硕士生讲稿第一章和第二章.ppt

第三篇科学技术方法论第一章科学技术方法论概述本章主要介绍科学技术方法论的涵义 内容和研究对象 科学技术方法论的历史发展过程 自然科学研究的一般过程 第一节科学技术方法论的涵义 内容 研究对象一 涵义1 方法 一词来源于古希腊文 原意是指 沿着正确的道路走 在古希腊神话中象征着取胜之道 亚利士多德 前384 322 和培根 1561 1626 都把方法理解为工具和手段 黑格尔 1770 1831 虽然反对把哲学方法当作工具和手段 但他肯定具体的科学方法仍然是工具和手段 方法 是指人们为了达到某种目的 所遵循的程序 途径或所使用的方式 手段乃至技巧之总和 2 方法论 在辞海中注释为 研究治学方法之学问 从现代意义上讲 方法论是指以方法作为自己的研究对象的学科 它系统研究方法的性质 条件 作用和发生发展的规律 3 科学技术方法论 就是指人们有计划 有目的地认识自然 探索未知 变革 利用 控制 自然的手段和方式的理论体系 二 内容科学问题和科研选题 科学观察和科学实验方法 科学思维方法 逻辑思维方法和非逻辑思维方法 数学方法 系统论 信息论和控制论方法 建立假说和理论的方法等 技术方法 技术发明 技术创新的方法 三 研究对象 方法论共有三个层次 第一个层次是 哲学方法 它是认识客观世界最高层次的方法 它不仅对认识自然界有一定的指导作用 而且对于社会和思维领域也是适用的 例如 矛盾分析法 辩证否定法 质量互变法 一切从实际出发 实践是检验真理的唯一标准等 这些方法则是由哲学来研究的 第二个层次是 科学技术的一般研究方法 它则是科学技术方法论研究的对象 具体讲 它研究各门科学技术方法中所共有的方法即从各门具体科学技术研究方法中总结 归纳 抽象 概括出具有普遍指导意义的一般方法 以及这些方法的性质 条件 作用 原则和发展变化的规律 第三个层次是 各门科学技术研究的特殊方法 它只能由具体的学科 专业来确定 根据需要设置一些特殊的研究方法 例如 物理学中利用高能加速器来研究微观粒子的运动变化规律 天文学中利用射电望远镜来观测天体 地质学中利用古生物化石来测定地质的相对年代 医学中运用动物疾病模型研究人体的生理 病理变化过程等都属于一些具体的特殊的研究方法 这三个层次的不同研究方法互为普遍 一般与个别的关系 第二节科学技术方法论的历史发展按照历史发展的顺序 科学技术方法论的历史发展可分为古代 近代和现代三个时期 一 古代直觉 思辨 推理方法时期 远古至15世纪 1 直观猜测方法德谟克利特的原子论认为 世界万物都是由石 水 气 火四种元素所组成 赫拉克利特的 火 泰勒斯的 水 毕达哥拉斯的 数 中国的 阴阳五行说 托勒密的 地球中心说 2 逻辑推理方法德谟克利特 论逻辑 主要研究归纳法亚利士多德 工具篇 主要研究演泽法 三段论式 他奠定了形式逻辑的基础 事物形成的 四因说 质料因 原始质料 形式因 形式结构 动力因 形成特定事物的动力源 目的因 形成特定事物的目的 中国古代墨家 提出归纳与演绎的两种推理过程例 荀子 一是推而别之 别者有别 直到大别名 演绎 二是推而共之 共者有共 直到大共名 归纳 3 逻辑推理与数学方法相结合 欧几里得 几何原本 公元前320年 毕达哥拉斯提出了勾股定理 公元前580 前500年 阿基米德提出了浮力定律 公元前287 前212年 5 15世纪 欧洲处于黑暗的中世纪时期 在这一时期 教会具有至高无上的权力 自然科学受到了严重的抑制 一切自然科学研究都是为了证明神的存在 科学成为神学的奴婢 经院哲学的主要代表是意大利托马斯 阿奎那 总之 古代自然科学技术发展的水平很低 人们认识自然和改造自然的方法具有 朴素 笼统 直观 猜测的特点 附件 在古代 无论是古希腊还是古中国 或是其他文明国家 都曾经以自然哲学的形式对自然界的图景进行了朴素的唯物辩证法的描绘 如泰勒斯的 水 德谟克利特的 原子论 赫拉克利特的 火 毕达哥拉斯的 数即万物 的数本主义哲学 吴国盛 说数即万物当然是荒谬的 但若说事物所遵循的规律是数学的 则是相当正确 近代科学正是在追寻自然界的数学规律中取得长足进步的 而且可以说 许多次重大的突破都是由于发现了新的数学规律 毕达哥拉斯主义传统确实是自然科学中最富有生命力的思想传统 科学的历程 古希腊时期的科学技术和文化是十分丰富的 正如北京大学科技史专家吴国盛所讲 希腊科学是近代科学的先驱 几乎每个领域都留下了思考 希腊人只所以产生许多科学家 哲学家和艺术家 这与他们热爱自由 追求真理 能言善辩 崇尚理性和智慧的科学精神是分不开的 希腊文化的精髓 西方当代的文化主要来自三个方面 希腊文化 