专题三科学技术发展趋势和规律

1、2009 自然辩证法1专题三专题三科学发展的规律和趋势科学发展的规律和趋势2009 自然辩证法2科学发展的规律和趋势科学发展的规律和趋势一、科学发展的规律一、科学发展的规律二、科学发展的趋势二、科学发展的趋势 2009 自然辩证法3一、科学发展的规律一、科学发展的规律(一一)科学知识增长的加速律科学知识增长的加速律(二二)科学认识发展的重心律科学认识发展的重心律2009 自然辩证法42009 自然辩证法5(一一)科学知识增长的加速律科学知识增长的加速律 1844年，恩格斯明确地提出了科学认识发展加速律的思想。“科学发展的速度至少也是和人口增长的速度一样的；人口的增长同前一代人的人数成比例，而科

2、学的发展则同前一代人遗留下来的知识量成比例。因此，在最在最普通的情况下，科学也是按几普通的情况下，科学也是按几何级数发展的何级数发展的”。 2009 自然辩证法6定量的研究路线定量的研究路线美国科学计量学家德拉克普赖斯（Derek de Solla Price 1922-1983）2009 自然辩证法7普赖斯的指数增长模型普赖斯的指数增长模型 F(t)= aebt (a0,b0)式中，式中，t为时间，以年为单位；为时间，以年为单位；a为条件常数，是初始时刻（为条件常数，是初始时刻（t0）科学量化指标的）科学量化指标的数值；数值；b为时间常数，表示的是持续增长率，即某年的科为时间常数，表示的是持

3、续增长率，即某年的科学量化指标的数值的累积增加量与前一年累积总学量化指标的数值的累积增加量与前一年累积总数的比值数的比值: b = F(tn)-F(tn-1)/F(tn-1) 2009 自然辩证法8“普赖斯曲线普赖斯曲线” (c曲线曲线)1.科学认识发展是一种加速运动加速运动曾有人估算，截至1980年，人类社会获得的科学知识的90是第二次世界大战后30余年获得的。2.科学认识的发展无止境无止境 2009 自然辩证法9加速律的事实证据加速律的事实证据 1.科学期刊和科学文献的增长科学期刊和科学文献的增长2.科学家数量的增长科学家数量的增长3.科学学科的增长科学学科的增长4.科学费用的增长科学费用

4、的增长 2009 自然辩证法10科学期刊种类科学期刊种类1750年10种1800年有100种1850年有1000种1900年10000种1965年突破10万种每50年增长10倍（倍增周期约为倍增周期约为15年年）2009 自然辩证法11伦敦皇家学会哲学论坛伦敦皇家学会哲学论坛(16621930年年)2009 自然辩证法12科技文献的增长科技文献的增长图书馆的藏书量的增长图书馆的藏书量的增长 耶鲁大学图书馆，耶鲁大学图书馆，1703年有藏书年有藏书1，000部部 1938年年: :模型值模型值：263.86263.86万部万部实际值实际值 ：274.8万部万部 误差约为误差约为0.4 0 050

5、501001001501502002002502503003001703年1703年1938年1938年模型值模型值实际值实际值2009 自然辩证法13科学家数量的增长科学家数量的增长自1800年以来， 1800年， 1000人 1850年 ，10，000人 1900年 ，100，000人 1950年 ，1，000，000人 1970年 ，3，200，000人 每50年增长10倍（倍增周期约为倍增周期约为15年年） 2009 自然辩证法14科学学科的增长科学学科的增长19世纪世纪:力学、物理学、力学、物理学、化学、生物学化学、生物学20世纪世纪: 边缘学科、交叉边缘学科、交叉学科、横断学科学科

6、、横断学科 现在现在:学科总数已达学科总数已达 l000多个群体、多个群体、 2500多门多门 BAC2009 自然辩证法15科学费用的增长科学费用的增长8080160160377377287028701373013730261342613462596625961513921513922280002280000 050000500001000001000001500001500002000002000002500002500001920192019401940196019601980198020002000百万美圆百万美圆2009 自然辩证法16 “C曲线曲线”的由来的由来2009 自然辩证法

