生命科学史

无零点
0
1/2
1
Rs
• 素数分布
( x)
(3) 2
(6) 3
(2) 1
• 素数定理
lim
x
( x)
x / ln x
1
高斯
Karl F. Gauss (1777-1855)
• 1896年证明素数定理
• 当Re(s)=1时， ( s) 0
阿达玛 （法国）
（三）生命科学史揭示了 自然科学的本质
自然科学从本质上表现出以下 特征：定量化、观察、实验、科学 过程、在自我更正中完善和积累。
定量化的特点是将生命科学和数学结合在一 起。观察与实验是生命科学的基石。生命科学 史显示了产生每个知识点的科学过程。生命科 学也是在自我更正的过程中积累和进步的。从 进化论的发展可以看出，生命科学知识是在科 学家对前人的结论不断质疑、不断证实的基础 上进行自我更正的过程中积累起来的。了解生 命科学史，对培养研究者和学习者的批判性思 维是有积极意义的，同时也能加深学习者正确 认识绝对真理和相对真理的关系，从事实中提 高哲学素养。
(1918-1988)
• 法拉第的电解定律
法拉第发现了电解定律，这 一定律今天在工业上被广泛用于 金属电镀和阳极染色工艺以及许 多其他方面。
《蜡烛的故事》编者的序言
法拉第
Michael Faraday (1791-1867)
法拉第发现了什么
决定着原子如何结合在一起的根本原 因，乃是因为一个原子的正电性与另一个 原子的负电性相互吸引，并以确定的比例 结合在一起。
王浩
• 基本问题
The Fundamental Problem 基本问题就是贯穿一门学问发展 始终的核心问题，人们通过不断地重 新提出这些问题，从而不断地深化他 们对整个理论的领悟。对基本问题的 不断探索，逐渐丰富对这门学科的认 识，增长人类的知识。
• 科学史的基本问题: 科学是什么？ • 科学是对自然、对宇宙、对 生命的探索。 • 发现支配自然与生命现象的 基本定律。
• 基本理论的数学化
在任何特定的 理论中，只有其中 包含数学的部分才 是真正的科学。
康德
Immanuel Kant (1724-1804)
科学的历史
• 数学科学：古典 • 物理科学：近代 • 生命科学：现代
• 数学科学的基本问题
• 巴罗：什么是量？
• 数与量的统一与分离
• 布尔巴基（Bourbaki): 研究对象
（四）生命科学史是前人探究生 物学知识的科学过程史
每一个知识点的产生过程，就是 一个探究的过程。学习生命科学史是 能够把结论和过程方法兼顾统一起来 的有效途径之一，这样做不仅有助于 了解每个知识点的来龙去脉，而且从 其中的一些典型事件中可以学习到前 人的科学探究方法。
（五）生命科学史展示了人们 的合作过程
1905年
1927年
DNA 1950 年 双螺旋
1953年
绪 论
——科学与技术
科学是什么？
The Meaning of Science
• 科学的目的
• 科学的应用 • 科学的方法 • 科学的内容
科学
知道： scio
拉丁：scientia
知识：science, n.Fra Baidu bibliotek, 14世纪
knowledge , n.
