以来最为舒适和便捷的生活,本章将带领大家一探自然科学本身,通过对科学本质的了解,可以加强自身的逻辑能力和理性思维,并用科学的角度来审视生活和工作中发生的事情。自然科学描述的是自然的规律,只有对规律有所了解,才能更好的认识世界,才能进一步发挥创新力和创造力。

  • 2.1花絮

    本节是课程拍摄的NG花絮。

  • 2.2科学的定义、分类与特点

    本节重点介绍了科学应该具有的性质,可证伪性,并且通过可证伪性,对思维体系中的命题和推理进行了介绍。

  • 2.3科学的两大支柱

    科学具有两大支柱,逻辑推理和实验观察,两者缺一不可。本节重点阐述了科学这两大支柱,以及相互之间的关系,它们对推动科学的不可或缺的作用,以及科学的发展路线。

  • 2.4科学的作用

    本节讲述的是科学的作用,具体列举了一些科学对于现实世界的发展案例,包括我国很多新的科技成果。目前我们社会发展都依赖于科学,相信未来的发展也是离不开科学的。

  • 2.5科学的真善美以及局限性

    本节介绍了科学的局限性,指出科学必须有适用范围,比如牛顿只适用于宏观低速情况,相对论与量子力学的不兼容等,虽然科学不能解释世界上所有的问题,但是,我们的世界还是因科学而不断发展。一个根植于科学特征的理论,在框架内能够很好的解释所有的现象,就是一个好的科学理论,即便它到了别的范围并不适用。

  • 第三章东西方古代科学

    本章的话题是东西方古代科学,并且管中窥豹,让大家对东西方古代文明有一些认知。以东西方人探索世界本源为线索,阐述了历史上的独立发展的两条科技脉络,后来东西方文化交融,共同对世界的发展做出了贡献。本章采用古装对话模式,讨论了大家耳熟能详的五行、中医、四元素、炼金等历史上重要而有趣的事实,带大家回顾东西方文明在历史长河中留下的熠熠生辉的瑰宝。

  • 3.1东西方的交流

    这是一节cosplay的小短剧。

  • 3.2东西方古代科技

    本节从东西方古代人类对世界本源的探索开始,讨论了东西方文明朴素的唯物主义元素学说,分别是西方的四元素说和东方的五行说,并展示了两种学说对两种文明的影响。

  • 3.3五行和四元素

    西方的四元素学说,发展出了西方的炼金术;东方的五行说,发展出了东方的炼丹术,并展示了对当时乃至现在的影响。

  • 3.4医术之争

    本节争论的焦点在医学,西方以四元素为基础,由希波克拉底构筑了古代西方医学;而东方在大量的临场实验和经验积累中摸索出了属于东方的中医。两者都延续到了现在。

  • 3.5文化交融

    本节讲述了东西方科技在各自发展后,也通过丝绸之路等方式,有了文化的交融,从而产生出火花,对近代科学的建立,起了奠基性的作用。

  • 第四章

    本章主要介绍的是光,是人类获取世界信息的最主要渠道,从最古老人类经验总结出来的几何光学定律,以及持续时间长达几百年的光本质的争论,全面而系统的为大家展示光的方方面面,同时,本章也引入了实验,用实验的方式来展示光的有趣现象,也论证了科学需要逻辑和实验的共同推动。

  • 4.1理科生也有女朋友...吗

    本节情景剧为大家展示的是光的一些性质,有女友的男生请勿模仿。

  • 4.2 光与数字三

    本节是光的几何定律,包括了光的直线传播,独立传播以及反射折射定律,介绍了几何定律的一些应用。

  • 4.3光的本性之争

    本节介绍了光的本质,在长达数百年间,光是一种微粒还是一种波动,一直是科学家们争论的焦点,最早微粒说优势,后来波动说胜利,到最后,光的本性是两者皆有,也就是波粒二象性。真理确实是越辩越明。

