自然科学概论
? 授课对象,0507241
? 授课时间,05－ 06学年度
? 授课教师：戴余军
? 联系方式,dyj5925@163.com
课程介绍
? 本课程为 专业基础课 。
? 自然科学是研究自然界物质形态、结构、性质和运动规
律的科学，包括 数学、物理、化学、天文学、地球科学、
生命科学 等。通过学习了解自然科学在推动经济的发展、
推动人类思想文明进步的巨大作用，了解自然科学在工、
农、医、国防等方面的应用，了解该学科的发展前沿、
热点和问题，使学生牢固掌握自然科学的基本理论和基
础知识，了解自然科学的基本特性及其发展规律，为学
生今后的学习及工作实践打下宽厚的基础。
课程的学习与考试
? 作为科学教育领域的专业基础课，本课程强调
学生 对自然科学基本理论、基本概念、科学研究
方法的掌握与运用,鼓励学生在教学过程中对教
学的积极参与和平时学习的积累，不鼓励期末突
击复习、考试的投机学习行为。为此，特制定期
末总成绩的评定标准。
? 期末考试 卷面成绩占总成绩的 60％,其余 40％
为 平时成绩 。
平时成绩包括：
1,课后思考题（ 0～ 6分）,每章均会根据教学内容
布臵思考题，要求按时上交，教师每次将随机抽查 20
％～ 30％的作业本进行评分，在学期末考试结束后，
作业本全部上交作为评定平时成绩的依据。
2,学习笔记（ 0～ 6分）,要求并鼓励课堂记录或课后
整理学习内容，所有学习笔记在期末考试结束后上交
作为评定平时成绩的依据。
3,参与教学活动（ 0～ 18分）,主要是鼓励学生在学
习过程中的主动学习能力，在课堂、课外与教师平时
就学习问题的探讨以及参与实验的态度、取得的效果
灯将作为此项成绩评定的依据。
4,提问 5分，纪律 5分,包括迟到、旷课、环境整洁等。
第一章 绪 论
? 第一节 自然科学的对象、性质和作用
? 第二节 自然科学的体系结构
? 第三节 自然科学的历史演进
第一节 自然科学的对象、性质和作用
? 一、自然科学的研究对象
? 二、自然科学的性质和特点
? 三、自然科学的社会作用
自然科学
科学 社会科学
综合科学
一、自然科学的研究对象
? 自然科学是研究自然界中各种自然现象或
事物的结构、性质和运动规律的科学。因
此,自然界的物质形态、结构、性质和运
动规律 等都是自然科学的研究对象。
(一 )物质的基本形态
? 1.最基本的物质形态包括固态、液态、气态、等离子态、
中子态、场和反物质态,这些基本形态按照内部结构特
点可分为实物和场两种基本类型。
? 2.固态、液态和气态 是常温状态下物质的三种 普通形态 。
? 3.场 是指物质间的相互作用场，它是存在于整个空间并
具有传递相互作用能力的物质 连续形态 。
? 4.由电离子和电子组成的气体叫 等离子体 。
? 5.在地球之外，存在着一种粒子的 集聚态,其分子和原
子间的空隙、原子核和电子间的空隙均已消失，形成了
一种密度特别大的物质叫中子态或超固态 。
? 6.自然界除存在带负电的电子外，同时还存在带正电子
的 反物质态 。
(二 )物质的结构和性质
? 结构是指组成物质的各要素之间相互联系和相互作用
的形式 。研究物质结构，主要是研究物质系统内 各要
素之间排列顺序和组合方式 等。
?
