第一單元自然科學(xué)發(fā)展的歷史軌跡

自然科學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)主編王換成第一單元自然科學(xué)發(fā)展的歷史軌跡古代自然科學(xué)近代自然科學(xué)的發(fā)展現(xiàn)代科技發(fā)展趨勢(shì)模塊一古代自然科學(xué)事實(shí)聚焦——世界最早發(fā)現(xiàn)杠桿原理的人最早發(fā)現(xiàn)杠桿原理的人是我國(guó)春秋時(shí)代的偉大科學(xué)家墨子。墨子名翟（公元前480~公元前420），曾是制造器具的工匠，后來(lái)創(chuàng)立了墨家學(xué)派（圖1-1）。他的門徒很多，主要來(lái)自社會(huì)下層。墨子師徒熱愛(ài)勞動(dòng)，善做實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了許多自然科學(xué)知識(shí)。墨家學(xué)派著作的總匯是《墨子》，又叫《墨經(jīng)》，書(shū)中不僅涉及認(rèn)識(shí)論、邏輯學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)，還包含時(shí)間、空間、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、力學(xué)、光學(xué)和幾何等多方面的知識(shí)。《墨經(jīng)》是古典哲學(xué)和自然科學(xué)著作中不可多得的一部珍品。書(shū)中記載：墨子將一根有刻度的杠桿橫吊起來(lái)，一邊掛上砝碼，另一邊掛重物，通過(guò)調(diào)節(jié)砝碼的位置和物體的重量發(fā)現(xiàn)了杠桿原理。這個(gè)發(fā)現(xiàn)比阿基米德發(fā)現(xiàn)杠桿平衡條件早200多年。在漫長(zhǎng)的古代社會(huì)，中國(guó)、古希臘、印度和阿拉伯都產(chǎn)生了偉大的自然科學(xué)家，他們通過(guò)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)等方法，探索了許多自然的奧秘，為人類的進(jìn)步作出了貢獻(xiàn)。一、古希臘的自然科學(xué)古希臘的許多自然科學(xué)知識(shí)，曾經(jīng)發(fā)展到較高水平，但那時(shí)自然科學(xué)和哲學(xué)還沒(méi)有嚴(yán)格區(qū)分，當(dāng)時(shí)的哲學(xué)家也是自然科學(xué)家，他們把哲學(xué)和自然科學(xué)融為一體，建立了稱為自然哲學(xué)的學(xué)問(wèn)。當(dāng)時(shí)，古希臘的自然科學(xué)家對(duì)組成世界的物質(zhì)的本源持許多不同的觀點(diǎn)，相互之間進(jìn)行了激烈的爭(zhēng)論。其中，影響最大的赫拉克利特派認(rèn)為：萬(wàn)物的本源是火，世界上的一切物質(zhì)都是由火衍生而來(lái)的，最后又都復(fù)歸于火。原子論派的代表德謨克利特等人則主張世界上的萬(wàn)物都是由原子組成。二、古代中國(guó)的科學(xué)技術(shù)古代中國(guó)的科學(xué)技術(shù)在春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期取得了突破性進(jìn)展，很快站在了世界的前列。中國(guó)因此成了世界四大文明古國(guó)之一。造紙、印刷術(shù)、指南針和火藥的發(fā)明，為世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人類的進(jìn)步作出了巨大貢獻(xiàn)，產(chǎn)生了世界性的影響。用植物纖維造紙的技術(shù)，大約是在公元前2世紀(jì)發(fā)明的。雕版印刷術(shù)發(fā)明于隋唐之際，到了北宋時(shí)期，畢昇發(fā)明了活字印刷術(shù)。利用磁性指示方向的記載，最早見(jiàn)于西漢典籍中的司南勺，北宋時(shí)期，經(jīng)過(guò)人們的創(chuàng)造性實(shí)踐，發(fā)展成為指南針，并且廣泛應(yīng)用于航海。用硫磺、硝酸鉀和木炭制成的火藥，早在唐代就有史書(shū)記載，到了宋代，火藥已用于武器。我國(guó)的四大發(fā)明通過(guò)阿拉伯人傳到歐洲，對(duì)歐洲文明的興起起到了巨大的推動(dòng)作用，正如革命導(dǎo)師馬克思說(shuō)：四大發(fā)明是“資產(chǎn)階級(jí)發(fā)展的必要前提”。