  • 4.4玩会儿光吧

    本节通过若干实验,为大家展示了光的颜色组成,全反射,折射等这些光学的基本性质,通过实验加强对光基本概念和性质的了解。

  • 4.5现代光学应用

    本节谈到了光的作用,光是信息的载体,也是人类获取信息的最重要媒介,因此光学的突破基本上都会带来人类革命性的飞跃,历史如此,当今也如此。

  • 第五章原子结构

    本章沿袭第三章的话题,从现代科学角度来探讨了世界的组成,从典型的概念,原子,来描述组成这个绚丽多彩世界的本源。原子是一个历史遗留概念,今天我们已经很明确,它不是基本结构,但确实是一个重要的承上启下的结构,通过原子,我们可以往宏观方向发展,构成分子,也可以往微观方向推理,了解夸克、电子这些目前认为的基本粒子,为大家带来基本的量子力学。

  • 5.1薛定谔的滚

    本剧是第四章的延续,也是量子力学中非常重要概念的展示。

  • 5.2原子结构模型——承上启下

    本节重点介绍了原子的结构,并指出目前可能大家对原子普遍的一些误解,通过对原子结构的剖析,指出构成宏观世界的方式,是原子学说和元素学说的有机结合。

  • 5.3那些比原子还小的东西

    本节开始将原子进行了解剖,深入原子内部,介绍了构成物质的基本粒子,其中重点介绍了夸克,以及其构成质子中子的方式,这是无法直接观测但可以用推理来构筑理论的经典案例,同时,也介绍了一些其它基本粒子以及标准模型理论。

  • 5.4量子世界的幽灵

    本节介绍了简单的量子力学,通过通俗的语言和浅显的比喻,对量子世界与宏观世界的不同进行了深入解读,介绍了自旋、隧穿等量子现象,指出量子力学的根本在于测不准原理(也称不确定性原理),并详细阐述了量子力学的概率描述,解释了薛定谔的猫以及量子纠缠。

  • 5.5原子的应用

    本节涉及到了原子层面的科学在当今世界的应用,介绍了质能方程和原子弹,以及反物质的预言与应用等。

  • 第六章苹果有毒

    本章进入化学层面,对原子构筑分子的方式进行了介绍,在分子层面,可以形成物质的性质,我们世界的诸多物质基本都是由分子构成物质性质的最小单位。在分子层面,以毒药为线索阐明了分子对世界万物以及人类的作用,也对毒品的危害进行了深入剖析。

  • 6.1白雪公主

    本节是耳熟能详的白雪公主,吃下毒苹果后的新演绎。

  • 6.2分子简介

    本节介绍了原子组成分子的形式,并介绍了分子在构成我们目前世间万物的基础性作用,以及其化学性质的表现方式。

  • 6.3毒药

    本节介绍了毒药,介绍了相关历史,对其进行了分类小结,并且阐述了毒药对于人类发展中产生的积极作用。

  • 6.4 毒品

    本节讲述了毒品的危害,通过对成瘾性,以及对人体神经系统的伤害,指出了毒品对人体的重大危害,并将我国对毒品的相关法规和政策进行了简单介绍。

  • 6.5化学造就良药

    化学是合成新物质的学科,可以千变万化,本节沿袭前几节的内容,以合成药物为线索,介绍了人类对药物研究的历史,同时也介绍了化学分子构成的微观本质。

  • 第七章密码、起源

    生命是人类永恒的话题,科学是建立在生命生存的基础之上的。本章会带领大家探讨生命的奥秘,从现代生命科学视角,以基因为核心,介绍人类探究生命的历程,以及人类对自身研究的历程。同时,对进化的本质进行了梳理,并对人类的产生进行了探讨。

