1、2018/10/18,1,第一章 科学、技术与工程的一般特点,科学的含义和特征技术的含义和特征工程的含义和特征科学、技术、工程的联系和区别科学、技术的发展趋势现代科学技术系统结构,2018/10/18,2,一、科学的含义和特征,（一）科学的内涵1.科学一词的来源“科学”一词，源自中世纪拉丁文Scientia,本义为“学问”、“知识” 现代汉语中的“科学”译自英文Science,2018/10/18,3,一、科学的含义和特征,（一）科学的内涵1.科学一词的来源 明治时期，日本学者福泽瑜吉把Science翻译成“科学”，意为“分科的学问” 1896，严复翻译天演论等著作时使用“科学”术语，尔后逐步
2、推广,2018/10/18,4,一、科学的含义和特征,（一）科学的内涵1.科学一词的来源英国科学家、科学学创始人贝尔纳认为，科学在它的历史发展中表现为方法、知识、信仰、生产力和社会建制等种种形象，体现出不同的本质特征，是难以定义的,英J.D 贝尔纳,2018/10/18,5,一、科学的含义和特征,（一）科学的内涵2.从科学发展史的角度分析其实质 科学是一种反映客观事实和规律的系统化、理论化知识。作为人类活动的一个范畴，其直接功能是不断探求和系统总结关于客观世界的知识： 科学不仅仅是知识体系，而且是一种生产知识的特殊的认识活动； 科学也是一种特殊的社会意识形态； 科学是一种社会建制。 总结：科学
3、是知识体系和知识生产的实践活动的统一。,2018/10/18,6,一、科学的含义和特征,（一）科学的内涵 （一）科学的内涵关于知识 “人们在改造世界的实践中所获得的认识和经验的总和。” （现代汉语词典） 现代，突破了经验和认识范围，扩展到实践、创造领域,OECD将知识分为四种 知道是什么的知识（Know-what） 知道为什么的知识（Know-why） 知道怎么样做的知识（Know-how) 知道是谁的知识 （Know-who）,例 给我一个支点，我就能撬动地球,2018/10/18,7,一、科学的含义和特征,（一）科学的内涵3、科学概念的广义与狭义 广义的科学包括自然科学、人文科学、社会科学
4、以思维科学，狭义的科学则指自然科学。自然科学：以自然界（包括人工自然）为研究对象的科学作为人类的基本活动，属于社会实践范畴生产斗争、阶级斗争、科学实验是人类三项伟大实践活动（毛泽东）,2018/10/18,8,一、科学的含义和特征,（一）科学的内涵3、科学概念的广义与狭义 作为知识体系，属于认识范畴，其最终成果表现为关于自然的系统化、理论化的知识 自然科学作为一种意识形态与其它意识形态的区别：具有一般社会生产力，即“知识形态上的生产力”的性质 不是依赖于特定经济基础之上的上层建筑 自然科学无阶级性、民族性，无国界，有继承性,2018/10/18,9,一、科学的含义和特征,（二）科学的基本特征科
5、学是一种知识，但并非所有的知识都是科学。 1、科学的解释性和预见性 科学不仅是对事实的简单判断和描述，而且要揭示其背后的本质和规律 科学能够预见目前尚未观察到的、但却能够被以后的科学实践证明的自然现象,2018/10/18,10,一、科学的含义和特征,（二）科学的基本特征 2、科学的精确性 近代以来科学发展的重要特点之一是数学方法和实验方法相结合，数学在科学中的应用使科学的各门学科都有了精确性的特征。主要表现在： 一是任何科学定律或原理都只能在特定条件下、有限的范围内成立，科学应用是有边界的； 二是科学结论的表述也必须系统、严格、精确、明晰，它应该能够提供具体而明确的知识，科学的 结论必须使用
6、科学的语言来表述,2018/10/18,11,一、科学的含义和特征,（二）科学的基本特征3、科学的可检验性科学对事实的解释是确定的、具体的命题，这些命题在可控的条件下可以重复接受实验的检验。在西方科学哲学中，通常以“可检验性”作为科学划界的标准。,2018/10/18,12,一、科学的含义和特征,（二）科学的基本特征4、科学的可错性或可变性 科学本身是按照一定的理论预期进行的一种探索未知的活动，它试图告诉人们世界是怎么样的。但由于人类认识本身的局限性，这种探索结果可能会出错 如拉瓦锡（A.L.Lavoisier）的氧化学 说证明了燃素说的错误，但并没有否 认燃素说在化学发展中曾经起过的 积极作
