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1、 仪器科学与光电工程学院仪器科学与科技文明钱政北京航空航天大学 甲骨文、金文、篆文、隶书的来源及区别?“仪” 和“器”的字义变迁!一、仪器科学与科技文明的关系二、仪器科学与物理学发展三、仪器科学与化学发展四、仪器科学与医学发展五、仪器科学与智慧城市六、仪器科学与科技革命七、仪器科学与工业4.0八、仪器科学研究中的创新思维 仪器科学与光电工程学院仪器科学与科技文明的关系钱政北京航空航天大学一、仪器与仪器科学二、文明与科技文明三、仪器进步推动了科技文明仪器与仪器科学基本概念科学技术工作中,用于检查、测量、分析、计算、发信号的器具或设备。一般具有较精密的结构和灵敏的反应。广义上泛指科学技术工作中所使
2、用的各种器具。 辞海(第六版 测量仪器:单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具。JJF-1001-2011 通用计量术语及定义(国家标准 仪器科学与技术:就是专门研究、开发、制造、应用各类仪器以使人的感觉、思维和体能器官得以延伸的科学技术学科,从而使人类具有更强的感知和操作工具的能力来面对客观物质世界,能以最佳或接近最佳的方式发展生产力、进行科学研究、预防和诊疗疾病及从事社会活动。仪器与仪器科学信息流动的过程 计量检测理论和技术 传感器理论和技术自动控制理论和技术信号处理理论和技术 误差分析理论和技术1582年,伽利略发明重力摆摆钟,惠更斯,1657年压电效应1880年第1台石英钟1959
3、年,石英时计1969年,石英手表1955年,第一个铯原子钟标准美国,镱原子钟,1秒/150亿年17281759年,哈里森航海钟中国,铯原子钟,1秒/0.3亿年仪器与仪器科学度量衡的发展 古埃及天平 公元前1500年 古希腊天平公元前560年 古罗马天平 公元1世纪 战国(楚天平 公元前400年秦始皇统一度量衡鲁班尺 王莽、铜卡尺象牙尺,殷墟出土1915年,北洋政府权度法仪器与仪器科学天文地理仪器昔武王伐殷,岁在鹑火,月在天驷,日在析木之津,辰在斗柄,星在天鼋,星与日辰之位皆在北维。国语周语下 浑仪(早于西汉简仪(元郭守敬 象限仪(9 世纪伊斯兰 望远镜(16世纪荷兰魏马钧(255年司南,汉代
4、候风地动仪,东汉 航海水罗盘,明朝显微镜(cell的来源 1665 年,罗伯特虎克显微镜(发现细菌1674 年,列文虎克第一台扫描电子显微镜1931年,1986年诺贝尔奖扫描隧道显微镜年,1986年诺贝尔奖相差显微镜观察1935原仪器与仪器科学对测量重要性的认识 一切推理都必须从观察与实验中得来。伽利略(1564-1642年 意大利物理学家、天文学家和哲学家,近代实验科学的先驱者。 门捷列夫(1834-1907年 俄国化学家,发现了元素周期律,发表了世界上第一份元素周期表。科学是从测量开始的。 培根(1561-1626年 英国哲学家,提出了经验归纳法,现代实验科学的真正始祖。感觉经验是一切知识
5、的源泉。开尔文(1824-1907年 被看作英国的第一位物理学家。是热力学的主要奠基者之一。测量是知识的起点。一、仪器与仪器科学二、文明与科技文明三、仪器进步推动了科技文明文明与科技文明什么是文明 古巴比伦(公元前4000年公元前539年灭亡 古埃及(公元前3500年公元前30年灭亡 古印度(公元前2500年公元前187年灭亡 古希腊 (公元前2000 年 公元前146年灭亡 指社会进步,有文化的状态。美国民族学家摩尔根在古代社会中把文明时代定义为继蒙昧时代、野蛮时代后人类社会的第三个时代,以文字的发明和使用为起点。1900年,梁启超认为“地球上古文明国家有四:中国、印度、埃及、罗马是也”。世
6、界文明史(麦克高希称“古巴比伦、古埃及、古印度(公元前2500年、中国、古希腊是世界上的五大文明发源地”。文明与科技文明北纬30度谜题 大河文明自给自足海洋文明兼容并包丛林文明文明与科技文明科学与技术运用范畴、定理、定律等思维形式反映现实世界各种现象的本质和规律的知识体系。 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。广义的含义还包括相应的生产工具和其他物资设备,以及生产的工艺过程或作业程序、方法。 在马克思看来,科学是一种在历史上起推动作用的,革命的力量。是历史的有力的杠杆,是最高意义上的革命力量。1988年9月5日邓小平在会见捷克斯洛伐克总统胡萨克时,提出了“科学技术是
7、第一生产力”的著名论断。 太阳历、太阴历和卓尔金历测算的地球年365.2420天,现代人测算为365.2422天,5000年差一天。测算的金星年为584天,50年内误差7秒。玛雅数字 玛雅数字是20进制的记数系统。玛雅数字由3个符号的组合构成:(贝形符号、一(点、五(横线。需要强调的是这个符号的发明和应用,具有重要意义。在拉美西斯二世的生日和祭日,旭日才能从大门射入,撒在拉美西斯二世石雕身上 塔高扩大10亿倍等于日地距离;塔高除塔底底边两倍,是圆周率;塔顶进口隧道对着北极星 积累了丰富的人体生理和解剖知识,能做外科手术,能治多种疾病,能配制药物 把天狼星和太阳同时在地平线升起定为一年之始,一年
