物理學(xué)前沿第一章物理學(xué)與高科技

物理學(xué)基礎(chǔ)與前言專題課程主要參考書[1]王順金主編.物理學(xué)前沿——問題與基礎(chǔ).北京：科學(xué)出版社，2013物理學(xué)是基礎(chǔ)學(xué)科，每一次物理學(xué)中的重大發(fā)現(xiàn)都對科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和更新都有深遠的影響，反過來，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都需要物理學(xué)基礎(chǔ)知識和前言知識?？茖W(xué)技術(shù)與社會經(jīng)濟密切相關(guān)，物理學(xué)更是如此，因此，對物理學(xué)的發(fā)展的前沿問題的討論，應(yīng)當(dāng)放在社會經(jīng)濟發(fā)展的背景下來考察。1.科學(xué)技術(shù)1.1科學(xué)科學(xué)和文化一樣，是個難以界定的名詞，人們更多地是從一個側(cè)面對其本質(zhì)特征加以揭示和描述。以英國著名科學(xué)家J．D．貝爾納·（1901—1971）為代表的科學(xué)家們認為，科學(xué)在不同時期、不同場合有不同意義?？茖W(xué)有若干種解釋，每一種解釋都反映出科學(xué)某一方面的本質(zhì)特征。到目前為止，也還沒有任何一個人給科學(xué)下的定義為世人所公認。由于科學(xué)本身也在發(fā)展，人們對它的認識不斷深化，給科學(xué)下一個永世不變的定義，是難以做到的?，F(xiàn)在，讓我們沿著歷史的軌跡，把眾多的科學(xué)定義、解釋加以概括，提出為多數(shù)人可以接受的共同概念，通過這一概念的闡述以加深我們對“科學(xué)”的理解和認識。1.科學(xué)技術(shù)1.1.1科學(xué)是人對客觀世界的認識，是反映客觀事實和規(guī)律的知識準(zhǔn)確掌握科學(xué)這個概念的實質(zhì)，主要的是加深對“事實”和“規(guī)律”的認識。事實可以是歷史事實、社會事實、自然界的事實和其他事實，科學(xué)就是發(fā)現(xiàn)人們未知的事實，如化學(xué)家發(fā)現(xiàn)的新元素，經(jīng)濟學(xué)家發(fā)現(xiàn)的資本主義經(jīng)濟危機，都是事實。發(fā)現(xiàn)這些人所未知的事實的人，就是科學(xué)家。美國科學(xué)家H.戴維（1778－1829）發(fā)現(xiàn)的鉀和鈉，盡管它在世界上早就存在，但過去沒有人發(fā)現(xiàn)過，那是因為以前沒有電解技術(shù)能把它們分離出來，戴維把它們分離出來了，使人們看到了，所以他成了科學(xué)家。又如居里夫人（1867－1934）發(fā)現(xiàn)鐳、釙等天然放射性元素。原蘇聯(lián)經(jīng)濟學(xué)家N．D．康德拉季耶夫（1892－）發(fā)現(xiàn)的資本主義經(jīng)濟“長波理論”，至今還被許多經(jīng)濟著作引用，這是因為大家承認他發(fā)現(xiàn)的是事實。1.科學(xué)技術(shù)康德拉季耶夫的資本主義經(jīng)濟“長波理論”“長波理論”是1926年俄國經(jīng)濟學(xué)家康德拉季耶夫提出的一種為期50-60年的經(jīng)濟周期。該周期理論認為，從18世紀(jì)末期以后，經(jīng)歷了三個長周期。第一個長周期從1789年到1849年，上升部分為25年，下降部分35年，共60年。第二個長周期從1849年到1896年，上升部分為24年，下降部分為23年，共47年。第三個長周期從1896年起，上升部分為24年，1920年以后進入下降期。強調(diào)用資本主義經(jīng)濟的內(nèi)在原因而非外來得偶發(fā)因素解釋長波起因，將經(jīng)濟長波歸因于主要固定資本產(chǎn)品的更新?lián)Q代引起的經(jīng)濟平衡的破壞與恢復(fù)。1.科學(xué)技術(shù)什么是規(guī)律呢？人類在生產(chǎn)生活實踐中發(fā)現(xiàn)事物之間有千絲萬縷的聯(lián)系，這種聯(lián)系就是規(guī)律。這種反映客觀事實之間聯(lián)系的準(zhǔn)確判斷就是發(fā)現(xiàn)了規(guī)律，這種規(guī)律，就是學(xué)問，就是知識，也就是科學(xué)了。這里所說的聯(lián)系或規(guī)律，也稱法則，即事物發(fā)展過程中事物之間內(nèi)在的、本質(zhì)的、必然的聯(lián)系。它是在一定條件下可以反復(fù)出現(xiàn)的，是客觀的。人們只能發(fā)現(xiàn)它，但不能創(chuàng)造它。1.科學(xué)技術(shù)1.1.2科學(xué)是反映客觀事實和規(guī)律的知識體系20世紀(jì)初，人們認識到科學(xué)是由很多門類交織組成的知識體系。此時，數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、天文、地理、生物等基礎(chǔ)科學(xué)和電力、機械、建筑、鋼鐵、醫(yī)藥等工程科學(xué)及管理科學(xué)都比較成熟了?？茖W(xué)已不只是事實或規(guī)律的知識單元，而是由這些知識單元組成學(xué)科，學(xué)科又組成學(xué)科群，形成了一個多層次組成的體系?？茖W(xué)家是系統(tǒng)掌握某一方面知識并能利用這些知識對諸多現(xiàn)象作出解釋的人?？茖W(xué)史表明，科學(xué)家不只是知識的發(fā)現(xiàn)者，更重要的還是知識的綜合者。因此，大部分辭書給科學(xué)下的定義都強調(diào)“科學(xué)是知識體系”，認為“科學(xué)是關(guān)于自然、社會和思維的知識體系”，科學(xué)是反映客觀事實和規(guī)律的知識體系。1.科學(xué)技術(shù)1.1.3科學(xué)是一項反映客觀事實和規(guī)律的知識體系相關(guān)活動的事業(yè)第二次世界大戰(zhàn)以后，人們的科學(xué)概念發(fā)生了巨大變化。那種把科學(xué)概念仍停留在本世紀(jì)初，認為只是反映事實和規(guī)律的普遍客觀真理的知識體系的認識已經(jīng)不夠了?？茖W(xué)研究經(jīng)過16世紀(jì)伽利略時代個體活動到17世紀(jì)牛頓的松散群眾組織皇家學(xué)會時代，又到愛迪生（1847—1931）的“實驗工廠”的集體研究時代，爾后是本世紀(jì)40年代美國實現(xiàn)曼哈頓計劃研制出原子彈的國家規(guī)模建制的時代，最后是今天國際合作的跨國建制時代。自戰(zhàn)后科學(xué)活動進入國家規(guī)模以來，人們已把科學(xué)稱為“大科學(xué)”，認為“科學(xué)是一種建制”，即科學(xué)已成為一項國家事業(yè)，從而使企業(yè)和政府都直接參與了科學(xué)事業(yè)，實現(xiàn)了科學(xué)家與企業(yè)家、政治家的結(jié)合。1.科學(xué)技術(shù)1.2技術(shù)技術(shù)——人類在利用自然和改造自然的過程中積累起來并在生產(chǎn)勞動中體現(xiàn)出來的經(jīng)驗和知識，也泛指其他操作方面的技巧。古希臘亞里士多德曾把技術(shù)看作是制作的智慧。在羅馬時代，工程技術(shù)發(fā)達，人們對技術(shù)不只看到“制作”這實的方面，也看到了是“知識形態(tài)”虛的方面。17世紀(jì)，英國培根（1561—1626）曾提出要把技術(shù)作為操作性學(xué)問來研究。德國哲學(xué)家康德（1724－1804）也曾在《判斷力批判》中討論過技術(shù)。爾后人們提出了“技術(shù)論”。到18世紀(jì)末，法國科學(xué)家狄德羅（1713－1784）在他主編的《百科全書》條目中開始列入了“技術(shù)”條目。他指出：“技術(shù)是為某一目的共同協(xié)作組成的各種工具和規(guī)則體系”。許多辭書上的技術(shù)定義，基本上沒有超出狄德羅的技術(shù)概念范疇。1.科學(xué)技術(shù)1.3技術(shù)與科學(xué)的關(guān)系科學(xué)與技術(shù)是辯證統(tǒng)一的整體，科學(xué)中有技術(shù)，如物理學(xué)有實驗技術(shù)；技術(shù)中也有科學(xué)，如杠桿、滑車等也有力學(xué)。技術(shù)產(chǎn)生科學(xué)，如射電望遠鏡的發(fā)明與使用，產(chǎn)生了射電天文學(xué)；科學(xué)也產(chǎn)生技術(shù)，著名例證，如下所示：1831年發(fā)現(xiàn)電機原理1882年、生產(chǎn)出發(fā)電機1862年發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機原理1876年生產(chǎn)出內(nèi)燃機1925年發(fā)現(xiàn)雷達原理1935年制造出雷達1928年發(fā)現(xiàn)青霉素1943年生產(chǎn)出青霉素1938年發(fā)現(xiàn)核裂變1945年造出原子彈1948年發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體1954年生產(chǎn)出半導(dǎo)體收音機科學(xué)是創(chuàng)造知識的研究，技術(shù)是綜合利用知識于需要的研究。1.科學(xué)技術(shù)1.4科學(xué)與技術(shù)的區(qū)別：1.4.1目的不同：科學(xué)的目的在于解決理論性問題；技術(shù)的目的主要是為了解決生產(chǎn)實施性問題。