现代科技的发展与创新战略发学员ppt课件.ppt

1 现代科学技术的发展与创新战略 2009年9月 2 二 20世纪科学的四大发现与四大高技术领域 三 现代科学技术发展的基本趋势 四 科技创新战略及其重大意义 一 概述 一 概述 3 没有一个人能像马克思那样 对任何领域的每个科学成就 不管它是否已经实际应用 都感到真正的喜悦 但是 他把科学首先看成是历史的杠杆 看成是最高意义上的革命力量 而且正是他把科学当作这种力量来加以利用 恩格斯 4 邓小平同志说 我们要实现四个现代化 关键是科学技术要能上去 发展科学技术 不抓教育不行 靠空讲不能实现现代化 必须有知识 有人才 没有知识 没有人才 怎么上得去 5 胡锦涛在全国科学技术大会上的讲话2006年1月10日 大量国际经验表明 一个国家的现代化 关键是科学技术的现代化 面对世界科技发展的大势 面对日趋激烈的国际竞争 我们只有把科学技术真正置于优先发展的战略地位 真抓实干 急起直追 才能把握先机 赢得发展的主动权 什么是科学与技术 科学是系统地 成功地认识客观世界的存在及规律的知识与方法 现代技术是建立于科学基础之上 为实现人的一定目的而形成的改造客观世界的知识 技能 设施与方法 7 科学与技术的区别 8 科技 高科技 生产 技术 科学 科学 技术 生产 9 哲学 化学 力学 地球物理 天体物理 分子生物学 细胞学 生理学 高能物理 原子物理 宇宙学 纳米科学 声光电热学 分类学 生态学 人学 伦理学 社会学 政治学 经济学 国际外交学 符号 信息科学 语言逻辑 认知科学 科学哲学 学医 17世纪 18世纪 19世纪 20世纪 现代技术 10 现代科学技术迅猛发展 大大推动了人类社会的进步 科学技术越来越成了社会发展的主要动力 成为第一生产力 科技发展和创新与国家政治 经济及民众生活的联系越来越紧密 在社会中所起的推动作用越来越重大 因此研究现代科技的重要成果 看清科技发展的总体趋势 努力推进科学技术的创新 这些已经成为今天关系国家发展 民族兴亡的至关重要的实践问题 也成为我们各级领导同志必须要研究和讨论的重要理论问题 11 二 20世纪科学的四大发现与四大高技术领域 三 现代科学技术发展的基本趋势 四 科技创新战略及其重大意义 二 20世纪科学的四大发现与四大高技术领域 一 概述 12 13 一 相对论与新能源技术 爱因斯坦的 相对论 是一种新的科学的宇宙观 它是在批判牛顿的 绝对论 宇宙观的基础上形成的现代物理学理论 14 在爱因斯坦看来 宇宙是 物 能 时 空 相互联系的世界 在牛顿看来 宇宙是 物 能 时 空 相互无关的世界 相对论就是联系论 相关论绝对论就是无联系论 无关论 15 绝对空间 如果所有粒子密度相同 且内部绝无孔隙 则必须承认虚空或真空 而 绝对空间其自身特性与一切外在事物无关 处处均匀 永不移动 绝对时间 绝对的 真实的和数学的时间由其特性决定 自身均匀地流逝 与一切外在事物无关 绝对运动 也就是牛顿著名的 上帝第一次推动 而这个运动的总量是不会增多也不会减少的 这与那些物质粒子的质量和运动形式无关 牛顿 绝对论 的宇宙观 绝对物质 我认为很可能上帝在创世时把物质造成实心的 重的 硬的 不可穿透的粒子 这些粒子甚至如此坚硬 以至绝对不可能磨损或破碎 物质的存在是绝对的 与任何条件无关 16 绝对运动 绝对物质 绝对空间 绝对时间 物质存在与其运动与否无关 运动总量与物质存在的形式无关 空间的形式与物质如何运动无关 时间的流逝与物质如何运动无关 械 机 论 17 机械论的世界模型 爱因斯坦说 旧的机械观总是把一切自然现象归结为作用于物质粒子之间的力 18 30万公里 秒 299792 458 