盎格鲁 撒克逊文化 公元五 六世纪住落在北欧的日德兰半岛南部的日耳曼人迁居英国 大不列颠岛 这些人喜爱经商 居住城市 信奉基督教 盎格鲁 加拿大人 盎格鲁 新西兰人 盎格鲁 澳大利亚人 文艺复兴时期的人文主义文化 欧洲文艺复兴 14 16世纪发端于意大利 继而扩展到欧洲各国的思想文化运动 它以复兴古典文化为形式 而以推崇人文主义为其实质 在西方思想史上具有极其重要的意义 主要代表人物有 意大利的但丁 彼特拉克 薄伽丘 达 芬奇 拉斐尔和米开朗琪罗 法国的蒙田和拉伯雷 英国的莎士比亚等 科学技术得到了极大的发展 人文主义反对中世纪抬高神 贬低人的观点 肯定人的价值 尊严和高贵 反对中世纪神学主张的禁欲主义和来世观念 主张人生的享乐和个性的解放 肯定现世生活的意义 反对封建等级观念 主张人的自然平等 文艺复兴由于首先认识和揭示了丰富的 完整的人性而取得了一项伟大的成就 这就是 人的发现 美国文化的三个基石 基督教文化 自由主义文化 个人主义文化 美国人的最高理想是个人主义 美国1776年独立 1865年南北战争结束 1861 1865 美国文化是一个开放性文化 它在继承了欧洲的三大文化 希腊文化 盎格鲁 撒克逊文化 人文主义文化 外 在其二百多年的文化演进中 还吸收了世界其它国家和民族的诸多先进文化 从而形成了具有自主鲜明特征的开放性文化体系 同时 它还独创性地确立了自己的个人主义文化 这种文化是是当代美国文化的象征 是美国身份认同的象征 因为 美国人信仰个人的尊严 个人的神圣性 在它们那里 任何干预他人按照自己认为是正确的方式思考 判断 决策和生活的行为 都是不道德的 当然 这种个人主义是在不妨碍别人的价值观和不损害他人利益的前提下才能成立 所以 美国人的最高理想是个人主义 当代美国社会的特点 历史最短 1776独立 1861 1865南北战争 但历史的延续性最强 宪政制度最稳定 经济最发达 但社会贫富悬殊最大 法制很健全 但犯罪率高 监狱人满为患 提倡思想自由 制度创新 但宗教色彩最强 中小学教育遭到批评 但能吸收世界一流科技人才 人口种族结构十分复杂 移民多 但能保持很强的社会凝聚力和文化的包容性 在国内标榜民主 自由 平等 提倡宽容 多元 但在国际事物中却以强凌弱 霸道专横 创新文化诠释所谓创新文化是指人们在科技创新活动中所具有的思想观念 心理习惯 认识方法 价值取向 行为方式等方面的总称 与科技创新相关的创新文化一般包括价值文化 教育文化 企业文化 经济文化 科学精神文化 方法论文化 制度文化 行为方式文化等 1 科学精神文化 严谨求实 勇于创新 怀疑批判 冒险精神 好奇心理 自由探索精神 2 中国传统文化 儒家 仁 义 礼 智 信 道家 清心寡欲 佛家 无为而治 3 企业文化 一个健康的积极向上的企业文化应该是团结进取 敬业爱岗 富有创新精神和有效激励制度的文化正如长江商学院院长项兵在接受香港 亚洲周刊 记者采访时所讲的 中国企业技术开发和技术创新只所以上不去 是因为 中国企业科研人员缺乏敬业精神 当然 创新意识 创新精神和敬业精神不是天生形成的 是靠一定的创新政策和创新环境作用影响而成的 4 教育文化 治学理念 教学方法 人才类型 市场认同5 经济文化 计划经济 市场经济 企业应该具有自主经营 自我发展的权利 美国前总统布什2008年在召开全球政府首脑会议 以应对全球金融危机时讲 为避免这场危机的卷土重来 我们必须在监管方面进行制度性改革 与此同时 我们必须维护资本主义民主制度以及对自由市场 自由企业制度和自由贸易的承诺 6 价值文化 兴趣 爱好 认同 追求 7 方法论文化 研究方法 8 行为方式文化 科学实验 技术试验操作的规范 准则 嗜好 二 以实验和分析方法为主的近代自然科学时期 16世纪 19世纪末 附件 第一次科学革命 16世纪初 18中叶 1543年 哥白尼 波兰1473 1543 的不朽著作 天体运行论 出版 提出了 日心说 标志着自然科学开始从神学中解放出来 走上了独立发展的道路 公元130年古希腊学者托勒密提出地心说 伽利略 1564 1642 提出自由落体定律和惯性定律 创立了实验方法和数学方法相结合的科学研究方法 成为近现代以来物理学研究的主要方法 开普勒 德国1571 1630 提出了行星运动三定律 培根 英国1561 1626 创立了实验与归纳相结合方法 笛卡儿 法国1596 1650 则提出了以理性为主的认识论和以演泽为主的方法论 1687年 牛顿 英国1642 1727 总结了自哥白尼 开普勒 伽利略以来的科学发展成就 出版了 自然哲学的数学原理 这一原著 建立了完整的经典力学体系 