（科學(xué)回答的是“是什么”、“為什么”，技術(shù)回答的是“做什么”、“怎么做”）1.4.2任務(wù)不同：科學(xué)的任務(wù)在于探索自然現(xiàn)象存在什么客觀規(guī)律，以形成科學(xué)基本原理與定律；技術(shù)的任務(wù)則是圍繞社會經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展需要，研究采用什么措施才能制造出產(chǎn)品與提高產(chǎn)品質(zhì)量。（科學(xué)提供物化的可能，技術(shù)提供物化的現(xiàn)實）1.科學(xué)技術(shù)1.4.3科學(xué)一直是公開的，技術(shù)是比較保密的：科學(xué)一直是公開的，是沒有什么直接的經(jīng)濟利益可收的；技術(shù)則不同，生產(chǎn)技術(shù)是直接與經(jīng)濟利益掛鉤的，為了壟斷技術(shù)發(fā)明權(quán)的經(jīng)濟利益，故技術(shù)是比較保密的、不公開的。（科學(xué)是發(fā)現(xiàn)，技術(shù)是發(fā)明）區(qū)別科學(xué)與技術(shù)的目的，不是將它們分開，而是要更好的統(tǒng)一考慮。注重技術(shù)時要想到科學(xué)，注重科學(xué)時要考慮技術(shù)。對于科學(xué)來說，技術(shù)是科學(xué)的延伸；對于技術(shù)來說，科學(xué)是技術(shù)的升華。1.科學(xué)技術(shù)

科學(xué)技術(shù)現(xiàn)已成為一個統(tǒng)稱。這是因為技術(shù)必須有科學(xué)理論的指導(dǎo)才能提高，而科學(xué)又必須靠技術(shù)所創(chuàng)造的物質(zhì)基礎(chǔ)才能獲得發(fā)展，二者這種不可分割的聯(lián)系，便有機地構(gòu)成了科學(xué)技術(shù)的統(tǒng)稱。1.科學(xué)技術(shù)2.三次技術(shù)革命技術(shù)革命：指生產(chǎn)技術(shù)上的根本變革。例如從用體力、畜力生產(chǎn)改為用蒸汽做動力生產(chǎn)，用手工工具生產(chǎn)改為用機器生產(chǎn)。2.1第一次技術(shù)革命：是以英國為代表的蒸汽機時代。1774年，英國格拉斯哥大學(xué)的一名年輕的儀器修理工人瓦特，針對紐可門蒸汽機存在缺點，參考了不少熱力學(xué)有關(guān)資料，請教了校內(nèi)布拉克教授，認真對紐可門蒸汽機進行分析研究。1776年，第一臺實用型瓦特蒸汽機便開始在布魯姆菲爾德煤礦投入使用。瓦特蒸汽機與已有的紐可門蒸汽機相比有很大優(yōu)勢，它可以提高工效5倍；可以節(jié)約燃料75％；與任何工具機連接都可使用。工業(yè)革命對動力機械的迫切需要促進了蒸汽機的發(fā)明與改進，故一當(dāng)蒸汽機獲得了實用的時候，很快便得到了廣泛的采用。2.三次技術(shù)革命2.2第二次技術(shù)革命：是以歐美19世紀(jì)下半葉至20世紀(jì)初興起的電氣時代。蒸汽機不僅笨重，而且效率低，啟動不方便，逐漸被內(nèi)燃機、汽輪機和燃氣輪機所代替。而內(nèi)燃機和其他一系列新型熱機的出現(xiàn)，雖然效率有了提高，啟動方便，但也不能把產(chǎn)生出來的機械能分散輸送到各地方工作機使用，只能適應(yīng)機動的汽車、機車、飛機和固定集中的工作機使用。科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)完成了開發(fā)和使用電能的全部準(zhǔn)備，于是便又發(fā)生了近代技術(shù)史上的第二次動力技術(shù)革命——用電力代替直接使用蒸汽動力的革命。靜電現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，早在古代希臘的泰利斯的著作中便有記載，我國東漢時期的王充也有“頓率掇齊”的描述，意思是琥珀經(jīng)過磨擦后，能吸引輕微物體。然而電能真正為人們生產(chǎn)所使用，一直到19世紀(jì)中葉才開始。靜電現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)后，人們經(jīng)過漫長的歲月，才從靜電時代進入電動時代。電力技術(shù)的成功，使美、歐、日紛紛把電力建設(shè)作為國家承建工程的重點。美、歐、日超大型電力系統(tǒng)、以電為中心的超大型聯(lián)合企業(yè)和國家電氣化計劃紛紛建立和籌劃。世界范圍內(nèi)興起的電氣化熱潮，使人類迎來了“電氣化世紀(jì)”，完成了第二次技術(shù)革命。2.三次技術(shù)革命2.3第三次技術(shù)革命：第三次技術(shù)革命的基礎(chǔ)：實驗基礎(chǔ)：1895年德國慕尼黑維爾茨堡大學(xué)校長兼物理研究所長、物理學(xué)教授倫琴發(fā)現(xiàn)X射線（倫琴射線），人們?yōu)榱思o(jì)念他的偉大發(fā)現(xiàn)1901年，倫琴榮獲世界首次頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎。1897年英國湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子，證實電子的普遍存在，是具有非常重大的歷史意義。它首先打開了原子不可再分觀念，使人們清楚認識到物質(zhì)結(jié)構(gòu)是有層次的。湯姆遜因發(fā)現(xiàn)電子而榮獲1906年度的諾貝爾物理學(xué)獎。2.三次技術(shù)革命放射性元素的發(fā)現(xiàn)：1896年法國物理學(xué)家貝克勒爾為求證熒光或磷光物質(zhì)是倫琴射線的來源，發(fā)現(xiàn)鈾具有放射性現(xiàn)象。并發(fā)現(xiàn)空氣被鈾化合物發(fā)出的射線所電離；1898年7月波蘭裔的法國女科學(xué)家瑪麗.居里與他的丈夫法國科學(xué)家皮埃爾.居里提煉出比純鈾強度大400倍的放射性元素，并命名為釙，以表明將她的成就作為紀(jì)念祖國波蘭的意思。同年12月發(fā)現(xiàn)比純鈾強度大900多倍的放射性元素鐳。釙與鐳兩種放射性元素相繼發(fā)現(xiàn)是物理學(xué)史上、甚至是科學(xué)史上空前偉大的發(fā)現(xiàn)，從此，開辟了放射性科學(xué)的新園地，同時也開創(chuàng)原子物理學(xué)新紀(jì)元。居里夫婦及貝克勒爾共同榮獲1903年度的諾貝爾物理學(xué)獎。2.三次技術(shù)革命理論基礎(chǔ)：1900年德國物理學(xué)家普朗克從熱輻射和原子光譜的關(guān)系中，建立了量子論。它的對象是原子、分子、以及其他粒子，是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)。1905年德國猶太物理學(xué)家愛因斯坦首先建立了狹義相對論。提出了與傳統(tǒng)概念截然不同的時間與空間相對性概念。此后，再又根據(jù)自由落體速度與物體重量無關(guān)的現(xiàn)實，結(jié)合自己建立狹義相對論引申出引力場與非慣性系統(tǒng)等效關(guān)系，在1916年建立了廣義相對論。狹義相對論不僅能解決了電磁場變換問題，而且成為了今天高能物理和原子能應(yīng)用的基礎(chǔ)。對于宇宙結(jié)構(gòu)方面，廣義相對論是一門主要的理論基礎(chǔ)。2.三次技術(shù)革命技術(shù)的發(fā)展，是以自然科學(xué)為理論基礎(chǔ)的。19世紀(jì)末和20世紀(jì)初，在物理學(xué)方面，由于電子、X射線、放射性元素的發(fā)現(xiàn)，以及相對論和量子論的創(chuàng)立，導(dǎo)致了物理學(xué)和其他自然科學(xué)的革命性變革，在此基礎(chǔ)上使物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、天文學(xué)和地學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)從經(jīng)典形態(tài)發(fā)展到現(xiàn)代形態(tài)。產(chǎn)生了一批嶄新的交叉自然科學(xué)，使自然科學(xué)理論發(fā)展到新的現(xiàn)代水平，為第三次技術(shù)革命創(chuàng)造了良好的實驗基礎(chǔ)與理論基礎(chǔ)。這一龐大的現(xiàn)代自然科學(xué)群為高技術(shù)的誕生和發(fā)展提供了基礎(chǔ)理論背景和前提條件。2.三次技術(shù)革命第三次技術(shù)革命是以20世紀(jì)40年代開始發(fā)展的原子能、電子技術(shù)、激光、生物工程等應(yīng)用時代。是以微電子技術(shù)，信息技術(shù)、生物工程技術(shù)、新材料、新能源、航天、海洋，和核技術(shù)等新興技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用為特點。這些技術(shù)發(fā)展將使社會的生產(chǎn)和生活發(fā)生巨大的影響。新的科學(xué)技術(shù)項目不斷地還在增長，突出地顯示出了第三次技術(shù)革命所出現(xiàn)的科學(xué)發(fā)展盛況。