自然辨证法一ppt课件

第一章 科学、技术与工程的一般特点 n 科学的含义和特征 n 技术的含义和特征 n 工程的含义和特征 n 科学、技术、工程的联系和区别 n 科学、技术的发展趋势 n 现代科学技术系统结构 Date 1 一、 科学的含义和特征 （一） 科学的内涵 1.科学 一词的来源 n “科学 ”一词，源自中世纪拉丁文 Scientia,本义为 “学问 ”、 “知识 ” n 现代汉语中的 “科学 ”译自英文 Science Date 2 一、 科学的含义和特征 （一） 科学的内涵 1.科学 一词的来源 n 明治时期，日本学者 福泽瑜吉 把 Science翻译 成 “科学 ”，意为 “分科的 学问 ” n 1896， 严复 翻译 天 演论 等著作时使用 “科 学 ”术语，尔后逐步推广 Date 3 一、 科学的含义和特征 （一） 科学的内涵 1.科学 一词的来源 英国科学家、科学学 创始人 贝尔纳 认为，科 学在它的历史发展中表 现为方法、知识、信仰 、生产力和社会建制等 种种形象，体现出不同 的本质特征，是 难以定 义的 英 J.D 贝尔纳 Date 4 一、 科学的含义和特征 （一）科学的内涵 2.从科学发展史的角度分析其实质 科学是一种反映客观事实和规律的 系统化、理 论化知识 。作为人类活动的一个范畴，其直接功 能是不断探求和系统总结关于客观世界的知识： n 科学 不仅仅 是知识体系，而且是一种生产知识 的特殊的认识活动； n 科学也是一种特殊的社会 意识形态 ； n 科学是一种 社会建制 。 n 总结 ：科学是知识体系和知识生产的实践活动 的统一。 Date 5 一、 科学的含义和特征 （一）科学的内涵 （一）科学的内涵 关于知识 n “ 人们在改造世界的实 践中所获得的认识和经验 的总和。 ” （ 现代汉语词典 ） n 现代，突破了经验和认 识范围，扩展到实践、创 造领域 n OECD将知识分为四种 n 知道是什么的知识（ Know-what） n 知道为什么的知识（ Know-why） n 知道怎么样做的知识 （ Know-how) n 知道是谁的知识 （ Know-who） 例 给我一个支点，我就能撬动地球Date 6 一、 科学的含义和特征 （一）科学的内涵 3、科学概念的广义与狭义 n 广义 的科学包括自然科学、人文科学、社会科 学以思维科学， 狭 义的科学则指自然科学。 n 自然科学 ：以自然界（包括人工自然）为研 究对象的科学 n 作为人类的基本活动，属于 社会实践 范畴 n 生产斗争、阶级斗争、科学实验是人 类三项 伟大实践活动 （毛泽东） Date 7 一、 科学的含义和特征 （一）科学的内涵 3、科学概念的广义与狭义 n 作为知识体系，属于认识范畴，其最终成果表 现为关于自然的 系统化、理论化的知识 n 自然科学作为一种意识形态与其它意识形态的 区别：具有一 般社会生产力， 即 “知识形态上的 生产力 ”的性质 n 不是依赖于 特定经济基础之上的上层建筑 n 自然科学 无阶级性、民族性，无国界 ，有 继承 性 Date 8 一、 科学的含义和特征 （二）科学的基本特征 科学是一种知识，但并非所有的知识都 是科学。 n 1、科学的解释性和预见性 n 科学不仅是对事实的简单判断和描述， 而且要揭示其背后的本质和规律 n 科学能够预见目前尚未观察到的、但却 能够被以后的科学实践证明的自然现象 Date 9 一、 科学的含义和特征 （二）科学的基本特征 2、科学的精确性 n 近代以来科学发展的重要特点之一是数学方法和 实验方法相结合，数学在科学中的应用使科学的各 门学科都有了精确性的特征。