标志着近代自然科学初期发展的最高成就 16初 18世纪中为近代科学技术发展的初期 第一次科学革命实现了人类的生产方式从家庭手工业向工厂手工业的转变 实现了人类社会从封建社会向资本主义的过渡 第一次技术革命 18世纪中到19世纪中 这次技术革命是以牛顿的经典力学体系为背景 以纺织机械的发明 应用和革新为起点 以蒸汽机的发明和应用为标志 以机器制造技术为高潮而展开的 其后产生了采煤技术 冶炼技术 交通运输技术 这次技术革命首先发端于英国 而后遍及欧洲和北美 在世界范围内产生了深远的影响 它实现了人类从手工工场的操作向机械化工业生产的过渡 推翻几百年的工匠手艺 使资本主义生产力和经济得到巨大的发展 有人把其称之为 蒸汽机时代 或第一次工业革命 正如恩格斯所讲 资产阶级在它不到一百年的阶级统治中所创造的生产力 比过去一切世纪创造的全部生产力还要多 还要大 第二次科学革命 这次科学革命主要是以法拉第 麦克斯韦的电磁理论为代表而展开的 19世纪焦耳 迈尔和赫尔姆霍茨提出了能量守恒转化定律 热力学第一定律 汤姆逊 克劳修斯提出的热力学第二定律 施旺和施莱登提出了细胞学说 达尔文提出了生物进化论 赖尔提出了地质渐变论 尤其是电磁理论的提出 把光 电 磁统一在一个理论中 实现了物理学历史上继牛顿之后的又一次物理学革命 它改变了整个世界的文明面貌 给人类带来了美好的前景和无限的光明 所以 有人把19世纪称之为 科学的世纪 物理学革命的世纪 1755年康德和1796年拉普拉斯提出了太阳系关于太阳系是怎样形成的星云假说 1783年拉瓦锡提出了燃烧现象的氧化学说 这次科学革命也改变了人类的自然历史观 恩格斯的 自然辩证法 第二次技术革命 是在电磁理论指导下 以发电机 电动机 变压器 内燃机的发明和应用为标志而完成的 所以 这次技术革命也可称之为 电气技术革命 这次技术革命与第一次技术革命不同 瓦特蒸汽机的发明是在实践经验中产生的 当时并没有热力学理论的产生 而第二次技术革命所发明的发电机 电动机 变压器 内燃机都涉及到电与磁的关系 都是建立在电磁理论的基础之上 充分说明了科学 技术 生产的因果关系 说明了科学要技术化的必然 科学技术 同时 这次技术革命也使社会生产力得到了很大解放 生产效率提高了几十倍 经济得到了空前的发展 美国经济学家布赖恩 阿瑟在 技术的本质 他是什么和如何演变 中提出了这样一个问题 谁引领社会进步 科学还是技术 参考消息 2009 11 4第12版 他说 是技术让现代科学与经济向前发展 而我们通常是倒过来思考的 认为科学进步促进技术发展 经济繁荣推动技术进步 但与前两者相比 技术才是根本 在他看来 科学与技术的关系比通常人们认为的更加紧密 科学与技术携手向前是一种共同发展 但 科学并不是引领者 想一想如果没有显微镜 天文望远镜 或者没有像DNA自动排序这样最近出现的技术进步 科学世界将会怎样 他还指出 市场是新技术产生的仲裁者 他认为 技术的发展模式是一种 复合式 演变 人类解决问题的需要成为推动人们重新结合现有技术 从而促进新一代技术出现的动力 技术从最广意义上说是数以千计相对独立技术不断组合演变的结果 我们认为科学技术在人类社会进步过程中起着根本性的推动作用 科学与技术二者是一种双向的互动过程 科学技术化 科学理论 科学原理只有进入到技术层面才能实现自身的价值 科学发现 科学探索 微 宏 宇观 只有借助于技术化的仪器 设备和工具才能延长人类的感官 扩大人类的感知范围和种类 提高人类对于事物认识的精确度 技术科学化 现代技术的发明和创新必须紧紧依靠科学理论 科学原理 不能违背自然规律 现代技术是知识密集型技术 技术实践中遇到的问题需要借助于基础性的理论研究来解决 来回答 集成现有技术 经过构思 设计 技术实验 研发新的科学仪器和设备 为科学发现 科学探索提供工具和手段 这一时期自然科学的研究主要有如下方法和特点 1 以仪器观察和观测为主导 意大利伽利略1609望远镜 同时 随着科学技术的发展 大量科学仪器和设备的产生 为科学观察和观测提供了重要工具和手段 2 以科学实验为基础 把实验方法与数学方法相结合 成为近现代物理学研究的主要方法 培根 1561 1626 是近代实验科学的真正始祖 主张实验方法是科学的工具 科学认识就是要进行实验 他讲 科学是实验的科学 科学就在于用理性方法 归纳 去整理感性材料 由实验获得 伽利略 1564 1642 也非常重视实验方法 被人们称之为用实验方法打开近代自然科学大门的大师以及近代物理学之父 将实验方法与数学方法相结合 1590自由落体定律 达 芬奇非常重视实验方法 他认为 一切科学都必须遵循实验的方法 