據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)在已有二千多種科學(xué)技術(shù)了，并且還在繼續(xù)出現(xiàn)新的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，在這滾滾的科學(xué)技術(shù)發(fā)展洪流中，新能源技術(shù)、信息技術(shù)、新材料技術(shù)、生物技術(shù)、航天技術(shù)、海洋技術(shù)已經(jīng)形成了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流，是我們當(dāng)前發(fā)展科學(xué)技術(shù)主攻方向。2.三次技術(shù)革命3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟科學(xué)技術(shù)與社會經(jīng)濟密切相關(guān)，物理學(xué)更是如此，因此，對物理學(xué)的發(fā)展的前沿問題的討論，應(yīng)當(dāng)放在社會經(jīng)濟發(fā)展的背景下來考察。3.1知識經(jīng)濟時代人類社會大體經(jīng)歷了三個經(jīng)濟時代3.1.1漫長低級的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟時代。這一時代的持續(xù)時間大體是公元前5000年至公元16世紀(jì)。其特點：社會經(jīng)濟主要是依賴自然界的養(yǎng)殖業(yè)與農(nóng)業(yè)；生產(chǎn)力低下，經(jīng)濟的區(qū)域性強；社會生產(chǎn)對環(huán)境的破壞力小，人與自然和諧發(fā)展。這一經(jīng)濟時代的成就是造就了古代文明。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟3.1.2高速增長的工業(yè)經(jīng)濟時代。這一時代的持續(xù)時間是17-20世紀(jì)。以機械工業(yè)為骨干，其特點：經(jīng)濟社會以蒸汽機、內(nèi)燃機、電力等為動力，以機械工業(yè)為骨干，以自然資源為原料；生產(chǎn)力高度發(fā)展，生產(chǎn)社會化與全球化的程度很高；社會生產(chǎn)對環(huán)境的破壞很大。這一經(jīng)濟時代的成就就是造就了現(xiàn)代文明。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟3.1.3科學(xué)合理的知識經(jīng)濟時代。這一時代可以認為從21世紀(jì)正式開始。其特點是：整個社會的生活和生產(chǎn)均以知識為基礎(chǔ)，科技知識和人文知識及其相應(yīng)的信息支撐著社會經(jīng)濟生產(chǎn)中的生產(chǎn)、流通、管理、分配、消費等各個環(huán)節(jié)；勞動者熟練地運用高科技知識，知識本生成為產(chǎn)品和商品；自然資源得到合理的利用，生產(chǎn)和經(jīng)濟保持可持續(xù)發(fā)展；生產(chǎn)和經(jīng)濟正真實現(xiàn)全球化；在社會生產(chǎn)和生活中，強調(diào)對地球環(huán)境的保護，實現(xiàn)社會、人與自然的和諧發(fā)展。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟3.2支撐知識經(jīng)濟的高科技以知識為基礎(chǔ)的經(jīng)濟，需要高科技的支撐。從近期和可預(yù)見的未來看，以下科技將對知識經(jīng)濟的形成和發(fā)展起比較大的作用。3.2.1信息技術(shù)：知識經(jīng)濟的發(fā)展將伴隨著社會信息化時代的到來，而社會信息化是計算機技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的，所有上述技術(shù)都是以物理學(xué)和自然科學(xué)為基礎(chǔ)的。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟信息技術(shù)是高科技的前導(dǎo)。信息技術(shù)主要是指信息的獲取、傳遞、處理等技術(shù)。信息技術(shù)以微電子技術(shù)為基礎(chǔ)，包括通信技術(shù)、自動化技術(shù)、微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、光導(dǎo)技術(shù)、計算機技術(shù)和人工智能技術(shù)等。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟1）信息技術(shù)推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級信息技術(shù)代表著當(dāng)今先進生產(chǎn)力的發(fā)展方向，信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用使信息的重要生產(chǎn)要素和戰(zhàn)略資源的作用得以發(fā)揮，使人們能更高效地進行資源優(yōu)化配置，從而推動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)不斷升級，提高社會勞動生產(chǎn)率和社會運行效率。就傳統(tǒng)的工業(yè)企業(yè)而言，信息技術(shù)在以下幾個層面推動著企業(yè)升級：3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟（1）將信息技術(shù)嵌入到傳統(tǒng)的機械、儀表產(chǎn)品中，促進產(chǎn)品”智能化”、“網(wǎng)絡(luò)化”，是實現(xiàn)產(chǎn)品升級換代的重要方向；這項工作往往被稱為“機電一體化”；（2）計算機輔助設(shè)計技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計技術(shù)可顯著提高企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力；3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟（3）利用計算機輔助制造技術(shù)或工業(yè)過程控制技術(shù)實現(xiàn)對產(chǎn)品制造過程的自動控制，可明顯提高生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和成品率；（4）利用信息系統(tǒng)實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營管理的科學(xué)化，統(tǒng)一整合調(diào)配企業(yè)人力物力和資金等資源，實現(xiàn)整體優(yōu)化；（5）利用互聯(lián)網(wǎng)開展電子商務(wù)，進行供銷鏈和客戶關(guān)系管理，促使企業(yè)經(jīng)營思想和經(jīng)營方式的升級，可提高企業(yè)的市場競爭力和經(jīng)濟效益，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的信息技術(shù)也是促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展的有力武器。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟2）信息技術(shù)使勞動力結(jié)構(gòu)出現(xiàn)巨變隨著信息資源的開發(fā)利用，人們的就業(yè)結(jié)構(gòu)正從農(nóng)業(yè)人口為主、工業(yè)人口為主向從事信息相關(guān)工作為主轉(zhuǎn)變。以美國為例，1956年，美國的“白領(lǐng)”人數(shù)第一次超過“藍領(lǐng)”，到1980年，美國就業(yè)比例為：農(nóng)、林、漁業(yè)從業(yè)人數(shù)占總就業(yè)人數(shù)的3.38%，采礦業(yè)和建筑業(yè)占7.23%，制造業(yè)占22.09%，服務(wù)業(yè)占67.2%。這種趨勢進一步發(fā)展，到1997年其農(nóng)、林、漁業(yè)從業(yè)人數(shù)占總就業(yè)人數(shù)的2.63%，采礦業(yè)和建筑業(yè)占6.88%，制造業(yè)占16.08%，服務(wù)業(yè)擴大為73.34%。服務(wù)業(yè)中，除了極少部分傳統(tǒng)服務(wù)業(yè)外，絕大多數(shù)是從事與信息處理、信息服務(wù)有關(guān)的職業(yè)。對于這種趨勢，美國學(xué)者總結(jié)說：“從農(nóng)民到工人再到職員，這就是美國的簡史。”“我們現(xiàn)在大量生產(chǎn)信息，就像我們過去大量生產(chǎn)汽車一樣?！?）信息技術(shù)已引起傳統(tǒng)教育方式發(fā)生著深刻變化。計算機仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和遠程教育技術(shù)以及信息載體的多樣性，使學(xué)習(xí)者可以克服時空障礙，更加主動地安排自己的學(xué)習(xí)時間和速度。特別是借助于互聯(lián)網(wǎng)的遠程教育，將開辟出通達全球的知識傳播通道，實現(xiàn)不同地區(qū)的學(xué)習(xí)者、傳授者之間的互相對話和交流，不僅可望大大提高教育的效率，而且給學(xué)習(xí)者提供一個寬松的內(nèi)容豐富的學(xué)習(xí)環(huán)境。