模塊二近代自然科學(xué)的發(fā)展亞里士多德是古代的大科學(xué)家和大哲學(xué)家，他認(rèn)為人的血管里是空氣。后來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)血管里有很多血液，但這些血液流到哪里去了呢？大家都認(rèn)為，這些血液像潮水一樣在人體里流動(dòng)，然后就消失在人體中了。17世紀(jì)初，有一位叫哈維的醫(yī)學(xué)家對(duì)血液的流動(dòng)產(chǎn)生了疑問(wèn)，血液究竟到哪里去了？真的消失了嗎？他決定開(kāi)始研究這個(gè)問(wèn)題，但從哪里著手呢？人死了，血液就不流動(dòng)了，因此，解剖人體肯定是不行的。有一天，剛下過(guò)一場(chǎng)大雨，哈維步行從學(xué)?；丶遥匆?jiàn)一群孩子在玩“水壩”的游戲。他們先挖了一條水溝，然后在水溝的中間挖了一個(gè)大水坑，在水坑的周圍，用泥沙壘出一座“水壩”。水壩里很快就蓄滿了水，快溢出來(lái)了。孩子們立即把水壩的一頭扒開(kāi)，水“嘩”地一下流走了。孩子們哈哈大笑，哈維在一邊看得很有趣，突然，他腦子里靈光一閃：有了！血液循環(huán)之謎可以揭開(kāi)了！哈維立即回到實(shí)驗(yàn)室里，找到了一只兔子。他用繩子扎住兔子的動(dòng)脈血管，不一會(huì)，結(jié)扎處上方的血管，也就是靠近心臟的那頭，脹了起來(lái)，而且越鼓越高。而結(jié)扎處下方的血管明顯地癟了下去，他在結(jié)扎處上方割破一點(diǎn)血管，血馬上涌了出來(lái)，血流比平時(shí)猛得多。結(jié)扎處下方在割破之后，幾乎沒(méi)有血流出，然后他解開(kāi)結(jié)扎繩，血液迅速地向下涌，下方的血管又脹起來(lái)了，剛剛結(jié)扎處上下方不均衡的現(xiàn)象一下子消失了，血管又像平時(shí)一樣了。哈維接著又用同樣的方法結(jié)扎靜脈血管，發(fā)現(xiàn)情況恰恰相反，結(jié)扎處上方的血管馬上癟下去了，而結(jié)扎處下方的血管反而明顯地脹起來(lái)了。哈維反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，他不僅對(duì)80多種動(dòng)物進(jìn)行了試驗(yàn)，還對(duì)自己身上的血管進(jìn)行了試驗(yàn)，試驗(yàn)的結(jié)果一致表明：動(dòng)脈血管里的血是從心臟里流出來(lái)的，靜脈血管里的血是流回心臟去的。他發(fā)現(xiàn)心臟是這樣進(jìn)行工作的：收縮時(shí)，把血液壓進(jìn)動(dòng)脈血管；放松時(shí)，靜脈里的血又流回來(lái)。這樣，一縮一松，一張一弛，就使心臟跳動(dòng)起來(lái)，心臟的跳動(dòng)又促使血液流動(dòng)，這樣周而復(fù)始，血液在體內(nèi)不停地循環(huán)。就這樣，哈維揭開(kāi)了血液循環(huán)的秘密。事實(shí)聚焦——揭開(kāi)血液循環(huán)之謎課題一日心說(shuō)和血液循環(huán)論一、太陽(yáng)中心說(shuō)向神學(xué)挑戰(zhàn)哥白尼（1473~1543）是波蘭杰出的天文學(xué)家，他最先發(fā)現(xiàn)了地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，對(duì)傳統(tǒng)的地球中心說(shuō)提出了挑戰(zhàn)。1543年，哥白尼在臨終前出版了他傾注畢生心血的著作《天體運(yùn)行論》，詳細(xì)論述了他的太陽(yáng)中心學(xué)說(shuō)（圖1-2），勇敢地提出了地球圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)。哥白尼認(rèn)為：太陽(yáng)居于宇宙中心，而不是地球居于宇宙中心，眾行星圍繞太陽(yáng)旋轉(zhuǎn)。這一學(xué)說(shuō)被教會(huì)勢(shì)力視為異端邪說(shuō)，許多人由于宣傳太陽(yáng)中心說(shuō)而遭到教會(huì)的瘋狂迫害。二、血液循環(huán)學(xué)說(shuō)對(duì)教會(huì)的打擊血液循環(huán)理論是由三位偉大的科學(xué)家——維薩里、塞爾維特、哈維共同建立起來(lái)的。