7、用。,2018/10/18,13,一、科学的含义和特征,（二）科学的基本特征5、科学的系统性作为科学知识要求知识体系在逻辑上的自洽性以及经验知识与理论知识的一致性。6、科学的主体际性科学知识的客观的、普遍的，能够被不同的认识主体所重复和理解，能够接受不同认识主体的实验检验，并在他们之间进行讨论、交流，即科学的主体际性,2018/10/18,14,一、科学的含义和特征,（三）科学的分类1、基础科学：数学、物理、化学、生物学、天文学、地学等2、技术科学：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、应用化学、电子学、应用光学等3、工程科学：农业工程学、矿山工程学、工程力学、电力工程
8、学、宇航工程学等4、边缘学科（交叉学科） ：物理化学、生物化学、生物物理等。5、综合学科：环境科学等6、横断学科：数学、信息科学、信息论、控制论、系统论、协同论、突变论、耗散结构理论等,2018/10/18,15,二、技术的含义和特征,（一）技术的含义和本质1、“技术”一词，源于古希腊语的teche，意指“技能”、“技艺”等。指的主观性因素。 （1）技术的最初表征：劳动者的技巧、技能和操作方法，即人类在生产经验基础上获得的主观能力 （2）科学兴起后的技术表现：依据自然科学规律，运用一定的手段、方法、特别是以机器的使用为中介，对物料、能量、信息进行转换或加工，以满足人类需要的实践活动 技术成为反
9、映实践经验、科学理论和物质设备三方面的技术理论、物质手段和工艺方法的总和,2018/10/18,16,二、技术的含义和特征,（一）技术的含义和本质技术的含义总结：技术是人类为了满足社会需要，利用自然规律，在改造和控制自然的实践中所创造的劳动手段、工艺方法和技能体系的总和，是反映现代技术性形象的科学界说,2018/10/18,17,二、技术的含义和特征,（一）技术的含义和本质1、“技术”一词，源于古希腊语的teche，意指“技能”、“技艺”等。指的主观性因素。 （3）技术的二重属性 技术的自然属性，指人们在运用技术变天然自然为人工自然的过程中，技术无论作为劳动手段、工艺或技能，均须遵循自然规律；
10、 技术的社会属性，指人们在运用技术变天然自然为人工自然的过程中，受到各种社会条件的制约。,2018/10/18,18,二、技术的含义和特征,（一）技术的含义和本质1、“技术”一词，源于古希腊语的teche，意指“技能”、“技艺”等。指的主观性因素。 （4）对技术的认识概括技术的狭义认识：主要从人和自然的关系中来理解技术， “方法技能说”、“知识应用说”、“劳动手段体系说”、“要素综合说”技术的广义认识：把技术扩展到任何讲究方法与手段的有效活动，认为技术存在于全部人类活动中，在社会生活的各个领域里都有技术在起作用，整个社会的政治、经济、文化均以技术为中介而使其联系为一整体,2018/10/18,
11、19,二、技术的含义和特征,（一）技术的含义和本质2、技术的本质 马克思：“劳动首先是人和自然之间的过程，是人以自身的活动来引起、调整和控制人和自然之间的物质变换的过程”，劳动过程中的“劳动资料是劳动者置于自己和劳动对象之间、用来把自己的活动传导到劳动对象上去的物或物的综合体”。,2018/10/18,20,二、技术的含义和特征,（一）技术的含义和本质2、技术的本质它是人对自然的能动关系，它从属于劳动过程，是劳动主体即人类置于自己和劳动对象之间，用来把自己的目的和意义传导到劳动对象去，似之发生人们期望的变化的重要手段和联系媒介,2018/10/18,21,二、技术的含义和特征,（二）技术的基本