新近還涌現(xiàn)出了翻轉(zhuǎn)課堂、微課、慕課等新的教育教學(xué)方式。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟一、翻轉(zhuǎn)課堂傳統(tǒng)的教學(xué)模式是老師在課堂上講課，布置家庭作業(yè)，讓學(xué)生回家練習(xí)。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式不同，在“翻轉(zhuǎn)課堂式教學(xué)模式”下，學(xué)生在家完成知識的學(xué)習(xí)，而課堂變成了老師學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所，包括答疑解惑、知識的運用等，從而達到更好的教育效果。利用視頻來實施教學(xué)，在多年以前人們就進行過探索。在上世紀(jì)的50年代，世界上很多國家所進行的廣播電視教育就是明證。為什么當(dāng)年所做的探索沒有對傳統(tǒng)的教學(xué)模式帶來多大的影響，而“翻轉(zhuǎn)課堂”卻倍受關(guān)注呢?這是因為“翻轉(zhuǎn)課堂”有如下幾個鮮明的特點：3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟第一、教學(xué)視頻短小精悍不論是薩爾曼·汗的數(shù)學(xué)輔導(dǎo)視頻，還是喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯所做的化學(xué)學(xué)科教學(xué)視頻，一個共同的特點就是短小精悍。大多數(shù)的視頻都只有幾分鐘的時間，比較長的視頻也只有十幾分鐘。每一個視頻都針對一個特定的問題，有較強的針對性，查找起來也比較方便;視頻的長度控制在在學(xué)生注意力能比較集中的時間范圍內(nèi)，符合學(xué)生身心發(fā)展特征;通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的視頻，具有暫停、回放等多種功能，可以自我控制，有利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟第二，教學(xué)信息清晰明確薩爾曼·汗的教學(xué)視頻有一個顯著的特點，就是在視頻中唯一能夠看到的就是他的手，不斷地書寫一些數(shù)學(xué)的符號，并緩慢地填滿整個屏幕。除此之外，就是配合書寫進行講解的畫外音。用薩爾曼·汗自己的話語來說：“這種方式。它似乎并不像我站在講臺上為你講課，它讓人感到貼心，就像我們同坐在一張桌子面前，一起學(xué)習(xí)，并把內(nèi)容寫在一張紙上?！边@是“翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)視頻與傳統(tǒng)的教學(xué)錄像作為不同之處。視頻中出現(xiàn)的教師的頭像、以及教室里的各種物品擺設(shè)，都會分散學(xué)生的注意力，特別是在學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情況下。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟第三，重新建構(gòu)學(xué)習(xí)流程通常情況下，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程由兩個階段組成：第一階段是“信息傳遞”，是通過教師和學(xué)生、學(xué)生和學(xué)生之間的互動來實現(xiàn)的;第二個階段是“吸收內(nèi)化”，是在課后由學(xué)生自己來完成的。由于缺少教師的支持和同伴的幫助，“吸收內(nèi)化”階段常常會讓學(xué)生感到挫敗，喪失學(xué)習(xí)的動機和成就感?！胺D(zhuǎn)課堂”對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進行了重構(gòu)。“信息傳遞”是學(xué)生在課前進行的，老師不僅提供了視頻，還可以提供在線的輔導(dǎo);“吸收內(nèi)化”是在課堂上通過互動來完成的，教師能夠提前了解學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，在課堂上給予有效的輔導(dǎo)，同學(xué)之間的相互交流更有助于促進學(xué)生知識的吸收內(nèi)化過程。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟第四，復(fù)習(xí)檢測方便快捷學(xué)生觀看了教學(xué)視頻之后，是否理解了學(xué)習(xí)的內(nèi)容，視頻后面緊跟著的四到五個小問題，可以幫助學(xué)生及時進行檢測，并對自己的學(xué)習(xí)情況作出判斷。如果發(fā)現(xiàn)幾個問題回答的不好，學(xué)生可以回過頭來再看一遍，仔細思考哪些方面出了問題。學(xué)生對問題的回答情況，能夠及時地通過云平臺進行匯總處理，幫助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。教學(xué)視頻另外一個優(yōu)點，就是便于學(xué)生一段時間學(xué)習(xí)之后的復(fù)習(xí)和鞏固。評價技術(shù)的跟進，使得學(xué)生學(xué)習(xí)的相關(guān)環(huán)節(jié)能夠得到實證性的資料，有利于教師真正了解學(xué)生。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟二、微課“微課”是指按照新課程標(biāo)準(zhǔn)及教學(xué)實踐要求，以視頻為主要載體，記錄教師在課堂內(nèi)外教育教學(xué)過程中圍繞某個知識點(重點難點疑點)或教學(xué)環(huán)節(jié)而開展的精彩教與學(xué)活動全過程。“微課”是指為使學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)獲得最佳效果，經(jīng)過精心的信息化教學(xué)設(shè)計，以流媒體形式展示的圍繞某個知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)開展的簡短、完整的教學(xué)活動。它的形式是自主學(xué)習(xí)，目的是最佳效果，設(shè)計是精心的信息化教學(xué)設(shè)計，形式是流媒體，內(nèi)容是某個知識點或教學(xué)環(huán)節(jié)，時間是簡短的，本質(zhì)是完整的教學(xué)活動。因此，對于老師而言，最關(guān)鍵的是要從學(xué)生的角度去制作微課，而不是在教師的角度去制作，要體現(xiàn)以學(xué)生為本的教學(xué)思想。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟微課之四“微”1.微課“位微不卑”。微課雖然短小，比不上一般課程宏大豐富，但是它意義非凡，效果明顯，是一個非常重要的教學(xué)資源。2.微課“課微不小”。微課雖然短小，但它的知識內(nèi)涵和教學(xué)意義非常巨大，有時一個短小微課比幾十節(jié)課都有用。3.微課“步微不慢”。微課都是小步子原則，一個微課講解一兩個知識點，看似很慢，但穩(wěn)步推進，實際效果并不慢。4.微課“效微不薄”。微課有積少成多、聚沙成塔的作用，通過不斷的微知識、微學(xué)習(xí)，從而達到大道理、大智慧。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟微課的組成“微課”的核心組成內(nèi)容是課堂教學(xué)視頻(課例片段)，同時還包含與該教學(xué)主題相關(guān)的教學(xué)設(shè)計、素材課件、教學(xué)反思、練習(xí)測試及學(xué)生反饋、教師點評等輔助性教學(xué)資源，它們以一定的組織關(guān)系和呈現(xiàn)方式共同“營造”了一個半結(jié)構(gòu)化、主題式的資源單元。因此，“微課”既有別于傳統(tǒng)單一資源類型的教學(xué)課例、教學(xué)課件、教學(xué)設(shè)計、教學(xué)反思等教學(xué)資源，又是在其基礎(chǔ)上繼承和發(fā)展起來的一種新型教學(xué)資源。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟在網(wǎng)絡(luò)web2.0時代，隨著信息與通迅技術(shù)快速發(fā)展，與當(dāng)前廣泛應(yīng)用的眾多社會性工具軟件(如博客、微博、Facebook、Youku、Tudou等)一樣，微課也將具有十分廣闊的教育應(yīng)用前景。對教師而言，微課將革新傳統(tǒng)的教學(xué)與教研方式，突破教師傳統(tǒng)的聽評課模式，教師的電子備課、課堂教學(xué)和課后反思的資源應(yīng)用將更具有針對性和實效性，基于微課資源庫的校本研修、區(qū)域網(wǎng)絡(luò)教研將大有作為，并成為教師專業(yè)成長的重要途徑之一。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟對于學(xué)生而言，微課能更好的滿足學(xué)生對不同學(xué)科知識點的個性化學(xué)習(xí)、按需選擇學(xué)習(xí)，既可查缺補漏又能強化鞏固知識，是傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)的一種重要補充和拓展資源。