现代科技发展趋势与某省科技发展战略思维讲义

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1、现代科技发展状况、趋势与 甘肃科技发展的战略思维,甘肃行政学院 汪继年 W,教学目的与教学方法,教学目的： 1. 培养学员的现代科技观； 2. 使学员了解现代科技的发展趋势、特征和前沿领域； 3. 使学员建立对甘肃科技经济发展战略思维的认识； 教学方法： 讲授式与交流研讨相结合 使用多媒体手段辅助教学,纲 要,一、20世纪的科技革命与重大成就 二、当代科技的发展趋势和特征 三、21世纪科技前沿的竞争领域与重大科学难题 四、甘肃科技经济发展的战略思维,思考问题,1.我国科技与西方科技存在多大的差距，中西科技差距的来源，我国如何追赶与西方的科技差距？ 2.我国与西方科技差距的深层次内涵是什么？ 3

2、.甘肃应该以什么样的战略建立科技创新体系、培育科技创新能力？ 4.公务员科技素养培养的时代、社会与人文意义,一、20世纪的科技革命与重大成就 1. 20世纪科学技术发展的历程,20世纪的科学是在19世纪重大理论成果的基础上发展起来的。 （1）三大发现与物理学革命 （2）现代科学革命 （3）第三次技术革命与知识经济 （4）20世纪科学技术的发展趋势 （5）20世纪的科技革命、经济革命与社会革命,2. 现代物理学革命的两大理论 （1）伟大的相对论,相对论的内涵： 相对论揭示了以高度抽象的理性形态存在的客观现实，反映了物质运动与空间、物质运动与时间、物质分布与空间、物质与能量之间的相对关系。 相对论

3、的意义： 否定了牛顿的物质运动与时间、空间无关，物质分布与空间无关的绝对时空观，建立了崭新的相对论时空观。,相对论的验证之一星光弯曲,26岁的爱因斯坦,（2）描述微观世界运动规律的量子力学,在量子论建立的基础上，19241927年，法国的德布罗意、德国的海森堡、奥地利的薛定谔、丹麦的玻尔和英国的狄拉克共同建立了量子力学。 量子力学的内涵： 量子力学以概率统计手段描述微观世界、微观粒子的运动规律。描述微观粒子在某一时间、某一空间出现的几率。 量子力学的意义： 20年代末创立的量子力学，是继相对论之后，物理学领域的又一次革命性突破； 量子力学揭示了微观世界的运动规律，打开了认识利用微观世界的大门；

4、 量子力学是20世纪现代科学的核心基础理论，是高科技发展的理论基础。,薛定谔与海森堡,3. 震撼全球的第三次技术革命 （1）近代以来的三次技术革命,技术革命：技术领域的重大变革，它推动改造客观世界能力与手段的飞跃，引起劳动者组织形式、生产方式的变革。 18世纪后半叶，爆发了以蒸汽机的发明为标志的第一次技术革命。 19世纪70年代，爆发了以电力的广泛应用为标志的第二次技术革命。 20世纪中叶以来，爆发了以原子能技术、计算机技术和空间技术为标志的第三次技术革命。,（2）第三次技术革命产生的历史背景,20世纪以来的物理学革命和现代科学革命的发展，为第三次技术革命的爆发奠定了理论基础。 在技术准备方面

5、，第1和第2次技术革命为第3次新技术革命的爆发奠定了技术和工业基础。 二战和战后的冷战作为政治和军事的巨大需求为第3次技术革命的发展提供了动力。 20世纪50年代后，系统科学创立，作为方法论手段使大规模集成电路、空间技术、海洋技术、原子能技术、人工智能技术等高科技得以全面实施和高速发展。,（3）第三次技术革命的发展与 八大高技术群的形成,新技术革命的发展经历了以下几个阶段： 19401955年：以原子能的释放和利用为标志，人类开始利用核能； 19551965年：以发射人造地球卫星为标志，人类摆脱地球引力、进入外层空间； 19651975年：以重组DNA为标志，人类开始控制遗传生命过程； 197