10万公里 秒 光速实验 30万公里 秒 为什么光速不变 空间尺度缩短了 时间延长了40万公里 30万公里1秒 1 33秒 17世纪勒麦开始测定光速 193120公里 秒 空间时间与物体的运动有关 狭义相对论 19 绝对空间中两物体之间为什么会有引力 20 难道下落的物体就没有重量了 广义相对论 绝对空间中为什么会有引力 21 惯性加速系统 重力系统 引力是怎么回事 根据爱因斯坦广义相对论 当光通过引力场时它的方向要发生一个 角的偏转 c r 22 年 月 日 著名的英国实验物理学家爱丁顿准备对广义相对论进行实验检验 他率领一支日蚀观察队在西非的普林西比岛对日蚀进行观测 爱丁顿 23 24 天文学家根据相对论计算 经过太阳时光线的偏转角应为 爱丁顿等天文学家们对所拍照片的分析 偏转角为结果 与爱因斯坦的预言基本一致 25 爱因斯坦的相对论宇宙观表明 1 空间尺度与物质运动有关 速度越高空间尺度越短 2 时间延续与物质运动有关 速度越高时间延续越长 3 空间形式与物质质量有关 质量越大空间弯曲越强 4 物质质量与运动速度有关 速度越高质量越大 接近光速时质量趋于无限大 5 运动能量与物质质量有关 物质质量可以转化为运动能量 运动能量也可以转化为物质质量 这个转化依照质能公式 E mc2 即 能量 质量 光速2 26 物质运动 时间 空间 抱歉 我改变了大家信以为真的宇宙 27 相对论是新的科学的宇宙观 一方面它科学地解释和预测了宇宙中大范围 高速度领域中大量难以想象的神奇的现象 推动着现代物理学和宇宙学的发展 另一方面 它也为人类现实的生产实践 为新能源技术的发展开辟了道路 相对论有什么意义 28 正是在相对论质能转化原理的启示下 产生了现代核能技术 年 月费米建立了第一个核反应堆 从而改变了 世纪人类的历史 铀核 中子 裂变 费米 广岛原子弹 长崎原子弹 铀235是主要的裂变材料 当中子轰击铀原子时 核会分裂 产生2 3个中子 这些中子会继续轰击新的铀核形成链式分裂反应 释放大量能量 1公斤铀裂变可以相当于2700吨煤的燃能 270万倍 新能源技术 29 氘和氚是核聚变反应的主要材料 它们在超高温下四个氢核可以合成一个氦核 这个过程会损失7 的物质质量 释放大量的能量 1公斤氘聚变可以相当于4000吨石油或6000吨煤 氢 氢 氢 氢 氦 7 质量 能量 我国成功实验的原子弹和氢弹就是根据核裂变和聚变原理制造的 30 科学表明 地球海洋中储有23 4万亿吨氘 按现实人类能源消耗计算 还可以供人类使用几十亿年 可以说是人类永久的能源 现代科学开发的新能源还有太阳能 风能 潮汐能等 而这些能源总体上无法满足人类不断发展的生产与生活的使用 今天 核电站所提供的能源已占工业能源的14 20年后将占30 31 再过30年 人类现有的石油 煤炭储量会大大降低 而核能将会登上人类能源的王座 随着核工业技术的发展 核能将成为低廉的能源 人类将会有取之不尽的高效能源 现代的核能技术表明 核能不仅是清洁的能源 而且也是安全的能源 没有环境污染 也没有人类生理污染 所以 核能是科技发现的最有潜力和前途的 新能源 32 二 基因论与生物工程技术 基因论是20世纪对生命本质研究的重要成果 1926年摩尔根通过对果蝇染色体的研究 出版了 基因论 一书 提出生命遗传的物质基础是细胞核中的核酸 1953年沃森和克里克确定了去氧核糖核酸 双螺旋结构 完成了对基因的划时代的发现 33 世纪的生命科学处于细胞水平 虽然已经有了细胞学和达尔文进化论等重要科学发现 但是关于生命的研究还属于描述的方法 没有一个关于生命本质的科学模型 人们把生命看作是一个新陈代谢的运动过程 而对于生命的遗传 