自然科学的特点.ppt

l制作：蒋爱英 2012年2月16日 第二讲：第二讲： 自然科学的性质、结构、自然科学的性质、结构、 功能及发展趋势功能及发展趋势 一、自然科学的研究对象和基本特征一、自然科学的研究对象和基本特征 二、自然科学的体系结构二、自然科学的体系结构 三、自然科学的社会功能三、自然科学的社会功能 四、自然科学发展的历程与趋势四、自然科学发展的历程与趋势 主要内容主要内容 1 1、对自然科学的研究对象有较全面且较、对自然科学的研究对象有较全面且较 深刻的认识；深刻的认识； 2 2、能理解自然科学的基本特征；、能理解自然科学的基本特征； 3 3、能理解现代科学技术的社会功能，、能理解现代科学技术的社会功能， 4 4、对自然科学的体系结构和发展趋势有、对自然科学的体系结构和发展趋势有 所把握。所把握。 学习目标学习目标 第1节 自然科学研究的对象和基本特征 自然科学是研究自然界的物质形态、结构 、性质和运动规律的科学。 现实对象与潜在对象 实物对象与非实物对象 自然对象与人造对象 一、自然科学的研究对象 自然客观世界 世界 层层次 典型尺度尺度范围实际范围适用理论 胀观1040米-1024光年 31014光年 以上河外星系尚无 宇观1021米-105光年 从3亿公里到 31014光年 从太阳系 到银河系广义相对论 宏观102米 从3 10-6厘米到3 亿公里 从大分子 到太阳系牛顿力学 微观 1 0-17米10-15厘米 从3 10-25厘米到 3 10-6厘米 从基本粒子到 大分子 量子力学 渺观10-36米10-34厘米 3 10-25厘米 以下 基本粒子 内部 超弦（尚未 建成） 自然界的基本运动形式 物理运动 - 物理学 化学运动 - 化学 生命运动 - 生命科学 地球运动 - - 地学 宇宙天体运动 - - 天文学 二、自然科学的特征和属性 1、科学知识的客观真理性 2、科学认识形式的抽象性 3、科学内容的无阶级性 4、科学劳动的探索性 5、科学理论的解释性 6、科学理论的预见性 第2节 自然科学的体系结构 自然科学的体系结构是指自然科学系统中各 组成要素之间的有机结合方式。 自然科学体系结构是随着人们科学实践的长 期演进而形成的，它经过了一个从低级到高级， 从简单到复杂，从零散到系统的发展过程。 自然科学的层次结构 自然科学 基础科学 ： 技术科学 工程科学 物理学 化学 生物学 天文学 地球科学 农业工程学 海洋工程学 生物工程学 半导体科学 宇航工程学 等 应用数学 计算机科学 材料科学 能源科学 环境科学等 基础科学 基础科学以自然界某种特定的物质形 态及其运动形式为研究对象，目的在 于探索和揭示自然界物质运动形式的 基本规律。它的任务是探索新领域， 发现新原理，并为技术科学、应用科 学和社会生产提供理论指导和开拓美 好的前景。基础科学是整个自然科学 的基石，是现代科学发展的前沿，也 是技术发明的“思想发动机”。 技术科学 技术科学以基础科学的理论为指导，研究同类技 术中共同性的理论问题，目的在于提示同类技术 的一般规律。它是直接指导工程技术研究的理论 基础。技术科学的研究都有明确的应用目的，是 基础科学转化为直接生产力的桥梁，也是基础科 学和应用科学的主要生长点。因此，技术科学在 经济发展中占有重要的地位，是现代科学中最活 跃、最富有生命力的研究领域。如在第二次世界 大战后，原子能科学、计算机科学、能源科学、 航天科学等一系列新兴技术科学的迅猛发展，已 成为世界第三次科技革命的重要标志。 应用科学 把基础理论转 化为实际运用的科学 。它研 究的方向性强，目的性明确，与实践活动 的关系密切，且直接体现着人的需求。狭 义的应用科学以自然科学和技术科学为基 础，是直接应用于物质生产中的技术、工 艺性质的科学，与技术科学之间没有绝对 的界限。一般认为 ，技术有3种形态：一是 抽象形态的技术，即技术科学；二是物化 形态的技术，即人所创造的工具、设备、 仪器等；三是功能形态的技术，指对客体 的加工、改造方法。 应用科学 狭义应用科学是对第三种技术形态的概括 和总结，技术科学所具有的特征它也都有 。 