6、51985年：以微型计算机的广泛使用为标志，计算机开始代替人脑； 19851995年：以软件产业化和全球计算机网络的形成为标志，人类进入信息时代；,八大高技术群的形成：,在计算机技术、核能技术、空间技术、生物技术发展的推动下，70年代末出现了八大高技术群： 信息技术、新能源技术、新材料技术 生物技术、空间技术、海洋技术 激光技术、有利于环保的技术,（4）高技术极及其社会影响,高技术： 高技术是指对军事、经济产生重大影响，能够形成新兴产业的新技术和尖端技术。 高技术具有的特点： A、创造性；B、智力性；C、驱动性； D、战略性；E、风险性；F、时效性；,高技术的社会影响：,A、提高社会生产力；

7、B、促进经济转型； C、加快经济增长： D、推动经济国际化； E、改变人类的生产、生活方式； F、给人类社会带来了许多负效应；,4. 20世纪科学技术取得的重大成就 （1）总揽科学技术的重大成就,四大科学模型：物质结构的夸克模型、宇宙大爆炸模型、大地板块构造模型、DNA分子双螺旋模型 三大科学工程：“曼哈顿”原子弹工程、“阿波罗“登月工程、人类基因组计划 系统科学群：系统论、控制论、信息论、耗散结构理论、协同学、超循环理论、突变论、人工智能,（2）物质结构的夸克模型 寻找宇宙之砖,基本粒子结构的“夸克模型”： 1964年，美国科学家盖尔曼提出了描述基本粒子结构的“夸克模型”。 夸克模型认为：

8、基本粒子也有结构，基本粒子由夸克组成； 物质世界存在六种夸克； 夸克的尺度：10-30米（原子、10-10）；,物质世界的六种夸克,“夸克模型”提出的意义：,夸克模型对于认识宇宙与物质具有重要意义； 夸克模型对于认识宇宙各种作用力、它们之间的联系和本质具有重要意义；,1. 宇宙暗物质的三维分布图 2. 2007年哈勃望远镜发现跨度约为260万光年的暗物质环,1. 1999年7月24日太阳环状喷射产生了反物质 2. 反物质太空船,（3）宇宙大爆炸模型,宇宙大爆炸模型认为： a. 宇宙起源于由基本粒子构成的原始火球； （原始火球、温度高达150亿度、密度是水密度的100万亿倍） b. 基本粒子的相

9、互作用和核聚变反应导致原始火球发生大爆炸； c. 在爆炸过程中，原始火球不断膨胀、温度不断降低、密度不断降低； d. 在爆炸过程中，形成了元素、气体云、恒星、星系和星系团；,（4）大地板块构造模型 20世纪地球科学最伟大的成就,大地板块构造理论的创立： 60年代末，大陆漂移说和海底扩张说进一步发展，形成了大地板块构造理论。 大地板块构造模型认为： a. 大地板块是漂浮在地幔软流层之上的巨大刚性块体； b. 全球大陆架分为六大板块，分别是欧亚、非洲、美洲、印度、太平洋和南极板块； c. 地幔物质的热对流运动推动大地板块的运动；,1. 2亿年前的联合古陆 2. 大陆漂移过程,板块构造理论提出的历史

10、意义：,板块构造理论的提出，是地球科学史上的重大变革，它开创了人类对地球认识的新阶段，对整个地球科学产生了深刻的影响。,（5）脱氧核糖核酸DNA分子的双螺旋模型生命遗传的物质基础,脱氧核糖核酸DNA分子双螺旋结构模型的提出： DNA分子双螺旋结构的分子模型认为： 细胞核中的染色单体脱氧核糖核酸DNA大分子的结构：四种核苷酸和四种碱基形成两条梯形结构的核苷酸链，两条梯形结构的核苷酸链围绕中心轴右盘旋形成DNA分子的双螺旋结构。 在DNA分子的双螺旋结构上，4种核苷酸任取3个排列构成一个密码子，多个连续的密码子构成一个基因。,DNA大分子：两条多聚核苷酸链构成的梯形结构,四种碱基：A腺嘌呤、 T胸

11、腺嘧啶、G鸟嘌呤、C胞嘧啶 碱基配对：AT、GC,1.染色体 2.双螺旋模型,孟德尔与摩尔根,沃森和克里克,DNA分子双螺旋结构发现的生物学意义：,DNA分子双螺旋结构的发现，是20世纪以来生物学领域的最伟大的发现； 它为分子生物学的发展铺平了道路，为打开遗传之迷铺平了道路。,（6）“曼哈顿”原子弹工程,原子核能的释放，是20世纪最激动人心的科学成就之一。 美国于1942年9月开始实施研制原子武器的庞大计划“曼哈顿工程”。 历时3年、动员50多万人、15万科学家、耗资22亿美元，于1945年7月16日在日本广岛和长崎爆炸了两颗原子弹。,原子核裂变,核裂变连锁反应,原子弹胖子,（7）“阿波罗“登