8、三季共12个月,每月30天,加上年终5天节日共计365天 文明与科技文明中国文明中的科技文明天文学商代的四分历;元代郭守敬的授时历(365.2425 为一年,误差26秒;太阳黑子的发现和记载:西汉年间,比欧洲早了800余年;世界最早的哈雷彗星记录:比欧洲早600多年。数学九章算术(汉代:九章246个问题:各种形状面积和体积算法;利用勾股定理进行测量;开平方、开立方;求解一元二次方程、联立方程;正负数的概念和运算法则。注重实用性、强调整体观!文明与科技文明古巴比伦文明古埃及文明古希腊科学文明与科技文明古希腊文明中的科技文明 泰勒斯前624年-前546年 科学和哲学之祖希腊学园 公元前387年 雅
9、典民族英雄坟墓附近Akademus 毕达哥拉斯 前572年-前497年古希腊数学家、哲学家亚里士多德 前384年-前322年 古希腊百科全书式科学家苏格拉底 前469年-前399年 古希腊思想家、哲学家 欧几里得前325年-前265年几何原本(公元前300年 古希腊数学家阿基米德前287年-前212年 杠杆原理、浮力定律 古希腊数学家、物理学家 希波克拉底前460年-前377年 体液理论 西方医学之父埃拉托色尼前275年-前193年测量地球直径 地理学之父一、仪器与仪器科学二、文明与科技文明三、仪器进步推动了科技文明中国古代科技成就在世界科技成就中所占比例时间公元前6-前1世纪公元西方基督教定
10、为国教(380年中国文艺复兴兴起(13世纪末大航海时代(1492年中国与西方科学发展示意图 仪器进步推动了科技文明科技中心转移 1620年1710年1790年1870年1950年第一个科学活动中心在意大利(1617世纪以达芬奇和伽里略为代表的意大利科学家,继承和发展了古希腊科学文化,开创了实验科学的传统,使自然科学开始从神学中解放出来。 改进了望远镜,支撑日心说比萨斜塔实验,自由落体定律斜面实验,证明了重力加速度的存在,并引申出单摆理论作为发明家的达芬奇 达芬奇(1452年-1519年物理发现惯性规律;对杠杆原理有了进一步发展;发现了牛顿第三定律;发现大气折射现象.数学第一次使用加减号。探索出
11、立体几何中关于正六面体、圆柱体、球体面积之间关系的规律. 其标志是1662年英国皇家学会的成立,云集了牛顿、虎克、波义耳,哈雷、布拉德雷,瓦利斯、哈克等一大批科学家。在16601730年间,英国共有60余名杰出科学家,约占 英国成为世界科学中心与牛顿有很大的关系,他的名著自然哲学的数学原理出版于1687年,被认为是近代科学臻于成熟的里程碑。1727年牛顿死后,英国科学便开始急剧衰落。波义耳(1627-1691 怀疑派化学家(1661年 “波义耳把化学确立为科学” 实验和观察是一切的基础1673年做了一个著名的实验,将金属放在密闭的容器里加热,两个小时打开密闭容器,进行称重,物质的质量增加了,但
12、是未能解释。 1774年,拉瓦锡做了同样的实验,进行了精确测量,并给出解释,这就是质量守恒定律。在密闭容器中的定量气体,在恒温下,气体的压强和体积成反比关系人类历史上第一个被发现的定律第三个科学活动中心在法国(1819世纪法国科学的全盛时期在百科全书时代和拿破仑一世时期。百科全书派:以1772年百科全书的出版为标志,主编为狄德罗。参加编纂的主要人员有孟德斯鸠、魁奈、杜尔哥、伏尔泰、卢梭、布丰等一大批法国启蒙运动时期的著名人物。为法国大革命作了舆论准备,是法国大革命促使法国科学走向繁荣的。拿破仑对科学和文化事业极为关注。掌权后,他定时出席研究院的会议,邀请院士们报告科学进展。执政初期,他就将巴黎
13、理工、炮兵、路桥等高等专科学校(称“大学校”分为基础和应用两种。拿破仑对科学和文化事业的关注促进了法国科学的繁荣,为世界贡献了以拉瓦锡、拉格朗日、拉普拉斯、傅里叶为代表的一批卓越的科学家和出色的科学成果。此外,还贡献一大批出色的工程师。 安托万-洛朗拉瓦锡(1743.8.26-1794.5.8法国著名化学家,近代化学之父,拉瓦锡之于化学,犹如牛顿之于物理学。通过测量发现了质量守恒定律,推动了化学方程式的发展;第四个科学活动中心在德国(1920世纪从柏林(洪堡大学成立的1810年开始的,直到第二次世界大战德国失败。 伦琴(1845-1923年著名物理学家 X 射线发现者,第1位诺贝尔物理学奖获得
14、者 赫兹(1857-1894年 物理学家 证实了电磁波的存在及发现了光电效应 电磁波实验装置(1888年 马克斯普朗克(18581947德国物理学家,量子论的奠基者。1894年起,开始研究黑体辐射,提出能量子概念和普朗克常数,成为此后微观物理学中最基本的概念和极为重要的普适常量。爱因斯坦和爱丁顿爵士 光线偏折(1919年第一个验证相对论的实验一战后科技中心开始转移到美国(2021世纪19世纪的美国主要是搞技术发明、技术引进。这一时期的代表人物当属爱迪生。一战以后,美国成为最强大的资本主义国家,逐渐走上科技全面发展的轨道,并趁希特勒排犹之际大量引进人才。爱因斯坦、费米等,都是被迫流亡到美国的。这些人到美国后,为美国的科学事业作出了宝贵的贡献。美国建立了一套独特的科研体制,能够运用系统科学的成果进行科学的组织管理。他们用“曼哈顿工程”研制了原子弹,用“阿波罗计划”完成了登月飞行。 托马斯阿尔瓦爱迪生(1846年-1931年仪器进步推动了科技文明第五次科技中心 迈克尔逊（1852-1931年）