7、172009 自然辩证法18理性思考科学的定量指标并不是在任何时期内都按指数规律增加的(最近40年)当t时，F(t)= aeb(t+1)-aebt= aebt（eb-） 不能对科学未来的长期趋势进行预测2009 自然辩证法19科学知识的逻辑增长律科学知识的逻辑增长律F(t)= k（ae-kbt）（b0）式中，F(t)为 t 年的科学量化指标累积量；为 t 时,科学量化指标的累积量，是科学累积量的最大值。a,b为参数。F(t)= aebt2009 自然辩证法20现实的科学发展的逻辑曲线现实的科学发展的逻辑曲线S形形:增长曲线不会冲破增长曲线不会冲破“天花板天花板”K2009 自然辩证法21对于对

8、于“普赖斯曲线普赖斯曲线”的评价的评价作为一个理论的模式理论的模式，“S曲线”较好显示了各项科学指标、科学社会规模的加速发展趋势趋势。局限没有考虑到各种复杂因素对科学增长的制约局限科学增长存在极限2009 自然辩证法22正常时期科学遵循逻辑增长规律非常时期科学增长近乎停止，以知识总量维持着某种动态的平衡为明显特征。积蓄科学潜能的阶段，类似物理学中的温度饱和现象。 托马斯.库恩2009 自然辩证法23波浪式前进、无止境发展“正常时期”“非常时期”新的“正常时期”加速饱和新的加速2009 自然辩证法24(二二)科学认识发展的重心律科学认识发展的重心律 1、带头学科的更替、带头学科的更替(学科上的不

9、平衡学科上的不平衡)2、“科学中心转移科学中心转移” (地域上的不平衡地域上的不平衡)2009 自然辩证法25带头学科更替带头学科更替 (凯德洛夫凯德洛夫)-科学知识体系范围的重心科学知识体系范围的重心 带头学科：在一个时期时期内，它的发展水平和速度走在其它学科的前面，能够以自己的发展规模和实力影响影响其它学科；它的概念、理论和方法对其它学科的发展有着不同程度的作用。 带头学科更替性的两个特征： 1.带头学科更替的周期性 2.带头学科更替的加速性 2009 自然辩证法26带头学科更替史带头学科更替史2009 自然辩证法27带头学科更替的带头学科更替的周期性周期性单个学科与一组学科相间地相间地成

10、为带头学科。 当某一学科某一学科完成了科学发展的带头作用后，就让位于一组学科一组学科来带头，这一组学科起了带头作用后，某一学科某一学科又取代这一组学科而起带头作用，然后又是一组一组带头如此不断地更替。2009 自然辩证法28带头学科更替的加速性带头学科更替的加速性带头学科更替的周期不断缩短带头学科更替的周期不断缩短-带头学科带头学科处于先导地位的时间越来越短，更替日处于先导地位的时间越来越短，更替日益加快。益加快。 带头学科更替周期的公式：带头学科更替周期的公式： （n：顺序号，：顺序号，tn：带头学科的持续时间）：带头学科的持续时间） 2009 自然辩证法29对凯德洛夫理论评价对凯德洛夫理论

11、评价合理之处：在于它肯定任何一门学科任何一门学科在科学发展的历史上的地位和作用地位和作用是随着科学本身的发展而不断变化变化的 问题：在计量方面不准确计量方面不准确 按这个理论推论，更替周期越来越短，逐渐趋近于零，将没有带头学科了 2009 自然辩证法30科学活动中心转移科学活动中心转移-科学发展在地理空间上的重心科学发展在地理空间上的重心 从全球的范围看从全球的范围看，科学的发展有着活动中心，这是科学人才和科学成果最集中的地方。从科学的历史看从科学的历史看，科学活动中心会从一个国家向另一个国家转移。2009 自然辩证法311954 年年,英国学者（英国学者（John Desmond Berna