变异和损伤后的再生等现象还无法得到科学的解释 这使得生物学理论向技术和应用方面的转化上显得不够精密和没有把握 这种情况一直延续到 世纪中叶生命科学在基因分子结构的研究上发生了革命性突破时为止 机体 系统 器官 组织 细胞 线粒体 核糖体 细胞膜 线粒体 高尔基体 细胞核 溶酶体 34 20世纪初 科学已经认识到 细胞核中的染色体和核酸是遗传物质 这样揭开核酸的分子结构将是科学揭示生命本质的关键 19世纪 20世纪 机体 细胞 染色体 核酸 DNA 核苷酸 35 1953年沃森与克里克完成了DNA结构模型 年 月 美籍意大利生物学家沃森和英国生物学家克里克 建立了 双螺旋结构模型 在英国 自然 杂志上发表了 核酸的分子结构 一文 立刻引起了世界科学界的轰动 它被视为分子生物学的诞生 生命科学从此从细胞水平进入了分子水平 威尔金斯在X 射线下首先看到了DNA的基本结构 36 DNA生物分子 染色体 DNA 细胞 基因 细胞核 37 G T C A G C T A T G A C T A G C T A T A 磷酸 核糖 碱基 核苷酸 DNA的结构与信息 人类基因组共有32亿个碱基对 包含了大约2 5 3万个蛋白编码基因 电子显微镜观察到的人类DNA 38 自我复制 转录 翻译 细胞核 细胞质 DNA RNA 蛋白质 39 生物技术生物技术是指依靠生命科学特别是分子生物学和生物工程而发展起来的认识生命 改变自然生物为人工生物的科技方法 由于基因论的发现和发展 生命科学在20世纪中期才真正成为一门精密的工程技术化的科学领域 理论的突破 推动了现代生物技术的发展 如 基因工程克隆技术农作物转基因技术基因考古基因医学人类基因组技术等等 北京克隆牛 顺华 美国克隆猴 安迪 青岛克隆羊 呈呈 40 由于人类也是一种具有生命的生物 生物技术是与人的生活密切相关的 所以生物技术就成为现代科技中潜力最大 应用最为广泛的科技领域 生命科学的发展推动和影响着现代农业 牧业 林业 生态 环境 医药 并进一步影响到现代工业 国防 和人类社会的整体发展 生物技术的发展蕴藏着重要的产业价值 也表现出巨大的经济竞争潜力 从现代生物科技的发展来看 它的技术成果和产业化水平还远远没有完全展现 其真正的黄金时代应当在21世纪以至更长远的将来 41 三 信息论与信息技术 在 世纪的科技发展中 能够对人类的世界观念 经济生产与社会文化带来最大影响和推动的科学发现 莫过于信息论及它所引起的信息科技 信息论是20世纪科学最重要的发现之一 它是关于宇宙秩序的研究 它最终推动了时代的发展与社会的革命 42 控制论的创始人维纳清楚地看到了这种宇宙新理念 他说 信息就是信息 不是物质 也不是能量 不承认这一点的唯物论 在今天就不能存在下去 现代科学已经清楚地认识到 材料 能源 信息是人类文明的三大支柱 而现代的唯物主义已经清楚地认识到 宇宙是物质 运动 信息三个方面构成的系统 维纳 43 年 美国数学家 通讯工程师申农在 贝尔系统技术学报 上发表了他的著名论文 通信的数学理论 这篇论文被视为科学信息论产生的标志 究竟什么是信息呢 申农提出 信息是消除的不确定性 44 45 什么是信息 无序混乱混沌 有序组织结构 秩序 熵log 信息 log w 1 w w 1 46 为了正确理解信息 我们来讨论一个英国控制论专家艾什比 Ashby 所讲述的信息量的故事 平安 平安 47 死亡 平安 平安 死亡 重伤 轻伤 A B 48 现代信息技术现代信息技术主要是指运用信息论和数字化方法实现的信息的获取 识别 储存 转换 处理 传递及其综合应用等技术方法 信息技术与现代微电子技术的结合 引起了现代科技的革命和时代的革命 如 信息获取 数码录音 