根据实验结果 才能决定人们对自然界的认识 爱因斯坦指出 西方科学的发展是以两个伟大成就为基础的 那就是 亚里士多德发明的形式逻辑体系 在欧几里得几何学体系中 培根发明的系统的实验方法 在伽利略的自由落体实验中 3 以分析为主导的分析与综合相结合的方法 近代的初期由于自然科学处于分门别类 收集材料的初级阶段 所以必然以分析方法为主 到了近代的后期各门自然科学处于整理材料阶段 而且自然科学需要从整体上给予哲学上的概括 马克思 恩格斯 所以必然以综合方法为主 同时 由于分析 综合方法的产生 比较 分类 类比等方法也相继产生 三 现代科学技术研究所使用的新方法 19世纪末至今 附件 第三次科学革命 这次科学革命是以现代物理学革命为先导 以现代宇宙学 分子生物学 系统科学等学科的产生为标志的一次新的科学革命 现代物理学革命 1895年德国的物理学家伦琴发现X射线 1897年英国的物理学家汤姆逊发现了电子 1898年法国居里夫人发现放射性 1896贝克勒尔 1898 4钍 7钋 12镭 1903三人诺物 1911独诺化 1934逝世 67岁 以及爱因斯坦提出的相对论 1905狭义 1916广义 光线穿过强引力场后弯曲 强引力场中发射出的光谱线向红端移动 也证实了1842年奥地利物理学家多普勒所提出的多普勒效应 并为1948年伽莫夫的大爆炸宇宙理论奠定了理论基础 和普朗克 海森堡 波尔提出了量子力学 由此以来 现代物理学向着宏观 宇观和微观三个方向发展 出现了天体物理学 原子核物理学 基本粒子物理学 凝态物理学 a 天体物理学 主要任务是通过对天体信息的收集 来认识天体运动变化的规律 天体信息的收集 主要通过对电磁辐射 中微子 宇宙射线粒子 引力辐射的收集分析来获得 美国天文学家西瓦尔曾通过15年对火星的观察 望远镜 天体信息的收集 认为火星上有运河 有智力发达的生物 后来美国发射的火星探测器在火星表面上着陆 结果发现所谓的运河只不过是由山石的暗斑排列而成 根本没有什么生物体存在 西瓦尔只是把假象当作本质现象来观察 2002年美国的 奥德赛 号探测器绕火星飞行 近些年来 勇气 号和 机遇 号火星探测器在火星的表面着陆 2008年的 凤凰 号火星探测器发现 在火星的永冻层下面的土壤内存在水冰 目前美国科学家正企图利用这一发现 来探讨在火星的演化历史上这些水冰是否曾融化过并形成更适合生命存在的环境 但至今并未发现生命存在的痕迹 b 基本粒子物理学 主要任务是认识微观领域基本粒子的种类 形态 结构及其运动变化的规律 目前已认识象中子 质子 电子 正电子 中微子 介子 共振态粒子等400多种基本粒子 轻子族 介子族 重子族 介子族 重子族 强子族 而且由介子 中子 质子 超子等组成的强子也是有层次结构的 20世纪60年代 美国物理学家盖尔曼提出了强子是由上夸克 下夸克和奇异夸克 旁夸克 组成 70年代 美国物理学家格拉肖提出了顶夸克 底夸克 粲夸克等概念 60年代末我国科学家还提出了层子概念 目前 夸克还不能够从强子中分化出来 了解其空间尺度和质量 c 原子核物理学主要研究原子的裂变 聚变的化学物理反应过程 了解原子核的结构模型 以及哪些化学元素能够在原子的裂变 聚变中释放出最大的能量和辐射波 铀 钍 钋 镭 钚 d 凝态物理学主要包括流体物理学和固体物理学 它们都是通过力学的观点 运用数学和实验的方法来研究其特性和运动发展变化的规律 现代宇宙学是建立在现代物理学尤其是天体物理学的基础之上的 并通过天文观测的实践而发展起来的 主要研究星系以上 太阳系 银河系 星系团 总星系 的宇宙层次 目前人们能够观测到距地球有上百亿光年远的星系运动变化的规律 总星系150 200亿光年 1光年 94605亿公里 10万亿公里 分子生物学革命是从20世纪中叶开始的 1953年美国生物学家沃森和英国物理学家克里克发现了生物遗传物质DNA双螺旋结构的模型 改变了以往认为的生物体的遗传物质是蛋白质的理论和观点 随后破译了遗传密码 确定了遗传信息的传递及其信息控制的机制 发现了限制性内切酶 工具酶 等 1970年和1971年分别由美国分子生物学家内森斯和伯格实现了基因的切割与重组技术 系统科学是20世纪40年代和70年代相继产生和发展起来的 40年代产生的系统论 美贝塔朗菲 信息论 美贝尔 申农 和控制论 美维纳 70年代产生了耗散结构理论 比利时普利高津 开放 负熵流 协同学说 德国科学家哈肯 突变理论 法国数学家托姆 超循环理论 德国物理学家艾根 等自组织理论 这些理论都是以系统类型作为研究对象的 他们撇开了研究对象的具体物质形态和内容 从不同测面研究事物和过程所共有的本质和规律 