  • 7.1象牙塔的大哲人

    探讨了哲学三大终极问题,也是人类的终极问题。

  • 7.2生命密码

    本节介绍了现代生命科学中对生命的理解,从DNA的角度,解释了生物的生长与遗传性质,介绍了基因,阐述基因对于生命体的核心作用,同时也指出了基因突变的概念。

  • 7.3解密计划

    本节讲述了人类在追求“我是谁”问题上的努力,详细介绍了世纪之交的人类基因组计划,探索人类自己的基因,对于揭示人类本身奥秘,解决疑难杂症等方面均有着重要的贡献。

  • 7.4生物进化

    本节对生命的起源进行了讨论,从最开始的有机物产生未解之谜的探讨,到生命诞生的情形,以及生物进化的机制等,这些问题可能都没有答案,但可以从科学的视角来逐渐接近真相。

  • 7.5人类起源

    对生命的探讨终究离不开人,本节讨论了人类的产生,虽然目前人类进化的化石存在断层,依旧可以从基因的角度,来给出人类起源的最合理的解释。

  • 第八章电磁兄弟

    电的大规模使用改变了人类的生活方式,人类在几千年的文明中,用电的历史仅仅一百多年,但我们已经离不开它,这是科技对人类影响案例,因此,本章探讨了电的本质,以及与电密切相关的磁也一并介绍,对电磁性质进行介绍的同时,也为大家展示了人类在追求电磁本质道路上曲折而有趣的历史。

  • 8.1电与磁的日常

    本节是著名一个二次元的延伸。

  • 8.2电的那些事儿

    本节介绍了电的相关性质,也介绍了人类对电的探索的历史,展示了电对当今社会的重大意义,也是生命体的基本构成。

  • 8.3 磁也来凑热闹

    本节介绍了磁的性质以及与电之间的关系,对地球磁场每天保护人类进行了解读,同时介绍了人类对磁现象的研究历史,以及它在目前生活中担任的不可或缺的角色。

  • 8.4磁悬浮、超导、电磁弹射

    本节介绍了磁悬浮的原理,包括了常导型和超导型,然后介绍了超导,并对其原理进行了解释,也复习了量子纠缠,最后是对电磁弹射的一个简单介绍。

  • 8.5量子计算机、纳米机器人

    本节用电子自旋解释了巨磁电阻效应以及在计算机行业的应用,并对未来量子计算机在原理层面进行展示,指出其颠覆性的运算能力,复习量子世界的运行规律与经典世界的不同,最后介绍了纳米机器人,是未来的发展趋势,也可能会是一把双刃剑。

  • 第九章世界末日

    世界末日是一个古老的话题,贯穿千年,本章将带领大家纵览那些可能毁灭人类文明的因素,这些因素可能来自于自然界,也可能来自于人类本身,因此,我们需要关注自然,同时,发展科技也要时刻警醒,更好的提升人类自己运用科学的智慧,将目光放得更远,延续宇宙中人类文明的烛光。

  • 9.1大战千年虫

    本节是对1999年12月31日,千年虫事件的一本正经胡说八道。

  • 9.2人类本身的影响

    本节从人类自身角度出发,谈论了人类本身对文明可能产生的破坏,在某种程度上,科学本身没有善与恶,只是一种工具,但使用科学的人有,因此,我们不仅要发展科技,也要注重科学伦理,将科学最终的目标以及运用科学的智慧发展的更好。

  • 9.3自然界带来的末日

    本节从自然的角度阐释了自然界对文明可能带来的末日,无论是从天文还是地质,人类拥有文明的时间在地球上只是瞬间,自然界的重大周期性变化,对人类文明可能造成毁灭性打击,所以我们对自然需要有更清晰的了解。

  • 9.4末日预言

    如果地球上发生了无法避免的灾难性事件,我们将目光投向宇宙空间,寻找新的栖息地,为此,把目标锁定在了邻居火星上,当然,这是一项浩大的工程,以此来告诉大家,比起殖民火星,保护好地球其实简单很多。

