现代科学技术概论第01章导论

第一章导论

第一节科学技术的基本概念一、科学的基本概念（一）科学是什么拉丁文“Scientia”，本义为学问、知识。我国古代对应的概念就是“格物致知”。最早将英文“Science”翻译成“科学”的是日本明治维新时期的教育家福泽谕吉。1893年，康有为从日本引进“科学”概念。词典：科学是反映自然、社会、思维等的客观规律的分科的知识体系。第一章导论

第一节科学技术的基本概念可以从以下几个方面来理解科学的概念：第一，科学是生产知识的活动。达尔文给科学下的定义：“科学就是整理事实，以便从中得出普遍的规律或结论。”第二，科学是人类对客观世界的正确认识，是反映客观事实和规律的知识。客观世界包括：物质世界也包括生命世界。物质世界强调了世界和宇宙的物质性，而生命世界则更强调物体具有的灵性现象，具有物质世界概念以外的内容，如人类的社会以及所有的生物群体关系现象。

第三，科学是反映物质世界的本质和生命世界生存状态和运动规律的知识体系。科学是系统化的并借助于严密的逻辑关系构建起来的理论体系，是关于自然、社会和思维的系统化的知识体系。

第四，科学是人类的一种注重方法的基本认识活动。注重科学方法，培养科学精神，提高科学素养，这是科学最显著的特点之一，在某种意义上它比科学知识本身还要重要。

第一节科学技术的基本概念第五，科学是一种专门的社会建制，是一类国家事业。第二次世界大战以后，科学逐渐由传统的、自发的、零散的、小规模的研究活动，变为国家乃至国际范围内的大规模、常规化、不可或缺的社会活动和社会事业。

小科学与大科学，科学与国家利益。科学作为一项事业，具有个人、社会和团体三个层面。科学作为一项国家事业，是显示国家综合实力最重要的指标之一。科学最大的特点是其不断完善的过程，这体现为科学有再认识性。第一节科学技术的基本概念（二）科学精神科学不仅仅是指已被认识的真理和知识，还指认识真理和获取知识的探索过程、实践过程，是动态的系统。科学的内容是可以改变的，科学的方法也是可以随时改变的，“科学精神”则是不会改变的。什么是“科学精神”呢？归纳起来，大致有：坚持实事求是的精神。不盲从，不附和，不迷信，以理智为依归，只问是非，不计利害，不畏强暴。陈云的体会是：不唯上，不唯书，只唯实。不断创新的精神。解放思想，不断探索，不满足于自己的成就，不为传统观念所束缚，不害怕挑战权威。诚实谦虚的精神。虚怀若谷，诚实地对待自己和他人，不武断，不横蛮，不压制抹杀他人的科学成就，不吹嘘夸大自己的成果。造福人类的精神。以献身科学、献身社会、献身人民为己任，关注世界的和平与正义，崇尚民主与自由，主张人类与自然的和谐与平衡。团结合作的精神。科学已成为一项社会化的实践活动，它需要科学家之间的合作，包括学科之间和国际之间的合作。第一节科学技术的基本概念在科学精神中，最主要的是“求实”和“创新”：不求实就不是科学，不创新科学就谈不上发展。