12、l，19011971）,历史上的科学历史上的科学, 列出了列出了18个历史时期的世界个历史时期的世界技术和科学活动中心。技术和科学活动中心。1962年，日本学者汤浅光朝，年，日本学者汤浅光朝，对近现代科学成果作了统计对近现代科学成果作了统计分析，用定量化方法描述了分析，用定量化方法描述了近现代世界科学活动中心转近现代世界科学活动中心转移的情况。移的情况。 2009 自然辩证法32汤浅光朝的研究汤浅光朝的研究世界科学活动中心某个时期某个时期取得的重大科学成果数超过取得的重大科学成果数超过同时期全世界取得的重大科学成果同时期全世界取得的重大科学成果总数的总数的25的国家或地区。的国家或地区。科学兴

13、隆期一个国家一个国家保持保持其处于科学中心地位的其处于科学中心地位的时间时间。2009 自然辩证法331501年-1950年间分成45个阶段个阶段，以国家为单位分段编制编年表编年表，再将每个阶段中每个国家的成果数目除以全世界当时的成果总数，得到一系列的百分百分比比数。根据所得数据分别绘制出各个国家的相对成果数相对成果数的变化曲线 。2009 自然辩证法34研究结果研究结果:科学中心科学中心 起止时间起止时间 科学兴隆期科学兴隆期意大利意大利 15401610 70年年 英国英国 16601730 70年年 法国法国 17701830 60年年 德国德国 18301920 90年年 美国美国 1

14、920年年-现在现在 第一，近现代科学中心是不断转移的科学中心是不断转移的，转移的顺序是意大利英国法国德国美国；第二，这5个国家进入和退出科学活动中心的时间不尽一致，但科学兴隆期的平均值是8080年左右年左右。 2009 自然辩证法35“汤浅现象汤浅现象” 科学活动中心转移的平均周期约为80年年，科学兴隆的平均周期也大致是80年年。2009 自然辩证法36科学中心与科学家科学中心与科学家意大利70年：达年：达芬奇、伽利略芬奇、伽利略 英国70年：牛顿、虎克、波义耳、哈雷年：牛顿、虎克、波义耳、哈雷 法国60多年：拉格朗日、拉普拉斯、库仑、多年：拉格朗日、拉普拉斯、库仑、 拉瓦锡拉瓦锡 德国80

15、年：爱因斯坦、普郎克、伦琴年：爱因斯坦、普郎克、伦琴 美国80多年：爱因斯坦、波尔、霍金多年：爱因斯坦、波尔、霍金 2009 自然辩证法37对对“汤浅现象汤浅现象”的评价的评价使人们认识到科学发展在区域上的不平衡性积极意义积极意义：通过对一个国家科学活动中心的形成和消失的研究，获取经验教训，制定获取经验教训，制定适宜本国的科技发展规划适宜本国的科技发展规划，可使本民族的科学事业迅速发展。2009 自然辩证法38附：科学活动中心将移向何处？附：科学活动中心将移向何处？(讨论讨论)2009 自然辩证法391、科学活动中心形成的条件、科学活动中心形成的条件（一）教育（一）教育 哲学思想哲学思想社会思

16、潮社会思潮科学家的信念科学家的信念（二）经济、政治（二）经济、政治（三）学术传统、哲学思想（三）学术传统、哲学思想（四）科技研究规模（四）科技研究规模2009 自然辩证法40科学中心与教育中心科学中心与教育中心 意大利意大利 英英 国国 法法 国国 德德 国国 美美 国国科学中心科学中心 1540-1610 1660-1730 1770-1830 1840-1920 1920-教育中心教育中心 1640-1660 1670-1710 1810 1850-19002009 自然辩证法41意大利意大利但丁但丁,生于生于1265年年直到直到14世纪末世纪末15世纪初产生了弗吉世纪初产生了弗吉里奥、维

17、多里诺、格里诺等人文主里奥、维多里诺、格里诺等人文主义教育家之后，意大利才产生第一义教育家之后，意大利才产生第一个近代科学家达个近代科学家达芬奇芬奇16世纪中意大利才真正取得科学中世纪中意大利才真正取得科学中心的地位心的地位2009 自然辩证法42英国英国第一个人文主义诗人乔叟诞生于第一个人文主义诗人乔叟诞生于14世纪世纪到到16世纪末世纪末17世纪初培根和莎士比亚把世纪初培根和莎士比亚把英国的哲学和文学艺术推上高峰，英国的哲学和文学艺术推上高峰，培培根、洛克根、洛克等人的教育思想确立了英国等人的教育思想确立了英国教育的中心地位教育的中心地位随后英国出现了科学和技术的大繁荣随后英国出现了科学和