数码照相 数码摄相 49 信息传递 电话传真 网络通讯 数字电视 卫星通讯 移动通讯 50 信息识别 文字识别 语音识别 图象识别 指纹识别 形象识别 信息转换 数字化技术 信息处理 计算机硬件技术计算机软件技术 人工智能技术 信息储存 硬盘 软盘 光盘 番龙 是用于看家用途的实用型机器人 51 信息的数字化导致了 自动化技术机械自动化自动生产线机器人技术自动化管理技术 52 邓小平在参观了日产汽车公司和日本最大的君津钢铁公司后他深有感触地说 我懂得什么是现代化了 1978年10月23日日本前首相福田赳夫欢迎邓小平副总理 信息化改变了我们的政治理念 53 农业文明是依靠人力畜力进行笨重体力劳动的时代 工业文明是依靠动力机器进行繁重体力劳动的时代 信息文明是依靠智能化机器进行创造性劳动的时代 信息科技的革命已经从根本上改变了传统的生产方式 体力劳动开始逐渐退出最先进的和基础的生产过程 大量重复性体力劳动越来越多地为机器所替代 而人类开始真正走向展现自己发展能力的创新劳动的时代 这是一种我们共产党人必须清醒认识的生产力的革命 信息文明 1950年 以后 农业文明 公元前8000年 1650年 工业文明 1650年 1950年 54 部分银行业务对信息技术的依赖程度 55 四 系统论与系统管理方法 系统论的思想是由美籍奥地利理论生物学家贝塔朗菲于1948年建立的 他最初在生物领域建立了系统理论 后来 他发现 系统是宇宙一切事物的一般模型 最终他建立了关于整个世界的系统论 56 系统是相互作用的多个要素的整体 a b c d n 57 1 宇宙是一个大系统 其中处处是系统 2 系统是多个要素相互作用的组合整体 3 系统的结构决定着系统的行为 4 开放是系统有序结构产生的基本条件 5 系统内部的非线性相互作用导致系统的复杂的 奇特的自组织行为 系统论的基本思想 58 这个理论在后来在社会领域中发挥极大的效用 形成了关于社会管理的现代高科技方法 如系统工程 系统动力学与系统管理学等 系统论与系统科技革命性地推动了社会领域的科学化进程 使得社会也成为了现代高科技的领域 运用系统工程实现阿波罗计划 神六载人飞行计划等重大人类社会实践的成功 59 机场20万吨 年 汽车城60万吨 年 工厂80万吨 年 城市40万吨 年 港口20万吨 年 一个关于油库建设工程的地点选择的项目 60 机场20万吨 年 汽车城60万吨 年 工厂80万吨 年 城市40万吨 年 港口20万吨 年 2克 6克 2克 4克 8克 运用 相同的结构决定相似的功能 的原理 经济快速地解决了问题 61 正反馈是一种 自推动 性循环 正反馈机制能够自主地推动系统加速度地离开原初状态 自动地走向新的状态 其速度是出人意料的 口碑良好 销售 企业士气 顾客满意 正反馈和负反馈系统的自组织作用 62 设计和运用正反馈推动经济系统的发展 体力智力技术管理 效益 收益 劳动生产力 非劳动生产力 生产资本生产资源生产资料 多劳多得 63 温度差距 高低调控系统 出汗打颤 偏差 自动恢复初态 负反馈是一种 自稳定 性循环 负反馈机制能够抗拒干扰 减弱偏差 使系统自动恢复原初状态 表现出有目的的行为 初态 期望温度 64 生产 价格 运用负反馈机制保持社会经济系统的发展 市场机制作为现代社会经济的自调节机制 不仅能动地调节着市场的价格与生产 而且影响着劳动与分配 社会财富的流向 不同知识与人才的增长速度 教育与科研的方向等等 65 可以看出 十一届三中全会以来 我国进行了大规模的社会经济系统的改革 改革中 我们正确合理地运用了不同的正反馈与负反馈等等自组织机制 从而摆脱了原有的盲目和困境 表现了经济与社会的奇迹式发展 