与科学精神相对的还有一个“人文精神”的概念。什么是人文精神？我们所说的人文精神的概念大体上是指蕴含在人文学科中的共同的核心，即对人生意义的追求，对人的价值的关心等等。科学精神与人文精神都属于人类的精神文化范畴，它们像人类的两只眼睛一样，对我们认识宇宙，观察社会发挥着无可替代的重要作用。科学精神与人文精神不应该是冲突的，而应该是相互融合的，这样才能更好地发挥作用，应该要使我们同时具有科学精神和人文精神。思考：科学的特征和属性第一节科学技术的基本概念（三）思考：李约瑟难题；中医学是不是科学？李约瑟难题：李约瑟博士（1900-1995）于1954年在他的巨著《中国科学技术史》第一卷中正式提出的：“为什么近代科学、亦即经得起全世界考验并得到合理的普遍赞扬的伽利略、哈维、维萨留、格斯纳、牛顿的传统——这种传统注定会成为统一的世界大家庭的理论基础——是在地中海和大西洋沿岸，而不是在中国或亚洲其他任何地方发展起来呢？”后来李约瑟在1969年又重述了该难题：“中国在十六世纪以前的科技发展在许多方面超过西方，何以现代科学崛起于欧洲而非中国？”1990年，李约瑟撰文《东西方的科学与社会》说：“大约在1938年，我开始酝酿写一部系统的、客观的、权威性的专著，以论述中国文化区的科学史、科学思想史、技术史及医学史。当时我注意到重要问题是：为什么现代科学只在欧洲文明中发展，而未在中国（或印度）文化中成长？”对李约瑟难题的探索中国传统科学是不是科学？特别地，中医学是不是科学？这涉及到对科学概念的认识。科学是反映客观事实和规律的知识体系，发现人们未知的事实和对规律的准确反映就是科学。从这个意义上说，科学是一种普遍的现象。各个民族都有自己本民族的科学。中国传统科学也完全是真正意义的科学，特别地，中医学是一门成熟的科学。第一节科学技术的基本概念二、技术的基本概念技术一词源于古希腊语“τεχνη”，意思是技能、技艺和技巧。拉丁语系中的“Techne”指制和做的技艺。英国的巴克爵士于1615年创造新词“technology”,表示技术原理和过程。中国古籍《考工记》：“知者造物，巧者述之、守之，世谓之工。”这里的操作经验、技巧就是古代的技术。法国科学家狄德罗在他主编的《百科全书》中指出：技术“是为某一目的而共同协作组成的各种工具和规则体系。”（或译为：为了完成某种特定目标而协调动作的方法、手段和规则的完整系统。）第一节科学技术的基本概念狄德罗的定义包含以下几个重要观点：①指出技术是一种有实际目标的活动；②强调技术的实现要通过社会协调来完成；③指出技术的物质体现是手段、工具；④阐明了技术的非物质形式是方法、规则等知识；⑤指明技术本身是由许多要素组成的完整系统。第一节科学技术的基本概念《辞海》：技术“泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法和技能。如电子技术、焊接技术、木工技术、激光技术、作物栽培技术、育种技术等。”“除操作技术外，广义的还包括相应的生产工具和其他物质设备，以及生产的工艺过程或操作程序、方法。”现代对技术的理解有广义、狭义之分：狭义的理解，只把技术限制在工程学的范围内，如机械技术、电子技术等；广义的理解，则把技术概念扩展到社会、生活、思维的领域。我国学者的定义：“人类在为自身生存和社会发展所进行的实践活动中，为了达到预期目的而根据客观规律对自然、社会进行调节、控制、改造的知识、技能、手段、规则方法的集合。”思考：技术的特征和属性第一节科学技术的基本概念三、科学和技术的关系科学和技术既有联系又有区别；既相互独立，又密不可分，是一个辨证统一的整体。（一）科学与技术的主要区别1、科学与技术的构成要素不同。2、科学与技术的目的任务不同。