12、特征1、技术是自然属性和社会属性的统一2、技术是主体要素和客体要素的统一技术的主体要素：人类在技术活动中表现出来的主体活动能力，包括经验、技能、技术知识和理论技术的客体要素：以工具、机器设备等生产工具为标志的客观性技术要素,2018/10/18,22,二、技术的含义和特征,（二）技术的基本特征3、技术是物质因素和精神因素的统一人类在运用技术变革自然的实践活动中同时还改变着自身，特别是使人所特有的思维能力得以不断提升恩格斯：“人的思维的最本质和最切近的基础，正是人所引起的自然界的变化，而不单独是作为自然界的自然界；而人的智力是比例于学会改变自然界的状况而发展的。”,2018/10/18,23,二
13、、技术的含义和特征,（二）技术的基本特征4、技术本身有一个潜在形态到现实形态的发展过程 技术表现为一个过程 从技术的生产和发展看，技术本身存在一个从无形技术向有形技术，从潜在技术向现实技术转化的过程。,2018/10/18,24,二、技术的含义和特征,（三）技术的基本分类1、技术按物质基本运动形式的分类19世纪，恩格斯据当时自然科学的研究成果，提出把自然界物质的基本运动形式分为机械运动、物理运动、化学运动和生命运动四种类型的观点 自然科学中的力学、物理学、化学、生物学四大学科，即是以四种基本运动形式为对象展开 据此，可以认为整个技术是由与基本运动形式相对应的四种基本技术构成的：机械技术、物理技
14、术、化工技术、生物技术,2018/10/18,25,二、技术的含义和特征,（三）技术的基本分类1、技术按物质基本运动形式的分类 表2.1 四大基本技术,2018/10/18,26,二、技术的含义和特征,（三）技术的基本分类2、工程技术按生产劳动过程的分类 （1）与有生命的自然过程相结合的技术：植物栽培技术、动物饲养技术、人类保健技术。 （2）与无生命的自然过程相结合的技术：七类（日本学者星野芳郎）,2018/10/18,27,2018/10/18,28,三、工程的含义和特征,（一）基本含义 工程的英文engineering，其词根engine（发动机）和ingenious（创造能力）军来源于拉
15、丁语的词根，包含着“创造”的意思 1818，英国民用工程师学会的成立，标志着工匠与工程师在职业划分上的明确分离和现代意义上的工程师的出现 最早且使用最广泛的工程定义出现在1828年托马斯莱德古德（Thomas Tredgold）写给英国民用工程师学会的信中，他把工程定义为“驾驭自然界的力量之源、以供给人类使用与便利之术”,2018/10/18,29,三、工程的含义和特征,（一）基本含义 二战后，现代工程出现了一些新特点：建立在自然科学基础之上，更加依赖现代技术手段 新的工程观：一种将工程看作一个设计的过程；一种看作一个制造的过程 美国工程师职业开发委员会对工程的定义：把通过学习、经验以及实践所
16、获得的数学与自然科学知识，加以选择地应用到开辟合理使用天然材料和自然力的途径上来为人类谋福利的专业的总称 我国学者：对人类改造物质自然的完整的、全部的实践活动和过程的总称,2018/10/18,30,三、工程的含义和特征,（二）工程的基本特征1、工程所追求的目标是社会实现2、工程是按照一定目标和规划对科学、技术和社会的动态整合3、工程活动是一个通过技术集成实现创新的过程4、工程本身是一个复杂的系统,例 曼哈顿工程,2018/10/18,31,三、工程的含义和特征,（三）工程的基本分类 1、从技术基本类型出发，星野芳郎的技术门类后的“技术”换成“工程”即可2、从满足社会需要出发，把工程分类和产业