• 算术基本定理: 《几何原本》
The Fundamental Theorem of Arithmetic
大于1的所有自然数，都可以 表示成有限个素数的乘积，并且 这个表现形式是唯一的。
24 2 2 2 3 2 3 欧几里得
3
Euclid
(ca. 325-ca. 270BC)
（七）生命科学史展示了成功的 实验与选择合适的实验对象是分不 开的
孟德尔选择了豌豆；摩尔根选择 了果蝇；细胞学说的创始人施旺选用 具有相似于植物细胞壁的动物脊索细 胞和软骨细胞。
由以上事例说明了选择合适的研究对 象对解决问题非常关键。这些事实给 予我们的启示是：基础教育阶段生物 新课程中的探究教学，也涉及选择探 究对象的问题，要解决好探究问题， 必须先选择好探究对象。
生命科学史展示了科学家所处的 时代背景，记录着科学家的思想以及 思想转变，而科学家的思想以及思想 转变与他们从事的科学探究是密切相 关的。这对学习者形成正确的思想具 有积极的教育意义。
（二）生命科学史展示了生命科 学各个学科形成的历史
如遗传学的建立和发展经历了细胞遗 传学、群体遗传学、微生物遗传学和分子 遗传学等阶段的发展。如果孟德尔不运用 数学知识对数据进行统计分析，就不能发 现遗传规律；如果没有细胞学的发展，萨 顿就不能认识到遗传因子与染色体之间的 联系；总之，如果不依靠各方面的知识， 就不可能打开解决问题的思路。
• 机械论、还原论 笛卡尔方法隐含了一个假定： 当所有分割的问题都被解决之后， 系统还可以恢复原状或重新组合起 来。换言之，分割的各个问题的解 答之总和，就给出了一个最后的答 案。这是一个核心的假定。
只要给定宇宙 在某个时刻的结构， 由给定的一组定律即 能精确地决定它的演 化。
拉普拉斯
Pierre Laplace (1749-1827)
DNA双螺旋结构的问表明从事不 同学科研究的人，掌握的知识和技术 是不同的，而且不同学科背景的人带 来了不同的思维方式，他们的合作为 解决问题提供了不同的思路，他们在 解决问题中相互启发，相互补充，相 互促进，同时共享了研究成果。
（六）生命科学史展示了各种观 点的碰撞和论争过程
生命科学史展示了在探究知识的 过程中科学家所持观点之间的碰撞和 论争，在碰撞与论争中，知识得到不 断的澄清。
科学：science, [复]，n. 17世纪
• 科学 (明治初年) • Science：
分科之学
学、理学、科学
• Natural science： 自然科学
• Scientist： 科学家、理学家
《哲学词汇》明治45年（1912年）
由于我们不能对物理学的研 究者（a cultivator of physics）使 用 physician 一词，因此，我便称 其为 physicist。同样，我们非常 需要一个一般性的名词来表述科 学 的 研 究 者 （ a cultivator of science），于是，我便想将其称 为scientist。 休厄尔
哥德尔
Kurt Godel (1906-1978)
然的 对 那 现 不工 此 叫 首 同作 间 无 先 说 的本 接 知 是 什 方质 有 缪 使 么 向上 所 说 人 爱 。属 贡 。 能 因 于献当造斯 一，然原坦 个但，子的 全他他弹发 ，
这个“全然不同的方向” 就是“自然哲学”的基本理论， 这构成了哥德尔与爱因斯坦生 活的中心目的。
• 生命科学
18. 达尔文与进化论 19. 孟德尔与遗传学 20. DNA的故事 21. 基因与分子生物学
22. 非线性科学 23. 科学的数学化
二、生命科学史的教育价值
生命科学史对于培养学生的生 物学素养乃至科学素养具有积极 的意义，在探究性学习中将发挥 重要的作用。
（一）生命科学史揭示了人们思 考和解决生物学问题的思想历程
DNA 双 螺 旋 结 构
• 线性科学
我们的数学工具，从简 单的算术、微积分到代数拓 扑学，大多数都依赖于线形 假设。所谓“线形”，整体 等于部分之和。
笛卡尔
Rene Descartes (1596-1650)
分些那杂 别足么以 解够就至如 决小将于果 。 的原一一 问问下个 题题子问 ，分难题 然解以过 后成解于 再一决复 ，
但事实并不总是这样； 初始条件中的细小差别可能 会导致最终结果的极大差别。 前者微小的误差会酿成后者 的巨大错误。准确预言不再 可能，所发生的一切都成了 偶然的事件。 庞加莱
Henri Poincare (1854-1912)
• 非线性科学 • 整体论