  • 9.5末日情结的解读

    本节剖析了人类所拥有的末日情结,相比于自然的力量,人类目前还是相对渺小的,当然,运用好科技,人类就能不断的发展;同时,本节也对一些比较著名的末日预言进行了解读,希望大家可以明白,谣言止于智者。

  • 第十章外星人

    外星人是大众非常感兴趣的一个课题,无论是UFO还是美国51区都是很多人耳熟能详的话题,甚至美国总统大选都以此来吸引民众的关注。本章将从科学的角度,带领大家全方位的探索外星人这个话题,相比于传说或者杂谈,科学才是探索未知世界最有力的工具,本章希望给大家展示如何用科学的方法来探索未知的领域。

  • 10.1 新闻播报

    外星人入侵的新闻播报。

  • 10.2费米悖论

    本节介绍了对外星人研究的基础理论,费米悖论。费米通过计算得到宇宙中到处都是外星人的结果与现实不符,因此从若干方面进行分析,其中主要介绍了宇宙生命等级。

  • 10.3大沉默

    本节是费米悖论的推论,大沉默。在宇宙飞行能耗太高的情况下,如果存在外星人,可以通过电磁讯号进行沟通,但目前我们地球上没有收到过任何来自智慧生物的信号,原因是什么呢?

  • 10.4人类的探索

    本节从人类的视角说明了人类主动探索外星人的行为,包括了发射航天器,发送讯号,寻找宜居行星等科学活动,从而为人类自己打开了探索宇宙的大门。

  • 10.5成为外星人

    如果从宇宙视角,其实人类也是外星人的一类,本节展示的是在目前科技基础上,人类可以进行更深远的宇宙探索,随着未来科学发展到极致,相信人类会成为外星人,将自己送向宇宙。

  • 第十一章宇宙

    “一个民族,有一群仰望星空的人,这个民族才有希望;一个民族,只关注脚下的事情,注定没有未来”,本章进入宇宙,详细介绍了宇宙中最重要的天体恒星,包括其后产生的白矮星,中子星,以及神秘的黑洞;也介绍了宇宙学前沿的理论,宇宙大爆炸以及宇宙膨胀。

  • 11.1牛郎织女

    牛郎织女如果真的在牛郎星和织女星,会发生的故事。

  • 11.2夜空为什么是黑的?

    本节从奥伯斯佯谬开始,夜空是黑色的就说明宇宙不会是无限大且静止的,因此,宇宙大爆炸和宇宙膨胀,这两个宇宙学前沿,其实和我们每天见到的夜空有着密切的联系。

  • 11.3恒星 星系

    本节介绍了宇宙中最重要的天体,恒星,它们是宇宙能量的来源,是不同元素产生的起点,恒星的稳定是万有引力和核聚变的平衡,恒星聚集在一起形成了星系,乃至超星系团。

  • 11.4恒星的演化与结局

    恒星有自己的生命周期,本节详细介绍了恒星的演化,两个重要极限将恒星的结局分为了三类,分别是白矮星、中子星和黑洞,近几年,包括引力波,事件视界望远镜等与黑洞有关的话题再次成为热点,本节展示的是这些天体背后的科学原理。

  • 11.5观星

    本节讲述的是一个古老的话题,星座,作为从古巴比伦开始,持续了五六千年的话题,其背后是否有着科学依据,以及星座的由来,演变,在历史上产生的影响等。

  • 第十二章科学家们

    本章从课程的五个部分,物理、化学、生命、环境、天文,分别介绍了在各自领域有着突出贡献的五位科学家,不仅展示了他们的生平及科学贡献,也讨论了在科学之外对人类产生的深远影响。

  • 12.1致谢

    结尾的部分,按惯例是致谢。

  • 12.2牛顿

    本节介绍的是牛顿,他对物理学,乃至整个科学做了奠基性的工作,展示了他的发现与思维过程,同时,也介绍了他在道德品格上的狭隘,破除伟人一定是高大全的教育模式。

  • 12.3 拉瓦锡

    本节介绍的是拉瓦锡,他对西方破除四元素学说,进入现代化学起着决定性的作用,还包括了统一世界的度量等工作,也介绍了他所在的风起云涌的法国大革命时代与他整个人生的命运。