这是现代社会管理的进步和科学化的发展 所以 每当我们实现了管理中的自组织化 社会生产力就能动地大踏步的前进和发展 这种改革还应当不断地深入和发展 这是一场现代社会的科学性变革 是我们全体领导同志们都应当清楚认识和努力坚持的战略性方向 66 二 20世纪科学的四大发现与四大高技术领域 三 现代科学技术发展的基本趋势 四 科技创新战略及其重大意义 三 现代科学技术发展的基本趋势 一 概述 67 一 不断变革和全面创新的趋势 不断变革和加速创新的发展是科学技术的重要特征 20世纪以来 这种特征就更加明显 无机领域有机化有机领域信息化社会领域系统化文化领域数字化 网络化科技创新 一方面在原有领域中实现了观念的创新革命 如相对论 基因论 另一方面革命性地开创新的科技领域 如信息论 再一方面在重大领域之间实现创新性综合 如系统论 推动科技的全面发展 正是科学技术的这种革命 带来了现代人的创新观念和与时俱进的精神 68 二 科学与技术一体化的趋势 早期的科学与技术相分离科学研究者只求真理 探索和追求对自然的真实描述与反映 而不究其应用 技术研究者只求应用 凭经验去实现某种实践的应用价值 工业化时期科学与技术走向联合工程技术人员越来越多地依靠科学理论进行技术创新 但是 由于当时的技术领域还不系统 不完备 技术研发过程仍然缓慢 往往要经过几十年才将一种科学理论开发为创新成果 69 进入20世纪 由于科学学科越来越全面 技术领域越来越完备 科学发现能够越来越快地转变成技术创新成果 使得科学发现到技术发明到市场开发的整个技术创新过程大大加快 从早期接近一个世纪到现在只需要几年甚至几个月 科技研发的这种快速 有效的新特点 激励了各国政府和私人资本的关注和投资兴趣 而这种致力于科技研发一体化机制的建立反过来又推动了科技的快速发展 70 科学与技术的综合化推动着生产和社会实践快速发展 最终造成了现代科学技术的特殊历史地位 有人说 信息论不是科学 只是一种技术 有的科学家说 基因论的发现使得未来的生命领域中只有技术 没有科学 而在有些人看来 系统论既不是哲学和科学 也不是技术 但是我们却既看到了系统哲学与系统科学 也看到了系统管理与系统工程 现代的科学与技术是紧密相联的 大量的科学家与技术专家的队伍综合一体 难以区分 科学技术是第一生产力 71 20世纪初20世纪末科技队伍迅速扩张10万人 5000万人科技研发规模不断扩大数万 200亿 社会科技投入不断增长100万 5000亿 科技成果向市场转化加快100年 1年 数月科技研发产业化 科学技术的社会化社会中的科技成分不断发展成为不可忽视的重要部分 三 科技与社会紧密联合的趋势 72 胡锦涛同志说 在世界新科技革命推动下 知识在经济社会发展中的作用日益突出 国民财富的增长和人类生活的改善越来越有赖于知识的积累和创新 科技竞争成为国际综合国力竞争的焦点 当今时代 谁在知识和科技创新方面占据优势 谁就能够在发展上掌握主动 社会的科学技术化 73 经济生产的科技化 工业 农业 第三产业政治军事的科技化 电子政务 高科技军事教育文化的科技化 教育设施 教育内容日常生活的科技化 衣 食 住 行的科技化 工业数控化 农业机械化 家庭科技化 教育电子化 74 二 20世纪科学的四大发现与四大高技术领域 一 概述 四 科技创新战略及其重大意义 四 科技创新战略及其重大意义 三 现代科学技术发展的基本趋势 75 一 创新是国家现代化的基础自主创新是民族自立之本 科技创新 包括哲学理念和社会体制等等的创新 是经济与社会发展的根本动力 一个国家是否能跻身现代化强国的行列 从根本上取决于民族与国家的创新力 76 什么是创新 创新的本意就是 创 始造或始做 因此其过程和结果最早出现的 