自然科學概論（簡體書）

《21世紀高等院校教材：自然科學概論》以人類認識自然、改造自然的史實為基礎，以歷史進程為線索，以學科為主線，側重介紹產生過重大影響的歷史事件，介紹部分重要學科領域的歷史與現代發展狀況，以不同社會發展階段的自然科學成就和著名科學家具有劃時代意義的發現、發明及學說為主要內容，概括地分析和闡明自然科學及其學科的對象、特點、發展規律與歷史作用，粗略地介紹自然科學的知識體系。本書共10章，內容包括緒論及物理學、化學、生命科學、天文學、地學、數學、系統科學等自然科學的主要學科方向，並提供了部分供教學參考的資料。《21世紀高等院校教材：自然科學概論》可作為高等學校人文社會科學各專業學生的通識教育或素質教育教材、參考書，也可作為一般讀者的科學普及讀本。·

婁兆文編著的《自然科學概論(21世紀高等院校教材)》系統全面介紹了自然科學相關知識，本書可作為高等學校人文社會科學各專業學生的通識教育或素質教育教材、參考書，也可作為一般讀者的科學普及讀本。

第1章 緒論
1．1 自然科學的概念、研究對象和特徵
1．1．1 科學的概念和特徵
1．1．2 技術的概念和特徵
1．1．3 科學與技術的關係
1．2 自然科學的功能與作用
1．2．1 科學技術是社會發展中的一種歷史現象
1．2．2 科學技術既是一種物質力量，又是一種精神力量
1．2．3 科學技術是推動歷史發展的革命力量
1．3 自然科學的體系結構與發展趨勢
1．3．1 科學和技術的形成與發展
1．3．2 現代自然科學的體系結構
1．3．3 現代科學和技術的發展趨勢
1．4 科學結構的革命——自然科學與人文社會科學走向統一
1．4．1 自然科學與人文社會科學的不同特點
1．4．2 自然科學與人文社會科學分離
1．4．3 自然科學與人文社會科學統一的基礎
1．4．4 對自然科學及人文社會科學統一的理解
1．4．5 自然科學與人文社會科學走向統一的途徑

第2章 物理學
2．1 物理學的學科特點與研究方法
2．1．1 物理學簡介
2．1．2 物理學的學科特點
2．1．3 物理學的研究方法
2．2 物理學革命的背景及其發展模式
2．2．1 物理學革命前夜的三大發現
2．2．2 物理學革命前夜飄蕩在物理學上空的兩朵烏雲
2．2．3 物理學革命進行曲——物理學發展模式
2．3 相對論的建立及其時空觀上的革命
2．3．1 狹義相對論的建立
2．3．2 狹義相對論及其所引出的全新的觀念
2．3．3 廣義相對論簡介和意義
2．4 量子力學的發展及其全新的物理概念
2．4．1 能量子、波粒二象性與測不准原理
2．4．2 量子力學的基本概念和理論
2．4．3 量子力學的意義及其引起的思想爭議
2．5 物質結構基本單元的理論及其應用
2．5．1 物質結構的基本單元及相關理論簡介
2．5．2 重核裂變及其原子彈與核反應堆
2．5．3 輕核聚變及其氫彈與核聚變的應用展望1

第3章 化學
3．1 化學的基本知識
3．1．1 化學的基本概念
3．1．2 化學的萌芽
3．1．3 化學的中興
3．1．4 化學的作用
3．1．5 化學的學科分類
3．2 現代化學理論
3．2．1 原子結構與元素學說的新發展
3．2．2 現代化學鍵理論與量子化學
3．2．3 現代化學動力學理論
3．3 現代實驗和分析化學方法
3．3．1 光學分析法
3．3．2 電化學分析法
3．3．3 色層分析法
3．3．4 現代結構化學與X射線衍射法
3．4 現代化學的發展特點和趨勢
3．4．1 現代化學的發展特點
3．4．2 現代化學的發展趨勢

第4章 生命科學
4．1 生命科學概述
4．1．1 生命科學的基本概念
4．1．2 生命科學發展簡史
4．1．3 生命科學的學科分類
4．2 生命科學的研究方法
4．2．1 科學觀察
4．2．2 假說和實驗
4．2．3 模型實驗
4．3 現代生命科學理論與應用