比利時(shí)醫(yī)生維薩里執(zhí)教于意大利帕多瓦大學(xué)，1543年，他編寫(xiě)出版了《人體構(gòu)造》一書(shū)，指出人的心臟有四個(gè)房室，為血液循環(huán)理論奠定了基礎(chǔ)。塞爾維特在《人體構(gòu)造》發(fā)表10年后，發(fā)現(xiàn)了小循環(huán)（肺循環(huán)）。稍后，在帕多瓦大學(xué)攻讀博士學(xué)位的英國(guó)醫(yī)生哈維，于1628年發(fā)表了論文《論心臟與血液的運(yùn)動(dòng)》，用不可辯駁的實(shí)驗(yàn)事實(shí)和縝密的分析，揭示了人體的大循環(huán)現(xiàn)象（體循環(huán)）。血液循環(huán)學(xué)說(shuō)理論沉重打擊了宗教神學(xué)關(guān)于人體的荒謬說(shuō)教。教會(huì)勢(shì)力因此對(duì)維薩里等人恨之入骨，殘酷迫害。并將維薩里流放，致使他在流放途中遇難，而塞爾維特則被活活燒死。課題二近代自然科學(xué)的發(fā)展一、物理學(xué)近代物理學(xué)中最先發(fā)展起來(lái)的是力學(xué)。究其原因，主要有兩個(gè)方面：一是手工工場(chǎng)時(shí)期生產(chǎn)發(fā)展的實(shí)際需要；二是力學(xué)研究的對(duì)象相對(duì)簡(jiǎn)單，它不必研究物體的物理和化學(xué)性質(zhì)，而只是把它作為一個(gè)有質(zhì)量的實(shí)體來(lái)對(duì)待。光學(xué)、熱學(xué)和電磁學(xué)是繼力學(xué)之后興起的物理學(xué)的分支學(xué)科。

1經(jīng)典力學(xué)伽利略、開(kāi)普勒和惠更斯等人是經(jīng)典力學(xué)的重要?jiǎng)?chuàng)始者。牛頓在他們研究的基礎(chǔ)上，最終建立起了經(jīng)典力學(xué)大廈。牛頓在自然科學(xué)上最重要的成就是萬(wàn)有引力定律和運(yùn)動(dòng)三定律。1609年至1619年間，德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒研究發(fā)現(xiàn)了太陽(yáng)系行星的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。牛頓把開(kāi)普勒提出的局部天體之間的引力作用，推廣到宇宙中一切物體之間，并把這種引力作用定量化，建立了萬(wàn)有引力定律。牛頓運(yùn)動(dòng)定律是經(jīng)典力學(xué)的核心。牛頓第一定律是慣性定律，它使人們認(rèn)識(shí)到力是產(chǎn)生加速度的原因；牛頓第二定律使人們認(rèn)識(shí)到，力與加速度在數(shù)量方面的關(guān)系；牛頓第三定律就是作用力與反作用力定律，這使人們認(rèn)識(shí)到自然界中沒(méi)有孤立存在的力，力總是存在于兩個(gè)相互作用的實(shí)體之間，這種作用力和反作用力正好大小相等、方向相反。2光的微粒理論和波動(dòng)理論15世紀(jì)，自然科學(xué)界對(duì)光的本性爭(zhēng)論異常激烈，形成兩種對(duì)立的觀點(diǎn)：以牛頓為代表的一些科學(xué)家認(rèn)為，光是從發(fā)光體釋放出的微小電子流，這就是微粒說(shuō)；以荷蘭科學(xué)家惠更斯（1629~1695）為代表的另一些科學(xué)家認(rèn)為，光是由發(fā)光體發(fā)出的類似聲波的一種波動(dòng)，這就是波動(dòng)說(shuō)。光的微粒說(shuō)較好地解釋了光的直進(jìn)性、反射性和折射定律，而波動(dòng)說(shuō)既可以解釋光的反射和折射現(xiàn)象，還可以解釋微粒說(shuō)無(wú)法合理解釋的光的衍射和平射等現(xiàn)象。19世紀(jì)以后，光的波動(dòng)說(shuō)被學(xué)術(shù)界普遍接受。光的微粒說(shuō)和波動(dòng)說(shuō)是光的波粒二重性的理論來(lái)源。3熱力學(xué)的建立和能量守恒原理誕生熱力學(xué)由研究蒸汽機(jī)的效率開(kāi)始，繼而研究熱和功的相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。它是能量守恒與能量轉(zhuǎn)化定律的特殊形式。能量守恒與轉(zhuǎn)化定律揭示了熱、力、電和化學(xué)等各種運(yùn)動(dòng)形式之間的轉(zhuǎn)化和統(tǒng)一性，使自然界的運(yùn)動(dòng)形式達(dá)到空前的綜合和統(tǒng)一。