现代科技概论之——现代自然科学的深入发展与现代高新技术
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组织工程与胚胎干细胞：利用细胞的全能性，即任何一个细 胞，都包含其个体的全部遗传信息。通过细胞基因的定向 诱导，产生新的器官和组织，实行替代；1999年，胚胎干 细胞研究被评为当年十大科学研究成就之首。
工完成全部人类基因测试，美国承担54％、英国为33％、日本为7％、法国 为2.8％、德国为2.2％、中国为1％，这是迄今为止在生命科学领域中最宏大 的研究计划。
转基因动物、转基因植物）（将其它基因转入某种植物基因中， 对抗虫性等的提高）、转基因食品（工程食品，将某些生物的
基因转移到其它物种中去，改造生物遗传性状，在消费品质方面满足 人类需要
10
2）细胞工程
在细胞水平上运用生物学及工程设计手段，改造细胞遗传结构，培育 具有新性状的品种。它包括：
细胞培养：培养植物的体细胞，然后移植到受体细胞中，提 高性状比如抗病与生产繁殖能力；
细胞融合：使两种细胞融合，形成新的动植物品种，并提高 生物性状；
胚胎工程：通过体细胞融合，培养优良品种，或形成新的物 种；
2、分析化学的出现（用化学、物理、数学和生物学等科学原理和方法， 对物质的无机和有机组成、结构等进行分析）；
3、大气化学和环境化学（应用化学的发展，如空气或水中的颗粒物问 题；消毒副产物及其污染与引水健康问题；改善生态系统风险评价 方法问题；形成了环境污染化学、环境工程化学和环境分析化学等 分支学科）
5
现代化学
1、元素周期律的发展（原子序数的提出：原子序数是一个原子核内质 子的数量，拥有同一原子序数的原子属于同一化学元素。现代化学 认为，决定元素化学性质的是原子序数，而不是原子量即原子的质 量 。1916年，德国化学家柯塞尔首先以原子序数代替原子量制作 出新的元素周期表。此后，元素周期表被逐渐扩大，使周期表中的 元素目前达到118号）；
为打开知识大门的金钥匙，成为科学的皇后”。 • 培根：“读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，科学使人深刻，
伦理学使人庄重。逻辑修辞之学使人善辩。凡有所学，皆成性格”。 • 华罗庚：“宇宙之大，核子之微，火箭之速，日用之繁，无处不用数学”。 • 钱学森：“现代科学技术不管哪一部门都离不开数学，离不开数学科学的
6
现代数学
• 现代数学的发展有两大趋势： • 一是数学更加理论化，所研究的数学对象更加抽象，如概率论与数理统计、
运筹学、泛函分析、突变理论、数理逻辑、模糊数学、非标准分析。 • 二是数学与其他自然科学、技术、生产以及社会知识领域的关系更加密切，
几乎触及或深入到各行各业，甚至成为它们的不可分割的组成部分。 • 康德：“自然科学的发展取决于其方法与内容和数学结合的程度，数学成
• 随着对于粒子认识的深入，人们开始研究自然界迄今为止 发现的四种力：引力、电磁力、粒子间的强相互作用力、 弱相互作用力；
3
物理学革命后现代自然科学的 全面深入发展
4
现代天文学
1、侧重对天体演化理论的研究（一是确认我们周围的可观测宇宙是动态的
和演化的，而不是宁静的和永恒不变的；二是从观测上和理论上判明恒星 的结构和能源以及起源和演化）；
基因重组（通过基因组合，设计新的动植物品种） 基因疗法 （对各种遗传病和恶性病进行基因治疗和调控） 人类基因组计划（HGP）人类基因组计划(human genome
project，HGP)被称为继“曼哈顿原子弹计划”和“阿波罗登月计划” 后的第三大科学计划。这一国际大合作项目由18个国家相继参与，按照分
4、量子化学（通过量子力学计算研究原子、分子微观性质和结构，改 变传统的依赖实验方法进行化学研究的被动性，提高化学研究预见 性。“分子设计”概念被提出，预先设计出迎合人们需要的新材料、 新试剂、新药物等）
5、晶体结构的测定及胰岛素的人工合成（1912年，劳厄和布拉格父子 创立了X射线衍射法，开辟了晶体研究的新纪元。1955年，英国人 桑格测定了最简单的蛋白质——牛胰岛素的结构，认识到了蛋白质 中氨基酸的结合顺序，开创了人工合成胰岛素的新时代）
2、现代宇宙学（现代天文学已经成为地面观测和空间探索相辅相成，形成天
体物理学，以光学天文、射电天文和空间天文作为三大支柱的全波段宇宙 科学）；
3、暗能量的发现，古老星系的测定，宇宙年龄与性状的测定（人类看到
的宇宙不足总体宇宙的10%，暗物质的总质量是物质的6倍。暗物质无法直 接观察，却能干扰我们已知的宇宙天体的光波和引力。人们还发现了迄今 为止最遥远、也是最古老的星系，它距离地球129亿光年。宇宙年龄为141 亿岁。宇宙有限形如足球。大约只有70亿光年宽度，形状为五边形组成的 12面体，犹如足球）； 4.宇宙模型的研究（牛顿：无限宇宙；爱因斯坦：有限无界静态；哈伯：膨胀的 动态宇宙；伽莫夫：大爆炸宇宙）