第5章 天文學
第6章 地學
第7章 數學
第8章 系統科學
第9章 發展中國的科學技術事業
第10章 課餘閱讀材料
參考文獻
後記·

第1章 緒論
1.1 自然科學的概念、研究對象和特征
自然科學是人類科學知識的主要組成部分之一。對于什么是自然科學（或者說狹義的科學），雖然目前學術界沒有一個固定的說法，但人們一般都認為自然科學是人類研究自然界各種物質和現象的科學，是人類在認識自然和改造自然的過程中所獲得的關于自然界各種事物的現象和規律的知識體系，同時也是人類追求知識的一項社會活動事業。它包括數學、物理學、化學、天文學、地學和生物學等基礎性科學，以及材料科學、能源科學、空間科學和醫學等應用性技術科學。一般而言，屬于人類對自然的認識部分稱為科學（科學知識）； 屬于人類對自然的利用和改造部分稱為技術（技術知識）， 自然科學一般也被人們稱為科學技術。
1.1.1 科學的概念和特征
廣義的科學是人類反映自然、社會和人類自身客觀規律的知識體系，它主要包括自然科學、社會科學和人文科學三大部分（后兩種人們一般通稱為人文社會科學）。狹義的科學一般指自然科學。社會科學研究的對象是政治、經濟、法律和文學藝術等社會現象，它們是人類自身活動的產物。自然科學的研究對象是天體、地球和各種動植物等不依賴于人類而存在的客觀事物，它們早在人類出現以前就已經存在。
自然科學是研究自然界中不同領域的運動、變化和發展規律的理論和知識體系。它概括了人類對大自然的理性認識，是關于自然界的本質和發展規律的正確反映，是人類利用、改造和保護大自然的有力武器。
自然科學的各個學科反映的只是自然界的不同側面，而把大自然作為一個整體，研究這個整體的本質和規律的學科則不屬于自然科學，而是哲學的一個二級學科―――“ 自然辯證法”， 或者說“科學技術哲學”。“自然辯證法”或者“科學技術哲學”屬于人文社會科學。
人文社會科學是研究“人文”與“社會”中不同領域運動、變化和發展規律的理論和知識體系。它概括了人類對自身的理性認識。人文社會科學又分為人文科學和社會科學兩大部分，前者以人類自身為研究對象，主要包括文學、歷史、哲學等學科；后者以人類社會為研究對象，主要包括經濟、政治、管理和法學等學科。人文科學和社會科學的研究對象和內容通常是纏繞在一起的，很難把二者完全分離開來。
無論是自然科學還是社會科學，它們都是對研究對象的本質及其規律的揭示，是反映事物真相的客觀真理。因此，科學的主要特征是：第一，具有重復性、再現性和可比性。科學是一種知識形態的理論、概念、原理和學說，它存在于人們的大腦、書刊和光盤等多種載體之中，是人類的精神財富，是可以傳播、教授、繼承和發展的。對于同一個或同一類研究對象來說，不同的人在相同的條件下，通過實驗和觀察可以得到相同的結果，可以發現共同的科學現象和規律。第二，既具有連續性，又具有創造性。特定的歷史條件下的科學及其活動，首先要繼承歷史和傳統，學習前人積累下來的知識并將其貫穿于自己的科學研究中，這就是科學研究的連續性；同時又必須努力解決不同時代所提出的不同問題，并在這些問題上有所發現和創造，這就是科學研究的創造性。在科學研究中必須處理好繼承和創新的關系。第三，具有開放性。科學知識的對象是客觀世界，世界是不斷變化和發展的，人們對世界的科學認識也是不斷發展的。科學的開放性就意味著科學具有廣闊的胸懷去包容、批判和創造一切揭示事物客觀規律的知識和理論。
1.1.2 技術的概念和特征
1.技術的概念
