现代自然科学中的基础学科

当代自然科学中基础学科钱学森张仁祥第1页钱学森主要科学成就钱学森是我国航天科技事业先驱和出色代表，在空气动力学、航空工程、喷气推进、工程控制论、物理力学等技术领域作出了开创性贡献，是中国近代力学和系统工程理论与应用研究奠基人和提倡人。第2页1956年初，钱学森向中共中央、国务院提出《建立我国国防航空工业意见书》。同年，国务院、中央军委依据他提议，成立了导弹、航空科学研究领导机构——航空工业委员会，并任命他为委员。1956年，钱学森受命组建中国第一个火箭、导弹研究所——国防部第五研究院并担任首任院长。他主持完成了“喷气和火箭技术建立”规划，参加了近程导弹、中近程导弹和中国第一颗人造地球卫星研制，直接领导了用中近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验，参加制订了中国近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验，参加制订了中国第一个星际航空发展规划，发展建立了工程控制论和系统学等。第3页在控制科学领域，1954年，钱学森发表《工程控制论》学术著作，引发了控制领域轰动，并形成了控制科学在上世纪50年代和60年代研究高潮。1957年，《工程控制论》取得中国科学院自然科学奖一等奖。同年9月，国际自动控制联合会（IFAC)成立大会推举钱学森为第一届IFAC理事会常备理事。他也成为该组织第一届理事会中唯一中国人。在应用力学领域，钱学森在空气动力学及固体力学方面做出了开拓性研究，揭示了可压缩边界层一些温度改变情况，并最早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数概念。1953年，钱学森正式提出物理力学概念，主张从物质微观规律确定其宏观力学特征，开拓了高温高压新领域。第4页在系统工程和系统科学领域，钱学森在上世纪80年代早期提出国民经济建设总体设计部概念，坚持致力于将航天系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设，并从社会形态和开放复杂巨系统高度，叙述了社会系统。他发展了系统学和开放复杂巨系统方法论。在喷气推进与航天技术领域，钱学森在上世纪40年代提出并实现了火箭助推起飞装置，使飞机跑道距离缩短；1949年，他提出火箭旅客飞机概念和关于核火箭构想；1962年，他提出了用一架装有喷气发动机大飞机作为第一级运载工具，用一架装有火箭发动机飞机作为第二级运载工具天地往返运输系统概念。第5页在思维科学领域，钱学森在上世纪80年代提出创建思维科学技术部门，认为思维科学是处理意识与大脑、精神与物质、主观与客观科学，推进思维科学研究是计算机技术革命需要。他主张发展思维科学要同人工智能、智能计算机工作结合起来，并将系统科学方法应用到思维科学研究中，提出思维系统观。在人体科学、科学技术体系等方面，钱学森也作出了主要贡献。（新华网北京年10月31日电）第6页整体认知本文是一篇事理说明文。钱学森1977年12月9日在《人民日报》上发表《当代科学技术》一文，文章由引言和五个部分组成，《当代自然科学中基础学科》节选自其中第三部分。这一部分指出了当代自然科学特点，简明地介绍了当代自然科学体系组成，重点介绍了化学、天文学、地学、生物学发展和它们跟物理、数学关系，从而强调物理和数学这两门根本基础学科在当代自然科学体系中主要位置。第7页理清结构，把握思绪全文可分为三个部分。

第一部分（1-2）指出当代自然科学主要特点，说明数学、物理是六门基础学科中最基础学科。第二部分（3-6）分别介绍化学、天文学、地学和生物学发展，讲解它们与物理、数学亲密关系，证实物理、数学在当代自然科学体系中基础地位。第三部分（7）深入指出物理、数学是当代自然科学体系中根本基础学科，归结当代自然科学体系组成。

第8页详细感知第一部分（1-2）第1段，作者从纵横两个方面阐释当代自然科学特点：

事物和现象改变发展过程（纵）当代自然科学研究

事物相互之间关系（横）

这就使当代自然科学与过去只是孤立地研究个别事物现象自然科学有本质区分。

第9页第一部分（1-2）第2段，从介绍应用科学写起，简单解释了应用科学与基础学科之间关系，指出是基础学科在当代自然科学体系中位置使之成为基础，提出了“从严密综合科学体系讲，最基础是两门学问”——一门物理，一门数学看法，以此作为全文总纲。全文在说明过程中紧紧紧围绕住作为基础学科天文、地学、生物、化学四门学科和“最基础”物理、数学关系来写，目标就是为了突出物理、数学两门学科主要性，反应当代自然科学严密、综合特点。第10页第二部分（3-6）这一部分是全文说明重点，分述化学、天文学、地学、生物学四门基础学科新发展和它们与物理、数学关系。作者抓住物理和数学是最基本两门学科这个关键点，在依次介绍化学、天文学、地学、生物学这门基础学科时，都作三个方面阐述：1.研究内容；2.研究结果（包含各科研究新发展和分支学科）；3.研究中对物理和数学依赖关系。第11页第二部分（3-6）第3段，作者以当代化学研究发展为依据，证实当代化学研究对物理和数学依赖关系。