特別是隨著手持移動數(shù)碼產(chǎn)品和無線網(wǎng)絡(luò)的普及，基于微課的移動學(xué)習(xí)、遠程學(xué)習(xí)、在線學(xué)習(xí)、“泛在學(xué)習(xí)”將會越來越普及，微課必將成為一種新型的教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式。更是一種可以讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，進行探究性學(xué)習(xí)的平臺。三、慕課慕課：大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程即MOOC(massiveopenonlinecourses)。是新近涌現(xiàn)出來的一種在線課程開發(fā)模式，它發(fā)端于過去的那種發(fā)布資源、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)以及將學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)與更多的開放網(wǎng)絡(luò)資源綜合起來的舊的課程開發(fā)模式。慕課簡介所謂“慕課”(MOOC)，顧名思義，“M”代表Massive(大規(guī)模)，與傳統(tǒng)課程只有幾十個或幾百個學(xué)生不同，一門MOOCs課程動輒上萬人，最多達16萬人;第二個字母“O”代表Open(開放)，以興趣導(dǎo)向，凡是想學(xué)習(xí)的，都可以進來學(xué)，不分國籍，只需一個郵箱，就可注冊參與;第三個字母“O”代表Online(在線)，學(xué)習(xí)在網(wǎng)上完成，無需旅行，不受時空限制;第四個字母“C”代表Course，就是課程的意思。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟MOOC是新近涌現(xiàn)出來的一種在線課程開發(fā)模式，它發(fā)端于過去的那種發(fā)布資源、學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)以及將學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)與更多的開放網(wǎng)絡(luò)資源綜合起來的舊的課程開發(fā)模式。通俗地說，慕課是大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)開放課程，它是為了增強知識傳播而由具有分享和協(xié)作精神的個人組織發(fā)布的、散布于互聯(lián)網(wǎng)上的開放課程。這一大規(guī)模在線課程掀起的風(fēng)暴始于2011年秋天，被譽為“印刷術(shù)發(fā)明以來教育最大的革新”，呈現(xiàn)“未來教育”的曙光。2012年，被《紐約時報》稱為“慕課元年”。多家專門提供慕課平臺的供應(yīng)商紛起競爭，Coursera、edX和Udacity是其中最有影響力的“三巨頭”，前兩個均進入中國。課程范圍MOOC是以連通主義理論和網(wǎng)絡(luò)化學(xué)習(xí)的開放教育學(xué)為基礎(chǔ)的。這些課程跟傳統(tǒng)的大學(xué)課程一樣循序漸進地讓學(xué)生從初學(xué)者成長為高級人才。課程的范圍不僅覆蓋了廣泛的科技學(xué)科，比如數(shù)學(xué)、統(tǒng)計、計算機科學(xué)、自然科學(xué)和工程學(xué)，也包括了社會科學(xué)和人文學(xué)科。慕課課程并不提供學(xué)分，也不算在本科或研究生學(xué)位里。通常，參與慕課的學(xué)習(xí)是免費的。然而，如果學(xué)習(xí)者試圖獲得某種認證的話，則一些大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程可能收取一定學(xué)費。

授課形式課程不是搜集，而是一種將分布于世界各地的授課者和學(xué)習(xí)者通過某一個共同的話題或主題聯(lián)系起來的方式方法。盡管這些課程通常對學(xué)習(xí)者并沒有特別的要求，但是所有的慕課會以每周研討話題這樣的形式，提供一種大體的時間表，其余的課程結(jié)構(gòu)也是最小的，通常會包括每周一次的講授、研討問題、以及閱讀建議等等。測驗每門課都有頻繁的小測驗，有時還有期中和期末考試?？荚囃ǔＳ赏瑢W(xué)評分(比如一門課的每份試卷由同班的五位同學(xué)評分，最后分數(shù)為平均數(shù))。一些學(xué)生成立了網(wǎng)上學(xué)習(xí)小組，或跟附近的同學(xué)組成面對面的學(xué)習(xí)小組。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟主要特點(i)大規(guī)模的：不是個人發(fā)布的一兩門課程：“大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)開放課程”(MOOC)是指那些由參與者發(fā)布的課程，只有這些課程是大型的或者叫大規(guī)模的，它才是典型的MOOC。(ii)開放課程：尊崇創(chuàng)用共享(CC)協(xié)議;只有當(dāng)課程是開放的，它才可以成之為MOOC。(iii)網(wǎng)絡(luò)課程：不是面對面的課程;這些課程材料散布于互聯(lián)網(wǎng)上。人們上課地點不受局限。無論你身在何處，都可以花最少的錢享受美國大學(xué)的一流課程，只需要一臺電腦和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接即可。

3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟4)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)不可缺少的工具?；ヂ?lián)網(wǎng)擁有的600多個大型圖書館、400多個文獻庫和100萬個信息源，成為科研人員可以隨時進入并從中獲取最新科技動態(tài)的信息寶庫，大大節(jié)約查閱文獻的時間和費用；互聯(lián)網(wǎng)上信息傳遞的快捷性和交互性，使身處世界任何地方的研究者都可以成為研究伙伴，在網(wǎng)上進行實時討論、協(xié)同研究，甚至使用網(wǎng)上的主機和軟件資源，來完成自己的研究工作。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟5）信息技術(shù)促進人類文明的進步信息技術(shù)在全球的廣泛使用，不僅深刻地影響著經(jīng)濟結(jié)構(gòu)與經(jīng)濟效率，而且作為先進生產(chǎn)力的代表，對社會文化和精神文明產(chǎn)生著深刻的影響。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟信息網(wǎng)絡(luò)為各種思想文化的傳播，提供了更加便捷的渠道，大量的信息通過網(wǎng)絡(luò)滲入到社會各個角落，成為當(dāng)今文化傳播的重要手段。電子出版以光盤、磁盤和網(wǎng)絡(luò)出版等多種形式，打破了以往信息媒體紙介質(zhì)一統(tǒng)天下的局面。多媒體技術(shù)的應(yīng)用和交互式界面的采用為文化、藝術(shù)、科技的普及開辟了廣闊前景。網(wǎng)絡(luò)等新型信息介質(zhì)、為各民族優(yōu)秀文化的繼承、傳播，為各民族文化的交流、交融提供了嶄新的可能性。網(wǎng)絡(luò)改變著人與人之間的交往方式，改變著人們的工作方式和生活方式，也就必然會對文化的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響，一種新的適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)時代和信息經(jīng)濟的先進文化將逐漸形成。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟3.2.2生物科技與基因工程：生物科技包括微生物工程、細胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程等。它不僅直接關(guān)系到農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，而且對環(huán)保、能源技術(shù)等都有很強的滲透力。知識經(jīng)濟的另一個特點將是生物科技與基因工程在社會經(jīng)濟、人類生產(chǎn)與生活、保健和醫(yī)療以及環(huán)境保護等方面發(fā)揮空前重要的作用，其中轉(zhuǎn)基因技術(shù)與克隆技術(shù)將對人類的生活產(chǎn)生難以想象的影響。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟這是什么？這是什么？基因工程：即基因拼接技術(shù)或DNA重組技術(shù)。通俗的說，就是按照人們的意愿，把一種生物的某種基因提取出來，加以修飾改造，然后放到另一種生物的細胞里，定向地改造生物的遺傳性狀。原理：操作水平：結(jié)果：基因重組DNA分子水平定向地改造生物的遺傳性狀，獲得人類所需要的品種。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟1、基因工程與作物育種3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟生長快、肉質(zhì)好的轉(zhuǎn)基因魚(中國)乳汁中含有人生長激素的轉(zhuǎn)基因牛(阿根廷)3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟轉(zhuǎn)黃瓜抗青枯病基因的甜椒轉(zhuǎn)魚抗寒基因的番茄3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟2、基因工程與藥物研制我國生產(chǎn)的部分基因

