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1、自然科学概论 授课对象：0507241 授课时间：0506学年度 授课教师：戴余军 联系方式：课程介绍 本课程为专业基础课。 自然科学是研究自然界物质形态、结构、性质和运动规律的科学，包括数学、物理、化学、天文学、地球科学、生命科学等。通过学习了解自然科学在推动经济的发 展、推动人类思想文明进步的巨大作用，了解自然科学 在工、农、医、国防等方面的应用，了解该学科的发展 前沿、热点和问题，使学生牢固掌握自然科学的基本理 论和基础知识，了解自然科学的基本特性及其发展规律 ，为学生今后的学习及工作实践打下宽厚的基础。 课程的学习与考试 作为科学教育领域的专业基础课，本课程强调 学生对自然科学基本理论
2、、基本概念、科学研究 方法的掌握与运用，鼓励学生在教学过程中对教 学的积极参与和平时学习的积累，不鼓励期末突 击复习、考试的投机学习行为。为此，特制定期 末总成绩的评定标准。 期末考试卷面成绩占总成绩的60，其余40 为平时成绩。平时成绩包括：1、课后思考题（06分），每章均会根据教学内容 布置思考题，要求按时上交，教师每次将随机抽查20 30的作业本进行评分，在学期末考试结束后， 作业本全部上交作为评定平时成绩的依据。 2、学习笔记（06分），要求并鼓励课堂记录或课后 整理学习内容，所有学习笔记在期末考试结束后上交 作为评定平时成绩的依据。 3、参与教学活动（018分），主要是鼓励学生在学
3、习过程中的主动学习能力，在课堂、课外与教师平时 就学习问题的探讨以及参与实验的态度、取得的效果 灯将作为此项成绩评定的依据。 4、提问5分，纪律5分，包括迟到、旷课、环境整洁等 。 第一章 绪 论 第一节 自然科学的对象、性质和作用 第二节 自然科学的体系结构 第三节 自然科学的历史演进第一节 自然科学的对象、性质和作用 一、自然科学的研究对象 二、自然科学的性质和特点 三、自然科学的社会作用 自然科学科学 社会科学综合科学一、自然科学的研究对象 自然科学是研究自然界中各种自然现象或事物的结构、性质和运动规律的科学。因此，自然界的物质形态、结构、性质和运动规律等都是自然科学的研究对象。 (一)
4、物质的基本形态 1.最基本的物质形态包括固态、液态、气态、等离子态 、中子态、场和反物质态，这些基本形态按照内部结构 特点可分为实物和场两种基本类型。 2.固态、液态和气态是常温状态下物质的三种普通形态 。 3.场是指物质间的相互作用场，它是存在于整个空间并 具有传递相互作用能力的物质连续形态 。 4.由电离子和电子组成的气体叫等离子体。 5.在地球之外，存在着一种粒子的集聚态，其分子和原 子间的空隙、原子核和电子间的空隙均已消失，形成了 一种密度特别大的物质叫中子态或超固态 。 6.自然界除存在带负电的电子外，同时还存在带正电子 的反物质态。(二)物质的结构和性质 结构是指组成物质的各要素之
5、间相互联系和相互作用 的形式。研究物质结构，主要是研究物质系统内各要素之间排列顺序和组合方式等。 结构空间 结构时间结构：内部 结构外部 结构数量上：保持一定的比例关系 性质上：相互协调，相互适应 形态上：呈网络状 同素异构：组成要素相同，结构形式 不同 同构异素：结构形式相同，但物质系 统的组成要素不同 结构的流动性和变化性 (三)物质运动的形式和规律 对物质运动形式和运动规律的研究，是自然科学的 主要研究对象。 基 本 运 动 形 式 微观物质运动 微观物理学 化学运动 化学 宏观物理运动 宏观物理学 生命运动 生命科学 地球运动 地学 宇宙天体运动 天文学 规律是物质运动过程的本质联系和