一门或几门学科”。
7
现代生物学
1、遗传基因理论的建立ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ遗传之谜的破解； 2、分子生物学与生物改造技术的兴起：分子水平上对生物的
改造。包括分子分类学——在分子水平上通过DNA序列的 不同对生物进行分类；分子神经生物学——通过DNA和蛋 白质的合成实现记忆存储、转移或者优化；生物改造技 术——遗传工程。
现代科技概论 之
现代自然科学深入发展和新技术革 命的兴起
1
• 微观世界探讨与粒子物理学的兴起 • 现代各类科学的向前推进 • 现代复杂性科学的产生 • 现代（高）新技术
2
粒子物理学研究的兴起
• 在微观粒子领域，除了已经发现的电子、质子、中子、光 子外，又发现了400多种基本粒子；
• 为了探讨微观物质内部结构，必须对其进行“切割”，才 能释放微观粒子内部更小的粒子，因此必须有高能“轰击” 炮弹，卢瑟福就是用α射线轰击原子而发现原子核的。因 此，产生“高能炮弹”的各类加速器相继被制造，如直线 加速器、回旋加速器、电子对撞机，其作用就是对粒子实 现加速，之后去轰击微观粒子，产生所需要的更微小的粒 子，加速器成为现代粒子物理学研究中必不可少的手段。
8
现代生物科学技术
• 生物技术不仅直接建立在分子生物学和细胞生物学的原理 之上，而且是分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学、 细胞生物学、化学工程学、医药学、材料科学等多学科交 叉的综合性技术学科。它包括：
• 基因工程 • 细胞工程 • 微生物工程 • 酶工程
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1）基因工程
克隆在老鼠身上的人造耳朵 基因重组人生长激素
工完成全部人类基因测试，美国承担54％、英国为33％、日本为7％、法国 为2.8％、德国为2.2％、中国为1％，这是迄今为止在生命科学领域中最宏大 的研究计划。
转基因动物、转基因植物）（将其它基因转入某种植物基因中， 对抗虫性等的提高）、转基因食品（工程食品，将某些生物的
基因转移到其它物种中去，改造生物遗传性状，在消费品质方面满足 人类需要
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2）细胞工程
在细胞水平上运用生物学及工程设计手段，改造细胞遗传结构，培育 具有新性状的品种。它包括：
细胞培养：培养植物的体细胞，然后移植到受体细胞中，提 高性状比如抗病与生产繁殖能力；
细胞融合：使两种细胞融合，形成新的动植物品种，并提高 生物性状；
胚胎工程：通过体细胞融合，培养优良品种，或形成新的物 种；
2、分析化学的出现（用化学、物理、数学和生物学等科学原理和方法， 对物质的无机和有机组成、结构等进行分析）；
3、大气化学和环境化学（应用化学的发展，如空气或水中的颗粒物问 题；消毒副产物及其污染与引水健康问题；改善生态系统风险评价 方法问题；形成了环境污染化学、环境工程化学和环境分析化学等 分支学科）
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现代化学
1、元素周期律的发展（原子序数的提出：原子序数是一个原子核内质 子的数量，拥有同一原子序数的原子属于同一化学元素。现代化学 认为，决定元素化学性质的是原子序数，而不是原子量即原子的质 量 。1916年，德国化学家柯塞尔首先以原子序数代替原子量制作 出新的元素周期表。此后，元素周期表被逐渐扩大，使周期表中的 元素目前达到118号）；
为打开知识大门的金钥匙，成为科学的皇后”。 • 培根：“读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，科学使人深刻，
伦理学使人庄重。逻辑修辞之学使人善辩。凡有所学，皆成性格”。 • 华罗庚：“宇宙之大，核子之微，火箭之速，日用之繁，无处不用数学”。 • 钱学森：“现代科学技术不管哪一部门都离不开数学，离不开数学科学的
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现代数学
• 现代数学的发展有两大趋势： • 一是数学更加理论化，所研究的数学对象更加抽象，如概率论与数理统计、
运筹学、泛函分析、突变理论、数理逻辑、模糊数学、非标准分析。 • 二是数学与其他自然科学、技术、生产以及社会知识领域的关系更加密切，