工程疫苗和藥物許多藥品的生產(chǎn)是從生物組織中提取的。受材料來源限制產(chǎn)量有限，其價格往往十分昂貴。微生物生長迅速，容易控制，適于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。若將生物合成相應(yīng)藥物成分的基因?qū)胛⑸锛毎麅?nèi)，讓它們產(chǎn)生相應(yīng)的藥物，不但能解決產(chǎn)量問題，還能大大降低生產(chǎn)成本。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟胰島素從豬、牛等動物的胰腺中提取，100Kg胰腺只能提取4-5g的胰島素，其產(chǎn)量之低和價格之高可想而知。將合成的胰島素基因?qū)氪竽c桿菌，每2000L培養(yǎng)液就能產(chǎn)生100g胰島素！使其價格降低了30%-50%!3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟基因工程做成的“超級細菌”能吞食和分解多種污染環(huán)境的物質(zhì)。

通常一種假單孢桿菌只能分解石油中的一種烴類．用基因工程培育成功的“超級細菌”卻能分解石油中的多種烴類化合物?？茖W(xué)家還培育出能吞食轉(zhuǎn)化汞、鎘等重金屬，分解DDT等毒害物質(zhì)的細菌。3、環(huán)境污染治理3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟

利用基因工程培育的“指示生物”能十分靈敏地反映環(huán)境污染的情況，卻不易因環(huán)境污染而大量死亡，甚至還可以吸收和轉(zhuǎn)化污染物。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟轉(zhuǎn)基因抗乙肝西紅柿(中國)，雖然不能治愈乙肝，但一年只吃幾個抗乙肝西紅柿，就完全能代替注射乙肝疫苗?？挂腋挝骷t柿屬于轉(zhuǎn)基因食品，就是將乙肝疫苗植入西紅柿內(nèi)，經(jīng)過多代繁殖，使轉(zhuǎn)入的基因穩(wěn)定化。用轉(zhuǎn)基因的植物生產(chǎn)藥物3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟轉(zhuǎn)基因植物的安全性爭論支持派認為：如果轉(zhuǎn)基因農(nóng)業(yè)生物技術(shù)得不到社會支持，這一研究將被扼殺，并且強調(diào)，迄今為止并沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因食品危害人體健康和環(huán)境的確切證據(jù)。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟美國人食用轉(zhuǎn)基因食品已多年，超級市場上有4000多種商品是含有轉(zhuǎn)基因植物成分的，還沒有事例證明人吃了以后會得病，甚至?xí)鹚劳觥?/p>

加拿大、澳大利亞也是轉(zhuǎn)基因食品的生產(chǎn)大國，均有幾千萬人在吃，到現(xiàn)在為止也沒有—個案例說明它有問題。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟反對派的觀點一英國科學(xué)家聲稱，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯會減弱老鼠免疫系統(tǒng)功能；美國康乃爾大學(xué)也發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因玉米會危害蝴蝶幼蟲及其相關(guān)生態(tài)環(huán)境。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟環(huán)保團體認為這種違反自然的轉(zhuǎn)基因作物及產(chǎn)品，未經(jīng)長期安全測試，長期食用可能對人類及生態(tài)環(huán)境造成負面影響。尤其是注重環(huán)境和生態(tài)保護的歐盟國家，對轉(zhuǎn)基因作物更加排斥，因而抵制美國GMO產(chǎn)品的進口。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟3.2.3微米機電系統(tǒng)（MEMS，Micro-Electro-MechanicalSystem）和納米機電系統(tǒng)（NEMS，Nano-ElectromechanicalSystem）：作為人類的肢體、感官和思維的延伸的機械工業(yè)，正朝著小型化和集成化的方向發(fā)展，微米機電系統(tǒng)與納米機電系統(tǒng)將把機器的感官功能、分析功能和執(zhí)行操作功能集成為一體，在微米甚至納米的尺度上制造具有復(fù)雜功能的機器，為人類完成各種各樣難以想象的任務(wù)。這些小巧的智能機器是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、材料、機械、電子與計算機、信息與通訊等科學(xué)技術(shù)互相滲透、綜合與融合的產(chǎn)物。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟微機電系統(tǒng)(MEMS,Micro-Electro-MechanicalSystem)，也叫做微電子機械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機械等，是在微電子技術(shù)(半導(dǎo)體制造技術(shù))基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，融合了光刻、腐蝕、薄膜、LIGA、硅微加工、非硅微加工和精密機械加工等技術(shù)制作的高科技電子機械器件。微機電系統(tǒng)是集微傳感器、微執(zhí)行器、微機械結(jié)構(gòu)、微電源微能源、信號處理和控制電路、高性能電子集成器件、接口、通信等于一體的微型器件或系統(tǒng)。MEMS是一項革命性的新技術(shù)，廣泛應(yīng)用于高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是一項關(guān)系到國家的科技發(fā)展、經(jīng)濟繁榮和國防安全的關(guān)鍵技術(shù)。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟MEMS側(cè)重于超精密機械加工，涉及微電子、材料、力學(xué)、化學(xué)、機械學(xué)諸多學(xué)科領(lǐng)域。它的學(xué)科面涵蓋微尺度下的力、電、光、磁、聲、表面等物理、化學(xué)、機械學(xué)的各分支。MEMS是一個獨立的智能系統(tǒng)，可大批量生產(chǎn)，其系統(tǒng)尺寸在幾毫米。常見的產(chǎn)品包括MEMS加速度計、MEMS麥克風(fēng)、微馬達、微泵、微振子、MEMS光學(xué)傳感器、MEMS壓力傳感器、MEMS陀螺儀、MEMS濕度傳感器、MEMS氣體傳感器等等以及它們的集成產(chǎn)品。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟納米機電系統(tǒng)（NEMS，Nano-ElectromechanicalSystem）：是20世紀(jì)90年代末、21世紀(jì)初提出的一個新概念?？梢赃@樣來理解這個概念，即NEMS是特征尺寸在1~100nm、以機電結(jié)合為主要特征，基于納米級結(jié)構(gòu)新效應(yīng)的器件和系統(tǒng)。從機電這一特征來講，可以把NEMS技術(shù)看成是MEMS技術(shù)的發(fā)展。但是，MEMS的特征尺寸一般在微米量級，其大多特性實際上還是基于宏觀尺度下的物理基礎(chǔ)，而NEMS的特征尺寸達到了納米數(shù)量級，一些新的效應(yīng)如尺度效應(yīng)、表面效應(yīng)等凸顯，解釋其機電耦合特性等需要應(yīng)用和發(fā)展微觀、介觀物理。也就是說，NEMS的工作原理及表現(xiàn)效應(yīng)等與MEMS有了甚至是根本性的不同。因此，從更本質(zhì)上說，NEMS技術(shù)已經(jīng)是納米科技的一個重要組成部分和方向。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟3.2.4人造功能材料：人類將結(jié)束依靠自然界恩惠的天然材料的時代，憑著自己的聰明才智和創(chuàng)造能力，在物理學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)和計算機科學(xué)等科學(xué)技術(shù)的指導(dǎo)下，按照自己的需要設(shè)計和制造自然界沒有的具有多功能的新型材料。