科学回答的是：“是什么”、“为什么”技术回答的是：“做什么”、“怎么做”3、科学与技术的社会功能和价值标准不同。

4、科学与技术的成果的表现形式不同。5、科学与技术的劳动特点不同。第一节科学技术的基本概念（二）科学与技术的联系科学离不开技术，技术也离不开科学，它们互为前提，互相依靠。科学为技术提供研究领域和理论依据，技术为科学研究提供探索工具和物质基础。随着现代科学和技术革命的兴起，科学与技术之间的联系越来越密切，一体化的趋势越来越明显。这种一体化主要体现在相互依存、相互促进：科学提供了预测事物发展的手段；常常导致新技术的产生；反过来，技术也为科学提供了眼睛、耳朵和一部分肌肉，技术不仅为科学研究提供了工具，而且还可以激励理论研究动机和提供方向。第一节科学技术的基本概念四、科学研究（一）科学研究的概念科学研究是指创造知识和整理、修改知识，以及开拓知识新用途的探索工作。（二）科学研究的类型基础研究：以探索知识为目标的研究。应用研究：运用基础研究的成果和有关知识，为创造新产品、新方法、新技术、新材料等技术基础所进行的定向研究。开发研究：利用基础研究、应用研究的成果和有关知识，为创造新产品、新方法、新技术、新材料，以及为生产产品或完成工程任务而进行的技术研究活动。第一节科学技术的基本概念五、现代科学体系及自然科室民技术的分类和结构（一）现代科学体系现代科学日益形成了一个庞大的、多层次的、纵横交错的科学结构体系。一种分类方法是将科学分为三大领域、五大部类。（二）现代自然科学的分类与结构基础科学：研究自然物质的结构、各种基本运动形态和运动规律的科学。可分为五大学科：物理学、化学、生物学、天文学和地学，它们是现代自然科学的基石。数学和系统科学并不是自然科学的分支，把它们划为横断学科。技术科学：研究生产技术和工艺过程中的共同性规律的科学。技术科学的任务是把认识自然的理论转化为改造自然的能力。一般包括应用数学、计算机科学、材料科学、能源科学、信息科学、空间科学、应用光学、环境科学等等。工程科学：具体研究把基础科学和技术科学转化为生产技术、工程技术和工艺流程的原则和方法。领域广泛，内涵丰富，门类繁多。主要有：农业工程、矿山工程、水利工程、土木建筑工程、机械工程、冶金学、工程力学、化学工程、电力工程、半导体科学、自动化科学、仪器仪表工程、宇航工程、海洋工程、生物工程等。第一节科学技术的基本概念（三）现代技术的分类技术存在于人工自然过程，是实现自然界人工化的手段。实验技术：为了科学认识而探求自然客体所采用的技术。可分为四种基础类型：力学实验技术、物理实验技术、化学实验技术、化学实验技术、生物实验技术。基本技术：按照人工自然过程的4种基本形式，基本技术也可分四类：广义的机械技术、物理技术、化工技术、生物技术。产业技术：是由不同劳动过程中的技术组成的更为复杂的系统。或者说，以某类技术为主，便形成了对应的产业。表1-1列出了部分技术与产业的关系。常见的分类方法：第一产业（农、林、牧、渔、采掘业）、第二产业（制造、加工业）和第三产业（高技术产业、研究与设计业、金融保险业、文化教育业、商业和服务业）。产业技术划分：劳动密集型技术、资本密集型技术、知识密集型技术。第一节科学技术的基本概念表1-1部分技术与产业的关系现代科学与技术主要在20世纪产生，并获得了全面的、迅速的发展，从浩瀚的宇宙到物质结构的基本场和相互作用，从生命的起源到思维的规律无一不是科学探索的对象。在这约100年的时期内，科学与技术都发生了革命性的变化。科学指导技术，实现了从常规技术向“高技术”的发展。正是现代科学与技术的巨大能力，才空前地改变了人类社会的物质生活和精神生活，建立起现代文明。现代技术已发展成为一个庞大的复杂系统，主要由三大基本技术即物质变化技术（物质组合技术）、能量转换技术和信息控制技术组成。现代技术是科学化的技术，现代科学对现代技术的发展起着越来越重大的指导作用，成为高新技术发展的源泉。第二节现代科学技术发展现状在现代科学发展中，最突出的对人类思维方式、认识方法产生深远影响的理论是四大基础理论，即相对论、量子力学、基因理论和系统理论。这四大基础理论粗略地描绘了迄今人类所认识到的自然界的图像。同时，对自然系统的描述，还建立了五类基本模型，即宇宙演化的热大爆炸模型、深层物质结构（粒子物理）的标准模型、遗传物质DNA双螺旋结构模型、智力活动的图灵计算模型和地壳构造的板块模型。这五大模型更详细地描述了几类自然图景。现代技术对于人类社会的发展起着巨大的推动作用，其中各类技术在不同时期，起着关键的作用。现代科学与现代技术越来越发生着更强的相互作用、相互渗透，以致共生一体，形成一个有机的科学技术系统。科学技术化和技术科学化成为新的特征，科学是高度技术化了的科学，技术是高度科学化了的技术。第二节现代科学技术发展现状

一、现代科学四大基本理论的确立现代科学始于19世纪末、20世纪初，其中以物理学革命为代表的第三次科学革命正在这时发生。物理学革命对20世纪科学与技术产生了全面的、深刻的影响，并推动了一系列新学科与新技术的诞生。（一）量子力学的创立量子力学的创立从普朗克开始，经过爱因斯坦等众多科学家的共同努力，于20世纪30年代形成了一种完整的理论体系，从根本上改变了经典物理学观念，为自然科学的发展开辟了广阔的前景。

