科学技术史课件

科学技术史 张密生 武汉大学政治与公共管理学院 绪论 一、科学技术史的研究对象和内容 科学技术史是一门研究科学技术的历史 发展及其客观规律的科学。 科学技术史的研究内容：一是研究科学 技术的发展，揭示其内在规律；二是研 究社会因素对科学技术发展的影响，揭 示科学技术发展的社会历史条件；三是 研究科学技术对社会的反作用，预测科 学技术未来的发展。 二、科学技术史的发展历程 科学技术史是一门古老而年轻的学科。 欧得曼斯，古希腊数学家和天文学家， 著有算术史、几何史和天文 学史，是世界上第一位科学史家。 惠威尔，1837年发表了归纳科学的历 史，这是世界上第一部综合性科技史 专著。 二、科学技术史的发展历程 1912年萨顿创办科学史刊物Isis 1924年美国科学史学会成立 1929年第一届国际科学史大会召开 1936年英国剑桥大学创立科学史系 2005年第22届国际科学史大会在北京召 开 学科史综合史 内史外史 第22届国际科学史大会 爱因斯坦-宇宙大师 三、学习科学技术史的意义 学习科学技术史，有利于我们理解科学 技术在人类社会发展中的作用。 学习科学技术史，有助于我们掌握科学 技术发展的规律性，更好地为全面建设 小康社会服务。 学习科学技术史，有助于我们掌握科学 方法，培养科学精神，强化科技意识。 学习科学技术史，有助于我们优化知识 结构。 钱学森 第一章、科学技术的起源 第一节、古代技术的发端 一、古代技术发端的第一个标志：打磨 石器 二、古代技术发端的第二个标志：人工 取火 三、古代技术发端的第三个标志：创造 文字 四、古代技术发端的意义 第二节、古代科学的萌芽 一、科学知识的起源 二、原始科学和宗教 第二章、古代河流文明的科学技术 第一节、古代巴比伦的科学技术 一、古代巴比伦的变迁 二、古代巴比伦的数学和天文学 三、古代巴比伦的技术 苏美尔人的楔形文字 腓尼基人创造了世界上第一批字母文字 铁器时代的到来 第二节、古代埃及的科学技术 一、古埃及的历史 二、古埃及的数学、天文学和医学 三、古埃及的技术 文字和纸草书 金字塔 神庙 金字塔 第三节、古代印度的科学技术 一、古印度的回顾 二、古印度的天文学、数学和医学 天文学：太阳悉檀多五大历书 数学：准绳经、圣使集、计算精华 、算法概要等。 医学：阿柔吠陀、妙闻集、阇罗迦 集 三、古印度的技术 第四节、古代中国的科学技术 一、古代中国的兴衰 二、古代中国的天文学和数学 盖天说浑天说宣夜说 周髀算经、九章算术、九章 算术注、数书九章 三、古代中国的医药学和地学 黄帝内经、伤寒杂病论、 盖天说 浑天说 张衡的浑天仪 张衡的地动仪 第四节、古代中国的科学技术 神农本草经、本草纲目 地学：山海经、汉书地理志、 水经注、梦溪笔谈 裴秀的禹贡地域图、朱思本的舆 地图、清朝的皇舆全览图、郑 和航海图 第四节、古代中国的科学技术 四、古代中国的技术 1、农业和农业技术 2、纺织和瓷器制造 3、四大发明及其意义 4、建筑技术和水利工程 5、冶金和造船技术 青瓷 白瓷 红瓷 彩瓷 郑和海船 郑和 郑和海船 都江堰 都江堰图 京杭大运河 第三章、古希腊罗马的科学技术 第一节、古希腊的科学技术 一、古希腊的科学 1、古希腊的自然哲学 米利都学派：泰勒斯，阿那克西曼 德、阿那克西米尼、赫拉克利特等 毕达哥拉斯学派：毕达哥拉斯等 德谟克利特学派：德谟克利特等 2 、古希腊的天文学 毕达哥拉斯学派：设想地球、天体 和宇宙都是球形，天体的运动为均 匀的圆周运动。 