十四现代自然科学中的基础学科精品公开课

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1、现代自然科学中的基础学科钱学森钱学森的主要科学成就 钱学森是我国航天科技事业 的先驱和杰出代表，在空气 动力学、航空工程、喷气推 进、工程控制论、物理力学 等技术领域作出了开创性贡 献，是中国近代力学和系统 工程理论与应用研究的奠基 人和倡导人。 1956年初，钱学森向中共中央、国务院提出 建立我国国防航空工业的意见书。同年 ，国务院、中央军委根据他的建议，成立了导弹、航空科学研究的领导机构航空工 业委员会，并任命他为委员。1956年，钱学 森受命组建中国第一个火箭、导弹研究所 国防部第五研究院并担任首任院长。他主 持完成了“喷气和火箭技术的建立”规划，参 与了近程导弹、中近程导弹和中国第一颗

2、人 造地球卫星的研制，直接领导了用中近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验，参与制定了 中国近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验， 参与制定了中国第一个星际航空的发展规划 ，发展建立了工程控制论和系统学等。 在控制科学领域，1954年，钱学森发表 工程控制论的学术著作，引起了控制领域的轰动，并形成了控制科学在上世纪50 年代和60年代的研究高潮。1957年，工 程控制论获得中国科学院自然科学奖一等奖。同年9月，国际自动控制联合会（ IFAC)成立大会推举钱学森为第一届IFAC理 事会常备理事。他也成为该组织第一届理 事会中唯一的中国人。 在应用力学领域，钱学森在空气动力学及 固体力学方面做出了开拓性

3、研究，揭示了 可压缩边界层的一些温度变化情况，并最 早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫 数的概念。1953年，钱学森正式提出物理 力学概念，主张从物质的的微观规律确定 其宏观力学特征，开拓了高温高压的新领 域。 在系统工程和系统科学领域，钱学森 在上世纪80年代初期提出国民经济建 设总体设计部的概念，坚持致力于将 航天系统工程概念推广应用到整个国 家和国民经济建设，并从社会形态和 开放复杂巨系统的高度，论述了社会 系统。他发展了系统学和开放的复杂 巨系统的方法论。 在喷气推进与航天技术领域，钱学森 在上世纪40年代提出并实现了火箭助 推起飞装置，使飞机跑道距离缩短； 1949年，他提出火箭旅

4、客飞机概念和 关于核火箭的设想；1962年，他提出 了用一架装有喷气发动机的大飞机作 为第一级运载工具，用一架装有火箭 发动机的飞机作为第二级运载工具的 天地往返运输系统概念。 在思维科学领域，钱学森在上世 纪80年代提出创建思维科学技术 部门，认为思维科学是处理意识 与大脑、精神与物质、主观与客 观的科学，推动思维科学研究是 计算机技术革命的需要。他主张 发展思维科学要同人工智能、智 能计算机的工作结合起来，并将 系统科学方法应用到思维科学的 研究中，提出思维的系统观。 在人体科学、科学技术体系等方 面，钱学森也作出了重要贡献。（新华网北京2009年10月31日电 ）整体认知 本文是一篇事理

5、说明文。 钱学森1977年12月9日在人民日报上发表 现代科学技术一文，文章由引言和五个部 分组成，现代自然科学中的基础学科节选 自其中的第三部分。这一部分指出了现代自然 科学的特点，简要地介绍了现代自然科学体系 的构成，重点介绍了化学、天文学、地学、生 物学的发展和它们跟物理、数学的关系，从而 强调物理和数学这两门根本的基础学科在现代 自然科学体系中的重要位置。理清结构，把握思路 全文可分为三个部分。第一部分（1-2）指出现代自然科学的重要特点，说明数学 、物理是六门基础学科中的最基础的学科。第二部分（3-6）分别介绍化学、天文学、地学和生物学的 发展，解说它们与物理、数学的密切关系，证明物

6、理、数 学在现代自然科学体系中的基础地位。第三部分（7）进一步指出物理、数学是现代自然科学体系 中根本的基础学科，归结现代自然科学体系的构成。具体感知 第一部分（1-2） 第1段，作者从纵横两个方面阐释现代自然科学特点：事物和现象的变化发展过程（纵）现代自然科学研究事物相互之间的关系（横） 这就使现代自然科学与过去只是孤立地研究个别 事物的现象的自然科学有本质的区别。第一部分（1-2） 第2段，从介绍应用科学写起，简单解释了应 用科学与基础学科之间的关系，指出是基础学 科在现代自然科学体系中的位置使之成为基础 ，提出了“从严密的综合科学体系讲，最基础的 是两门学问”一门物理，一门数学的见解，

7、以此作为全文的总纲。全文在说明的过程中紧紧扣住作为基础学科的天 文、地学、生物、化学四门学科和“最基础的”物理、数 学的关系来写，目的就是为了突出物理、数学两门学 科的重要性，反映现代自然科学严密、综合的特点。第二部分（3-6） 这一部分是全文说明的重点，分述化学、 天文学、地学、生物学四门基础学科的新 发展和它们与物理、数学的关系。作者抓 住物理和数学是最基本的两门学科这个要 点，在依次介绍化学、天文学、地学、生 物学这门基础学科时，都作三个方面的阐 述：1.研究的内容；2.研究的成果（包括各 科研究的新发展和分支学科）；3.研究中对 物理和数学的依赖关系。第二部分（3-6） 第3段，作者以