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟1）信息材料電子信息材料及產(chǎn)品支撐著現(xiàn)代通信,計算機,信息網(wǎng)絡(luò),微機械智能系統(tǒng),工業(yè)自動化和家電等現(xiàn)代高技術(shù)產(chǎn)業(yè).電子信息材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模和技術(shù)水平,在國民經(jīng)濟中具有重要的戰(zhàn)略地位,是科技創(chuàng)新和國際競爭最為激烈的材料領(lǐng)域.微電子材料在未來10～15年仍是最基本的信息材料,光電子材料將成為發(fā)展最快和最有前途的信息材料.2）能源材料全球范圍內(nèi)能源消耗在持續(xù)增長,80%的能源來自于化石燃料,從長遠來看,需要沒有污染和可持續(xù)發(fā)展的新型能源來代替所有化石燃料。未來的清潔能源包括氫能、太陽能、風(fēng)能、核聚變能等。解決能源問題的關(guān)鍵是能源材料的突破,無論是提高燃燒效率以減少資源消耗，還是開發(fā)新能源及利用再生能源都與材料有著極為密切的關(guān)系。傳統(tǒng)能源所需材料：主要是提高能源利用效率，要發(fā)展超臨界蒸汽發(fā)電機組和整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)上，這些技術(shù)對材料的要求高,如工程陶瓷,新型通道材料等；氫能和燃料電池:氫能生產(chǎn)，儲存和利用所需的材料和技術(shù),燃料電池材料等;綠色二次電池：鎳氫電池,鋰離子電池以及高性能聚合物電池等新型材料；太陽能電池：多晶硅,非晶硅,薄膜電池等材料；核能材料：新型核電反應(yīng)堆材料.新能源材料就材料種類主要包括專用薄膜,聚合物電解液,催化劑和電極,先進光電材料,特制光譜塑料和涂層,碳納米管,金屬氫化物漿料,高溫超導(dǎo)材料,低成本低能耗民用工程材料,輕質(zhì),便宜,高效的絕緣材料,輕質(zhì),堅固,復(fù)合結(jié)構(gòu)材料,超高溫合金,陶瓷和復(fù)合材料,抗輻射材料,低活性材料,抗腐蝕及抗壓力腐蝕裂解材料,機械和抗等離子腐蝕材料.當(dāng)前研究熱點和技術(shù)前沿包括高能儲氫材料,聚合物電池材料,中溫固體氧化物燃料電池電解質(zhì)材料,多晶薄膜太陽能電池材料等.3）生物材料生物材料是和生命系統(tǒng)結(jié)合,用以診斷,治療或替換機體組織,器官或增進其功能的材料.它涉及材料,醫(yī)學(xué),物理,生物化學(xué)及現(xiàn)代高技術(shù)等諸多學(xué)科領(lǐng)域,已成為21世紀(jì)主要支柱產(chǎn)業(yè)之一.很多類型的材料在健康治療中都已得到應(yīng)用,主要包括金屬和合金,陶瓷,高分子材料(如高分子聚乙烯管）,復(fù)合材料和生物質(zhì)材料.高分子生物材料是生物醫(yī)用材料中最活躍的領(lǐng)域;金屬生物材料仍是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料,醫(yī)用鈦及其合金,以及Ni-Ti形狀記憶合金的研究與開發(fā)是一個熱點;無機生物材料越來越受到重視.國際生物醫(yī)用材料研究和發(fā)展的主要方向,一是模擬人體硬軟組織,器官和血液等的組成,結(jié)構(gòu)和功能而開展的仿生或功能設(shè)計與制備,二是賦予材料優(yōu)異的生物相容性,生物活性或生命活性.就具體材料來說,主要包括藥物控制釋放材料,組織工程材料,仿生材料,納米生物材料,生物活性材料,介入診斷和治療材料,可降解和吸收生物材料,新型人造器官,人造血液等.4）汽車材料汽車用材在整個材料市場中所占的比例很小,但是屬于技術(shù)要求高,技術(shù)含量高,附加值高的三高產(chǎn)品,代表了行業(yè)的最高水平.汽車材料的需求呈現(xiàn)出以下特點:輕量化與環(huán)保是主要需求發(fā)展方向;各種材料在汽車上的應(yīng)用比例正在發(fā)生變化,主要變化趨勢是高強度鋼和超高強度鋼,鋁合金,鎂合金,塑料和復(fù)合材料的用量將有較大的增長,汽車車身結(jié)構(gòu)材料將趨向多材料設(shè)計方向.同時汽車材料的回收利用也受到更多的重視,電動汽車,代用燃料汽車專用材料以及汽車功能材料的開發(fā)和應(yīng)用工作不斷加強.5）納米材料與技術(shù)納米材料及技術(shù)將成為第5次推動社會經(jīng)濟各領(lǐng)域快速發(fā)展的主導(dǎo)技術(shù)，21世紀(jì)前20年將是納米材料與技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵時期.納電子代替微電子,納加工代替微加工,納米材料代替微米材料,納米生物技術(shù)代替微米尺度的生物技術(shù),這已是不以人的意志為轉(zhuǎn)移的客觀規(guī)律.納米材料與科技的研究開發(fā)大部分處于基礎(chǔ)研究階段,如納米電子與器件,納米生物等高風(fēng)險領(lǐng)域,還沒有形成大規(guī)模的產(chǎn)業(yè).但納米材料及技術(shù)在電子信息產(chǎn)業(yè),生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè),能源產(chǎn)業(yè),環(huán)境保護等方面,對相關(guān)材料的制備和應(yīng)用都將產(chǎn)生革命性的影響..6）超導(dǎo)材料與技術(shù)超導(dǎo)材料與技術(shù)是21世紀(jì)具有戰(zhàn)略意義的高新技術(shù),廣泛用于能源,醫(yī)療,交通,科學(xué)研究及國防軍工等重大領(lǐng)域.超導(dǎo)材料的應(yīng)用主要取決于材料本身性能及其制備技術(shù)的發(fā)展.低溫超導(dǎo)材料已經(jīng)達到實用水平,高溫超導(dǎo)材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)也取得重大突破,高溫超導(dǎo)材料和移動通訊用高溫超導(dǎo)濾波子系統(tǒng)將很快進商業(yè)化階段。7）稀土材料稀土材料是利用稀土元素優(yōu)異的磁、光、電等特性開發(fā)出的一系列不可取代的，性能優(yōu)越的新材料。稀土材料被廣泛應(yīng)用于冶金機械，石油化工，輕工農(nóng)業(yè)，電子信息，能源環(huán)保，國防軍工等多個領(lǐng)域，是當(dāng)今世界各國改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，發(fā)展高新技術(shù)和國防尖端技術(shù)不可缺少的戰(zhàn)略物資。稀土永磁材料（如磁性襯板）：其是發(fā)展最快的稀土材料,廣泛應(yīng)用于電機，電聲，醫(yī)療設(shè)備，磁懸浮列車及軍事工業(yè)等高技術(shù)領(lǐng)域；貯氫合金：主要用于動力電池和燃料電池；稀土發(fā)光材料：有新型高效節(jié)能環(huán)保光源用稀土發(fā)光材料，高清晰度，數(shù)字化彩色電視機和計算機顯示器用稀土發(fā)光材料，和特種或極端條件下應(yīng)用的稀土發(fā)光材料等；稀土催化材料：發(fā)展重點是替代貴金屬，降低催化劑的成本，提高抗中毒性能和穩(wěn)定性能；稀土在其他新材料中的應(yīng)用：如精密陶瓷,光學(xué)玻璃，稀土刻蝕劑,稀土無機顏料等方面也正在以較高的速度增長，如稀土電子陶瓷，稀土無機顏料等.8）新型有色金屬合金材料主要包括鋁、鎂、鈦等輕金屬合金以及粉末冶金材料，高純金屬材料等.鋁合金：包括各種新型高強高韌，高比強高比模，高強耐蝕可焊，耐熱耐蝕鋁合金材料，如Al-Li合金等；鎂合金：包括鎂合金和鎂-基復(fù)合材料，超輕高塑性Mg-Li-X系合金等;鈦合金材料：包括新型醫(yī)用鈦合金,高溫鈦合金,高強鈦合金,低成本鈦合金等;粉末冶金材料：產(chǎn)品主要包括鐵基,銅基汽車零件,難熔金屬,硬質(zhì)合金等;高純金屬及材料：材料的純度向著更純化方向發(fā)展,其雜質(zhì)含量達ppb級,產(chǎn)品的規(guī)格向著大型化方向發(fā)展.9）新型建筑材料新型建筑材料主要包括新型墻體材料,化學(xué)建材,新型保溫隔熱材料,建筑裝飾裝修材料等.國際上建材的趨勢正向環(huán)保,節(jié)能,多功能化方向發(fā)展.其中玻璃的發(fā)展趨勢是向著功能型,實用型,裝飾型,安全型和環(huán)保型五個方向發(fā)展,包括對玻璃原片進行表面改性或精加工處理,節(jié)能的低輻射(Low—E)和陽光控制低輻射(Sun-E)膜玻璃等;此外,還包括節(jié)能,環(huán)保的新型房建材料,以及滿足工程特殊需要的特種系列水泥等.3.2.5宇航科技：知識經(jīng)濟將孕育空前發(fā)達的宇航科技，使人類向廣闊宇宙進軍和普通人遨游太空的夢想成真。宇航科技顯然是建立在數(shù)學(xué)、物理、天體物理、化學(xué)、機械、電子與計算機、材料、通信、生物與醫(yī)學(xué)等科學(xué)技術(shù)至上的。