结
构
空间
结构
时间结构：
内部
结构
外部
结构
数量上,保持一定的比例关系
性质上,相互协调，相互适应
形态上,呈网络状
同素异构,组成要素相同，结构形式
不同
同构异素,结构形式相同，但物质系
统的组成要素不同
结构的 流动性 和 变化性
(三 )物质运动的形式和规律
对物质运动形式和运动规律的研究，是自然科学
的主要研究对象。
基
本
运
动
形
式
微观物质运动 －微观物理学
化学运动 －化学
宏观物理运动 －宏观物理学
生命运动 －生命科学
地球运动 －地学
宇宙天体运动 －天文学
规律 是物质运动过程的本质联系和必然趋势。规律是
客观 的，各种运动形式都有自己特殊运动规律。
二、自然科学的性质和特点
(一 )自然科学是关于自然的系统化的知识
自然科学作为反映自然物的知识体系，具有自己
鲜明的 特点,
① 客观性
② 逻辑系统性
③ 计量性
④ 无阶级性
(二 )自然科学是认识自然的社会活动
作为认识自然的一种社会活动，自然科学包
括了人类认识自然的思维活动和实验活动，与其
他社会活动相比，主要有三个突出 特点,
① 思维活动与实验活动紧密结合
② 具有特定的研究方法
③ 具有特殊的组织形式
三、自然科学的社会作用
自然科学约四百年前才开始取得独立地位，
现代自然科学至今也只有百余年的历史，但它对
人类社会的发展产生了十分巨大的影响，主要表
现在以下几个方面：
(一 )自然科学是知识形态的生产力
(二 )自然科学对现代经济的发展有巨大的推动作用
(三 )自然科学是促进社会发展的革命力量
(四 )自然科学对人类思想文明的进步起着巨大
的推动作用
(一 )自然科学是知识形态的生产力
自然科学属于生产力，它能够极大地提高社会生产
力的整体水平，推动社会的进步和发展，这是现代自然
科学最基本的社会功能。它具有以下性能：
1、渗透性
自然科学主要是通过向生产力三要素的渗透，来
体现出它的生产力属性。主要 途径,
① 通过教育的途径 ② 通过技术发明的途径
③ 通过新技术、新工艺
④ 通过提供新的、合理的社会组织和管理方法
2、潜在性
所谓潜在性是指自然科学是知识体系，而不是特定的技能，
只有通过技术等中间环节，才能进入生产过程，变为直接的现
实生产力，同时由于经济、社会等条件的限制，也需要待条件
成熟才能转化为物质生产力。
3、馈赠性
馈赠性是指当自然科学偿还了由于发现它所耗费的代价，就
会一劳永逸地被社会所使用，推动生产力的发展，这种馈赠性可
以持续几百年、几千年甚至千万年。
4、储备性
自然科学由于是一种知识形态，不像工具那样可以直接利用，
往往有一个储备过程，这种储备性，除表现为其理论的产生到实
际应用有一定的时间间隔外，还表现为这种理论以后可以随时再
认识应用到实践中去，有着永远储备作用。
(二 )自然科学对现代经济的发展有巨大的推动作
用
对于现代经济社会的每一重大突破，自然科学和技
术进步都起到了关键的作用。自然科学对经济的推动作
用，是通过多种途径实现的。
首先，通过经济工作者的影响
其次，通过科学 → 技术 → 生产的过程，有力促进经济
的发展
第三，通过资源开发深度、广度的增加，经济管理的
科学化和产生的信息效果
(三 )自然科学是促进社会发展的革命力量
自然科学的进步，必定形成巨大的生产力。
生产力是人类社会发展中的决定因素，生产力的
发展必将引起生产关系的变革和社会形态的变更。
马克思把科学看成是, 一种在历史上起推动作用
的、革命的力量, 。
(四 )自然科学对人类思想文明的进步起着巨大
的推动作用
自然科学的不断发展，已成为人类不断更新观念，
建立新的思维方式，形成正确世界观的重要基础和源
泉。
1．自然科学是人类一切思想的基础
自然科学的进步，也为社会科学对社会的认识，思
维科学对思维的认识提供知识基础和方法，不同时代人
类的哲学思想和思维方式之所以不同，一个主要原因就
是不同时代有不同的科学
2．自然科学提高了人类认识世界的能力，是人类破除
宗教迷信，摆脱无知状态的根本思想
第二节 自然科学的体系结构
自然科学的体系结构 是指自然科学系统中各组成要
素之间的有机结合方式 。是 以自然界的客观存在为基
础,随着人们科学实践的长期演进而形成的，它经过
了一个从低级到高级，从简单到复杂，从零散到系统的
发展过程。
一、自然科学结构的演化
二、自然科学的层次结构
三、自然科学的学科结构
四、自然科学的知识结构
一、自然科学结构的演化
自然科学结构是指自然科学的各个组成部分
之间的结合方式，并在科学体系中占据什么样的
地位，以及它们决定科学整体功能的机制。它是
在长期的社会实践中，逐步演化形成的。
（一）古代自然知识的排列
? 上古时期，人们通过在哲学内部对各种知识做系统的
排列，逐渐确立了自然科学在哲学中的位臵。