也就必然是新的 创新所涵盖的概念有的 自然界的 创生 人类的 创造 科学中的 发现 技术中的 发明 社会 企业的 改革 等 20世纪初叶 由于科学技术的迅猛发展 使得工业生产和社会生产力的发展越来越依赖于创新 科技创新 组织管理创新和体制创新 特别是在企业的生产过程中 人们会越来越关注创新 以至在现代工业体系中 企业成为技术创新的主体 77 1987年 英国学者弗里曼提出了国家创新概念 2004年 美国提出报告 创新美国 2006年 欧盟提出报告 从知识到应用 一个基础广泛的欧盟创新战略 2004年 我国提出建立国家创新体系 进而提出建设创新型国家 78 国家 企业和社会为什么会如此关注创新呢 因为创新会带来超额利润 1911年美籍奥地利经济学家熊比特出版了 经济发展理论 建立了一种以创新为核心的经济学说 熊比特指出 一旦某种创新进入市场 就会导致创新的拥有者和投资者获得超乎寻常的丰厚利润 随着越来越多的企业相继模仿追逐 就会形成一股创新浪潮 但当创新越来越普遍化 利润就会越来越减少并逐步消失 企业又会追逐新的创新 创新研发期 创新 高潮期 创新普及期 蒸汽机 电气 信息 创新平淡期 79 超额利润事实上更多地集中于某种创新过程的早期 也更多地为一个自主创新的国家或企业投资者所获得 创新研发期 高利 润期 低利润期 微利润期 80 17世纪英国依靠牛顿力学和蒸汽机的发明 形成了抽水机 纺织机 轮船 火车和大量技术创新 一举成为世纪上第一个现代化强国 18 19世纪欧洲诸国依靠化学和生物学的研究 在化肥 炸药 医药 灭菌等方面形成大量技术创新成果 使得法 德等国进入了现代化强国行列 诺贝尔 巴斯德 瓦特蒸汽机 81 19世纪末到20世纪美国在科学上取得了许多成就 成为获得诺贝尔奖最多的国家 并通过机电领域的许多创新 如电话 电灯 内燃机以及后来的汽车 飞机 以及计算机 网络等大量的技术创新成果 推动了工业的跨越式发展 成为现代世界强国 战后日本依靠半导体 集成电路和信息技术的创新 也快速地进入了现代化强国的行列 具有3000项技术发明专利的中松义郎 爱迪生 莱特兄弟 1876年贝尔的第一部实验电话 82 中华民族的祖先依靠天文 数学等科学研究 四大发明和瓷器 丝绸 茶叶 医药等五百多种世界领先技术创新 数千年雄踞世界东方 成为农业社会的 世界强国 而自明清以后 我国的科技创新大大落后于西方 这使得千年强盛的泱泱大国沦为一个贫穷落后 饱受欺凌的弱国 83 历史经验表明 全球性经济危机往往催生重大科技创新突破和科技革命 1857年的世界经济危机引发了以电气革命为标志的第二次技术革命 1929年的世界经济危机引发了战后以电子 航空航天和核能等技术突破为标志的第三次技术革命 依靠科技创新创造新的经济增长点 新的就业岗位和新的经济社会发展模式 是摆脱危机 创新经济增长的根本出路 创新2050 科技革命与中国的未来 系列报告认为 在今后的10年至20年 很有可能发生一场以绿色 智能和可持续为特征的新的科技革命和产业革命 84 所以创新是国力的精髓 自主创新是民族的灵魂 这一点在现代科学不断革命和技术快速创新的时代就更显突出 更显紧迫 85 二 科技创新是全面的社会工程 1 全面落实科学发展观 将社会主义建设中的所有的规划 实践与发展努力建立于科学的基础上 2 建设创新文化 树立以崇尚科学为荣 以愚昧无知为耻的道德与价值观 形成全民族追求知识 热爱科学的社会理念 形成尊重知识 尊重人材的社会氛围 改变官本文化理念 3 推进以人为本理念的落实与发展 逐步从以人的生存为本 走向以人的创造和发展能力为本的社会建设 4 努力推进国家创新体系 建设创新型国家 要拓展民众中的创新