1、自然科学发展的普遍规律(以天体物理学和生物分类学为例)

观测结果推导出普遍规律
牛顿三定律
第一定律 说明了力的含义：力是改变物体运动 状态的原因； 第二定律 指出了力的作用效果：力使物体获得 加速度； 第三定律 揭示出力的本质：力是物体间的相互 作用。
利用微积分等数学方法即可推导出开普勒三定律。
利用规律，解释现象
相对论
• 狭义相对论基于两个基本假设：狭义相对 性原理和光速不变原理。预言了牛顿经典 物理学所没有的一些新效应如时间膨胀 、 长度收缩、横向多普勒效应、质速关系、 质能关系等。 • 广义相对论是在狭义相对论的基础上推演 出来，舍去了惯性系的概念，适用于所有 参考系。在这个基础上，广义相对论认为 引力场是时空的扭曲。
• 学名冗长，难以记录 • 语言隔阂，文化隔阂
生物双名法的奠定
卡尔.林奈 林奈集中研究了植物 的繁殖系统。很快，他 发现许多植物都有共同 的雄性和雌性特点，他 把它们归为一类。他把 相似的种类合在一起组 成更大的类。他发现， 根据几个重要特性完全 可以把植物分类，自然 界确实是存在秩序的。
双名法与优先律
• 任何的一个物种都可以明确无误的由两个 单词确定； • 当一个种从一个属转到另一个属时（比较 常见的现象）， 如果可能的话，种加词保 留一致。
双名法的不足
• 基于分类上不同的观点，根据生物命名法 规的名称修订或在分子系统学中的新发现， 同一种生物可能有几个不同的学名在流通。
• 命名优先原则会给后面的命名带来不便。
• 属名+种加名 （拉丁斜体，属名第一个字母大 写）；
• 每一种植物只给予双名，已给予一个种的双 名永远不能再给予另一种。（优先律）； • 在植物名称的“命名人”一列，林奈 （Linnaeus）是唯一一位可将姓名省略为“L.” 单个字母的人。
双名法的优势
• 同样的名称在所有语言中通用， 避免了翻 译的困难;
生命科学的未来
从分类学到进化论，从分子生物学的建立到 人类基因图谱的绘制，从克隆技术的发明到 Cas9/CRISPER基因敲除的发展，生命科学已经 走到了“用”的阶段。鉴于其他自然学科的 发展，你认为生命科学在“预”会有什么样 的表现形式。
二、生物科学发展史
17世纪-18世纪上半叶
18世纪下半叶-19世纪初 19世纪初-至今 19世纪初-至今
• 传统分类学的一些观点与分子系统分类学 上的观点会有冲突。争论的同时，又促进 着双方继续前进发展。
作业
• 选择你感兴趣的方向，查阅相关资料，写 一篇某个生命科学领域的介绍（包括创始 人、发展者事例等，不少于600字）
• 自然科学研究需要研究者什么素质，为什 么？（写5个你想到的性格或者品质上的优 势，并举出其名人事例）
• JB拉马克 • 林奈的继承者 • 进化论的先驱
拉马克的主要观点
• 今天的有机界是自然规律作用下缓慢演变 的结果
• 内禀的复杂化、用进废退与与获得性遗传 • 从低到高的“自然等级” • 人和猿具有共同的起源
达尔文与进化论
一.进化论
二.共同祖先学说 三.自然选择学说 四.渐变论
分类学的现状
• 随着分子生物学、细胞生物学等新兴学科 的发展，分类学也在20世纪后半叶飞速前 进。在人类眼中，世间万物都在演化和互 相影响。
分类学
• 在1600年，人们知道了约6000种植物，随 着人类进入大航海时代，仅仅过去了100年， 植物学家又发现了12000个新种。到了18世 纪，对生物物种进行科学的分类变得亟为 迫切。
分类学面临的困难
• 各国科学家都有一套自己的方法命名植物， 你认为这对分类学会造成怎样的困扰？ • 同物异名，异物同名