具有普遍的认识论和方法论意义 所以 我们把它们统称为系统科学 第三次技术革命 20世纪40年代以后 则发生了第三次技术革命 1942年美国物理学家费米等建立了第一座核反应堆 1945年春美国研制出三颗原子弹 小玩意儿 小男孩 胖子 1945年7月16日美国第一颗原子弹爆炸成功 小玩意儿 这是花费了20多亿美元的曼哈顿计划研究的成果 希特勒赶走大批欧洲物理学家 爱因斯坦 费米 二战需要 1945年7月26日美 英 中发表 波茨坦宣言 要求日本无条件投降 但遭拒绝 同年8月6日8时15分小男孩投向日本的广岛 时隔3天胖子又投向长崎 日本20多万人死亡 8月14日日本宣布投降 1946年2月15日美国宾夕法尼亚大学物理学家莫奇利和发明家埃克脱研制出了第一台电子计算机 名叫 埃尼阿克 ENIAC 即 电子数字积分计算机 1946年 1952年美国数学家冯 诺依曼发明了 离散变量自动计算机 EDVAC即 埃达法克 二进制 便外插式为内存式 宇宙大爆炸模型 板块模型 DNA模型 夸克模型 冯 诺依曼模型 1947年美国物理学家肖克莱 巴丁 布拉坦等人发明了晶体管 从而替代了电子管技术 随之第二代电子计算机应运而生 1952年美国爆炸了第一颗氢弹 以氢的同位素氘 氚为原料 以特制的原子弹作为引爆装置 产生大量的热能进行聚合反应 形成氦核子 释放出的能量比原子弹要大得多 亦称热核武器 1957年原苏联发射了第一颗人造卫星 1957年美国物理学家基尔比 美国得克萨斯公司 和诺依斯 仙童公司 发明了集成电路 接着第三代计算机诞生 1958年美国人肖洛和汤斯发现了激光 1960年美国物理学家梅曼研制出第一台红宝石激光器 1961年原苏联研制出宇宙飞船 1969年美国研制出航天飞机登上月球 阿波罗登月计划 1970年美国康宁玻璃公司研制出光导纤维 光纤技术 1960年美国物理学家梅曼发明了第一台红宝石激光器 1966年美籍华人高锟 1933 首先提出了用光导纤维进行激光通信的设想 他从1963年开始 就着手对玻璃纤维进行理论和实用方面的研究工作 并设想利用一种玻璃纤维传送激光脉冲以代替用金属电缆输出电脉冲的通讯方法 他计算出如何使光在光导纤维中进行远距离传输 从而取得了光纤物理学上的突破性成果 1966年高锟教授发表了题为 光频率介质纤维表面波导 的论文 开创性地提出了利用极高纯度的玻璃作为媒介 传送光波 作为通讯之用的基本原理 这项成果最终促使光纤通信系统问世 而正是光纤通信为当今互联网的发展铺平了道路 1970年美国康宁玻璃公司发明了光导纤维 自1901年设立诺贝尔奖以来外籍华人获得的诺贝尔奖李政道 1926年生于上海 美籍华人 1957诺贝尔物理学奖 时年31岁 杨振宁 1922年生于安徽 美籍华人 1957诺贝尔物理学奖 35岁 丁肇中 1936年生于美国 美籍华人山东 1976诺贝尔物理学奖 40岁 李远哲 1936年生于台湾 美籍华人 1986诺贝尔化学奖 50岁 朱棣文 1948年生于美国 美籍华人江苏 1997诺贝尔物理学奖 49岁 崔琦 1939年生于河南 美籍华人 1998诺贝尔物理学奖 59岁 钱永健 1952年生于纽约 美籍华人浙江 2008诺贝尔化学奖 57岁 高琨 1933年生于上海 英籍华人 2009诺贝尔物理学奖 76岁 高行健 1948年生于江西 法籍华人 2000文学奖同年入法籍 52岁 达赖 1935年生于西藏 中国国籍1989诺贝尔和平奖 54岁 1 中青年时代出成果2 师从名家 李政道师从费米 经过国外名牌大学深造3 治学严谨 专心致志 着力于实验物理学4 打破常规 勇于向传统挑战5 方法得当 思维巧妙6 家庭环境和长者教诲的影响7 兴趣广泛 全面发展 自1901年设立诺贝尔奖以来 获奖者816人 其中美国309人 英国114人 2009年11位科学家获诺贝尔奖 美国9位 经费和雄心奠定了美国诺奖的霸主地位 1 研究人员高薪2 吸纳全球优秀人才3 经费在国会比欧洲易通过4 把研究集中在重点突破上 不限于阶段性进步 对于物理学家最大的挑战 依然是提出一个统一的理论 它既适用于以重力为主的极大王国 又适用于由量子所主宰的极小王国 11 1971年电子计算机进入第四代 大规模集成电路使计算机朝着微型化和巨型化方向发展 2008年 中国曙光5000A 230万亿次 秒 之前美国研制出了世界上最快的计算机 走鹃 1 1千万亿次 秒 2009 2美国国际商用机器公司 IBM 宣布准备建造一个名为 红衫 的超级计算机 其运算速度20千万亿次 秒 是 走鹃 的近20倍 目前中国正在研究曙光6000A 中科院计算技术研究所 深腾X 