18、技术的大繁荣2009 自然辩证法43法国法国 毕代毕代(14571540)、拉伯雷、拉伯雷(1495？一？一1553)；杜尔拉伯杜尔拉伯(1512一一l565)、拉缪、拉缪(15151572)等是法国最早的人文主义者，等是法国最早的人文主义者，17世纪又涌世纪又涌现了笛卞尔、伽森狄、马勒伯朗士等一批现了笛卞尔、伽森狄、马勒伯朗士等一批哲学家，哲学家，直到直到18世纪上半叶孟德斯鸠、伏尔泰、卢梭、世纪上半叶孟德斯鸠、伏尔泰、卢梭、夏洛泰等哲学家和教育家向封建主义的最夏洛泰等哲学家和教育家向封建主义的最后堡垒发起猛烈的进攻之后，科学中心才后堡垒发起猛烈的进攻之后，科学中心才于于1760年姗姗到来年

19、姗姗到来2009 自然辩证法44德国德国1517年马丁年马丁路德宣布宗教改革纲领，路德宣布宗教改革纲领，18世纪末世界的哲学中心和教育中心世纪末世界的哲学中心和教育中心转移到德国，转移到德国，19世纪初德国成为科学世纪初德国成为科学中心。中心。2009 自然辩证法45美国美国代表美国精神的实用主义发轫于代表美国精神的实用主义发轫于1871-1874年间在哈佛大学建立的年间在哈佛大学建立的“形而上学俱乐部形而上学俱乐部”，后詹姆斯（后詹姆斯（1842-1910）奠定了实用主义的）奠定了实用主义的基础基础杜威进一步发展了实用主义并将它应用于教杜威进一步发展了实用主义并将它应用于教育，发起了进步主义

20、教育运动育，发起了进步主义教育运动1920年科学中心转移到美国。年科学中心转移到美国。2009 自然辩证法46德国成为世界科学中心的分析德国成为世界科学中心的分析 1.尊重知识尊重科学的传统2.开放和吸引人才的传统(爱因斯坦、波恩是犹太人,冯诺曼、魏格勒、朗道曾留学德国) 3.哲学的突破和指导作用（ 康德 黑格尔 ）4.积极培养和选拔青年 海森堡:慕尼黑大学哥廷根大学(波恩,数学)哥本哈根(物理,玻尔), 24岁发现量子力学5.数学领先(著名的希尔伯特难题) 2009 自然辩证法472、中国能否成为下一个、中国能否成为下一个 科学活动中心？科学活动中心？（思考）（思考）2009 自然辩证法48

21、二、科学发展的趋势二、科学发展的趋势(一一)数学化趋势数学化趋势(二二)高度分化高度综合趋势高度分化高度综合趋势 （学科演化）（学科演化）(三三)整体化趋势整体化趋势 （相互关系）（相互关系）(四四)科学、技术、生产一体化趋势科学、技术、生产一体化趋势2009 自然辩证法49数学化趋势的含义数学化趋势的含义 在科学发展的过程中，越来越多的在科学发展的过程中，越来越多的科学部门具有以下三个特征：科学部门具有以下三个特征：1公理化系统公理化系统 2建立理论体系的公理化方法建立理论体系的公理化方法3研究成果的表述：数学语言、数学研究成果的表述：数学语言、数学模型和数学方法模型和数学方法 2009 自然辩证法50科学数学化，是历史的必然过程科学数学化，是历史的必然过程1.人类知识由定性转向定量、由数量向人类知识由定性转向定量、由数量向结构推移的总趋势结构推移的总趋势2.形式化的数学语言的高度通用性和逻形式化的数学语言的高度通用性和逻辑简明性辑简明性3.数学本身和数学计算技术的不断发展数学本身和数学计算技术的不断发展 2009 自然辩证法51数学化的显著标志数学化的显著标志数学向各个科学领域的广泛渗透数学向各个科学领域的广泛渗透1.物理科学的数学化，表现在任何一个物理理论都物理科学的数学化，表现在任何一个