• 数学是自然科学么？
数学是研究数量、结构、变化、空间以及信息等概念的一门学科，从某种角度看 属于形式科学的一种。自然科学研究方法有三种：数学方法、实验方法以及系统 方法。
• 社会科学是否属于自然科学么？
社会科学是科学化的研究人类社会现象的科学。如社会学研究人类社会（主要是 当代），政治学研究政治、政策和有关的活动，经济学研究资源分配。广义的 “社会科学”，它是人文科学和社会科学的统称，包括了人文科学。
自然科学发展的普遍规律
——以天体物理学和生物分类学为例
一 、自然科学史
• 什么是自然科学？
自然科学是研究无机自然界和包括人的生物属性在内的有机自然界的各门科学的 总称。自然科学是研究大自然中有机或无机的事物和现象的科学，包括天文学、 物理学、化学、地球科学、生物学等。 自然科学的六大基础学科是数学、天体学、化学、物理、地球科学和生物学。
观察描述法
比较法 实验法 系统法
林奈
达尔文、 施莱登和施旺
巴斯德
C.贝尔纳、 W.B.坎农
生物科学领域
动物学领域 动物学-动物生理学-解剖学-胚胎学-神经生物学-发育生物学-昆虫学-行为学-组织学 植物学领域 植物学-植物病理学-藻类学-植物生理学 微生物学/免疫学领域 微生物学-免疫学-病毒学 生物化学领域 生物化学-蛋白质力学-糖类生化学-脂质生化学-代谢生化学 演化及生态学领域 生态学-生物分布学-系统分类学-古生物学-演化论-分类学-演化生物学 现代生物技术学领域 生物技术学-基因工程-酵素工程学-生物工程-代谢工程学-基因体学 细胞及分子生物学领域 分子生物学- 细胞学-遗传学 生物物理领域 生物物理学-结构生物学-生医光电学-医学工程 生物医学领域 感染性疾病-毒理学-放射生物学-癌生物学 生物信息领域 生物数学-仿生学-系统生物学 环境生物学领域 大气生物学-生物地理学-海洋生物学-淡水生物学
• 广义相对论不仅从新解释了行星公转的机 制，还预测了引力波、黑洞等现象。
利用规律，预测现象。
行星公转的研究发展 开普勒三定律 牛顿三定律
爱因斯坦相对论
自然科学发展的普遍阶段 观 用 观察现象，总结规律 利用规律，解释现象
预
通过规律，预测现象
不仅仅物理学发展遵循着三段式发展，其 他的自然科学学科发展也是遵循这一规律。 例如化学发展，门捷列夫的元素周期表使 化学学科发展突飞猛进。
Hale Waihona Puke Baidu
阶元系统
• 林奈把自然界分为植物、动物和矿物三界， 在动植物界下，又设有纲、目、属、种四 个级别，从而确立了分类的阶元系统。 • 每一物种都隶属于一定的分类系统，占有 一定的分类地位，可以按阶元查对检索。
进化论的出现
• 林奈相信物种不变，他的《自然系统》没 有亲缘概念，其中 6个动物纲是按哺乳类、 鸟类、两栖类、鱼类、昆虫、蠕虫的顺序 排列的。 • J.-B.de拉马克把这个颠倒了的系统拨正过来， 从低级到高级列成进化系统。他还把动物 区分为脊椎动物和无脊椎动物两类，并沿 用至今。
一 、自然科学史
亚里士多德 古代物理学家 牛顿 亚里士多德 阿基米德 阿基米德
伽利略
开普勒
费曼 现代物理学家
近代物理学家 汤姆森伽利略 德布罗意 开普勒 牛顿 汤姆森 德布罗意 爱因斯坦
霍金
爱因斯坦 费曼
霍金
开普勒三定律
1、椭圆定律：所有行星绕太阳的轨道都是椭 圆，太阳在椭圆的一个焦点上。 2、面积定律：行星和太阳的连线在相等的时 间间隔内扫过相等的面积。 3、周期定律：所有行星绕太阳一周的恒星时 间的平方与它们轨道长半轴的立方成比例。