能量守恒與轉(zhuǎn)化定律是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一，是繼牛頓力學(xué)體系以來(lái)物理學(xué)的又一巨大成就。4電磁學(xué)的輝煌成就19世紀(jì)的電學(xué)史上，最重要的成就是發(fā)現(xiàn)了電和磁的相互轉(zhuǎn)化，同時(shí)依據(jù)電磁原理創(chuàng)立了電磁學(xué)，改變了人們關(guān)于電與磁互不相關(guān)的不正確認(rèn)識(shí)。英國(guó)科學(xué)家法拉第（1791~1867）立下了創(chuàng)建電磁學(xué)的卓越功勛，1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)磁鐵同導(dǎo)線作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)線中產(chǎn)生了電流，這就是電磁感應(yīng)。法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁感應(yīng)定律，成為指導(dǎo)電機(jī)制造的理論，開(kāi)辟了電力革命的軌跡。1864年，英國(guó)的另一位科學(xué)家麥克斯韋（1831~1879）利用當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)家的成果，把法拉第的思想用數(shù)學(xué)語(yǔ)言表述出來(lái)，概括了全部電磁現(xiàn)象。與此同時(shí)，麥克斯韋還成功地推想了電磁波的存在，認(rèn)為電磁波傳播的速度就是光傳播的速度，光是波長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)的特殊電磁波。這樣，麥克斯韋科學(xué)地闡明了光、電、磁的統(tǒng)一性原理。二、化學(xué)古代的煉金術(shù)和煉丹術(shù)中，蘊(yùn)涵了許多化學(xué)原理。從17世紀(jì)中葉到19世紀(jì)末的二三百年間，隨著資本主義的發(fā)展，采礦、冶金、制藥等工藝也迅速發(fā)展，形成了化學(xué)發(fā)展的重要時(shí)期。化學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科就是在這個(gè)時(shí)期誕生的。1化學(xué)科學(xué)的確立英國(guó)科學(xué)家波義耳通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)、總結(jié)，提出了元素這一概念。他認(rèn)為：元素是不可再分成其他物質(zhì)的最簡(jiǎn)單的純凈物質(zhì)，物質(zhì)的特性是由它所包含的元素和元素組合決定的。波義耳還把科學(xué)實(shí)驗(yàn)提到化學(xué)研究最重要的地位，他強(qiáng)調(diào)一切從實(shí)驗(yàn)中來(lái)，化學(xué)是實(shí)驗(yàn)科學(xué)。波義耳的理論為化學(xué)研究提供了重要依據(jù)，使化學(xué)成為一門獨(dú)立科學(xué)。2關(guān)于燃燒的化學(xué)研究法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫是舉世公認(rèn)的近代化學(xué)的奠基人。從1772年到1777年的五年中，他做了大量的燃燒實(shí)驗(yàn)，提出了燃燒作用的氧化學(xué)說(shuō)，真正揭開(kāi)了燃燒的秘密。拉瓦錫對(duì)化學(xué)學(xué)科的又一貢獻(xiàn)是確立了質(zhì)量守恒定律，創(chuàng)立了化學(xué)元素命名方法。3原子論的形成最先提出原子論的是英國(guó)化學(xué)家道爾頓（1766~1844），為研究物質(zhì)的性質(zhì)，他做了大量實(shí)驗(yàn)，建立了原子論，用原子概念來(lái)闡明元素、單質(zhì)和化合物的性質(zhì)。道爾頓還規(guī)定了最輕的元素氫元素的原子量為1，然后參照氫的原子量推算出各種元素的原子量。同時(shí)，這位杰出的化學(xué)家還列出了第一張?jiān)訄D像表。4化學(xué)元素周期律的發(fā)現(xiàn)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，新的元素不斷被人們發(fā)現(xiàn)，對(duì)各種元素性質(zhì)的比較和分類成了化學(xué)研究的重要課題。