? 古希腊
柏拉图, 最早进行知识排列,将知识分为三类，即 辩
证法、物理知识、伦理说 。 （客观唯心主义的理念 ）
亚里士多德, 理论的哲学 （物理学、数学和形而上
学 ）, 实践的哲学,创造的哲学 。（以人的活动
为准则 ）
伊壁鸠鲁, 物理学、规范学,伦理学
? 古代中国
,周礼, 中将知识分为 六艺：
刘歆 提出的, 七略, 分类法,礼、乐、射、御、书、数
成辑略、诸子略、诗赋略、兵书
略、六艺略、数学略、方技略
(二 )近代科学结构
? 以 哥白尼的日中心说 为代表形成了新兴的
科学体系，这 是近代科学诞生的标志 。
? 17世纪, 培根 根据 人类思维方式 的特征
把科学分为三类：
（ 1） 记忆的科学,历史学、语言学等 ；
（ 2） 想像的科学,文学、艺术等；
（ 3） 判断的科学,哲学、自然科学等。
十九世纪初，法国空想社会主义者 圣西门
(Saint-simon,1760-1825)提出了以 研究对象 作为
科学分类、揭示和描述科学体系结构的原则,他
把所见到的一切现象从简单到复杂地划分为四个方
面：天文现象、物理现象、化学现象和生理现象，
与此相对应,科学 也 由简单到复杂地分 成天文学、
物理学、化学和生理学 。 数学是为它们提供精密基
础的，最为简单，因此 数学应排列在天文学之前 。
圣西门把一切现象看成是孤立的表面的东西，
没有把科学看成是揭示事物的本质联系，因此不可
能把握各学科间的内在联系，是 形而上学 的。
黑格尔 的重要功绩是把 辩证发展的原则
引入科学分类,以发展的思想重新确立自然
科学体系，他把自然的、历史的和精神的世
界描写成一个过程，通过揭示事物运动变化
中的内在联系,依次排列了各门学科,即数
学、力学、物理学、化学、地质学、植物学
和动物学 等。
但 他的发展原则又是建立在唯心主义基
础上的 。有许多东西是用思辨的联系代替客
观事物真实联系，这就从根本上 否定了科学
的客观内容，不能从根本上揭示学科之间真
正的内在联系 。
19世纪中叶，自然科学的发展进入了一个新的时期。化
学的原子论和周期律，物理学的能量守恒和转换定律，
生物学的细胞学说与进化论，这些成就进一步揭示了自
然界普遍发展与普遍联系的规律，为科学地建立自然科
学分类体系奠定了基础。
恩格斯 把圣西门的客观原则和黑格尔的发展原则有
机地统一起来,以物质运动形式的区别和固有次序作为
区分和排列各门科学的根据和标准,并且，根据当时的
科学发展状况,把科学按从简单到复杂、从低级到高级
排列为,力学、物理学、化学、生物学、社会科学 。
恩格斯的自然科学分类，揭示了近代自然科学的
静态结构和动态发展，实现了客观性原则和发展性原
则的统一，是研究自然科学体系结构及发展规律的指
导思想。
(三 )现代科学结构
? 进入 20世纪,科学发生了很大的变化，以相对论
和量子力学为代表的新理论辨证地否定了机械论的自
然观和世界观，使人们由过去牛顿 (1,Newton，
1642～ 1727)的三维观念转变为爱因斯坦 (AEinstein，
1879-1955)的统一的四维时空连续观。这一根本的变
革，导致了科学结构的改变，影响着人们对科学结构
的认识，同时自然科学研究不断向纵深领域发展，许
多新的物质层次结构被揭露出来，并对已揭示出来的
物质各层次的性质、规律开展了全面的研究；利用已
揭示出的规律去研究相邻科学，开辟了许多新领域；
科学与社会的相互作用日益加强。所有这些都要求人
们对科学做出新的概括和总结。
日本学者 岩崎允胤和宫原将平根据各物质运动形
态的层次性 进行分类,构建了自然科学的 多层次体系
结构 。并且在构建体系结构时，注意到了在物质的各
种运动形态互相过渡和互相转化的层次上，还 存在着
一些横跨于许多层次之间的一定的共同侧面 。
钱学森 按照直接改造客观世界还是间接地
联系到改造客观世界，将自然科学划分为三个
层次，即 基础科学、技术科学和工程技术 。并
认为马克思主义哲学是概括一切、指导一切的
理论，它通过自然辩证法与社会辩证法 (历史唯
物主义 )这两座桥梁把自然科学、数学和社会科
学连接起来。
二、自然科学的层次结构
? 层次结构 也叫门类结构,是科学的一
级结构,主要说明各大门类的基本构
成情况。现代自然科学一般 可划分为
三个层次，即 基础科学、技术科学和
生产科学 三个层次。
基础科学 是一般的基础理论，是研究自
然界中物质的结构和运动的科学,它肩
负着探索新领域、发展新元素、创造新
化合物和发现新原理等重大任务,是现
代科学与技术总体结构的基石,拥有巨
大的潜在生产力、高水平的社会智力储
备和超前的竞争力。基础科学 包括力学、
物理学、化学、生物学、天文学和地球
科学等 。