对于生命系统：整体总 是大于部分之和。
科学史
Jacques-Salomon Hadamard 1865 - 1963
瓦莱· 普桑（比利时）
Custave de la Vallé e-Poussin 1866-1962
我为什么要杀掉 一只会下金蛋的鹅 呢？
希尔伯特
David Hilbert (1862-1943)
我从来不做任 何有用的事。
哈代
• 序次结构 • 代数结构 • 拓扑结构
巴罗
Isaac Barrow (1630-1677)
• 基本问题: 什么是数？
• 数：运算关系的元素
• 自然数、有理数、实数、复数
• 理想、群、环、域、格、流形… • 核心: 素数
万物皆数
毕达哥拉斯
Pythagoras (ca 560–ca 480 BC)
（八）生命科学史呈现着科学家 的科学态度、科学精神和科学世界 观
科学态度就是实事求是；科学精 神就是敢于怀疑、敢于求真、敢于创 新；科学世界观就是要认识到世界是 可知的，同时还要关注科技发展对社 会的影响，养成负责任的态度。
G. H. Hardy (1877-1947)
• 物理科学的基本问题
• 物质是什么？
牛顿
Isaac Newton (1642-1727)
会 掉苹 下果 来为 呢什 ？么
• 生命科学的基本问题
• 生命是什么？
沃森
James D.Watson (1928-)
克里克
Francis Crick （1916-）
如针对由什么物质引起发酵的问题，李比 希和巴斯德展开了争论。巴斯德提出酿酒 中发酵是由于酵母细胞的存在，没有活细 胞的存在，糖类是不可能变成酒清的；李 比希坚持认为引起发酵的是酵母细胞中的 某些物质，这些物质只有在酵母细胞死亡 并且裂解之后才能发挥作用。1897年毕希 纳用实验证明了李比希认为引起发酵的是 酵母细胞中的某些物质的观点是对的。
黎曼
Bernhard Riemann (1826-1866)
• 黎曼猜想Riemann hypothesis （1859年） • zita函数的所有非平凡零点，都位于复平
面上的直线Res=1/2上。
1 1 1 ( s) 1 s s ... s ... 2 3 n
复平面
平凡零点: -2, -4, -6, …. Im 无穷多零点
•
在原子中电是以基本单位的整数倍的 形式表现出来的。
•
如此重要的科学发现 却被按照上述方式来理解， 仅仅说明这些原理可以被用 于电镀，这是不可原谅的错 误。
偶尔，小孩子反倒会意 识到那些意义，此时，一个 科学家的苗子出现了。如果 当他们上大学时我们才教他 们这些，那就太晚了。我们 必须从娃娃教起。
William Whewell (1794-1866)
• 科学的应用：技术
• 科学的最明显的特征是它的应用。 • “科学”与“技术”的混淆。
• 在西欧的语言中很难找到与“科学
技术”相对应的词。
• 科学的目的
科学的另一个方面是科学的内 容，即已经发现的理论和定律。这 是科学家从事科学研究后的收获， 也使他们所得到的最高奖赏。做这 类工作不是为了应用，而是为了导 致令人振奋的发现。这一令人激动 的部分也正是科学家从事科学研究 费恩曼 工作的真正原因。 Richard P. Feynman
一门科学的历史， 就是这门科学本身。
歌德
Johann Wolfgang von Goethe (1749-1832)
生命科学史
韩黎明
2012.8
牛顿
24岁
万有引力 1666年
高斯 24岁 伽罗瓦
18岁 近代数论 群论 1801年 1829年
爱因斯坦 26岁 哥德尔 24岁 纳什 22岁 海森伯 26岁 不完全性定理 狭义相对论 沃森 25 岁 纳什均衡 测不准原理 1930年
• 1737年 • 欧拉恒等式
1 1 1 1 1 s s ... s ... s p 1 p 2 3 n
其中p表示所有的素数。
欧拉
Leonhard Euler (1707-1783)
• 1859年
• 黎曼zita 函数
1 1 1 ( s) 1 s s ... s ... 2 3 n
• 总论 • 古代科学
1. 科学是什么
2. 希腊科学
3. 中国科学
• 科学革命
4. 哥白尼革命 5. 开普勒与伽利略 6. 牛顿革命
• 数学科学
7. 微积分的创立
8. 新数学的诞生 9. 数学危机 10. 真理与定理 11. 数学猜想
• 物理科学
12. 法拉第与麦克斯韦
13. 物质是什么
14. 相对论的世界 15. 量子力学 16. 原子核物理 17. 黑洞与大爆炸