到1896年，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)的化學(xué)元素達(dá)63種之多。1869年2月，俄國(guó)化學(xué)家門捷列夫（1834~1895）發(fā)現(xiàn)了化學(xué)元素周期律。根據(jù)元素周期性排列，他還大膽預(yù)言了十幾種未知元素的存在及它們的性質(zhì)。這些預(yù)言多數(shù)為后來(lái)的實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。5有機(jī)化學(xué)的建立有機(jī)化學(xué)是化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要分支學(xué)科。1824年，年僅24歲的德國(guó)學(xué)者維勒，用無(wú)機(jī)物氰和氨水合成了有機(jī)物尿素，為有機(jī)化學(xué)的建立作出了里程碑式的貢獻(xiàn)。此前，化學(xué)界和生物學(xué)界一致認(rèn)為：有機(jī)物只能來(lái)源于有生命的動(dòng)植物。尿素的人工合成給有機(jī)物神秘活力論以致命的打擊。此后，人們又以無(wú)機(jī)物為原料，先后合成了醋酸、檸檬酸、蘋果酸以及糖類和油脂等許多有機(jī)物。到了19世紀(jì)50年代后期，有機(jī)合成開(kāi)始進(jìn)入工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。人們?cè)谟袡C(jī)合成實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，開(kāi)始了煤焦油的綜合利用，陸續(xù)合成了染料、藥物、香料和糖精，迅速發(fā)展了以煤焦油為原料的有機(jī)合成工業(yè)。有機(jī)化學(xué)成為一門獨(dú)立的學(xué)科。三、生物學(xué)近代生物學(xué)的成就以細(xì)胞學(xué)說(shuō)和達(dá)爾文的進(jìn)化論影響最大。16~17世紀(jì)，解剖學(xué)和生理學(xué)經(jīng)歷了血的洗禮，導(dǎo)致此后百余年生物學(xué)發(fā)展緩慢，僅僅停留在收集材料階段。這一時(shí)期，產(chǎn)生了分類學(xué)。18世紀(jì)50年代，瑞典科學(xué)家林耐（1707~1778）創(chuàng)立了科學(xué)的分類體系，理清了當(dāng)時(shí)分類學(xué)混亂的局面。19世紀(jì)初，法國(guó)的科學(xué)專著中，首次出現(xiàn)了“生物學(xué)”的概念?？茖W(xué)家在解剖學(xué)、胚胎學(xué)、古生物學(xué)和動(dòng)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)等研究的基礎(chǔ)上，對(duì)生物科學(xué)進(jìn)行了新的分化和綜合，使之逐步形成了完整的學(xué)科體系。1細(xì)胞學(xué)說(shuō)的創(chuàng)立在細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立上具有開(kāi)創(chuàng)之功的是英國(guó)物理學(xué)家羅伯特?胡克（1635~1703）。1665年，羅伯特用顯微鏡觀察軟木片時(shí)，發(fā)現(xiàn)許多小室，他把這種小室稱做細(xì)胞。此后，荷蘭、意大利和英國(guó)的一些生物學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)同樣的現(xiàn)象。19世紀(jì)后，隨著生物學(xué)基礎(chǔ)研究的深化和顯微鏡技術(shù)的改進(jìn)，科學(xué)家對(duì)細(xì)胞的觀察有了許多新的進(jìn)展，取得了一系列新的成果。1838年，德國(guó)植物學(xué)家施萊登在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了細(xì)胞是一切植物結(jié)構(gòu)的基本單位的論斷，同時(shí)他還提出，細(xì)胞也是一切植物賴以發(fā)展的根本實(shí)體。