技术科学 是将基础科学知识向实践应用的中间环节，
是研究通用性技术理论的科学,它一方面 是基础科学的
应用,另一方面 又是生产科学的理论基础 。技术科学集
中研究如何把基础科学理论物化为生产技术，它研究的
不是最普遍的规律，而是特殊范围的规律。技术科学 具
有多学科的综合性,因为它是研究几个学科共有的规律，
所以比基础学科具有更大的综合性。
技术科学一方面按 基础科学的应用 可分为应用物理、应
用化学、应用生物学、应用天文学、应用地学和应用数
学；另一方面，按 工程技术的通用理论 可分为材料技术
科学、能源技术科学、信息技术科学、计算机技术科学、
自动化技术科学、环境技术科学、生物工程技术科学等。
生产科学 也叫应用科学或工程科学,主要是研
究基础科学和技术科学的理论在生产过程中的
具体运用，从而提供改造自然的方法和手段。
生产科学的 研究对象是具体的技术原理、结
构和工艺 。日本学者星野芳将技术分为 12个方
面，即动力技术、采掘技术、材料技术、机械
技术、建筑技术、通讯技术、交通技术、控制
技术、栽培技术、饲养技术、捕获技术和保健
技术等。虽然不同领域的 技术 有各自不同的形
态，但 都包含了材料、能源、控制和工艺四个
基本要素 。
随着科学的发展,在自然科学和社会科学之间出现了
一个新兴的 学科群，这个学科群叫 交叉科学或综合科
学 。交叉科学的兴起和发展,是科学进入一个全新历
史阶段的标志,是历史发展的必然。交叉科学 可分为
四类,
三者的区别在于：
技术科学 是解决比较远期的生产方向问题, 基础科
学 是储备知识、创造知识,离解决实际问题更远些、
更间接些，而 生产科学 直接决定生产中需要解决的实
际问题,这是生产科学区别于技术科学和基础科学之
处。每一生产过程要涉及到许多基础科学和技术科学
领域,生产科学具有明显的综合性。
① 根据应用的目的和目标把有用的相关知识组合成一
个新知识体系 。如材料科学、空间科学、能源科学、
环境科学、体育科学、城市科学等。
② 根据科学在宏观总体上变化发展的事实，探索其规
律和驾驭利用其规律的理论和方法的知识体系 。如科
学学、未来学、自然辩证法和科学技术发展史等。
③ 根据科学各门类、各工作领域的共同需要所创造
出来的方法知识体系 。如控制论、系统论、信息论、
协同论、混沌理论、管理科学、决策科学等。
④ 根据社会科学与自然科学中相关的两个学科组合
而成的新的知识体系 。如技术经济学、管理心理学、
经济生态学等。
三、自然科学的学科结构
? 自然科学的基础科学包括力学、物理
学、化学、生物学、天文学,地球科
学和数学等，每门基础科学都包括着
若干分支学科，并由此形成各自学科
的体系结构。
(一 )数学的结构
? 数学 是 研究数量关系与空间形式的科学 。
? 现代数学 的学科已成为一个多层次、结构严密的庞大
体系，大小分支学科数目已不下几百个，其中 最基本
的学科有 12个,即数论、代数学、几何学、函数论、
泛函数分析、微分方程、概率论、数理统计、运筹学、
控制论、计算数学和数理逻辑。
? 从数学和现实生活的联系来看，大体可分为两大类，
即纯数学和应用数学。 纯数学 研究从客观世界中抽象
出来的数学规律的内在联系，也可以说是研究数学本
身的规律,大体上可分为三类，即 研究空间形式的 几
何学,研究离散系数的 代数学和数论,研究连续的 函
数分析和函数方程, 它们被 称为整个数学的三大支柱。
应用数学 是研究如何从现实问题中抽象出数学规律以
及如何把已知规律应用于现实问题,如概率论、数理
统计、运筹学、控制论、计算数学和数理逻辑。
(二 )力学的结构
? 力学是研究力与运动的科学, 研究对象是物质的客观运
动 。
? 力学 分为力学理论和应用力学 两部分，力学理论包括理
论力学、分析力学、统计力学、电动力学、相对论力学
和量子力学，应用力学包括计算力学、固体力学、爆炸
力学、流体力学、岩石力学、生物力学、物理力学和溶
解力学。
? 根据 研究物体的性质 可分为质点力学、质点组力学、刚
体力学和连续介质力学等四大类 。
? 根据 问题的性质 又分为运动学、动力学和静力学三类。
19世纪为经典力学的黄金时代,20世纪，相对论
力学和量子力学则是现代力学的重要标志！
(三 )物理学的结构
? 物理学是研究物质运动规律及其基本结构的科
学 。
? 它以 经典力学、经典电动力学与相对论、量子力
学、热力学和统计物理为基础理论,形成了 九门
分支学科 —— 凝聚态物理学、光物理学、声学、
原子分子物理学、等离子物理学、核物理学、粒
子物理学、计算物理学和理论物理学。
? 物理学的研究领域极其广泛：在空间尺度上，它
从基本粒子的亚核世界 (10-15cm)到整个宇宙
(1028 cm)，在时间标度上，从小于 lO-21秒的短