6、必然趋势。规律是 客观的，各种运动形式都有自己特殊运动规律。 二、自然科学的性质和特点 (一)自然科学是关于自然的系统化的知识 自然科学作为反映自然物的知识体系，具有自己鲜明的特点： 客观性 逻辑系统性 计量性 无阶级性 (二)自然科学是认识自然的社会活动 作为认识自然的一种社会活动，自然科学包括了人类认识自然的思维活动和实验活动，与其他社会活动相比，主要有三个突出特点： 思维活动与实验活动紧密结合 具有特定的研究方法 具有特殊的组织形式 三、自然科学的社会作用 自然科学约四百年前才开始取得独立地位，现代自然科学至今也只有百余年的历史，但它对 人类社会的发展产生了十分巨大的影响，主要表 现在以
7、下几个方面： (一)自然科学是知识形态的生产力 (二)自然科学对现代经济的发展有巨大的推动作用 (三)自然科学是促进社会发展的革命力量 (四)自然科学对人类思想文明的进步起着巨大的 推动作用 (一)自然科学是知识形态的生产力 自然科学属于生产力，它能够极大地提高社会生产力的整体水平，推动社会的进步和发展，这是现代自然科学最基本的社会功能。它具有以下性能：1、渗透性 自然科学主要是通过向生产力三要素的渗透，来体现出它的生产力属性。主要途径： 通过教育的途径 通过技术发明的途径 通过新技术、新工艺 通过提供新的、合理的社会组织和管理方法 2、潜在性 所谓潜在性是指自然科学是知识体系，而不是特定的技
8、能，只有通过技术等中间环节，才能进入生产过程，变为直接的现实 生产力，同时由于经济、社会等条件的限制，也需要待条件成熟 才能转化为物质生产力。 3、馈赠性 馈赠性是指当自然科学偿还了由于发现它所耗费的代价，就会一劳永逸地被社会所使用，推动生产力的发展，这种馈赠性可 以持续几百年、几千年甚至千万年。 4、储备性 自然科学由于是一种知识形态，不像工具那样可以直接利用，往往有一个储备过程，这种储备性，除表现为其理论的产生到 实际应用有一定的时间间隔外，还表现为这种理论以后可以随时 再认识应用到实践中去，有着永远储备作用。 (二)自然科学对现代经济的发展有巨大的推动作用 对于现代经济社会的每一重大突破
9、，自然科学和技术进步都起到了关键的作用。自然科学对经济的推动作 用，是通过多种途径实现的。 首先，通过经济工作者的影响 其次，通过科学技术生产的过程，有力促进经济 的发展 第三，通过资源开发深度、广度的增加，经济管理的科学化和产生的信息效果 (三)自然科学是促进社会发展的革命力量 自然科学的进步，必定形成巨大的生产力。生产力是人类社会发展中的决定因素，生产力的发展必将引起生产关系的变革和社会形态的变更。马克思把科学看成是“一种在历史上起推动作用的、革命的力量”。 (四)自然科学对人类思想文明的进步起着巨大的推动作用 自然科学的不断发展，已成为人类不断更新观念，建立新的思维方式，形成正确世界观的
10、重要基础和源泉 。 1自然科学是人类一切思想的基础 自然科学的进步，也为社会科学对社会的认识，思维科学对思维的认识提供知识基础和方法，不同时代人 类的哲学思想和思维方式之所以不同，一个主要原因就 是不同时代有不同的科学 2自然科学提高了人类认识世界的能力，是人类破除 宗教迷信，摆脱无知状态的根本思想 第二节 自然科学的体系结构 自然科学的体系结构是指自然科学系统中各组成要 素之间的有机结合方式。是以自然界的客观存在为基础 ，随着人们科学实践的长期演进而形成的，它经过了一 个从低级到高级，从简单到复杂，从零散到系统的发展 过程。 一、自然科学结构的演化 二、自然科学的层次结构 三、自然科学的学科
11、结构四、自然科学的知识结构 一、自然科学结构的演化 自然科学结构是指自然科学的各个组成部分之间的结合方式，并在科学体系中占据什么样的地位，以及它们决定科学整体功能的机制。它是在长期的社会实践中，逐步演化形成的。 （一）古代自然知识的排列 上古时期，人们通过在哲学内部对各种知识做系统的 排列，逐渐确立了自然科学在哲学中的位置。 古希腊 柏拉图：最早进行知识排列，将知识分为三类，即辩证 法、物理知识、伦理说。 （客观唯心主义的理念 ） 亚里士多德 ：理论的哲学（物理学、数学和形而上学 ） 、实践的哲学 、创造的哲学 。（以人的活动为 准则 ） 伊壁鸠鲁 ：物理学、规范学 、伦理学 古代中国 周礼中