联想集团 1000万亿次 秒的计算机 中国超级计算机谱系表国防科技大学计算机研究所 银河 系列银河 1983年运算速度每秒1亿次银河 1994年运算速度每秒10亿次银河 1997年运算速度每秒130亿次银河 2000年运算速度每秒1万亿次银河 在研 军用 中科院计算技术研究所 曙光 系列曙光一号1992年运算速度每秒6 4亿次曙10001995年运算速度每秒25亿次 曙光 1000A1996年运算速度每秒40亿次 曙光 2000 1998年运算速度每秒200亿次 曙光 2000 1999年运算速度每秒1117亿次 曙光 30002000年运算速度每秒4032亿次 曙光 4000L2003年运算速度每秒4 2万亿次 曙光 4000A2004年运算速度每秒11万亿次 曙光 5000A2008年运算速度每秒230万亿次 曙光 6000A在研运算速度每秒1000万亿次 国家并行计算机工程技术中心 神威 系列神威 1999年运算速度每秒3840亿次 神威3000A2007年运算速度每秒18万亿次 神威 在研运算速度每秒300万亿次 军用 联想集团 深腾 系列深腾18002002年运算速度每秒1万亿次深腾68002003年运算速度每秒5 3万亿次深腾70002008年运算速度每秒106 5万亿次深腾X在研运算速度每秒1000万亿次 超级计算机的功能主要是科学计算 数据信息处理 实时控制 辅助设计制造 信息存储 模拟实验 核模拟 气候模拟 产生气候模式 研究全球变暖 预测未来50至100年的气候 组织管理等 12 1970 1971年美国首次实现了遗传基因DNA的切割 内森斯 与重组 伯格 实现了生物学的技术革命 以上说明20世纪是美国人的世纪 16 19世纪是欧洲人的世纪 21世纪能否成为中国人的世纪 与此同时 新能源 新材料等方面的技术也取得了一定的发展 总之 第三次技术革命所实现的主要是信息化 电脑化和自动化 信息技术是这次技术革命的主导技术 围绕着信息技术 以电子计算机为核心 出现了包括电子计算机技术 微电子技术 信息技术 光纤通讯技术 卫星通讯技术 激光技术 现代控制技术 遥控遥感技术 系统软件技术 新材料技术 新能源技术 空间技术 海洋技术和生物工程技术等在内的主导技术群 对信息技术概念的诠释信息技术是指研究信息的生产 存储 发送 传递 转换 接收和处理的一切技术的总称 它是一种综合性的技术 主要包括 无线电技术 1865英国麦克斯韦预言电磁波的存在 1886德国赫兹用电磁振荡器发现电磁波 1895 1901意大利马可尼与俄罗斯波波夫发明了无线电技术 计算机技术 集成电路技术 光纤技术 信息技术还包括 磁记录技术 传感器技术 光电感应技术 图像处理技术 自动控制技术 数理逻辑 神经生理学等科学与技术 所以 现代信息技术是综合了相关科学和技术的技术 也是一种数字化的信息技术 可燃冰 可燃冰 又称天然气水合物 是由水和天然气在高压 低温条件下混合而成的一种固态物质 外貌极像冰雪或固体酒精 遇火即可燃烧 具有使用方便 燃烧值高 清洁无污染等特点 是公认的地球上尚未开发的最大新型能源 被誉为 21世纪最有希望的战略资源 目前研究结果表明 天然气水合物分布广泛 资源量巨大 是煤炭 石油 天然气等全球化石能源总量的两倍 世界各国争相研究 勘探 有关资料介绍 国土资源部2008年11月在青海省祁连山 600720 南缘永久冻土带 青海省天峻县木里镇 海拔4062米 成功钻获天然气水合物实物样品 2009年6月继续钻探 获得宝贵的实物样品 并对样品进行了室内鉴定 掌握了一系列原始数据 这是我国继2007年5月在南海北部钻获天然气水合物之后的又一重大突破 资料显示 在我国陆域发现天然气水合物 使我国成为世界上第一次在中低纬度冻土区发现天然气水合物的国家 同时也是继加拿大1992年在北美麦肯齐三角洲 美国2007年在阿拉斯加北坡钻探发现天然气水合物之后 在陆域发现天然气水合物样品的第三个国家 这一重大突破证明了我国冻土区存在丰富的天然气水合物资源 对认识天然气水合物成藏规律 寻找新能源具有重大意义 据了解 我国是世界上第三冻土大国 冻土区总面积达215万平方公里 具备良好的天然气水合物赋存条件和资源前景 据科学家初略估算 远景资源量至少有350亿吨油当量 据了解 目前地球上石油大致可以用40年 天然气可用70年 煤炭是最丰富的化石能源 但也只能用190年 随着石油等传统化石能源的枯竭 天然气水合物将是 后石油时代 的首选替代能源 此前曾有科学家表示 仅仅在海底区域 可燃冰的分布面积就达4000万平方公里 占地球海洋总面积的1 4 科学家估计 