8、现代化学研究的发展为依据 ，证明现代化学研究对物理和数学的依赖关 系。作者指出，就研究内容来说，先是量子化学用 量子力学的原理来解决化学问题，使化学变成应用 物理的一门学问。就研究成果来说，近来计算化学 可以靠电子计算机去计算物质世界里头的原子的运 动规律。再展望化学的发展，“有朝一日”，化学研 究会主要靠电子计算机计算。作者以研究分子变化 的化学与物理、数学的密切关系，证明物理、数学 在现代化学研究中的基础地位。第二部分（3-6） 第4段，作者先指出天文学研究的内容，再介 绍天文学研究的方法，暗示这些研究都要依靠 物理中的光学。后面重点介绍研究成果，以获 得这些研究成果的方法，得出“要了解这

9、些天 文现象，没有物理学是不行的”结论。第二部分（3-6） 第5段首先指出：“地学也是靠物理”，然后介 绍了地学研究理论的三个发展阶段：生物学 地球观、化学地球观到物理学地球观。而代 表现代地学理论最新成就的物理学地球观的 核心板块理论主要是“根据海底岩石的地 磁走向推论出来的”，作者以此证明了现代地 学的研究“都要靠物理学”的见解。第二部分（3-6） 第6段，作者指出现代生物学的发展“达到了研 究分子的水平”，强调这发展“也要归结到物理 上面”。然后，以传统生物学作比较对象，介 绍了现代分子生物学“把生命现象看作是分子 的运动，分子的组合和变化过程”的理论发展 ，再以遗传工程的发明建立了一门

10、新的工业为 事实依据，证明了物理在现代生物学研究中的 基础地位。第三部分（7） 这一部分是对全文的总结，既是对第一部 分的强调，又是对第二部分的照应。它和 第一部分一样，从现代自然科学纵、横两 个方面着眼，说明清楚现代自然科学体系 的轮廓和内部层次，突出了现代自然科学 的严密、综合的特点，再一次强调物理和 数学为现代自然科学体系中根本的基础学 科这一核心问题。现代自然科学体系构成图物理学根本的基础学科 数 学基础学科 天文学一般的基础学科 地 学 现代自然科学 生物学工程结构 化 学工程技术学科 电子力学（应用科学） 电子技术农业技术说明特色 一、结构严谨、层次分明本文的结构具有总分总的特点，

11、先 从整体说到局部，再从局部回到整体。第一部分介绍自然科学的重要特点，说明自 然科学体系中应用科学与基础科学的关系，是先 说整体，第二部分根据这一观点分析六门具体学 科，是从整体说到局部，第三部分再总结自然科 学体系，从局部回到整体。在分说局部时，又紧扣化学、天文学、地学 和生物学各科的研究发展对物理、数学两科的依 赖关系，使说明的重点突出。说明特色层次分明体现在严密的逻辑顺序上。作者在分述化学、天文学、地学、生物学四门基础学科的 新发展和它们跟物理、数学的关系时是依照严密的逻辑关系 展开的。尽管作者在第2段中提到“我们一般提六门基础学科 ：天文、地学、生物、数学、物理、化学“，是依照人们的

12、习惯按”天、地、生、化”来排序，可是在按学科类别分说时 ，却按“化、天、地、生”的顺序说明，这是依照新兴学科出 现的顺序：量子化学出现在三十年代，所以先说化学；射电 天文、宇宙线天文的重大发现，板块理论的提出，都发生在 五十年代之后，所以再说天文和地学，分子生物学的兴起， 尤其是“最近几年”取得进展的“轰动世界”的遗传工程学，是 较近的科学发展，所以最后说生物学。这样的顺序安排符合事物发生和发展的规律，是依逻辑顺序 进行说明的。说明特色 二、综合运用多种说明方法如下定义、分类别、举例子等。如第5段运用了下定义和分类的方法，第4段运用了 举例的方法。比较突出的是运用了下定义的方法。定义有不同的类

13、型。有的是严格的科学定义，也有的 是根据中心表达的需要灵活地运用，有所取舍。如物理学 的定义，只选取了定义中主要部分“研究物质基本规律”， 而舍去了与内容无关的“研究物质基本结构”内容，这样既 简略又突出重点。还有的定义只是作了简单的诠释，如对 数学的定义就采用简单的说法。说明特色 三、语言准确严谨又平实通俗，切合科普说明文的 要求。由于作者是针对公众介绍科学体系的知识，所以还能深入浅出，娓 娓道来，语言形象且富有韵味。1.运用习见易懂的表达。如“有朝一日化学研究会主要靠电子计算机计算，而且可以设计出 我们要的分子，设计出造这种分子或化合物的化学过程。”这里的“设计” 就是使用了读者习见的表达，有助于理解。2.借助于形象来比喻如“中国古书上有所谓客星，实际上就是星的爆发。爆发时亮了，就 看得见，天上来了客人；过一段时间爆发过程结束，看不见了，就以为 是客人走了。”这里的“客人”形象地表达出了星的爆发的特点。3.利用常识通俗说明如“如中子星，是由中子组成的密度非常大的星，一颗芝麻点大小的 中子星物质就有几百万吨重”，就以人们熟悉的事物来突出中子星密度大 的特点。