主要表现在： n 一是任何科学定律或原理都只能在特定条件下、 有限的范围内成立，科学应用是 有边界 的； n 二是科学结论的表述也必须 系统、严格、精确、 明晰 ，它应该能够提供具体而明确的知识，科学的 结论必须使用科学的语言来表述 Date 10 一、 科学的含义和特征 （二）科学的基本特征 3、科学的可检验性 n 科学对事实的解释是确定的、具 体的命题，这些命题在可控的条件下 可以重复接受实验的检验。在西方科 学哲学中，通常以 “ 可检验性 ” 作为 科学划界的标准。 Date 11 一、 科学的含义和特征 （二）科学的基本特征 4、科学的可错性或可变性 n 科学本身是按照一定的理论预期进行的一种探索 未知的活动，它试图告诉人们世界是怎么样的。但 由于人类认识本身的局限性，这种探索结果可能会 出错 n 如拉瓦锡（ A.L.Lavoisier）的氧化学 说证明了燃素说的错误，但并没有否 认燃素说在化学发展中曾经起过的 积极作用。 Date 12 一、 科学的含义和特征 （二）科学的基本特征 5、科学的系统性 n 作为科学知识要求知识体系在逻辑上的自洽性 以及经验知识与理论知识的一致性。 6、科学的主体际性 n 科学知识的客观的、普遍的，能够被不同的认 识主体所重复和理解，能够接受不同认识主体的实 验检验，并在他们之间进行讨论、交流，即科学的 主体际性 Date 13 一、 科学的含义和特征 （三）科学的分类 1、 基础科学 ：数学、物理、化学、生物学、天文学 、地学等 2、 技术科学 ：应用数学、计算机科学、材料科学、 能源科学、信息科学、空间科学、应用化学、电子学、 应用光学等 3、 工程科学 ：农业工程学、矿山工程学、工程力学 、电力工程学、宇航工程学等 4、 边缘学科 （交叉学科） ：物理化学、生物化学、 生物物理等。 5、 综合学科 ：环境科学等 6、 横断学科 ：数学、信息科学、信息论、控制论、 系统论、协同论、突变论、耗散结构理论等 Date 14 二、技术的含义和特征 （一）技术的含义和本质 1、 “ 技术 ” 一词，源于古希腊语的 teche，意指 “ 技能 ” 、 “ 技艺 ” 等。指的主观性因素。 （ 1） 技术的最初表征 ：劳动者的技巧、技能和操 作方法，即人类在生产经验基础上获得的主观能 力 （ 2） 科学兴起后的技术表现 ：依据自然科学规律 ，运用一定的手段、方法、特别是以机器的使用 为中介，对物料、能量、信息进行转换或加工， 以满足人类需要的实践活动 技术成为反映 实践经验、科学理论和物质设备 三方面的技术理论、物质手段和工艺方法的总和 Date 15 二、技术的含义和特征 （一）技术的含义和本质 技术的含义总结：技术是人类为了满足 社会需要，利用自然规律，在改造和控制 自然的实践中所创造的 劳动手段、工艺方 法和技能体系的总和 ，是反映现代技术性 形象的科学界说 Date 16 二、技术的含义和特征 （一）技术的含义和本质 1、 “ 技术 ” 一词，源于古希腊语的 teche，意指 “ 技能 ” 、 “ 技艺 ” 等。指的主观性因素。 （ 3）技术的二重属性 技术的自然属性 ，指人们在运用技术变天然自然 为人工自然的过程中，技术无论作为劳动手段、工 艺或技能，均须遵循自然规律； 技术的社会属性 ，指人们在运用技术变天然自然 为人工自然的过程中，受到各种社会条件的制约。 Date 17 二、技术的含义和特征 （一）技术的含义和本质 1、 “ 技术 ” 一词，源于古希腊语的 teche，意指 “ 技能 ” 、 “ 技艺 ” 等。指的主观性因素。 （ 4）对技术的认识概括 n 技术的 狭义 认识：主要从人和自然的关系中来 理解技术， “ 方法技能说 ” 、 “ 知识应用说 ” 、 “ 劳动手段体系说 ” 、 “ 要素综合说 ” n 技术的 广义 认识：把技术扩展到任何讲究方法 与手段的有效活动，认为技术存在于全部人类活动 中，在社会生活的各个领域里都有技术在起作用， 整个社会的政治、经济、文化均以技术为中介而使 其联系为一整体Date 18 二、技术的含义和特征 （一）技术的含义和本质 2、技术的本质 n 马克思： “劳动首先是 人和自 然 之间的过程，是人以自身的活 动来引起、调整和控制人和自然 之间的物质变换的过程 ”，劳动 过程中的 “劳动资料是劳动者置 于自己和劳动对象之间、用来把 自己的活动传导到劳动对象上去 的物或物的综合体 ”。 Date 19 二、技术的含义和特征 （一）技术的含义和本质 2、技术的本质 n 它是 人对自然的能动关系 ，它从属于劳 动过程，是劳动主体即人类置于自己和劳 动对象之间，用来把自己的目的和意义传 导到劳动对象去，似之发生人们期望的变 化的重要手段和联系媒介 Date 20 二、技术的含义和特征 （二）技术的基本特征 1、技术是 自然属性和社会属性的统一 2、技术是 主体要素和客体要素的统一 n 技术的主体要素：人类在技术活动中表现出 来的主体活动能力，包括经验、技能、技术知识 和理论 n 技术的客体要素：以工具、机器设备等生产 工具为标志的客观性技术要素 Date 21 二、技术的含义和特征 （二）技术的基本特征 3、技术是物质因素和精神因素的统一 n 人类在运用技术变革自然的实践活动中同时还 改变着自身，特别是使人所特有的思维能力得以不 断提升 n 恩格斯： “ 人的思维的最本质和最切近的基础 ，正是人所引起的自然界的变化，而不单独是作为 自然界的自然界；而人的智力是比例于学会改变自 然界的状况而发展的。 ” Date 22 二、技术的含义和特征 （二）技术的基本特征 4、技术本身有一个潜在形态到现实形态的 发展过程 n 技术表现为一个过程 n 从技术的生产和发展看，技术本身存在一 个从无形技术向有形技术，从潜在技术向现 实技术转化的过程。 Date 23 二、技术的含义和特征 （三）技术的基本分类 1、技术按物质基本运动形式的分类 19世纪，恩格斯据当时自然科学的研究成果，提 出把自然界物质的基本运动形式分为 机械运动、物 理运动、化学运动和生命运动 四种类型的观点 自然科学中的 力学、物理学、化学、生物学 四大 学科，即是以四种基本运动形式为对象展开 据此，可以认为整个技术是由与基本运动形式相 对应的四种基本技术构成的： 机械技术、物理技术 、化工技术、生物技术 Date 24 二、技术的含义和特征 （三）技术的基本分类 1、技术按物质基本运动形式的分类 表 2.1 四大基本技术 Date 25 二、技术的含义和特征 （三）技术的基本分类 2、工程技术按生产劳动过程的分类 n （ 1） 与有生命的自然过程相结合 的技术 ：植物栽培技术、动物饲养技术、人类保 健技术。 n （ 2） 与无生命的自然过程相结合 的技术 ：七类（日本学者星野芳郎） Date 26 Date 27 三、工程的含义和特征 （一）基本含义 n 工程的英文 engineering，其词根 engine（发动机 ）和 ingenious（创造能力）军来源于拉丁语的词 根，包含着 “创造 ”的意思 n 1818，英国民用工程师学会的成立， 标志着 工 匠与工程师在职业划分上的明确分离和现代意义 上的工程师的出现 n 最早且使用 最广泛的工程定义 出现在 1828年托 马斯 莱德古德（ Thomas Tredgold）写给英国民 用工程师学会的信中，他把工程定义为 “驾驭自然 界的力量之源、以供给人类使用与便利之术 ” Date 28 三、工程的含义和特征 （一）基本含义 