海底可燃冰的储量至少够人类使用1000年 1 科学技术的传统研究方法 观察实验方法 出现了新面貌 得到了新发展 量子力学 基本粒子物理学 原子核物理学 分子生物学 高能加速器 电子显微镜使得自然科学 向微观方向发展 广义相对论 天体物理学 现代宇宙学 大爆炸宇宙论 射电望远镜 空间技术 遥控遥感技术 计算机技术 微电子技术 信息技术 新材料技术 激光技术 向宇观方向发展 2 观察实验方法与理论思维方法相结合 3 科学技术日益数学化 4 产生了许多新的综合性的研究方法 系统科学中包含着丰富的方法论思想 5 计算机已成为科学技术研究 科技信息的搜集 科学发现 技术发明 技术创新 技术方案设计 CAD 生产制造 CAM 数控机床 中国脑 现代化的生产流水线 等领域的重要工具和手段 第三节自然科学研究的一般过程自然科学研究的一般过程 就是科学家运用科学理论 科学方法和仪器设备去探索未知事实 自然界 的过程 这一过程可划分为五个阶段 如下图所示 准备阶段 提选出择科科学研问课题题 建立科学理论体系 利辑用与公历理史化相方统法一或的逻方法 第一阶段 准备阶段 主要任务是提出科学问题 选择和确定科研课题 第二阶段 观察实验阶段 主要任务是获取科学事实 第三阶段 思维加工阶段 主要任务是提出科学假说 第四阶段 实践检验阶段 主要任务是将科学假说上升为理论 第五阶段 建立科学理论体系阶段 运用公理化方法或历史与逻辑相统一的方法 建立比较完整的科学理论体系 第二章科学问题和科研选题第一节科学问题一 什么是科学问题 所谓科学问题是指认识主体基于一定的科学知识的完成和积累 在科学实践和理论研究中产生的 需要通过科学研究来认识和解决的矛盾和疑问 哈维 英国 对盖仑 古罗马 血液循环理论的怀疑 静脉瓣动 静 心 佛莱明对緑色霉素的怀疑 提出科学问题包含了两层意思 其一是说问题从怀疑产生 其二是说问题虽已被我们认识一些 但还有一些内容我们还不知道不认识 二 提出科学问题的基本线索1 从困惑中提出问题 骨科医生李斯特 法国微生物学家巴斯德 石炭酸消毒法 2 由质疑提出问题 科学研究和探索必须要有怀疑精神 学贵善疑 怀疑精神是创造性思维的开端 李四光说得好 不怀疑不能见真理 休谟 怀疑批判精神 3 实践与理论的矛盾 4 对同一事物或现象的不同理论解释的矛盾 燃烧现象 斯塔尔的燃素说与拉瓦锡的氧化说 光的本质 惠更斯的波动说与牛顿的粒子说 肿瘤病因及其机理的各种假说 5 理论自身内部的矛盾 P1和P2 重物体为P1 轻物体为P2 t1和t2 那么必然是t1P1 且P1 P2 P2故 tt16 从机遇中发现问题 7 各知识领域 各学科之间的空白区和交叉点上 主要表现在交叉学科之中 8 带着问题阅读和查找一些科技文献和资料 问题 资料 问题9 参加一些学术研讨会 专题报告会 论文答辩会 10 经常和同行专家之间进行学术思想交流可激发思想火金 提出许多科学问题 总之 问题来自于科学的观察与实验 来自于社会调查和科学的分析 来自于生产实践 也可来自于理论的研究和探讨 第二节科研选题所谓科研选题是指在一个特定的研究领域或研究方向上 选择和确定尚未认识而又必须探索和认识的问题 简言之 即选择研究的问题 确定研究的对象 本节主要介绍科研选题在科研中的地位和作用 科研选题的基本原则 科研选题的步骤和方法 科研选题的类型 一 科研选题在科研中的地位和作用1 选题决定研究者的主攻方向和目标 从广义上说 选题包括两个方面 即确定研究方向和选定研究课题 前者决定研究者在较长时间内科学研究的方向 后者则是在主攻方向上选定研究的内容 学科 专业 系列课程组成 方向 不宜多或频繁转移 课题辅助性循环是心脏学研究的方向 在这个方向下 反搏 左心室辅助装置 全人工心脏 心脏移植 驱动装置 生物瓣等都可作为课题去研究 2 选题关系到科研成果的大小和成败 应根据自己的主客观条件确定课题3 选题决定研究的途径和方法 例如 1984年诺贝尔医学奖获得者克勒 米尔斯坦带着人体怎样产生抵抗外来物质的特异蛋白开始对单克隆抗体的研究 原来的单克隆抗体是分阶段培养的 数量少 生命短 他们把老鼠细胞和人类细胞融合产生了一种被称为 杂交瘤 的细胞 然后让其进行无性繁殖 诱发产生了大量抗感染的抗体 是的培养出来的抗体比过去多一千倍 且寿命长 不管抗体繁殖多少代也不会变种 达到了标准化 这项技术是七十年代生物医学方面最重要的一项方法论的进展4 选题还能训练和培养研究人员的思维能力和独立工作的能力 课题的确定 排列 修正 调整 更换 效果预测 二 科研选题的基本原则1 需要性原则 这一原则要求我们所选出来的课题必须符合社会的需要和科学技术自身发展的需要 