作者指出，就研究内容来说，先是量子化学用量子力学原理来处理化学问题，使化学变成应用物理一门学问。就研究结果来说，最近计算化学能够靠电子计算机去计算物质世界里头原子运动规律。再展望化学发展，“有朝一日”，化学研究会主要靠电子计算机计算。作者以研究分子改变化学与物理、数学亲密关系，证实物理、数学在当代化学研究中基础地位。第12页第二部分（3-6）第4段，作者先指出天文学研究内容，再介绍天文学研究方法，暗示这些研究都要依靠物理中光学。后面重点介绍研究结果，以取得这些研究结果方法，得出“要了解这些天文现象，没有物理学是不行”结论。第13页第二部分（3-6）第5段首先指出：“地学也是靠物理”，然后介绍了地学研究理论三个发展阶段：生物学地球观、化学地球观到物理学地球观。而代表当代地学理论最新成就物理学地球观关键——板块理论主要是“依据海底岩石地磁走向推论出来”，作者以此证实了当代地学研究“都要靠物理学”看法。第14页第二部分（3-6）第6段，作者指出当代生物学发展“到达了研究分子水平”，强调这发展“也要归结到物理上面”。然后，以传统生物学作比较对象，介绍了当代分子生物学“把生命现象看作是分子运动，分子组合和改变过程”理论发展，再以遗传工程创造建立了一门新工业为事实依据，证实了物理在当代生物学研究中基础地位。第15页第三部分（7）这一部分是对全文总结，既是对第一部分强调，又是对第二部分照应。它和第一部分一样，从当代自然科学纵、横两个方面着眼，说明清楚当代自然科学体系轮廓和内部层次，突出了当代自然科学严密、综合特点，再一次强调物理和数学为当代自然科学体系中根本基础学科这一关键问题。第16页当代自然科学体系组成图

物理学

根本基础学科数学

基础学科天文学

普通基础学科地学当代自然科学生物学

工程结构

化学

工程技术学科电子力学（应用科学）电子技术农业技术

第17页说明特色一、结构严谨、层次分明本文结构含有总—分—总特点，先从整体说到局部，再从局部回到整体。

第一部分介绍自然科学主要特点，说明自然科学体系中应用科学与基础科学关系，是先说整体，第二部分依据这一观点分析六门详细学科，是从整体说到局部，第三部分再总结自然科学体系，从局部回到整体。在分说局部时，又紧紧围绕化学、天文学、地学和生物学各科研究发展对物理、数学两科依赖关系，使说明重点突出。第18页说明特色

层次分明表达在严密逻辑次序上。作者在分述化学、天文学、地学、生物学四门基础学科新发展和它们跟物理、数学关系时是依照严密逻辑关系展开。尽管作者在第2段中提到“我们普通提六门基础学科：天文、地学、生物、数学、物理、化学“，是依照人们习惯按”天、地、生、化”来排序，可是在按学科类别分说时，却按“化、天、地、生”次序说明，这是依照新兴学科出现次序：量子化学出现在三十年代，所以先说化学；射电天文、宇宙线天文重大发觉，板块理论提出，都发生在五十年代之后，所以再说天文和地学，分子生物学兴起，尤其是“最近几年”取得进展“轰动世界”遗传工程学，是较近科学发展，所以最终说生物学。这么次序安排符合事物发生和发展规律，是依逻辑次序进行说明。第19页说明特色二、综合利用各种说明方法

以下定义、分类别、举例子等。如第5段利用了下定义和分类方法，第4段利用了举例方法。

比较突出是利用了下定义方法。定义有不一样类型。有是严格科学定义，也有是依据中心表示需要灵活地利用，有所取舍。如物理学定义，只选取了定义中主要部分“研究物质基本规律”，而舍去了与内容无关“研究物质基本结构”内容，这么既简略又突出重点。还有定义只是作了简单诠释，如对数学定义就采取简单说法。第20页说明特色三、语言准确严谨又平实通俗，切合科普说明文要求。

因为作者是针对公众介绍科学体系知识，所以还能深入浅出，娓娓道来，语言形象且富有韵味。

1.利用习见易懂表示。如“有朝一日化学研究会主要靠电子计算机计算，而且能够‘设计’出我们要分子，‘设计’出造这种分子或化合物化学过程。”这里“设计”就是使用了读者习见表示，有利于了解。2.借助于形象来比喻