阿利斯塔克：两千多年前的日心说 。 埃拉托色尼：对地球的形状和大小 做了定量描述。 希帕克：提出本轮和均轮运动。 3、古希腊的物理学和数学 亚里斯多德：形式逻辑的创始人， 著有工具论，物理学 阿基米德：论浮力，论平板 的平衡，论杠杆，论重心 泰勒斯：创立了几何学。 欧几里德：几何原本 阿基米德，阿波罗尼的数学研究 百科全书式的学者 亚里斯多德 4、古希腊的生物学和医学 亚里斯多德：古代生物学的开拓者 希波克拉底：西方的医学之父，提 出了：“体液说”医学理论。 赫罗菲拉斯：第一个区分了动脉和 静脉，指出大脑是智慧之府。 埃拉西斯特拉塔：生理学研究的第 一个希腊人。 二、古希腊的技术 冶金技术： 公元前1900年左右开始使用青铜 器 公元前16世纪左右有了铁器 造船业相当发达 建筑遗产十分丰富 雅典卫城 第二节、古罗马的科学技术 一、古罗马的科学 1、古罗马的自然哲学 卢克莱修：物性论 2、古罗马的天文学 托勒密：天文学大成地理学 3、古罗马的医学 盖仑：古希腊医学知识系统化。 托勒密的地心体系 古罗马时代的科学巨人 托勒密 二、古罗马的技术 加图：论农业西方最早的农书 。 赫伦：著名的工程师。 维特鲁维奥：论建筑，世界第 一部建筑学著作。 古罗马的斗兽场，万神庙。 古罗马的公路建设。 古罗马的斗兽场 第三节、古代中、西科学技术的 发展特点 一、古代西方科学技术的发展特点 1、善于吸收先进的科学文化 2、运用理性探讨自然界的本质和规 律 3、科学方法的初步确立及应用 4、形式逻辑成就科学典范 二、古代中国科学技术的发展特点 1、古代中国独立地创造了举世瞩目 的科学技术成就 2、古代中国形成了独特的实用科学 体系 3、古代中国形成了大一统的技术结 构 第四章、近代科学的兴起与 第一次技术革命 第一节、近代科学技术产生的历史背景 一、资本主义生产方式的兴起 二、航海探险和地理大发现 1487年葡萄牙人迪亚士到达非洲 1492年意大利人哥仑布到达中美洲 1497年葡萄牙人伽马到达印度 1517年葡萄牙人麦哲仑完成第一次环球航行 三、文艺复兴和宗教改革运动 第二节、近代科学的独立宣言 一、日心说的创立 哥白尼：1543年出版天体运行论 二、日心说的传播和发展 布鲁诺：1548年出版论无限性、 宇宙和诸世界 伽利略：1632年出版关于托勒密 和哥白尼两大世界体系的对话 哥白尼 第三节、经典力学体系的建立 一、观察实验方法的确立和实验科学 的兴起 伽利略对经典力学的贡献： 发现了自由落体定律 发现了惯性运动 发展了抛物体运动轨迹理论 创立了实验和数学相结合的科研方法 伽利略(1564- 1642) 望远镜 二、牛顿对经典力学体系的贡献 开普勒1609年出版新天文学， 1619年出版宇宙的和谐，发现了 行星运动三定律。荣获“太空律师” 牛顿：万有引力定律的发现；1687年 出版自然哲学的数学原理，创立 了运动三定律，建立了经典力学体系 ，实现了自然科学的大综合。 牛顿 三、16-18世纪物理学的其它成就 热学：布莱克提出“热质说” 电磁学： 1785年库仑发现库仑定律，标志着 电学研究从定性进入定量阶段。 1780年伽伐尼发现电流，静电动电 。 光学：牛顿的微粒说惠更斯的波 动说 第四节、近代生物学、化学和数学 的形成 一、血液循环的发现与植物分类体系 的建立 维萨里：1543年出版人体的构造 塞尔维特：1553年发现血液小循环 。 