1839年，德國(guó)動(dòng)物學(xué)家施旺天才地將這一學(xué)說(shuō)擴(kuò)展到動(dòng)物界，從而形成了系統(tǒng)的細(xì)胞學(xué)說(shuō)。這一學(xué)說(shuō)的核心是：細(xì)胞是一切有機(jī)物體結(jié)構(gòu)和發(fā)育的基本單位，有機(jī)體的發(fā)育，就是細(xì)胞的形成和分化過(guò)程。細(xì)胞學(xué)說(shuō)的建立，證明了有機(jī)體在結(jié)構(gòu)和發(fā)育上的統(tǒng)一性，是生物科學(xué)發(fā)展史上的重大綜合。2生物進(jìn)化論達(dá)爾文是生物進(jìn)化論的創(chuàng)立者。18~19世紀(jì)的比較解剖學(xué)、胚胎學(xué)和古生物學(xué)的發(fā)展，給進(jìn)化論的產(chǎn)生提供了前提和條件；歷時(shí)５年的貝格爾號(hào)艦的環(huán)球考察，是促使達(dá)爾文成為進(jìn)化論者的直接動(dòng)力。特別是在南美考察了解到的大量事實(shí)，使達(dá)爾文萌生了物種可變的思維，經(jīng)過(guò)20余年的艱苦研究，他于1859年11月24日正式出版了舉世公認(rèn)的科學(xué)巨著《物種起源》，對(duì)生物進(jìn)化論進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。自然選擇學(xué)說(shuō)是生物進(jìn)化論最核心的思想，這一學(xué)說(shuō)的要點(diǎn)是：生物的變異是普遍存在的，自然界通過(guò)生存競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)生物進(jìn)行留優(yōu)去劣的選擇，使適合于生物生存的有利條件，通過(guò)遺傳得到積累而逐漸形成新種。這就是著名的“物競(jìng)天擇，適者生存”的理論。無(wú)獨(dú)有偶，英國(guó)生物學(xué)家華萊士，幾乎在同時(shí)獨(dú)立地提出通過(guò)自然選擇而促使生物進(jìn)化的理論。事實(shí)證明，19世紀(jì)后葉進(jìn)化論的產(chǎn)生和確立已成為歷史的必然。模塊三現(xiàn)代科技發(fā)展趨勢(shì)改革開(kāi)放30年來(lái)，中國(guó)科技研究取得了舉世矚目的輝煌成就，對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。袁隆平主持的“超級(jí)雜交稻選育研究”成果大幅度地提高水稻產(chǎn)量，對(duì)于保障21世紀(jì)我國(guó)糧食安全具有重要意義，也對(duì)世界糧食生產(chǎn)作出不容忽視的重要貢獻(xiàn)。高性能通用微處理芯片——“龍芯1號(hào)”CPU的研制成功，改變了中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)無(wú)芯片的歷史。酵母丙氨酸和天然青蒿素的人工合成，丙綸級(jí)聚丙烯樹(shù)脂的研制都具有經(jīng)濟(jì)上的重大應(yīng)用價(jià)值。一些重大科技工程的勝利完成，對(duì)于提升我國(guó)的國(guó)力和國(guó)際地位起到了良好作用。首次載人航天飛行和嫦娥一號(hào)發(fā)射的成功，全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗(yàn)裝置的建成都是明顯例證。研究方法和成果應(yīng)用方面的創(chuàng)新同樣對(duì)科學(xué)發(fā)展具有重要意義。對(duì)全國(guó)糧食產(chǎn)量采取新的社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)預(yù)測(cè)法，可以有半年預(yù)測(cè)提前期，并降低預(yù)測(cè)誤差。將東亞大氣環(huán)流等研究成果發(fā)展成為中國(guó)天氣預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)模式，可以做出較好的72h數(shù)值天氣預(yù)報(bào)。提出哈密爾頓系統(tǒng)效率幾何算法也開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)計(jì)算科學(xué)的前沿陣地。事實(shí)聚焦——中國(guó)科技研究碩果累累模塊三現(xiàn)代科技發(fā)展趨勢(shì)一些基礎(chǔ)研究成果明顯推進(jìn)了各個(gè)學(xué)科的發(fā)展。