  • 12.4薛定諤

    本节介绍了薛定谔,量子力学的奠基者之一,同时,他在生命科学领域的前瞻性工作,影响了很多生命科学的工作者,包括了现代生命科学之父,沃森和克里克。

  • 12.5奥本海默

    本节介绍的是奥本海默,也就是著名的原子弹之父,从军事的角度,他为人类做出了巨大的贡献,但他一直背负着愧意,认为自己打开了潘多拉魔盒,这位在天文学上也有重大贡献的科学家拥有着传奇的一生。

  • 12.6爱因斯坦

    本节介绍的是爱因斯坦,这位可能是妇孺皆知的科学家,从他的思维出发介绍了广义相对论的核心思想,重点展示了他在宇宙学领域的贡献,同时,也展示了他在人类发展问题上对世人的建议。

  • 开始学习
  • 第一章  作业测试
    第一章 穿越

    1.1 开篇

    1.2 时间机器、时间悖论

    1.3 光速不变原理

    1.4 相对性原理

    1.5 穿越的心里需求

    视频数5
  • 第二章  作业测试
    第二章 科学概述

    2.1 花絮

    2.2 科学的定义、分类与特点

    2.3 科学的两大支柱

    2.4 科学的作用

    2.5 科学的真善美以及局限性

    视频数5
  • 第三章  作业测试
    第三章 东西方古代科学

    3.1 东西方的交流

    3.2 东西方古代科技

    3.3 五行和四元素

    3.4 医术之争

    3.5 文化交融

    视频数5
  • 第四章  作业测试
    第四章

    4.1 理科生也有女朋友...吗

    4.2 光与数字三

    4.3 光的本性之争

    4.4 玩会儿光吧

    4.5 现代光学应用

    视频数5
  • 第五章  作业测试
    第五章 原子结构

    5.1 薛定谔的滚

    5.2 原子结构模型——承上启下

    5.3 那些比原子还小的东西

    5.4 量子世界的幽灵

    5.5 原子的应用

    视频数5
  • 第六章  作业测试
    第六章 苹果有毒

    6.1 白雪公主

    6.2 分子简介

    6.3 毒药

    6.4 毒品

    6.5 化学造就良药

    视频数5
  • 第七章  作业测试
    第七章 密码、起源

    7.1 象牙塔的大哲人

    7.2 生命密码

    7.3 解密计划

    7.4 生物进化

    7.5 人类起源

    视频数5
  • 第八章  作业测试
    第八章 电磁兄弟

    8.1 电与磁的日常

    8.2 电的那些事儿

    8.3 磁也来凑热闹

    8.4 磁悬浮、超导、电磁弹射

    8.5 量子计算机、纳米机器人

    视频数5
  • 第九章  作业测试
    第九章 世界末日

    9.1 大战千年虫

    9.2 人类本身的影响

    9.3 自然界带来的末日

    9.4 末日预言

    9.5 末日情结的解读

    视频数5
  • 第十章  作业测试
    第十章 外星人

    10.1 新闻播报

    10.2 费米悖论

    10.3 大沉默

    10.4 人类的探索

    10.5 成为外星人

    视频数5
  • 第十一章  作业测试
    第十一章 宇宙

    11.1 牛郎织女

    11.2 夜空为什么是黑的?

    11.3 恒星 星系

    11.4 恒星的演化与结局

    11.5 观星

    视频数5
  • 第十二章  作业测试
    第十二章 科学家们

    12.1 致谢

    12.2 牛顿

    12.3 拉瓦锡

    12.4 薛定諤

    12.5 奥本海默

    12.6 爱因斯坦

    视频数6
  • 期末考试