哈维：1628年确立血液循环理论，“ 近代生理学之父”。 林耐：1735年建立植物分类法。 二、科学化学的确立与燃烧的氧化理论 氧化燃烧理论取代燃素说 1669年柏策首先提出了燃素说。 1703年施塔尔发展了燃素说。 1666年波义耳出版怀疑的化学家 1789年拉瓦锡出版化学纲要，提 出氧化燃烧理论，近代化学的起点。 三、数学的发展 解析几何的创立 笛卡儿1637年出版方法论， 标志着解析几何的诞生。 微积分的创立 牛顿莱布尼兹 瓦特(1736-1819) 第五节、第一次技术革命 一、蒸汽机的发明与技术革命的兴起 第一次技术革命的起点：纺织机改革 第一次技术革命的标志：蒸汽机的发 明与使用 发明蒸汽机的前奏： 巴本、塞维利、纽可门的奠基工作 瓦特的双向通用蒸汽机 瓦特的蒸汽机 蒸汽机车模型 二、第一次技术革命的历史意义 1、第一次技术革命导致了工业革命胜利 完成，促进了社会生产力的迅速发展。 2、第一次技术革命推动了新兴产业部门 的崛起和工业生产体系的全面改革。 促进了机器制造业、钢铁工业和交通运 输业的发展。 3、第一次技术革命对科学、教育的发展 产生了重大影响。 第五章、近代科学的发展与 第二次技术革命 第一节、19世纪的天文学和地质学 一、天文观测技术的进步和天体演化 理论的提出 望远镜的改进 天体照相术的发明 光谱学技术的发明：基尔霍夫三定律 第一节、19世纪的天文学和地质学 科学史上第一个天体演化理论 ： 1775年康德（1724-1804）出版了 宇宙发展史概论，提出了太阳 系起源的星云假说。 1796拉普拉斯（1749-1827）出版 了宇宙体系论 康德 二、地质学的确立 水成论和火成论之争： 水成论：魏纳（1749-1817） 火成论：赫顿（1726-1797） 灾变论与渐变论之争： 灾变论：居维叶（1796-1823） 渐变论：赖尔（1797-1875）， 1830年出版地质学原理。 第二节、19世纪的物理学和数学 一、能量守恒定律的发现及热力学 研究 热的本质的认识： 热质说：热是“一种特殊形态的没有 重量的物质”，当热质进入物体后物 体会发热。 热的运动说：热是物质粒子的运动 。 一、能量守恒定律的发现及 热力学研究 1842年迈尔发表论文论无机界的 力，首次论述了能量守恒定律。 1847年赫姆霍兹写成力的守恒 一文，证明了普遍的能量守恒原理 。 1840年焦耳发现焦耳定律，揭示了 电与热之间的联系和转化。 热力学第一、二定律的发现 二、经典电磁学理论的建立 1820年奥斯特的课堂实验第一次揭示了 电与磁的本质关系。 1820年安培确定了右手定则，研究了电 流产生的磁效应。 1827年欧姆提出欧姆定律。 1821-1831年法拉第完成“磁生电”实验 ，发现电磁感应定律，奠定了电磁学实 验基础。 1873年麦克斯韦出版电磁学通论。 麦克斯韦 三、波动光学的建立 光的波动说和微粒说之争 1801年托马斯杨的实验。 1808年马吕斯发现了光的偏振现象 。 1862年傅科测得真空中的光速为 298000千米/秒。 麦克斯韦的电磁理论进一步揭示了 光的波动本质 1888年赫兹证实了电磁波具有光的 一切性质。 