几乎触及或深入到各行各业，甚至成为它们的不可分割的组成部分。 • 康德：“自然科学的发展取决于其方法与内容和数学结合的程度，数学成
• 随着对于粒子认识的深入，人们开始研究自然界迄今为止 发现的四种力：引力、电磁力、粒子间的强相互作用力、 弱相互作用力；
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物理学革命后现代自然科学的 全面深入发展
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现代天文学
1、侧重对天体演化理论的研究（一是确认我们周围的可观测宇宙是动态的
和演化的，而不是宁静的和永恒不变的；二是从观测上和理论上判明恒星 的结构和能源以及起源和演化）；
基因重组（通过基因组合，设计新的动植物品种） 基因疗法 （对各种遗传病和恶性病进行基因治疗和调控） 人类基因组计划（HGP）人类基因组计划(human genome
project，HGP)被称为继“曼哈顿原子弹计划”和“阿波罗登月计划” 后的第三大科学计划。这一国际大合作项目由18个国家相继参与，按照分
4、量子化学（通过量子力学计算研究原子、分子微观性质和结构，改 变传统的依赖实验方法进行化学研究的被动性，提高化学研究预见 性。“分子设计”概念被提出，预先设计出迎合人们需要的新材料、 新试剂、新药物等）
5、晶体结构的测定及胰岛素的人工合成（1912年，劳厄和布拉格父子 创立了X射线衍射法，开辟了晶体研究的新纪元。1955年，英国人 桑格测定了最简单的蛋白质——牛胰岛素的结构，认识到了蛋白质 中氨基酸的结合顺序，开创了人工合成胰岛素的新时代）
2、现代宇宙学（现代天文学已经成为地面观测和空间探索相辅相成，形成天
体物理学，以光学天文、射电天文和空间天文作为三大支柱的全波段宇宙 科学）；
3、暗能量的发现，古老星系的测定，宇宙年龄与性状的测定（人类看到
的宇宙不足总体宇宙的10%，暗物质的总质量是物质的6倍。暗物质无法直 接观察，却能干扰我们已知的宇宙天体的光波和引力。人们还发现了迄今 为止最遥远、也是最古老的星系，它距离地球129亿光年。宇宙年龄为141 亿岁。宇宙有限形如足球。大约只有70亿光年宽度，形状为五边形组成的 12面体，犹如足球）； 4.宇宙模型的研究（牛顿：无限宇宙；爱因斯坦：有限无界静态；哈伯：膨胀的 动态宇宙；伽莫夫：大爆炸宇宙）
一门或几门学科”。
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现代生物学
1、遗传基因理论的建立ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ遗传之谜的破解； 2、分子生物学与生物改造技术的兴起：分子水平上对生物的
改造。包括分子分类学——在分子水平上通过DNA序列的 不同对生物进行分类；分子神经生物学——通过DNA和蛋 白质的合成实现记忆存储、转移或者优化；生物改造技 术——遗传工程。
现代科技概论 之
现代自然科学深入发展和新技术革 命的兴起
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• 微观世界探讨与粒子物理学的兴起 • 现代各类科学的向前推进 • 现代复杂性科学的产生 • 现代（高）新技术
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粒子物理学研究的兴起
• 在微观粒子领域，除了已经发现的电子、质子、中子、光 子外，又发现了400多种基本粒子；
• 为了探讨微观物质内部结构，必须对其进行“切割”，才 能释放微观粒子内部更小的粒子，因此必须有高能“轰击” 炮弹，卢瑟福就是用α射线轰击原子而发现原子核的。因 此，产生“高能炮弹”的各类加速器相继被制造，如直线 加速器、回旋加速器、电子对撞机，其作用就是对粒子实 现加速，之后去轰击微观粒子，产生所需要的更微小的粒 子，加速器成为现代粒子物理学研究中必不可少的手段。
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现代生物科学技术
• 生物技术不仅直接建立在分子生物学和细胞生物学的原理 之上，而且是分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学、 细胞生物学、化学工程学、医药学、材料科学等多学科交 叉的综合性技术学科。它包括：
• 基因工程 • 细胞工程 • 微生物工程 • 酶工程
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1）基因工程
克隆在老鼠身上的人造耳朵 基因重组人生长激素