广义应用科学包括对社会科学、人文科学 以及横向科学的实际运用的研究，如应用 社会学、科学管理学、科学政策学、决策 方法论、价值分析方法等。当代，应用科 学正获得越来越丰富的内容，各种应用学 科不断涌现，为基础理论的运用开辟着越 来越广阔的前景。 关于横断科学 横断科学：撇开各种事物、现象、运动形 式发展过程的具体特性，用抽象的方法抓 住它们的某一侧面、共同属性及共同规律 加以研究。 如数学：系统科学、创造学、信息论、控 制论、协同论、突变论、耗散布结构理论 等 第3节、自然科学的社会功能 1、自然科学是促进人类思想解放的精神武器 2、自然科学是推动社会发展的强大动力 1、自然科学是促进人类思想解放的精神武器 (1) 使人类摆脱愚昧、破除迷信 (2) 丰富哲学概念，促进哲学变革， 发展辩证唯物主义 (3) 深化人类对自然界和社会现象的认识， (4)促进思想解放，传播科学精神，改善人类 精神生活质量 2、自然科学是推动社会发展的强大动力 知识就是力量！ 科学技术是生产力！ 科学技术是第一生产力！ 全球首富比尔盖茨 1)比尔盖茨1973年（19岁）离开哈佛大学从商, 1975 年以5000美元资本创办微软，抓住信息技术的关键 操作系统来发展企业,到1987年成为亿万富翁，1994年 成为世界首富。 2）微软软公司在个人计计算和商业计业计 算软软件、服务务和互 联联网技术术方面都是全球范围围内的领导领导 者。在2002年6 月截止的上个财财年，微软软公司的收入达283.7亿亿美元， 在78个国家和地区开展业务业务 ，全球的员员工总总数超过过 50,000人。 3）据资料显示其2007年个人资产已达560亿。而墨西 哥电信巨子卡洛斯.斯利姆.埃卢已超越微软公司创办 人比尔.盖茨，以678亿美元的资产成为全球首富 诺基亚的神话 芬兰的诺基亚公司原是生产橡胶鞋的工厂， 后来引进信 息技术，转变到生产手机的公司。2000年销售的手机占 领全球市场的37%。 诺基亚现在全球有雇员54000名，其中22000人在芬兰， 另有20000人在芬兰依附诺基亚而工作。 2000年3月诺基亚的市值达3000亿美元，超过欧 洲的任何 公司。2001年全球销售额250亿美元，大致相当芬兰政府 整个年财政预算。 诺基亚成为芬兰经济的火车头，它占了芬兰股市值的2/3 ， 和该国总出口的1/5，把500万芬兰人与世界上各地无 形网络中的总计10亿人连起来。 产品的科技含量比较 资料表明，如果以产品的单位重量价格比 来计算，钢材为1，小轿车为5，彩电为30 ，计算机则为1000。 美国微软公司1972年发射的地球资源卫 星，投资总额为2.7亿美元，而第一年就回 收了14亿美元。 广州园科所植物克隆工厂化生产创效益 l2007金羊网：广州市园林科研所从80年代起就建立了广 州市第一个植物组织培养实验室，从事植物克隆技术研究 应用。而现在，这项原本在实验室里进行的植物克隆技术 正应用于产业化生产，一年的产量将达到500万盆，而且 只要场地允许这个产量还将大大增加。记者看到，一片青 苹果竹芋的叶子可以经过克隆技术，复制出几百万株品 质完全一样的青苹果竹芋。而以前进口这样一棵种苗要16 元人民币，现在他们自己克隆生产的种苗才卖1元人民币 ，大大降低了种植成本。目前广州园林科所已可将100多 个品种的花卉植物进行快速繁殖，其中不少是利用克隆技 术生产的蝴蝶兰、凤梨等名贵花卉，这在国内是少有的。 秦山核电站安全运行15年 经济和社会效 益双丰收 l2006年12月14日中国核工业集团公司公布 ， 走过15周年的秦山核电站取得了显著的经济 效益和社会效益：截至2006年11月底，秦山 核电站累计发电285亿千瓦时，实现销售收入 87亿元，上缴各种税费超过17亿元；自投运 以来，没有发生任何核安全事故，没有发生 任何对环境产生影响的事件。机组运行 年，相当于减排了近万吨二氧化硫、 多万吨二氧化碳。 气象卫星 l从气象卫星上获取的云图和气象资料 ，对工农业生产、航空、航海、捕鱼、 军事保障及日常天气预报是卓有贡献的 ，它促进了气象科学、海洋及大气科学 的研究和发展，使之可以实现对全球气 象的连续观测和预报。 