澄江古生物化石群的發(fā)現(xiàn)與研究是當(dāng)代古生物學(xué)上的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。夏商周三代分界的推定解決了中國(guó)古代史上的一大難題。特別是中國(guó)科學(xué)家在6個(gè)參與國(guó)中率先繪制出人類基因組“中國(guó)卷”完成圖，更為破譯人類基因密碼作出了自己的貢獻(xiàn)。30年來(lái)，我國(guó)科技基礎(chǔ)設(shè)施大為改善。10萬(wàn)億次高性能計(jì)算機(jī)、“曙光1000”大規(guī)模并行計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)、“神光”高功率激光裝置、高分辨率掃描輻射計(jì)、超長(zhǎng)定向碳納米管陣列等，都是重大科技設(shè)施研制的范例。我國(guó)在跟進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家科技研究前沿方面，特別是一些大規(guī)模的、方向明確的科技工程方面，如航天、核技術(shù)，取得了顯著成效。事實(shí)聚焦——中國(guó)科技研究碩果累累（續(xù)）課題一科學(xué)技術(shù)經(jīng)歷了突破性進(jìn)展20世紀(jì)以來(lái)，物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域，都發(fā)生了空前的革命，拓展了廣闊的研究空間，極大地改變了人類的生產(chǎn)生活條件，推動(dòng)了整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的變革。一、物理學(xué)領(lǐng)域的突破20世紀(jì)初產(chǎn)生了持續(xù)30年的物理學(xué)革命。19世紀(jì)末，科學(xué)家相繼發(fā)現(xiàn)了X射線、放射線和電子，對(duì)于這些物理現(xiàn)象，古典物理學(xué)難以作出正確回答，使古典物理學(xué)陷入了危機(jī)?？茖W(xué)家建立了以相對(duì)論和量子論為支柱的現(xiàn)代物理學(xué)理論體系，使人類對(duì)物理、能量、空間、時(shí)間、運(yùn)動(dòng)和因果性的認(rèn)識(shí)，發(fā)生了根本變化（圖1-5）。二、化學(xué)領(lǐng)域的巨變20世紀(jì)化學(xué)的發(fā)展與人類的生產(chǎn)生活聯(lián)系十分密切，對(duì)人類的進(jìn)步產(chǎn)生了十分重要的作用。原子理論的成熟，使人們逐步認(rèn)識(shí)了原子內(nèi)部的奧秘。20世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)有了更深入的認(rèn)識(shí)，并建立起分子工程學(xué)。人們能夠通過(guò)理論計(jì)算，像設(shè)計(jì)建筑物那樣，根據(jù)生產(chǎn)生活需要設(shè)計(jì)出新分子、新材料和新產(chǎn)品。高分子設(shè)計(jì)、藥物設(shè)計(jì)、合金設(shè)計(jì)都顯示了巨大的實(shí)際應(yīng)用效果。三、生物學(xué)領(lǐng)域的飛躍現(xiàn)代科技已揭示了遺傳物質(zhì)ＤＮＡ的結(jié)構(gòu)和遺傳密碼，真正揭示了遺傳的奧秘，取得了劃時(shí)代的突破。新興學(xué)科分子生物學(xué)已經(jīng)構(gòu)建成功，其中遺傳工程已能生產(chǎn)人的胰島素、干擾素等。航天育種、轉(zhuǎn)基因工程、克隆技術(shù)等都廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)領(lǐng)域，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。課題二現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的趨勢(shì)和作用一、科學(xué)走向新的綜合20世紀(jì)以來(lái)，人們的視野在“微觀”和“宏觀”兩方面都擴(kuò)大了10萬(wàn)倍以上。宏觀視野已能從直徑10萬(wàn)光年拓寬到200億光年的大宇宙，微觀視野已能深入到10-15cm的基本粒子內(nèi)部。人類對(duì)自然界從基本粒子、原子、分子、細(xì)胞、生物個(gè)體到地殼、天體、宇宙，都有了比較深入的了解（圖1-6）。特別是分子生物學(xué)的出現(xiàn)，使物理科學(xué)和生命科學(xué)緊密結(jié)合在一起。在技術(shù)領(lǐng)域中，隨著電子技術(shù)的發(fā)展和電子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，綜合技術(shù)在科技發(fā)展中逐步起到主導(dǎo)作用。