n 二战后，现代工程出现了一些 新特点 ：建立在 自然科学基础之上，更加依赖现代技术手段 n 新的工程观 ：一种将工程看作一个设计的过程 ；一种看作一个制造的过程 n 美国工程师职业开发委员会 对工程的定义：把 通过学习、经验以及实践所获得的数学与自然科 学知识，加以选择地应用到开辟合理使用天然材 料和自然力的途径上来为人类谋福利的专业的总 称 n 我国学者 ：对人类改造物质自然的完整的、全 部的实践活动和过程的总称 Date 29 三、工程的含义和特征 （二）工程的基本特征 n 1、工程所追求的目标是 社会实现 n 2、工程是按照一定目标和规划对科学 、技术和社会的 动态整合 n 3、工程活动是一个通过技术集成实现 创新的过程 n 4、工程本身是一个 复杂的系统 例 曼哈顿工程 Date 30 三、工程的含义和特征 （三）工程的基本分类 n 1、从 技术基本类型 出发，星野芳郎的 技术门类后的 “ 技术 ” 换成 “ 工程 ” 即可 n 2、从 满足社会需要 出发，把工程分类 和产业类型联系起来，三大产业类工程类 型 Date 31 Date 32 工程分类 n 通常所说的人机工程、结构工程等，属于 特定的研究领域；具体的 863工程、技术创新 工程，则是具体的工作项目，均不在本分类 体系之列。 Date 33 四、科学、技术、工程的联系和区别 1、科学的本质是发现 2、技术是灵魂是发明 3、工程的核心是建造 Date 34 Date 35 四、科学、技术的发展趋势 （一）自然科学作为知识体系变化的显著特点 科学、技术、生产一体化 ，科学活动从单纯 的基础研究扩展到应用研究、开发研究，科学 知识体系从基础自然科学发展为包括基础科学 、技术科学、应用科学（工程科学）的三大层 次的结构体系 各传统基础科学的分支学科（一、二级学科 - -）按 树枝型 不断生长，且各基础学科之间、 各分支学科之间的边缘学科、交叉学科、横断 学科也在蓬勃发展。 Date 36 四、科学、技术的发展趋势 （一）自然科学作为知识体系变化的显著特点 n 以自然界基本运动形式为对象的基础自然科 学，向更复杂、更高级的方向发展，形成了 新 的基础科学门类 ，如以最复杂的生命体（人体 及脑）运动形式为研究对象的人体科学、思维 科学，以一切物质运动的系统形式为研究对象 的系统科学等。 n 总结 ：当代的自然科学体系结构，本质上是 分层次的、立体的、网络式的、开放的大系统 。Date 37 四、科学、技术的发展趋势 （二）技术体系的发展 n 技术复杂性 上：单项技术 -复合技术 -技术群 体 n 人机关系 上：人工操作的手工技术 -由人监 控的机器技术 -全自动智能化机器技术 n 技术原理的进化 上：机械技术 -物理、化学 技术 -生物技术 n 技术的体系化 ：把所有技术部门从低级到高 级联系到一起的、复杂的、立体网络结构的 技术体系Date 38 四、科学、技术的发展趋势 （三）科学技术一体化 1、科学的技术化 重大的科学研究完全离不开先进、复杂 的技术手段，如高能加速器和探测器、自动 化监测器、大功率射电望远镜、电子显微镜 等； 离不开各类技术人员的合作 科学研究工作本身日益具有工程技术特 点Date 39 例 欧洲大型强子对撞机 n 2008-09-10，世界 上最大的粒子对撞 机 正式启动 n 大型强子对撞机位 于瑞士、法国边境 地下 100米 深的环形 隧道中，隧道全长 达 27公里 Date 40 对撞机之最 n 1、世界上最大的科研装置： “ 大型强子对 撞机 ” 不仅是世界上最大的粒子加速器，而 且是世界最大的科研装置。它位于瑞士、法 国边境的地下 100米深的环形隧道中，全长 26.659公里。 