17、类型联系起来，三大产业类工程类型,2018/10/18,32,2018/10/18,33,工程分类,通常所说的人机工程、结构工程等，属于特定的研究领域；具体的863工程、技术创新工程，则是具体的工作项目，均不在本分类体系之列。,2018/10/18,34,四、科学、技术、工程的联系和区别,1、科学的本质是发现 2、技术是灵魂是发明 3、工程的核心是建造,2018/10/18,35,2018/10/18,36,四、科学、技术的发展趋势,（一）自然科学作为知识体系变化的显著特点 科学、技术、生产一体化，科学活动从单纯的基础研究扩展到应用研究、开发研究，科学知识体系从基础自然科学发展为包括基础科学、
18、技术科学、应用科学（工程科学）的三大层次的结构体系 各传统基础科学的分支学科（一、二级学科-）按树枝型不断生长，且各基础学科之间、各分支学科之间的边缘学科、交叉学科、横断学科也在蓬勃发展。,2018/10/18,37,四、科学、技术的发展趋势,（一）自然科学作为知识体系变化的显著特点以自然界基本运动形式为对象的基础自然科学，向更复杂、更高级的方向发展，形成了新的基础科学门类，如以最复杂的生命体（人体及脑）运动形式为研究对象的人体科学、思维科学，以一切物质运动的系统形式为研究对象的系统科学等。总结：当代的自然科学体系结构，本质上是分层次的、立体的、网络式的、开放的大系统。,2018/10/18,
19、38,四、科学、技术的发展趋势,（二）技术体系的发展技术复杂性上：单项技术-复合技术-技术群体人机关系上：人工操作的手工技术-由人监控的机器技术-全自动智能化机器技术技术原理的进化上：机械技术-物理、化学技术-生物技术技术的体系化：把所有技术部门从低级到高级联系到一起的、复杂的、立体网络结构的 技术体系,2018/10/18,39,四、科学、技术的发展趋势,（三）科学技术一体化 1、科学的技术化重大的科学研究完全离不开先进、复杂的技术手段，如高能加速器和探测器、自动化监测器、大功率射电望远镜、电子显微镜等；离不开各类技术人员的合作科学研究工作本身日益具有工程技术特点,2018/10/18,40
20、,例 欧洲大型强子对撞机,2008-09-10，世界上最大的粒子对撞机正式启动 大型强子对撞机位于瑞士、法国边境地下100米深的环形隧道中，隧道全长达27公里,2018/10/18,41,对撞机之最,1、世界上最大的科研装置：“大型强子对撞机”不仅是世界上最大的粒子加速器，而且是世界最大的科研装置。它位于瑞士、法国边境的地下100米深的环形隧道中，全长26.659公里。 2、地球上最快的“轨道”：如果开足马力，数以百万计的粒子将在环形隧道内以每秒11245圈的速度“狂飙”，约等于光速的99.99%。,2018/10/18,42,对撞机之最,3、太阳系中最“空旷”的地方：为避免粒子流与气体分子发
21、生碰撞，粒子流都在超高真空的“通道”内运行，其间如同星际空间一样“空旷”，气压仅为10的负13次方个标准大气压，比月球上的大气压还小10倍。 4、最热与最冷的机器：大型强子对撞机是个既极端热又极端冷的机器。当两束粒子流对撞的时候，碰撞点将产生达到太阳中心温度的10万倍的极端高温。而由于采用了超流体氦冷却等手段，对撞机中粒子运行的加速腔在工作时的温度仅为零下271.3摄氏度。,2018/10/18,43,对撞机之最,5、全球最强大的超级计算机系统： 为了对海量的实验数据进行分析，世界各地成千上万名科学家将数万台甚至数十万台计算机借助网络联合在一起工作，这也构成了全球最强大的超级计算机系统。,20
22、18/10/18,44,世界最大对撞机将破解五大科学谜团,牛顿未完成的工作什么是质量？,寻找希伯斯玻色子,2018/10/18,45,世界最大对撞机将破解五大科学谜团,一个“看不见”的问题96%的宇宙由什么构成？,2007年科学家绘制的宇宙暗物质三维数字地图,2018/10/18,46,世界最大对撞机将破解五大科学谜团,大自然的偏好为什么找不到反物质？,在这个蟹状星云的合成照片中，物质和反物质粒子已接近光速的速度被喷射出,2018/10/18,47,世界最大对撞机将破解五大科学谜团,“大爆炸”的秘密物质在宇宙诞生后的第一秒呈什么状态？,宇宙大爆炸示意图,2018/10/18,48,世界最大对撞