寿命到宇宙纪元 (1017秒 )。
（四）化学的结构
? 化学是研究物质分子的组成、结构、性质及其变
化规律的科学 。
? 随着人们所研究的分子种类、研究手段和任务的
不同,化学 不断 派生出不同层次的分支 —— 无机
化学、物理化学、有机化学、分析化学、高分子
化学、环境化学和放射化学等。
? 到 20世纪末期, 化学与其他自然科学的相互渗
透，产生了一系列边缘学科 —— 计算化学、激光
化学、固体化学、地球化学、材料化学、矿物化
学、土壤化学、行星化学和星际分子天文学等。
(五 )生命科学
? 生命科学是研究生命现象以及生物与环境之间关
系的科学 。
? 生物学的研究内容广泛、学科繁多 。
? 按 研究对象 的传统分类包括动物学、植物学和微
生物学；按 结构层次 可分为宏观的群体生物学、
系统生态学，以及微观的分子生物学、细胞生物
学；按 研究方面 可分为形态学、解剖学、生理学、
细胞学、遗传学、分类学、生态学、进化论等；
与其他学科相渗透,产生了生物数学、生物物理
学、生物化学和生物地理学等交叉学科。
(六 )天文学的结构
? 天文学是研究宇宙中各类天体和天文现象的科学 。
? 随着研究方法和观测手段的发展，先后创立了天
体测量学、天体力学、天体物理学、光学天文学、
射电天文学、空间天文学、天体演化学和宇宙学
等分支学科。天文学与其他学科相互借鉴、相互
渗透，又形成了天体生物学、宇宙化学、考古天
文学以及天文地球动力学等。
? 天文学的发展依赖与观测手段的进步以及物理学
和数学为主的天文, 理性工具, 的发展 。
(七 )地球科学的结构
? 地球科学是研究地球以及太阳和其他外部
因素对地球影响的科学 。当代地球科学的
基本任务是整体性的认识地球,包括它的
过去、现在并预测它的未来发展和行为。
? 地球科学按照 地球的组成部分 包括固体地
球科学、海洋科学、大气科学和空间科学，
按 地球的物理和化学过程 可分为地球物理
学和地球化学，按 各组成部分间的特定领
域 可分为地理学、环境科学、生态学、土
壤学等。
四、自然科学的知识结构
? 自然科学的知识结构是指一门学科所
包含的要素之间的有机结合方式。一
般来说，一门学科的知识体系是由科
学的事实、概念、范畴、定律、逻辑
形式构筑起来的。
(一 )科学事实
? 事实是科学结论的基础和根据,没有
事实的系统化和概括，没有事实的逻
辑认识，任何科学都不能存在。但事
实本身并不是科学，事实只是 在以系
统的、概括的形式表现出来并且作为
现实规律的根据和证明时,才能成为
科学知识的组成部分,即科学事实 。
科学事实大体 包括经验事实、观测资
料和实验数据等 。
(二 )科学的概念和范畴
? 1.定义
科学的概念 是构成科学理论的细胞，是科学研
究的成果和经验的结晶。它 由具体概念和抽象
概念组成，前者直接反映某种现象的状态和表
面性质；后者则由理性思维所把握，反映客观
事物的规律和本质 。它们之间的联系和转化，
使科学概念在内容和形式的结合上构成一个体
系结构。
范畴 是 反映着具体学科的对象、内容和方法特
点 的一般概念，是反映 客观事物本质联系的思
维方式,是 各个知识体系的基本概念 。
2.概念的分类
? 从概念内容所反映的 客观对象的性质和层
次 考虑，将概念分为,
实体概念,反映某种物质客体的概念 。
属性概念,反映对象所具有的特质概念 。
关系概念,反映对象之间关系和自然过程内
部机制的概念
? 从概念的 内涵进行分类,依据概念是反映
事物的固有属性，还是反映本质属性，可
分为 类概念 和 科学概念 。
(三 )科学原理、定律和学说
? 科学原理、定律和学说是科学知识结
构中的主要组成部分,它们运用概念
揭示事物的本质联系，都属于规律性
的知识，但它们之间又有某种差别。
原理 所反映的是特定条件下的自然事实 。与原理近似的
是定理，定理的提法在数学上用得较多，在自然科学中，
用 定理 来表达某些原理时,着重反映一定条件下的数学
必然性,即要加上数学表达式。
定律 是对客观规律的一种表达形式，着重强调自然过
程的必然性 。与定律近似的是 定则, 通常以假定方式
来表达自然过程的必然性 。 科学定律 的本身也是有结构
的，它 分为具体定律和抽象定律 。前者是依靠仪器对客
体进行观察并归纳所得资料的结果，后者是运用抽象概
念进行判断推理的结果,它们之间相互联系 。表明科学
认识由一级本质到二级本质层次的推进过程。
学说 是在自然科学中，对自然过程原因的解释，是为
解释自然事物、自然属性、自然定律的原因而提出的见
解。 由于对因果关系的认识是复杂的，往往 — 时难以确
凿证实,学说常表现为假说的形式 。
(四 )科学方法
? 科学方法是指研究事实与发现规律的方式 。是