第二节现代科学技术发展现状

（二）相对论的创立相对论（狭义和广义）的创立具有重大的意义。相对论原理揭示了时空和运动物质不可分割的联系，而且随物质运动状态而改变，证明了时空存在着内在的、本质的联系。（三）横断科学的形成20世纪以来，在科学系统中产生深远影响的横断科学如信息论（学）、控制论（学）和系统论（系统科学）等得到了迅速的发展，与另一门典型的横断科学数学科学一起广泛地向其他学科渗透，从横断面上把众多分支学科联结为一体。第二节现代科学技术发展现状

（四）基因理论的形成在20世纪中，由于化学、物理学的新成就渗透到生命科学之后，对生命现象的研究从整体深入到细胞、亚细胞和分子水平。分子生物学，包括分子遗传学，在生命科学中占有主流的地位。直到20年代才建立起决定性状遗传的基因理论，后来并进一步地证明了DNA是遗传信息的载体。基因携带的信息由基因的结构所决定，信息的表达是由基因的功能而实现的，因此所有生命现象的机制追根到底都与基因的结构与功能相关。第二节现代科学技术发展现状二、自然图像五大模型的建立

（一）宇宙演化的热大爆炸模型20世纪，天文学的最大两项成就是大爆炸宇宙学和恒星演化理论。前者导致了热大爆炸模型的建立。（相关内容可参见第二章现代自然科学的几个问题）20世纪40年代末，美国物理学家伽莫夫等提出了大爆炸宇宙论，这一理论能被四项观测事实所证明。第二节现代科学技术发展现状（二）粒子物理的标准模型在20世纪下半叶，人们对深层物质结构有了新的认识。迄今，人们已认识到构成物质的最小组分：12种轻子，36种夸克，13种媒介子，共计61种。作用在物质上的所有复杂的力可归结为三种：引力，强力，统一的电弱力。夸克和轻子是目前人们所认识的物质结构的新层次。因此，在夸克-轻子模型的基础上形成了粒子物理的标准模型理论。第二节现代科学技术发展现状（三）遗传物质DNA双螺旋结构模型薛定谔《生命是什么？——活细胞的物理面貌》（1946）（与狄拉克共获1933年诺贝尔物理学家）维尔金斯,弗兰克林获得DNA晶体结构的X射线衍射图1953年，生物学家沃森和物理学家克里克合作，经反复研究后提出了DNA双螺旋结构的分子模型。DNA双螺旋结构是20世纪生命科学中最伟大的发现，它标志着分子生物学的诞生，为DNA的自我复制、发育与功能以及突变提供了基础，为描述生命的蓝图奠定了分子的基础。第二节现代科学技术发展现状（四）智力活动的图灵计算模型大脑与智力（精神）的关系问题长期地囿于哲学思辨或经验观察上。20世纪30年代，哥德尔提出了一般递归函数的概念，后来把可计算的函数归结为一般递归函数，而且可计算函数的计算也就可以归结为图灵理想计算机的计算了。图灵计算是按某种规则将一组数值或符号串转换成另一组数值或符号串的操作过程。第二节现代科学技术发展现状（五）地壳构造的板块模型直到20世纪对陆海变迁的研究才取得了重大的进展，这包括大陆漂移说、海底扩张说和板块构造说。大陆漂移说的创始人是魏格纳。大陆漂移说又引申出海底漂移的观点，海底扩张说应运而生。在大陆漂移说和海底扩张说的基础上，岩石板块构造说成为新的全球构造理论。地壳构造的板块模型建立的意义。第二节现代科学技术发展现状三、现代基本技术现代技术已发展成为一个庞大的复杂系统，主要由三大基本技术组成。物质、能量、信息是构成世界的三大要素，由此考察技术活动则可以从纷繁复杂的技术类别中发现其主要脉络。（一）物质变化技术物质变化包括物质的组分变化、物态和物性变化，外形和色泽变化。物质变化技术主要包括各种材料的设计、制备和加工。第二节现代科学技术发展现状（二）能量转换技术能量转换包括诸多能量形式的转换。在20世纪中，能量转换技术有更多新的发展，如喷气式飞机实现超音速飞行，运载火箭实现三种宇宙速度飞行，核能技术，以及太阳能、风能等其它各种新能源技术方兴未艾，人类在积极探求未来的新能源。第二节现代科学技术发展现状（三）信息控制技术信息的本质是控制。信息技术就是形成信息控制系统，对信息过程（产生、采集、存储、交换、处理等）能动地加以利用。电磁相互作用是信息技术的主要能量载体；核酸分子是生物信息的载体。在信息技术的发展中，电子电路集成化、信息处理数字化和信息传输网络化占有重要的地位。第二节现代科学技术发展现状四、科学、技术、社会互动现代科学与现代技术越来越发生着更强的相互作用、相互渗透，以致共生一体，形成一个有机的科学技术系统。科学技术化与技术科学化成为新的特征：科学是高度技术化了的科学；技术是高度科学化了的技术。现代科学技术系统与社会系统发生着强相互作用，科学技术日益社会化，社会日益科学化与技术化。第二节现代科学技术发展现状一、科学发展纵深化现代科学的研究工作，由于有了既精密又强大的观察和实验设备，正在从宏观向微观深入，向宇观扩展。从深度上看，深入到基本粒子内部从广度上看，已扩展到了距地球140亿光年的宇宙空间在极限状态的研究方面，超高电压、超高气压、超强磁场、超高温、超低温、高真空等促进了极限科学的发展第三节现代科学技术发展趋势