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟航空與航天是20世紀(jì)人類認識和改造自然進程中最活躍、最有影響的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，也是人類文明高度發(fā)展的重要標(biāo)志。航空指飛行器在地球大氣層內(nèi)的航行活動，航天指飛行器在大氣層外宇宙空間的航行活動。人類在征服大自然的漫長歲月中，早就產(chǎn)生了翱翔天空、遨游宇宙的愿望。雖然人類很早就做過種種飛行的探索和嘗試，但實現(xiàn)這一愿望還是從18世紀(jì)的熱空氣氣球升空開始的。自從20世紀(jì)初第一架帶動力的、可操縱的飛機完成了短暫的飛行之后，人類在大氣層中飛行的古老夢想才真正成為現(xiàn)實。經(jīng)過許多杰出人物的艱苦努力，航空科學(xué)技術(shù)得到迅速發(fā)展，飛機性能不斷提高。人類逐漸取得了在大氣層內(nèi)活動的自由，也增強了飛出大氣層的信心。到了50年代中期，在火箭、電子、自動控制等科學(xué)技術(shù)有了顯著進展的基礎(chǔ)上，第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功，開創(chuàng)了人類航天新紀(jì)元，廣闊無垠的宇宙空間開始成為人類活動的新疆域。航空航天事業(yè)的發(fā)展是20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)飛躍進步，社會生產(chǎn)突飛猛進的結(jié)果。航空航天的成果集中了科學(xué)技術(shù)的眾多新成就。迄今為止的航空航天活動，雖然還只是人類離開地球這個搖籃的最初幾步，但它的作用已遠遠超出科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，對政治、經(jīng)濟有深遠的影響。1961年4月12日，尤里·加加林成為首個能夠飛上太空的人，而在1969年7月21日，尼爾·阿姆斯特朗則成為首個登陸月球的人。而在60年代開始，人們發(fā)現(xiàn)用復(fù)合材料制造的飛機比傳統(tǒng)的更寧靜、更具燃油效益和更適合，但更富進步性的是飛機儀器及飛控技術(shù)的改良，出現(xiàn)了GPS、晶體管、通信衛(wèi)星電腦和LED顯示器，這些科技使駕駛艙里的儀器得以減少，節(jié)省空間，對較小型的飛機有極大幫助，飛行員除了能夠準(zhǔn)確地駕駛飛機，還能夠準(zhǔn)確地觀察地形和飛機周圍的環(huán)境。2004年6月21日，太空船1號成為首架能飛上太空的私人飛機，為航空業(yè)界開拓一個新的市場。同時，飛機燃料亦可由其它新能源取代，如電、乙醇、甚至太陽能，這些新燃料將會被廣泛采用在小型飛機軍事以至人類社會生活都產(chǎn)生了廣泛而深遠的影響。太空船一號(SpaceShipOne)是一架空天飛機，由魯坦(BurtRutan)以及美國縮尺復(fù)合體(ScaledComposites)公司制造。有雙尾翼以及可變的半三角翼機翼，在不同的階段機翼會變成不同的狀態(tài)。太空船一號和航天飛機不同，是先由另一架飛機"白色騎士"載上高空后才開始自行飛行。1999年11月20日～21日，中國載人航天工程第一艘“神舟”無人試驗飛船飛行試驗獲得了圓滿成功。2001年初至2002年底又相繼研制并發(fā)射成功了神舟2～4號無人試驗飛船，獲得了寶貴的試驗數(shù)據(jù)，為實施載人航天打下了堅實的基礎(chǔ)。2003年10月15日發(fā)射了神舟－5。該飛船是在無人飛船基礎(chǔ)上研制的中國第1艘載人飛船，乘有1名航天員，在軌運行1天。整個飛行期間為航天員提供必要的生活和工作條件，同時將航天員的生理數(shù)據(jù)、電視圖像發(fā)送地面，并確保航天員安全返回。神舟－5飛船載人航天飛行實現(xiàn)了中華民族千年飛天的愿望，是中華民族智慧和精神。2016年10月中旬將發(fā)射神舟－11飛船.航空航天技術(shù)是20世紀(jì)人類在認識自然和改造自然的過程中最活躍、發(fā)展最迅速、對人類社會生活最有影響的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域之一，也是表征一個國家科學(xué)技術(shù)先進性的重要標(biāo)志。航空航天技術(shù)是高度綜合的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，綜合運用了基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用科學(xué)的最新成就和工程技術(shù)的最新成果。力學(xué)、熱力學(xué)、材料學(xué)、電子技術(shù)、自動控制理論和技術(shù)、計算機技術(shù)、噴氣推進技術(shù)以及制造工藝等科學(xué)技術(shù)的進步都極大地促進航空航天科技的進步和發(fā)展。上述科學(xué)技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用中相互交叉、滲透，又產(chǎn)生了一些新的學(xué)科；并在航空航天技術(shù)的推動下發(fā)展提高。3.3世界的高科技需要教育去培育21世紀(jì)高科技需要長期的、全面的和全民的教育去培育，這就要求普及中等教育與高等教育，加強職業(yè)技術(shù)教育和終生教育，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和技術(shù)開發(fā)的創(chuàng)新，為高科技和知識經(jīng)濟的發(fā)展提供堅實的科技支撐和豐富的人力資源。3.21世紀(jì)的高科技與知識經(jīng)濟4.21世紀(jì)的高科技與物理學(xué)4.120世紀(jì)的高科技與物理學(xué)對于20世紀(jì)的物理學(xué)與社會的關(guān)系，人們形成了以下共識：20世紀(jì)是物理學(xué)的世紀(jì)。這一共識來自于有目共睹的物理學(xué)對高科技的影響和對提高社會生活品質(zhì)的貢獻。4.21世紀(jì)的高科技與物理學(xué)4.1.1物理學(xué)的各個分支學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了20世紀(jì)的新技術(shù)核物理與粒子物理導(dǎo)致晶體管、芯片、集成電路卡、計算機的出現(xiàn)，以及信息與通信技術(shù)的發(fā)展；量子光學(xué)是激光技術(shù)、光學(xué)通信、光學(xué)工程的科學(xué)基礎(chǔ)；原子分子物理、材料科學(xué)、量子化學(xué)導(dǎo)致人工新材料的合成；廣義相對論、天體物理學(xué)與宇宙學(xué)是宇航科技的基礎(chǔ)，導(dǎo)致新的宇宙觀的形成。4.21世紀(jì)的高科技與物理學(xué)4.1.220世紀(jì)物理學(xué)促進了其他科學(xué)的發(fā)展（1）化學(xué)：物理學(xué)促進了量子化學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的發(fā)展：物理學(xué)的方法、儀器與探測技術(shù)在化學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用，使化學(xué)研究發(fā)生了質(zhì)的飛躍。（2）生物學(xué)：物理學(xué)與生物學(xué)的結(jié)合，產(chǎn)生了生物物理學(xué)、量子生物學(xué)等交叉學(xué)科；物理學(xué)的方法、儀器與探測技術(shù)在生物學(xué)中得到了廣泛應(yīng)用，使生物逐步成為精密的、定量的科學(xué)。4.21世紀(jì)的高科技與物理學(xué)（3）數(shù)學(xué)：廣義相對論、量子論促進了菲歐幾何、泛函分析和希爾伯特空間理論、微分幾何與纖維叢理論、拓撲學(xué)、量子群、非對易幾何等數(shù)學(xué)分支的發(fā)展，計算機的出現(xiàn)還使機器證題和計算數(shù)學(xué)得到空前發(fā)展。4.21世紀(jì)的高科技與物理學(xué)4.221世紀(jì)物理學(xué)的地位21世紀(jì)物理學(xué)的地位應(yīng)從兩方面考察。1）物理學(xué)在自然科學(xué)群體中的地位這是由自然科學(xué)群體的知識結(jié)構(gòu)決定的，是長期的，穩(wěn)定的。在自然科學(xué)群體中，物理學(xué)處于基礎(chǔ)和領(lǐng)導(dǎo)地位。這一觀點會招來其他學(xué)科的爭議。對這些爭議的回答是：4.21世紀(jì)的高科技與物理學(xué)（1）對于數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)本生不能回答其自身的數(shù)學(xué)形式邏輯體系的客觀真實性問題，數(shù)學(xué)形式體系的客觀真實性要靠物理學(xué)要認證；數(shù)學(xué)的發(fā)展有兩個動力，即數(shù)學(xué)內(nèi)部邏輯發(fā)展的動力和外部的物理學(xué)等學(xué)科的需要與直觀的動力。正是這種外部物理學(xué)的需要與直觀的動力使Witten和Donaldson發(fā)展了現(xiàn)代數(shù)學(xué)，并因此獲得了菲爾茲獎；而量子論導(dǎo)致非對易幾何的出現(xiàn)，超炫理論產(chǎn)生了新的數(shù)學(xué)。然而，數(shù)學(xué)像語言一樣是偉大的，她作