12、月工程,为了争夺空间优势，美国在1961年5月25日开始实施阿波罗登月工程。 先后动员120所大学、2万家企业、400万人，耗资240亿美，于1969年10月20日把宇航员阿姆斯特朗等人送上了月球。 阿波罗登月的成功，推动了高科技及其产业和新技术革命的加速发展。,（8）人类基因组计划生命科学领域的阿波罗登月计划,人类基因组计划的任务： a. 确定人类基因组中的每个基因在DNA分子上的具体位置，绘制人类基因组图谱； b确定每个基因的构成； c确定每个基因的作用；,人类基因组图谱及初步分析结果：,a. 人类基因组图谱确定了人类基因组中97%的基因在DNA分子上的位置； b. 人类基因组由31亿多个

13、碱基对、3万多个基因组成； c. 人类基因数目是果蝇的两倍，比老鼠多300个基因； d. 地球上人与人之间，99.99%基因是相同的；,公布人类基因组图谱的意义：,公布人类基因组图谱是20世纪最伟大的科学成就； 它为战胜绝症和遗传疾病提供了有力的武器； 人类基因组研究的发展，使生命科学与信息科学相结合，带动了一批高技术产业的发展。,（9）系统科学的创立认识研究大规模复杂事物的有力武器,系统科学 20世纪50年代，科学向纵深、复杂、交叉融合方向发展，产生了系统科学。 系统科学是各个科学领域都存在的横断科学； 系统科学提供了定量、精确、最优的认识世界的方法； 系统科学包括：系统论、控制论、信息论、

14、耗散结构理论、协同学、超循环理论、突变论和人工智能等领域。,系统论,系统论的创立：1945年，美籍奥地利生物学家贝塔朗菲创立了系统论。 系统论研究：系统的组成、结构、功能、动态变化以及与环境的联系和作用。 系统方法：用系统论的观点指导、解决问题。 系统工程：用系统论的观点设计、决策、控制、管理工程。,控制论,控制论的创立： 1948年美国数学家维纳创立了控制论。 控制论有两点核心思想： a. 从控制论的角度看，人与机器具有共同性； b. 控制者通过信息调控被控对象； 控制论的应用： 将控制论应用于工程、生物、经济、社会、管理等领域，产生了工程控制论、生物控制论、经济控制论、社会控制论和管理控制

15、论。,信息论,1948年，美国数学家申农创立了信息论。 信息论认为：系统运动的灵魂是信息。 信息论研究：系统运动变化中的信息问题。 信息论应用于：物理学、天文学、化学、生物学、心理学、管理学、社会学、经济学、美学、历史学等领域。,耗散结构理论、协同学、超循环理论,20世纪60年代以来，从不同的角度发展系统论，产生了耗散结构理论、协同学和超循环理论。 耗散结构理论认为：自然界和人类社会的自组织现象是以耗散能量的方式实现的。 协同学认为：系统发生自组织现象的原因，是因为系统中的要素之间发生了协同作用。 超循环理论：研究生物大分子核酸、蛋白质中的自组织现象。,二、当代科技的发展趋势和特征 1. 当代

16、科技的发展趋势,（1）进入新世纪之后，新科学发现、新技术突破和重大集成创新不断涌现，学科交叉融合进一步发展，科学与技术不断更新； （2）科学传播、技术转移、科学技术规模产业化的速度越来越快； （3）科学技术在经济社会发展和人类文明进程中发挥更加明显的基础性和带动性作用； （4）世界科学技术正在酝酿新的突破，正在孕育新科技革命和新产业革命； （5）在未来3050年里，世界科学技术将继续出现重大原始性创新和突破；,2. 当代科技的发展特征,综观当今世界科学技术的发展趋势，呈现出以下的特征： （1）科技创新、转化和产业化的速度不断加快； （2）原始科学创新、关键技术创新和系统集成的作用日益突出； （3）科技发展呈现出群体突破的态势； （4）学科交叉融合加快，新兴学科不断涌现； （5）科技与经济、社会、教育、文化的关系日益紧密； （6）国际科技交流与合作日益广泛；,三、21世纪科技前沿竞争领域与重大科学难题 1. 21世纪科技前沿的三大竞争领域,（