二、科学发展加速化1、当代科学技术成果呈指数增长的趋势2、科技知识更新的速度在加快3、现代科技成果转化为商品的周期越来越短4、科技研究力量成倍增长（科技活动规模化，科研投入巨额化）第三节现代科学技术发展趋势三、科学发展综合化

1.科学之间的交叉与渗透日益强化2.综合科学迅速发展3.系统科学的创立

4.数学向各门科学广泛渗透第三节现代科学技术发展趋势5．科学与技术紧密结合科学技术化和技术科学化是现代科学技术的鲜明特征。现代技术完全是建立在科学理论的基础上，现代科学也装备了复杂的技术设施。

当代科技发展有两种形式：一是突破，二是融合。

第三节现代科学技术发展趋势6．自然科学与人文社会科学的相互交叉与渗透（1）人文社会科学引入自然科学的理论和方法进行课题研究和学科建设。

（2）人文社会科学开始关注和研究科学家的活动和科学技术成果的应用。（3）科学技术与人文社会科学共同探讨各种社会问题。（4）科学技术与人文社会科学在发展中互为环境和条件。

第三节现代科学技术发展趋势7．软科学的崛起是科学整体化的标志

在当代科学技术综合化发展趋势中，现代科学具有如下特征：（1）研究的完整性（也可说是科技发展的纵深化）。（2）研究对象的多学科性。（3）学科的多对象性。（4）科学研究的信息化。当代技术发展的方向是标准化、大型化、组合化、高速化、集约化和信息化。

第三节现代科学技术发展趋势四、科学技术发展社会化1、科学技术活动的社会化

科学技术日益成为一种多功能的重要社会事业，使科学研究和技术开发日益成为社会化的劳动，成为一项全球全人类共同参与的领域。2、科学、技术和生产一体化

这种“科学—技术—生产”“三位一体”的综合体的出现，是当代科学技术发展到一定阶段的产物。

对于科技与生产的关系，近年来在美国兴起一门STS（科学、技术和社会）学科。我国也在开展相关研究。第三节现代科学技术发展趋势五、科技交流国际化现代科学的发展，既存在着国与国之间的激烈竞争，又存在着日益广泛的合作与交流，处于竞争与合作共存的局面。合作地域多元化、合作领域多元化、合作方式多样化是发展的大趋势。

第三节现代科学技术发展趋势六、科技全球化科技全球化正在成为经济全球化的重要表现形式。当前，科技全球化迅猛发展主要表现为：（1）跨国公司的R&D活动全球化加速发展。（2）国家间全球科技活动日益深入。

（3）科技人员的全球科技活动不断拓展。第三节现代科学技术发展趋势科技全球化的重要特征：（1）科技资源配置的全球化

。（2）科技制度安排的全球化。

（3）科技活动影响的全球化。

（4）全球范围内的科技创新竞争日益白热化。第三