人们发现客观规律的一种手段，是获得规律性
知识的必要条件，是创造性思维的集中表现。
? 科学方法在应用中一般 分为三个层次,
①各学科特有的特殊方法，如物理学中的光
谱分析法、化学中的催化方法；
②各门学科通用的科学方法，如观察法、实验
法、系统方法等；
③哲学的方法，是建立在一般科学规律的基础
之上，能够应用于知识的一切领域。
科学方法一般分为 感性方法、理性方法和
综合方法 。 感性方法 是人类认识自然的起点，
是获得自然信息的方法,包括观察法和实验法 ；
理性方法 是对观察实验所获得的成果进行分析，
以达到新的科学认识高度的思考步骤,包括假
说方法、数学方法、逻辑方法和非逻辑方法等 ；
综合方法 适用于科学认识的各个阶段，属于科
学方法的理论,包括系统论方法、信息论方法
和控制论方法等 。
科学方法的类型：
(五 )科学理论
? 科学理论是在大量经验知识积累的基础上，运用逻辑加
工，建立科学的基本概念和基本关系，借助逻辑和数学
方法而总结出来的科学认识的知识体系 。
? 科学理论 是客观过程和关系的反映,是由一系列概念、
范畴、原理、定理、公式等组成的逻辑系统，可表示为：
科学理论的基本特点和要求：
? 外部的证实和内在的完备 。
? 两个特点的相互作用和相互补充，意味着科
学理论系统地反映了客观事物的本质。科学
理论有 两个重要的功能 —— 解释功能和预见
功能 。前者是揭示存在事物的本质，后者是
从科学理论逻辑地推导出关于未知事实的结
论。解释功能和预见功能是不可分的，它们
的共同作用显示出了科学理论在整个科学知
识体系中占据核心地位。
第三节 自然科学的历史演进
? 在长期的生产实践中，人们不断地积累着生产经
验和劳动技能，又不断地用这些经验和技能改进
劳动工具和其他劳动资料，这个过程是技术发展
的过程。人类在实践中积累的认识，在理论上的
不断总结和概括，就是自然科学的发展过程。
? 自然科学的发展，经历了古代、近代和现代三个
阶段。当人类进入了 有历史记载的文明时期以后,
就诞生了 古代自然科学 ； 近代自然科学 的诞生在
16世纪 的欧洲,到 19世纪 为止，大约 400年的发
展历史；从 20世纪开始 步入了 现代自然科学阶段 。
一、科学的起源
? 科学的起源是指作为科学, 物质, 的那些实际材
料和有认识作用的信息的最初由来。
? 最初的技术是在一百万乃至二百万年前产生的用
,以石击石, 的方法制造石器的技术，第二种技
术是用火和人工取火技术，第三种技术是植物栽
培技术和动物饲养技术，第四方面的技术是制陶
技术、纺织技术、建筑技术和运输技术。 …… 自
然科学萌芽 。
? 进入 奴隶社会 以后，产生了 准科学 。仅限于与
当时的生产、生活直接相关的天文学、数学、医
学和化学。这一时期产生的知识，有突出的经验
性特征，是古代科学产生的先导。
二、古代自然科学的形成与发展
? 古代自然科学包括古希腊、中国、印
度和阿拉伯的科学。 我们教材上着重
介绍古代希腊和古代中国的科学。
（一） 古代自然科学的发展
? 科学最早主要是包含在哲学的文化形态之
中的，自然哲学就是它的前身 。自然哲学
在西方最早出现于古希腊，古希腊的哲学
家都是自然哲学家，他们都明确地以自然
界作为自己的研究对象，探究自然界的本
原，解释自然现象千变万化的原因。
1、希腊科学的诞生
? 古希腊被认为是人类科学的发祥地,泰勒斯 (公
元前 624一公元前 564)被尊为科学之父,在其文
化鼎盛时期 (公元前 6～公元前 4世纪 )产生了科学。
（ P3－ 4）
? （ 1）古代希腊科学分两个时期,
从公元前 600年至公元前 300年，称为 希腊的古典
时期,毕达哥拉斯学派、原子论学派、柏拉图学
派、亚里士多德学派等 。
从公元前 300年到公元前 30年，叫 希腊化时期或亚
历山大里亚时期,托勒密、阿基米德,欧几里
得、盖伦等著名的科学家。
（ 2）古希腊的科学成就
? 古代希腊科学中取得一定成绩的有数学、天文学、
力学、生物学、医学、气体动力学、声学、气象
学、电学和磁学。
? 希腊古典时期：突出代表为毕达哥拉斯学派和亚
里士多德学派。
① 毕达哥拉斯学派,从原始数学的角度来洞察
自然界，将抽象的理性方法用来研究几何学 (科
学史家称欧几里得, 几何原本, 是古代科学的最
高峰 )，并开始了数论研究； 天文学 方面，毕达
哥拉斯是第一个主张大地是球形的人 。
? ② 亚里士多德
? A、是古典物理学的创建人
? B、创立了运行的天体是物质实体的学说
? C、首次提出了经验主义科学探究程序
? D、是公理化思想的创建人
? E、是古典生物学的创建人
亚里士多德关于生命是什么的“灵气说”
只能算作“原始科学”或“前科学”
（ Why?)