n 2、地球上最快的 “ 轨道 ” ： 如果开足马力 ，数以百万计的粒子将在环形隧道内以每秒 11245圈的速度 “ 狂飙 ” ，约等于光速的 99.99%。 Date 41 对撞机之最 n 3、太阳系中最 “ 空旷 ” 的地方： 为避免粒子流 与气体分子发生碰撞，粒子流都在超高真空的 “ 通 道 ” 内运行，其间如同星际空间一样 “ 空旷 ” ，气 压仅为 10的负 13次方个标准大气压，比月球上的大 气压还小 10倍。 n 4、最热与最冷的机器： 大型强子对撞机是个既极 端热又极端冷的机器。当两束粒子流对撞的时候， 碰撞点将产生达到太阳中心温度的 10万倍的极端高 温。而由于采用了超流体氦冷却等手段，对撞机中 粒子运行的加速腔在工作时的温度仅为零下 271.3摄 氏度。 Date 42 对撞机之最 n 5、全球最强大的超级计算机系统： 为了对海量的实验数据进行分析， 世界各地成千上万名科学家将数万台甚 至数十万台计算机借助网络联合在一起 工作，这也构成了全球最强大的超级计 算机系统。 Date 43 世界最大对撞机将破解五大科学谜团 n 牛顿未完成的工作 什么是质量？ 寻找希 伯斯玻 色子 Date 44 世界最大对撞机将破解五大科学谜团 n 一个 “ 看不见 ” 的问题 96% 的宇宙 由什么构成？ 2007年科 学家绘制 的宇宙暗 物质三维 数字地图 Date 45 世界最大对撞机将破解五大科学谜团 n 大自然的偏好 为什么找不到反 物质？ 在这个蟹状 星云的合成 照片中，物 质和反物质 粒子已接近 光速的速度 被喷射出 Date 46 世界最大对撞机将破解五大科学谜团 n “ 大爆炸 ” 的秘密 物质在宇宙诞 生后的第一秒呈什么状态？ 宇宙大爆炸示意图Date 47 世界最大对撞机将破解五大科学谜团 n 隐藏的世界 空间的额外维度真的 存在吗？ 四维空间Date 48 最大对撞机 n 据介绍，大型强子对撞机上长达 27公里 的 环形隧道堪称一个 “超级大冰箱 ”，其中的超 导磁铁温度只比 绝对零度 （零下 273.15摄氏 度）略高一点 n 在进行实验之前，整个轨道被充满的液氦 来降温。在原定于去年 9月开始的实验，因为 液氦泄露， 被迫停止 。事故发生后，对撞机 必须加温到常温才能进行检修，仅一次加温 就需要 三个月 Date 49 欧洲大型强子对撞机 “ 试车 ” 成功 实验 图像传到华师 n 2009-11-25 ，在半人高、 27公里长的隧道 中，两束比头发丝还细的质子束流沿着相对 方向高速奔跑，在完成若干圈的 “极速马拉松 ”后，它们在科学家的操控下激烈碰撞。撞出 的粒子晶体四散开来，各国科学家激动不已 欧洲核子研究中心发给华中师范大学的 邮件，带来了大型强子对撞机 “试车 ”成功的 好消息。 “大型强子对撞机实现了两束质子束 流在加速器里的贯穿，并首次在 4个探测器上 实现了对撞。 ”Date 50 据第一次对撞实验数据 “还原 ”的 “现场 ” Date 51 寻找夸克华师制造 “读数器 ” n 华师夸克与轻子物理教教育部重点实验室 ( 筹 )里，静静摆放着几块杂志大小的电路板， 电路板上印着 4个英文字母 CCNU。它们的 400 个同伴，已经被安放在了欧洲大型强子对撞 机的探测器上了。 Date 52 寻找夸克华师制造 “读数器 ” n 据 周代翠 教授介绍，在大型强子对撞机上有 4个主 要探测器，中国科学家所在的 ALICE探测器主要进行 核 -核碰撞，想将夸克从强子 (质子和中子 )当中撞出 来。 n 华师物理学院利用自己的学科优势，专门为探测器 研发了前端电子学主板，组成光子谱仪，这是一种读 数系统，用于将实验中的光子信号转化成数据。 n