二、科學(xué)技術(shù)的三大作用科學(xué)技術(shù)成為第一生產(chǎn)力科學(xué)技術(shù)使人類生活發(fā)生巨變科學(xué)技術(shù)已成為當(dāng)代社會(huì)的時(shí)代特征課題三21世紀(jì)人們關(guān)注的自然科學(xué)問(wèn)題一、能源2008年6月以來(lái)，國(guó)際油價(jià)持續(xù)走高，引發(fā)了人們對(duì)能源問(wèn)題的進(jìn)一步關(guān)注。自然科學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家、社會(huì)學(xué)家、政府要員、普通百姓都對(duì)能源問(wèn)題有了新的思考。蒸汽機(jī)是人類認(rèn)識(shí)和利用自然資源的杰作，它的研發(fā)和應(yīng)用具有劃時(shí)代的意義，它使人類從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，是一次生產(chǎn)技術(shù)上的根本性變革。電能的出現(xiàn)和應(yīng)用全面推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)和人們生產(chǎn)生活水平的快速發(fā)展，進(jìn)而推動(dòng)了社會(huì)的進(jìn)步。核能的問(wèn)世，揭開(kāi)了自然科學(xué)發(fā)展史新的一頁(yè)。核能的發(fā)現(xiàn)，使人類找到了新的“火種”，使人類生產(chǎn)生活有了更加質(zhì)優(yōu)、量大、清潔的新能源。

二、環(huán)境環(huán)境對(duì)于人類是相當(dāng)重要的，因?yàn)樯Q于它所依存、適應(yīng)的環(huán)境。地球表面的物理、化學(xué)環(huán)境，是決定哪些物種能夠生存下來(lái)的自然選擇場(chǎng)所。環(huán)境的優(yōu)劣與生長(zhǎng)在這個(gè)環(huán)境中的生物有著密切關(guān)系，地球表面及大氣圈和海洋成分的變化，也都是受到生物進(jìn)化的反饋影響。如果沒(méi)有與現(xiàn)在大氣成分不同的原始大氣圈，就無(wú)法形成大的有機(jī)分子；同樣，如果沒(méi)有早期生命使含氧的空氣“純化”，也就不會(huì)有高級(jí)生命形態(tài)發(fā)育的環(huán)境，更不會(huì)有人類的誕生。人類在改造自然方面遙遙領(lǐng)先于其他生物，但事與愿違的反面影響也是巨大的。當(dāng)今世界，人口、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的活動(dòng)導(dǎo)致人類生存環(huán)境變化的作用在日益增大，這使人類面臨著一系列重大而緊迫的全球性環(huán)境問(wèn)題。三、信息信息是生命系統(tǒng)、機(jī)器系統(tǒng)、自然系統(tǒng)等在同外部世界進(jìn)行交換的過(guò)程中所特有的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式。信息雖然不是物質(zhì)，也不是能量，但在傳遞過(guò)程中必須借助物質(zhì)載體，并且要消耗能量；儲(chǔ)存信息時(shí)，同樣需要物質(zhì)和能量。人腦、電腦、錄音帶、錄像帶、磁盤、遺傳細(xì)胞等都能存儲(chǔ)信息；聲波、廣播、書(shū)籍、電視、網(wǎng)絡(luò)等都能傳遞信息。信息技術(shù)已成為當(dāng)今世界科技浪潮的主流，并被認(rèn)為是最重要的資源和戰(zhàn)略財(cái)富，是科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)。有人把信息產(chǎn)業(yè)定位為“第四產(chǎn)業(yè)”，足見(jiàn)信息的重要作用。技能訓(xùn)練——空氣中灰塵自然沉降量的