12、将知识分为六艺： 刘歆提出的“七略”分类法： 礼、乐、射、御、书、数成辑略、诸子略、诗赋略、兵书 略、六艺略、数学略、方技略(二)近代科学结构 以哥白尼的日中心说为代表形成了新兴的 科学体系，这是近代科学诞生的标志。 17世纪 ，培根根据人类思维方式的特征 把科学分为三类：（1）记忆的科学：历史学、语言学等 ； （2）想像的科学：文学、艺术等； （3）判断的科学：哲学、自然科学等。 十九世纪初，法国空想社会主义者圣西门 (Saint-simon，1760-1825)提出了以研究对象作为 科学分类、揭示和描述科学体系结构的原则 ，他 把所见到的一切现象从简单到复杂地划分为四个方 面：天文现象、物
13、理现象、化学现象和生理现象， 与此相对应，科学也由简单到复杂地分成天文学、 物理学、化学和生理学。数学是为它们提供精密基 础的，最为简单，因此数学应排列在天文学之前。 圣西门把一切现象看成是孤立的表面的东西， 没有把科学看成是揭示事物的本质联系，因此不可 能把握各学科间的内在联系，是形而上学的。黑格尔的重要功绩是把辩证发展的原则 引入科学分类，以发展的思想重新确立自然 科学体系，他把自然的、历史的和精神的世 界描写成一个过程，通过揭示事物运动变化 中的内在联系，依次排列了各门学科，即数 学、力学、物理学、化学、地质学、植物学 和动物学等。 但他的发展原则又是建立在唯心主义基 础上的。有许多东西
14、是用思辨的联系代替客 观事物真实联系，这就从根本上否定了科学 的客观内容，不能从根本上揭示学科之间真 正的内在联系。 19世纪中叶，自然科学的发展进入了一个新的时期。化 学的原子论和周期律，物理学的能量守恒和转换定律， 生物学的细胞学说与进化论，这些成就进一步揭示了自 然界普遍发展与普遍联系的规律，为科学地建立自然科 学分类体系奠定了基础。恩格斯把圣西门的客观原则和黑格尔的发展原则有 机地统一起来，以物质运动形式的区别和固有次序作为 区分和排列各门科学的根据和标准，并且，根据当时的 科学发展状况，把科学按从简单到复杂、从低级到高级 排列为：力学、物理学、化学、生物学、社会科学。 恩格斯的自然科
15、学分类，揭示了近代自然科学的 静态结构和动态发展，实现了客观性原则和发展性原 则的统一，是研究自然科学体系结构及发展规律的指 导思想。 (三)现代科学结构 进入20世纪，科学发生了很大的变化，以相对论 和量子力学为代表的新理论辨证地否定了机械论的自 然观和世界观，使人们由过去牛顿(1Newton，1642 1727)的三维观念转变为爱因斯坦(AEinstein，1879 -1955)的统一的四维时空连续观。这一根本的变革， 导致了科学结构的改变，影响着人们对科学结构的认 识，同时自然科学研究不断向纵深领域发展，许多新 的物质层次结构被揭露出来，并对已揭示出来的物质 各层次的性质、规律开展了全面
16、的研究；利用已揭示 出的规律去研究相邻科学，开辟了许多新领域；科学 与社会的相互作用日益加强。所有这些都要求人们对 科学做出新的概括和总结。 日本学者岩崎允胤和宫原将平根据各物质运动形 态的层次性进行分类，构建了自然科学的多层次体系 结构。并且在构建体系结构时，注意到了在物质的各 种运动形态互相过渡和互相转化的层次上，还存在着 一些横跨于许多层次之间的一定的共同侧面。 钱学森按照直接改造客观世界还是间接地 联系到改造客观世界，将自然科学划分为三个 层次，即基础科学、技术科学和工程技术。并 认为马克思主义哲学是概括一切、指导一切的 理论，它通过自然辩证法与社会辩证法(历史唯 物主义)这两座桥梁把自然科学、数学和社会科 学连接起来。 二、自然科学的层次