23、机将破解五大科学谜团,隐藏的世界空间的额外维度真的存在吗？,四维空间,2018/10/18,49,最大对撞机,据介绍，大型强子对撞机上长达27公里的环形隧道堪称一个“超级大冰箱”，其中的超导磁铁温度只比绝对零度（零下273.15摄氏度）略高一点 在进行实验之前，整个轨道被充满的液氦来降温。在原定于去年9月开始的实验，因为液氦泄露，被迫停止。事故发生后，对撞机必须加温到常温才能进行检修，仅一次加温就需要三个月,2018/10/18,50,欧洲大型强子对撞机“试车”成功 实验图像传到华师,2009-11-25 ，在半人高、27公里长的隧道中，两束比头发丝还细的质子束流沿着相对方向高速奔跑，在完成若
24、干圈的“极速马拉松”后，它们在科学家的操控下激烈碰撞。撞出的粒子晶体四散开来，各国科学家激动不已欧洲核子研究中心发给华中师范大学的邮件，带来了大型强子对撞机“试车”成功的好消息。“大型强子对撞机实现了两束质子束流在加速器里的贯穿，并首次在4个探测器上实现了对撞。”,2018/10/18,51,据第一次对撞实验数据“还原”的“现场”,2018/10/18,52,寻找夸克华师制造“读数器”,华师夸克与轻子物理教教育部重点实验室(筹)里，静静摆放着几块杂志大小的电路板，电路板上印着4个英文字母CCNU。它们的400个同伴，已经被安放在了欧洲大型强子对撞机的探测器上了。,2018/10/18,53,寻
25、找夸克华师制造“读数器”,据周代翠教授介绍，在大型强子对撞机上有4个主要探测器，中国科学家所在的ALICE探测器主要进行核-核碰撞，想将夸克从强子(质子和中子)当中撞出来。 华师物理学院利用自己的学科优势，专门为探测器研发了前端电子学主板，组成光子谱仪，这是一种读数系统，用于将实验中的光子信号转化成数据。 此外，华师还为实验开发了三套控制软件。 据悉，目前华师有1位老师和4位博士生在ALICE探测器上工作。该院有百余名师生参与了这项历时多年的研究，为探测器的科研设备开发做出重要贡献。,2018/10/18,54,25年前华师结缘对撞机,1978年恢复研究生招生之后，蔡勖考取刘连寿教授的研究生，
26、在其介绍下，结识了一位德籍华裔科学家； 1982，到德国 ；1984年，蔡成为欧洲核子研究所的合作成员 国际合作也成为华师物理学院科研团队的一种习惯 目前，除了欧洲大型强子对撞机项目，该校还和美国国家布鲁克海文实验室等多个前沿科研机构有着密切的实质合作,2018/10/18,55,四、科学、技术的发展趋势,（三）科学技术一体化 2、技术的科学化 传统技术因新科学理论基础而推陈出新，如机械加工技术发展为使用超声波、离子束和激光加工技术，以现代生物学为基础的基因育种、无土栽培等新技术，引发了一场“绿色革命” 当代重大科学技术均在现代科学基础上开发出，如原子能、半导体、超导技术等,2018/10/1
27、8,56,五、现代科学技术系统结构,由各门基础科学及其技术科学、工程技术构成，并经由各层次、各学科间的边缘学科、交叉学科、横断学科的联系和过渡而结成的大系统 纵向层次结构：门类结构、学科结构和分支结构组成（树状结构） 横向网状结构：边缘学科、横断学科、综合学科组成（网络状交叉系统）,2018/10/18,57,历史唯物论,认 识 论,自然辩证 法,人体科学 各基础科学,系统科学 各基础科学,数学 各基础科学,自然科学 各基础科学,辩证唯物主义,边缘学科、综合学科、横断学科,社会科学 各基础科学,思维科学 各基础科学,人体科学 各技术科学,系统科学 各技术科学,数学 各技术科学,自然科学 各技术科学,社会科学 各技术科学,思维科学 各技术科学,人体科学 各工程技术,系统科学 各工程技术,数学 各工程技术,自然科学 各工程技术,社会科学 各工程技术,思维科学 各工程技术,图1.1 现代科学技术系统结构示意图,2018/10/18,58,Thank you!,