1 社会的需要主要包括 国民经济发展 1996年 技术创新工程 的方针 面向 依靠 攀高峰 国防建设 医疗卫生 文化教育的需要等 恩格斯讲 社会一旦有技术上的需要 这种需要就能够比十所大学更能把科学技术推向前进 二战美国的原子弹 2 科学技术自身发展的需要 基础性研究 科学技术自身发展的需要主要指在选题过程中 还应该注意选择哪些基础科学研究和理论科学研究方面的课题 一般来说 由科学技术自身发展的需要而提出的课题 按其成果的价值可分为三类 第一 许多理论性研究成果将能应用于生产实践 DNA 电磁理论 第二 有些虽不能直接接应用于生产但能指导以后的科学研究 1842年奥地利物多普勒效应 广义相对论 第三 有些虽一时看不出应用前景 但对认识自然现象和自然规律 对提高和丰富人们的科学文化水平 具有重要的作用 2 创造性原则 即所选择的课题必须具有先进性和新颖性 作为理论研究的课题 就必须在一定程度上提出新见解 作出新发现 得出新结论 作为应用研究的课题 就必须有所发明和创造 技术原理 设计方案 原理模型 样品 作为技术研发和创新的课题 就必须研发出新技术 新材料 新工艺 新产品 新方法 或者是把原有技术应用推广于新领域 创造性是科学研究的灵魂 按照创造性原则 所选出来的课题一般不外乎有如下几种情况 所选的课题是前人或他人未研究过的 以填补某一领域的空白 前人或他人已提出来 但未取得研究成果或未取得同行 专家或学术界认可的 前人或他人虽作过研究 并提出了一些观点或技术上的革新 但根据自己所提出的问题 所做的新的实验依据 对前人的研究有所发展或补充 修正和完善的 或者有所否定的 国外已有人研究 但尚未结合我国实际 进行创造性研究 以此来填补我国某领域的空白 进行新的发明创造 技术创新或对原有技术进行革新改造 把其它领域的理论成果或技术成果引入本研究领域 以进行移植或借鉴的 3 科学性原则 即所选择的课题必须要以一定的科学事实为依据 与已有的科学理论 科学规律及定律相一致 把课题置于当时的科学技术背景之下 为此必须做到 选题时要与自然规律相一致 那些主观臆测 宗教迷信的题目切不可选 克鲁克斯降神术 牛顿晚年约翰启示录 近代的永动机 以事实为依据 从实际出发 实事求是 事实 现象 数据 特性 结构 联系 过程等 任何课题的选择都要与已有的且经证实的科学规律 理论 定律 经验事实相一致 所选课题应尽可能具体 明确 这与研究者思路的清晰度 预测研究结果的可信度及解决问题的深刻性有很大关系 4 可行性原则 即所选择的课题应与自己的主客观条件相适应 主观条件 正确评价研究者的知识结构和水平 基础知识 专业知识 外语水平 对相关学科的了解程度 研究能力 观测 实验 调查研究等方案的设计能力 操作能力等 思维能力 文字加工 分析 综合 抽象概括 提炼观点的能力等 科研管理能力 对各种人力 物力 财力 技术力量的科学整合 客观条件 研究手段 仪器 设备 实验对象 即 医学上一般指动物供应 临床病人或尸体 器官等 实验材料 药品 化学试剂等辅助性实验材料 临床资料 情报文献 经费支持 研究时间和地点 协作条件导师特长及相关学科的发展程度等 主客观条件相结合 5 合理性 效益性原则 即选择课题时必须考虑仅有的人力 物力 财力和时间的合理运用 把研究成果的社会效益 经济效益 生态效益与学术价值作为一个重要因素来考虑 要以尽可能少的投入来研究出更大的科研成果 树立总体观念 全面考虑 综合考察 总之 需要性原则是选题的目的 科学性原则是依据 创造性原则是价值 可行性原则是条件 合理效益性是总体效应 三 科研选题的步骤和方法1 确定研究方向 在所选专业基础上 选择课题 2 调查研究 收集资料 发现问题 以保证科研的高起点 利用访谈法 问卷法进行实地考察 利用计算机文献检索系统 计算机网络系统或者文摘索引系统查阅文献资料 并通过各种刊物 专著 图书资料 科技信息媒介收集信息资料 以了解国内外对某领域 某方面 某层次的科学问题已经做了哪些工作 解决到什么程度 已经得出什么结果和结论 还有哪些问题尚待解决 关键在哪里 以便掌握科技动态 保证科研的高起点 情报资料收集好以后 要写出综合评述 3 确定科研课题阶段 运用科研选题的原则 从若干个科学问题中择优选出一个或一组问题作为课题来研究 这一阶段主要靠研究者的科研经验 知识 才能而决定 课题一旦确定之后 则要写出开题报告 召开开题报告会 有利于广泛听取大家的意见 以便对课题进行修改 充实和完善 开题报告主要内容包括 研究哪些理论或技术问题 课题的全称 分题 副题 课题的来源和立题的依据 课题的目的和意义 国内外对本问题的进