四、近世代数的发展和非欧 几何的诞生 伽罗华(1811-1832)的群 布尔(1815-1864)的代数 高斯(1777-1855) 罗巴切夫斯基(1792-1856) 黎曼(1826-1866) 第三节、19世纪的生物学和化学 一、细胞学说、进化论的提出和遗传学 的萌芽 1665年胡克发现细胞 1838年施来登发表论植物的发生 明确提出细胞是植物结构最基本的单位 和实体。 1839年施旺发表论文发现动物的细胞 一、细胞学说、进化论的提出和 遗传学的萌芽 1855年微耳和创立细胞病理学，提 出细胞是生命的基本单位。 1809年拉马克出版动物哲学 1859年达尔文出版物种起源 1854年孟德尔开始豌豆杂交实验， 历时11年，提出分离定律和独立分 配定律。 达尔文 二、原子论、元素周期律的提出 和有机化学的发展 1803年道尔顿引入了化学元素原子 概念 1808年道尔顿出版化学哲学新体 系，正式发表了原子论。 1811年阿伏伽德罗引入分子的概念 。 1824-1828年维勒人工合成尿素。 1869年门捷列夫提出元素周期律。 门捷列夫 第四节、第二次技术革命 一、电机的发明和电能的开发 电动机-发电机-变压器-高压远 程输电 二、远程通讯技术的飞跃 有线电报-无线电报，电话的发明 三、内燃机的发明和使用 内燃机-柴油机 第六章、近代科学技术的特点与 趋势 第一节、近代科学的发展特点 一、实验科学方法论的确立 培根：倡导实验方法和归纳方法 笛卡儿：倡导数学方法和演绎方法 伽利略：科学方法的实践者 牛顿：实验科学大师 二、机械自然观的兴盛与衰落 笛卡尔：自然图景是一种受着精确数学 法则支配的完善的机器。 拉美特利：人是机器。 三、科学共同体的形成 标志：学会和科学院的建立 科学研究呈现职业化、机构化、社会化 和体制化 第二节、世界科技中心的转移 及其启示 一、世界科技中心的转移（汤浅光朝） 意大利（1540-1610）60年，伽利略 英国（1660-1730）70年，牛顿 法国（1770-1830）60年，卡诺，拉瓦锡 德国（1810-1920）110年，李比希， 美国（1920-2006）86年，爱迪生， 二、世界科技中心的转移对我们 建设创新型国家的启示 1、人才是根本。坚持人才强国战略 。 2、只有创新才能超越别人，才能实 现科学技术的跨越式发展。 3、科学技术是第一生产力。要加快 科技成果的转化。 4、教育是基础。 第三节、中国近代科学技术落后 的原因探析（李约瑟难题） 一、科学自身的原因 中国古代科技重技术轻科学、重实 用轻理论 科学方法的局限性：定性-定量 二、社会方面的原因 封建专制制度（自给自足的小农经 济，重农抑商） 第三节、中国近代科学技术落后 的原因探析（李约瑟难题） 科举制度的影响（学而优则仕） 罢黜百家，独尊儒术的影响 哲学上的影响（天人合一） 地理位置影响（河流文明与海洋文 明的冲突） 第七章、物理学革命与现代科学 的产生 第一节、科学革命的序幕 一、“以太漂移”的零结果 1887年迈克尔逊和莫雷以太漂移实验 二、“紫外灾难” 1900年瑞利-金斯黑体辐射定律 三、三大实验发现 X射线放射性电子 第二节、相对论的创立 一、爱因斯坦的科学生涯 1905年在论文论动体的电动力学中 提出狭义相对论。 