? ③ 希腊化时期, 在亚里士多德之后，
科学在许多方面取得了进步：
? 天文学方面：托勒密
? 光学方面：欧几里德
? 力学方面：阿基米德
? 生理医学方面：盖伦
2、阿拉伯科学时代
? 阿拉伯科学是古代科学史的另一主流 。特别在数
学、天文学、化学和医学等领域有很大的发展。
? 数学方面,采用了 阿拉伯数码,发展了三角学知
识和代数知识。
? 天文学方面,编制了 天文年表,测定了黄道倾角
值，并发现了太阳偏心率的变化。
? 化学方面, 炼金术向实用化学方向发展,开始使
用天平，并利用蒸馏、结晶、升华、焙烧等方法
炼金。
? 医学方面,有百科全书式的, 医典, 。
3、中国科学时代
? 中国是四大文明古国之一，在整个古
代，中国的科学技术经过起源、发展
和完善，达到了非常高的水平，形成
了以实用经验知识为主的独立体系。
主要成就在天文学、数学、地学和医
学等方面。
（ 1）中国古代的科学成就
① 天文学方面,是世界历史上天文观测记
录最系统、最完整的国家 。
? 早在夏代，中国已有观察天象的记载，已有
天干记日法；春秋战国时期有对哈雷彗星的
记载、两汉时期就有对太阳黑子的记述，它
们是世界上最早的记录；绘制的星图、图表
是世界上领先的；公元前 l世纪出现了关于宇
宙结构理论的盖天说，公元 2世纪则有浑天说
和宣夜说；汉代已形成了古代历法体系，创
造了许多先进的天文仪器,如：水运浑象、
黄道铜浑仪、仰仪等
② 数学方面,创造了筹算、珠算以及相应
计算工具，最早的数学著作, 周髀算经,
成书于公元前 1世纪；汉代的, 九章算术是,
是我国数学体系形成的标志。
③ 物理学方面,公元前 4世纪成书的, 墨经
中含有光学、力学、声学等物理知识；在
世界上首先提出光的直进原理；北宋沈括
的, 梦溪笔谈, 介绍了人工磁化方法制作
指南针，并提出了地磁偏角的概念。
④ 化学和化工方面,主要表现在造纸技术、
火箭技术、漆器和瓷器制作技术。
⑤ 医学和药物学方面, 创造了独特的
中医理论和切脉诊断病情的方法；留
下医药文献近 8000种 。
⑥地理学方面,整个中国古代地学体
系以, 山海经,,, 禹贡, 为开端，
以, 汉书 ·地理志, 为代表。
（ 2）中国古代科学发达的社会原因
? 中国古代科学的研究活动是初步制度化的
? 中国古代的科学研究主要是官办的。
? 而西方古代社会，科学研究活动是没有社
会体制化的，从事科学研究的人都是兼职
的，其活动各自为之，没有在一个特定的
社会圈子内进行。
（二）古代自然科学的特点
古代自然科学的发展，形成了几个明显
的特征：
? (1)内容上形成了描述宏观低速运动规律的
理论。
? (2)形成了自然科学的基本形态。
? (3)形成了研究自然界的方法。
三、近代自然科学的产生及其特点
? 近代自然科学于 16世纪产生于欧洲。
哥白尼 (1543)发表的, 天体运行论,
是近代自然科学诞生的标志。到 19世
纪结束，前后持续了约 400年左右 。
(一 )近代自然科学的发展
? 近代自然科学经历了两个主要的历史阶段，
即早期发展阶段与晚期发展阶段。
早期近代自然科学发展阶段, 16世纪中期
到 18世纪中期, 起点是哥白尼天文学革命
兴起 。
晚期近代科学发展阶段, 18世纪中期到 19
世纪末期, 起点是康德的天体演化学说的
兴起。
? 近代自然科学经过两个阶段的发展，形成
了比较完整的基础科学体系。
1、近代自然科学发展早期的科学革命
—— 第一次科学革命
? （ 1）天文学革命
? 1953年，哥白尼发表, 天体运行论,,表述了 日
心地动说的基本观点：（ P15）。
? 日心说的意义,否定了地球是宇宙的中心,建立
了科学的宇宙体系,是天文学史上的一件大事，
也 标志着自然科学从中世纪神学中解放出来 。
? 日心说的局限,保留了柏拉图所提出的, 匀速,
和, 圆周, 的原则，企图用尽可能少的匀速圆周