气象卫星效益 美国从1975年开始用静止气象卫星监视龙卷风以来，死亡 人数明显减少，由19691974年每年平均死亡80多人降低 为19751982年每年50多人。气象卫星能准确地跟踪台风 的收益就更大，仅飞机的巡逻监视台风的费用，每年就节 省约180万美元。在苏联，由于气象卫星及时向人民预报 了台风、风暴等有害天气，一年受益不下5亿卢布。 l全世界约有50多个国家处于台风威胁之中，据粗略统计 每年平均损失财产为60亿一70亿美元。如果使用静止气象 卫星及时预报每次台风的来临，据统计，每年可减少损失 10。那就是说，每年由于作台风预报，就有6亿7亿美 元的收益。这是一笔不小的收益。 l美国的统计资料告诉人们，美国每年用于气象卫星的投 资平均2亿3亿美元，可是得到的经济效益，为数十亿美 元。 太空育种的成效 通过太空育种，培育出了一批新的突变类型 和具有优良性状的新品种。 例如水稻种子经卫星搭载，获得了植株高、 分孽力强、穗型大籽粒饱满和生育期短的性 状变异。增产20%，单季亩产400-600千克， 最高达750千克。蛋白质含量增加8%-20%， 氨基酸总含量提高53%。 太空小麦培育出矮杆、早熟、抗倒伏、抗病 害、蛋白质含量高的丰产类型。 太空育种的成效 太空青椒枝叶粗壮，果大肉厚，免疫力强。 单果重350-600克，单季亩产3500-4000千克 ，最高可达5000千克，比普通青椒增产20%- 30%，经中科院遗传研究所检测分析，太空 青椒所含维生素C提高20%，可溶性固形物提 高25%，病情指数减轻55%。 太空西瓜的显著特点是含糖量达13%以上， 可溶性固形物增多，纤维少，个头大，吃起 来沙甜可口。 太空茄子太空茄子 搭载搭载“神舟四号神舟四号”航天飞船遨游宇宙的航天飞船遨游宇宙的“太太 空茄种空茄种”，在武汉市农科院汉龙种苗公司落，在武汉市农科院汉龙种苗公司落 地生根后，结出了地生根后，结出了“太空茄子太空茄子”。20032003 20052005年年1010月月1515日日10:21 10:21 CCTVCCTV 太空南瓜太空南瓜 20042004年节月年节月, ,哈尔滨香坊公园来了一哈尔滨香坊公园来了一 个特殊的个特殊的“客人客人”，它是一个巨大的，它是一个巨大的 南瓜。这个巨人南瓜是驻哈南瓜。这个巨人南瓜是驻哈“老虎团老虎团 ”生产基地自行培育，并经过我国首生产基地自行培育，并经过我国首 次载人航天飞船次载人航天飞船“神州五号神州五号”带入太带入太 空育种的。这种南瓜品质好，一般重空育种的。这种南瓜品质好，一般重 量在量在300300到到400400斤，是名副其实的斤，是名副其实的“巨巨 人人”南瓜。南瓜。 据英国每日电讯报2009年 10月7日报道，美国俄亥俄州一 位妇女成功植出一个重达1725 磅(约合782公斤)的大南瓜，从 而打破了最重南瓜的世界纪录 。 科学技术是生产力诸要素中的主导因素 科学技术提高劳动者的生产劳动能力 科学技术可以改革和创新劳动工具 科技技术可以扩大劳动对象的范围 科技技术可以提高生产管理水平 科学 技术 劳动 对象 + 生 产 = 力 *(劳动力+ + 劳动 工具 生产 管理 ) 现代高 新技术 劳动 对象 + 生 产 = 力 (劳动力+ + 劳动 工具 生产 管理 ) 第4节 自然科学的发展趋势和特点 （一）自然科学发展的基本历程 （二）现代科学技术发展的特点 一、自然科学发展的基本历程 四次科学技术中心的转移 三次科学技术革命 1、四次科学技术中心的转移 在13一16世纪末叶，世界科学技术中心开始 由东方转移到以意大利为中心的欧洲。 17世纪到1830年，世界科学技术中心由意大 利转移到英国。 19世纪中叶到20世纪初德国科学技术和经济 上的发展迅速超过了英国和法国，成为世界 科学技术发展中心。 兴起电力技术革命的1879年到1930年。美国 实现了工业化，成为世界第一经济强国。形 成了直至现在的科学技术发展中心 2、三次科学技术革命 第一次技术革命：是以英国为代表的蒸汽机时 代 第二次技术革命：是以欧美19世纪下半叶至20 世纪初兴起的电气时代。 第三次技术革命是以20世纪40年代开始发展的 原子能、电子技术、激光、生物工程等应用时代 。