1915年完成广义相对论 二、狭义相对论的建立 两个前提：相对性原理-光速不变原理 钟慢-尺缩-质增效应 三、广义相对论的建立 地球旋转扭曲时空 第三节、量子理论的建立 一、量子论的诞生 1900年普朗克提出量子论 爱因斯坦提出光量子、光的波粒二象性 概念 二、量子力学的建立 海森伯的矩阵力学薛定谔的波动力学 三、世纪之争 普朗克 第八章、基础科学的新发展 第一节、微观物理学的诞生 一、微观物理学的背景 二、原子物理学 1904年汤姆逊的布丁模型-1911年卢瑟 福的行星模型-1913年玻尔的原子的量 子论-1928年狄拉克方程 三、原子核物理学 1932年查德威克证明了中子的存在 第一节、微观物理学的诞生 费米1942年建成世界上第一座原子 核裂变链式反应堆 四、粒子物理学 光子， 轻子：中微子，电子，介子， 重子：核子（中子，质子） 引力子， 第二节、化学键理论与元素周期 律的本质解释 一、化学键理论 1918年郎缪尔提出共价键概念 1927年诞生量子化学 二、元素周期律 门捷列夫迈耶尔 元素周期律的意义 第三节、基因理论与分子生物学 一、基因理论 1910年摩尔根总结出基因的连锁遗 传规律，并首次提出基因一词。 1941年比德尔和塔特姆提出一个基 因一个酶的学说。 1944年艾弗瑞发现遗传信息的载体 就是DNA（脱氧核糖核酸）。 摩尔根 摩尔根实验对象果蝇 二、分子生物学 1948年查戈夫发现人类认识DNA结构的 第一个定律查戈夫定律。 1951年维尔金斯第一次获得DNA晶体结 构的X射线衍射图。 1953年沃森和克里克提出DNA双螺旋结 构模型。 1958年克里克提出中心法则，说明DNA 的自我复制和制造蛋白质的过程。 DNA分子的X射线 衍射图 DNA双螺旋结构图 第四节、现代宇宙学的创立和发展 一、现代宇宙学的创立 1917年爱因斯坦提出有限无边静态 宇宙模型。 德西特、弗里德曼、勒梅特的宇宙 膨胀模型。 1929年哈勃提出哈勃定律，有力地 支持了宇宙膨胀模型。 二、现代宇宙学的发展 1948年伽莫夫等人提出宇宙起源和 演化的大爆炸理论。 1964年彭齐斯和威尔逊发现微波背 景辐射，有力地支持了大爆炸理论 。 1984年霍金创立量子宇宙学 黑洞和暗物质的研究 第五节、大地构造理论与地学的 新发现 一、地学的源头 二、近现代大地理论的诞生 1915年魏格纳提出大陆漂移说 1947年李四光创立地质力学 1956年陈国达提出地洼学说 1962年赫斯海底扩张说 1966年威尔逊提出板块构造说 三、地学的新进展和困境 第六节、希尔伯特的23个数学 问题与数学的发展 一、20世纪前夜的数学状况 二、希尔伯特生平 三、希尔伯特的23个数学问题 1900年希尔伯特提出著名的23个数 学问题，广泛地影响了20世纪数学 的发展。 第九章、现代新兴科学的兴起 第一节、横断科学脱颖而出 一、系统科学的兴起 系统科学是以系统及其机理为对象，研 究系统的类型、一般性质和活动规律的 科学。 1、系统论 1940年首创系统工程学这一名词 第一节、横断科学脱颖而出 1957年哥德和迈克尔合著了系统工程 学 1965年迈克尔编写系统工程学手册 1945年贝塔朗菲发表关于普通系统论 一文，标志系统论的诞生。 2、信息论 1948年数学家申农发表通信的数学理 论，奠定了信息论的基础。 第一节、横断科学脱颖而出 3、控制论 1948年维纳出版控制论，宣告 控制论的诞生。 二、自组织理论 1、耗散结构理论（1967年普里戈金 ） 2、超循环理论（1971年艾根） 3、协同学（1977年哈肯） 第二节、综合科学方兴未艾 一、人类环境和生态意识的觉醒 1962年雷切尔卡逊寂静的春天 1972年沃德和杜博斯只有一个地球 1972年罗马俱乐部增长的极限 1972年联合国发