技術是一個非常復雜的概念，因為技術涉及的對象非常廣泛；技術也是一個動態的概念，因為隨著歷史的發展，技術的含義在不斷擴充，不同時期人們對“技術”的看法是不一樣的。在古代，古希臘著名哲學家（也是科學家）亞里士多德最早提出：科學是知識，技術是制作的智慧。技術僅僅是指個人的經驗、技巧和手藝。在近代，隨著工業革命的興起，機器在工業生產中占據著越來越重要的地位，于是人們就認為技術就是工具、機器和設備，是一個個沒有生命的裝置。20世紀以后，隨著現代科學技術的發展，技術不僅成為人類改造自然、進行勞動生產的手段，而且成為人類認識自然、進行科學探索的重要工具。現代技術已經不僅是日常經驗的產物，而且是科學研究的結果。目前比較流行的“技術”的定義是：技術是根據科學原理和實踐經驗而發展起來的各種工藝操作方法和技能體系。
2.技術的特征
首先，技術具有明確的目的性。由于技術是為人類所擁有，也是為人類服務的，所以任何技術都有明確的目的，目的性是技術活動的起點，技術成果是技術的目的性的實現。其次，技術是人（使用者或者說勞動者）和物（使用對象或者說勞動對象）結合在一起的有機整體。所有技術都包括兩個方面：一是利用和改造自然的物質要素，指生產工具、設備和機器等勞動資料，稱為技術的“硬件”；二是利用和改造自然的人的要素，指生產工藝、加工方法和管理體系等，稱為技術的“軟件”。只有將物的因素和人的因素結合起來，技術才能有效地發揮作用。最后，技術既具有自然屬性，又具有社會屬性。技術的自然屬性是指人們在應用技術的過程中必須遵循自然自身的發展規律，不能是“人有多大膽，地有多大產”、“思想有多遠，我們就能走多遠”，這是人類所有技術活動必須遵循的前提。所有技術本質上都是對自然規律的應用。技術的社會屬性是指人們在應用技術改造自然的過程中，必須遵守社會發展的規律。技術在應用于社會的過程中，必然會受到各種社會因素的影響和制約。例如，一項非常先進的技術，如果它的功能和效用不符合當時當地社會經濟的要求，不能滿足經濟性、可靠性、安全性和社會心理因素等社會需求，那么這種技術就沒有生命力。任何技術都是社會的技術，只有通過廣泛的社會協作才能得以實現和推廣。
1.1.3 科學與技術的關系
科學與技術，一方面它們是兩個不同的學科，二者具有不同的研究對象和研究方法；另一方面，科學與技術又是兩個關系非常密切的學科，這既指人們很難把科學與技術，特別是現代科學與技術完全分離開來，也指科學和技術一體化的趨勢在當今時代越來越明顯。
1.科學與技術的區別
科學與技術經常被人們聯系在一起使用，簡稱為“科技”。但是也應該注意到，科學與技術是兩種不同的現象，也是兩個不同的學科，二者是有區別的。忽視二者的區別會引起一系列的誤解和失誤。科學屬于認識范疇，它的主要任務是回答有關“是什么”、“為什么”的問題，目的是建立相應的知識體系；技術屬于實踐范疇，它的主要任務是解決有關客觀世界（研究對象）“ 做什么” 、“怎么做”的問題，目的是建立相應的操作體系。
科學，或科學研究活動，是對未知世界的探索，所用的方法主要包括觀察、實驗、收集與整理感性資料、假說、邏輯推理和驗證等；技術，或具體的技術活動，是在已有理論指導下的實踐性探索，所用的方法主要是設計、模擬、類比、試驗、放大、制作、標準化、程序化和試用（驗收）等。
對于科學或科學的成果，評價的標準是其符合性（理論的最終結果與實驗事實是否相符，以及符合的程度）、創新性（在理論上是否有突破、是否有創造）和邏輯性（理論體系的結構是否嚴謹、自洽）；對于技術或技術產品，評價的標準是其效用性（是否有用，以及效用的大小）、可行性（可否實施、實施的條件是否苛刻）和經濟性（投入產出比如何、市場前景如何）。
科學與經濟只有間接的關系，雖然科學的成果對經濟可能具有長遠的影響，但是一般而言，科學在短期之內并不會對經濟產生直接的影響。與此相反，技術與經濟具有直接的關系，技術產品對經濟可能會產生立竿見影的影響。當然，技術對經濟的影響也可能是長遠的，因為技術一般是保密的，特別是在技術發明的初期是受專利保護的。