是以微电子技术，信息技术、生物工程技术、 新材料、新能源、航天、海洋，和核技术等新兴 技术的发展和广泛应用为特点。 二、现代自然科学发展的特点 1、科学研究纵深化 (宏观微观宇观；常态极态） 2、科学发展加速化 (知识在膨胀、应用在加快) 3、科学知识整体化 （学科在交叉、领域在融合） 4、科学活动社会化 （科技成主导、影响深远） 5、科学交流国际化 （问题国际化、研发国际化） 1、科学研究纵深化 从空间尺度看： 宏观微观宇观 从时间尺度看： 现时远古未来 从能量尺度看： 1eV 几十亿eV 从运动速度看： 0光速 从研究对象的状态来看： 超高压、 超高温、超低温、高真空等 2、科学发展的加速化 人类科学发现和技术发明的数量变化 科学技术成果产生的速度 科学技术知识的更新速度 二战后的五次科学技术革命 科技知识应用于生产的周期大为缩短 19世纪： 电动机从发明到应用共用了65年， 无线电通讯 35年 20世纪：雷达 15年 电视 12年 原子弹 6年 集成电路 2年 激光器 1年 计算机 生活中的科技产品 古代： 200万年发明轮子5000年蒸汽机带动轮子 现代： 1946年计算机（占地170平方米，重30吨，） 个人计算机 笔记本电脑 掌上电脑 平均周期 技术发明技术应用（商品） 19世纪：30-50年 20世纪：5-7年 21世纪：1年左右 三个典型例子 微电子技术 计算机技术 光纤技术 单位面积集成电路的信 息存贮量每18个月增加1倍 ，成本基本不变 摩 尔 定 律 10亿 1亿 1千万 100万 10万 10,000 10008086 80286 80386 80486 奔腾芯片 Pentium Pro 芯片 10亿次计算 芯片上的元件数 微电子技术微电子技术 每57年 : 速率增加10倍 : 体积减少10倍 : 价格下降10倍 计算机技术 2M比特/秒 400G比特/秒带宽 1975197520002000 100 0.08 成 本 指 数 带宽增加20万倍 价格指数下降2000倍 平均每年带宽增加70 价格下降30 光纤技术 知识量呈指数增长 1/41年 35年 10年 50年 19世纪 20世纪中叶 现在 知知 识识 爆爆 炸炸 19451955196519751985现在 原子能 释放和 控制 人造地 球卫星 重组DNA 控制遗传 和生命 微处理器 大量生产 和应用 软件开发 和 网络化 二战后50年5次大的科技革命 3、科学知识整体化 科学的各学科之间、技术的各领域之间 的联系也越来越紧密，相互渗透，相互 交叉，综合发展。 如：重组DNA技术、航天技术、能源技 术、环境技术等 系统科学、横断科学的创立 如信息论、控制论、协同学等 软科学的崛起 管理科学、预测科学、决策科学等 技术的渗透能力增强 一项新的科学发现，或一项新的技术发 明，一旦产生便很快渗透到各个领域， 广泛地影响着人类的经济、政治、文化 、教育等各个领域。 如激光技术： 计算机技术： 全球性 问题 科 技 问 题 经 济 问 题 社会问 题 人文 科学 社会 科学 自然 科学 温室 效应 臭氧层 问题 大气海 洋污染 重大 疾病 能源、 粮食 科学技术与人文、社会科学的结合科学技术与人文、社会科学的结合 4、科学活动社会化 一是科学技术术研究从较较分散的个人活动转动转 向社会化的集体活动动,即大科学的兴兴起，科 学发发展成为为一种完整的社会建制。如各国 科学研究机构、成果转化机构、科学教育 机构、社会服务机构、科学管理机构的建 立。 二是科学技术术研究条件社会化,即科学技术术 的发发展日益需要强大的社会支持。 三是科学改变着人类的生活方式、工作方 式和思维方式。 终身职业的概念将成为历史陈迹 上个世纪90年代, 美国已有760万人 上班不坐班 世界范围内科学家广泛的思想交流 和数据共享 人类工作方式的变革 u 2008年5月20日消息，在第43届世界通 信大会上，工业和信息化部副部长娄勤 俭表示，我国互联网上网人数达到2.2亿 ，宽带接入用户达到7147万户。全国 99.5%的行政村已开通了电话，97%的 乡镇能够接入互联网。 截止3月底，中国固定、移动