运动的组合来描述行星体系,没有彻底摆脱本轮
均轮体系的束缚 ；哥白尼的 宇宙体系仅局限于
太阳系,太阳是宇宙的中心 。
? 进一步发展哥白尼学说的是 德国天文学家开普勒,
他通过对大量天文观测资料的整理和计算，提出
了著名的行星运动三定律：即 行星运行的椭圆轨
道定律, 行星运行的等面积定律, 行星运行的
周期定律。（见 P16）
? 开普勒三定律的意义, 是天文学的又一次革命,
它彻底摧毁了托勒密繁杂的本轮宇宙体系，完善
和简化了哥白尼的日心宇宙体系。 开普勒对天文
学最大的贡献在于他试图建立天体动力学,从物
理基础上解释太阳系结构的动力学原因。 对后人
寻找出太阳系结构的奥秘具有重大的启发意义,
为经典力学的建立、牛顿的万有定律的发现，都
作出重要的提示 。
（ 2）化学革命
? 近代化学革命的先驱是 16世纪瑞士化学家和医生
帕拉塞尔苏斯,他的, 三元素论, 彻底 推翻了 亚
里士多德的, 四元素论, 。
? 英国化学家 波义耳 于 1661年在, 怀疑的化学家,
一书中抨击了, 四元素论, 和, 三元素论,,提
出了 科学的, 元素, 概念 。 1666年于, 形式和质
料的起源, 一书中提出了, 微粒理论,,（见
P17） 。
? 18世纪初，德国化学家 斯塔尔 提出, 燃素说,,
认为燃烧主要是发生在燃料中，而不是在空气中。
（ 3）近代力学革命
? 近代力学在 17世纪的突飞猛进，原因是有了科
学史上的两位伟人：伽利略和牛顿。
? 伽利略 对天文学作出了杰出的贡献，但他的 最
重要的成就却是在物理学方面 。作为 近代科学
基础的物理学,伽利略是 创始人 。他在比萨斜
塔上所作的实验,得出了, 自由落体加速定
律, 。 提出了, 惯性定律, 和物体作匀加速
直线运动的定量规律,发现了 单摆的摆动周期
与振幅无关,第一个 证明抛物体的路径是一条
抛物线 。推翻了先前的亚里士多德的种种理论
而奠定了近代物理学的基础。这些，在他所著
的, 两种新科学的对话, 一书中有所总结。
? 近代力学革命最后在 英国科学家 牛顿手上完成 。
? 他在伽利略的基础上建立了成为经典力学基础的
,牛顿运动定律, 。这一定律首次发表于 1687年
出版的, 自然哲学的数学原理, 一书中 。
? 其次，牛顿发现了, 万有引力定律,,指明了两
个物体之间，由于物体具有质量而产生的相互吸
引力。 并用这一定律将天文学革命与力学革命
综合起来。
? 由伽利略奠基，牛顿予以重大发展的近代物理学，
是西方近代科学的主干，它不仅自身有诸多的发
现，创建，还为其它学科提供了原则和方法 。
（ 4）近代人体生理学革命
? 近代生理学的革命开始于文艺复兴的 16世
纪，到 17世纪由英国生理学家威廉,哈维等
人完成。
? 首先纠正盖伦错误的，是 16世纪比利时解
剖学家 维萨留斯, 1543年出版了, 人体结
构,,系统阐述了从骨骼系统到内脏系统
的分布，功能及关系,用事实指出了盖伦
生理学的种种错误 。他还要求人们对动脉
血液的形成进行新的解释。
? 揭开人体血液运动规律是 维萨留斯在巴黎大学医
学院的同学,西班牙解剖学家塞尔维特 。他的血
液肺循环的发现触犯了当时正统的神学观点，以
致被教会处以火刑。
? 后来英国解剖学家威廉,哈维继承并完成了塞尔
维特的研究工作 。 1628年他 出版了, 论心脏和血
液的运动, 这部划时代的生理学巨著，提出了著
名的 血液循环学说 （见 P20） 。 1649年他又出版
了这本书的补充物, 论血液循环,,系统地总结
了他所发现的血液循环运动规律及实验依据和数
据。他的血液循环理论在历史上是对人体生理过
程的第一个科学的说明，从而预示了近代生理学
发展的崭新方向。
2、近代科学革命的社会动因
? 近代科学革命的发生的前提条件：（ P21）
? 早期近代自然科学革命仅发生在欧洲而不
发生在其他地方，这不是偶然，而是有它
自己深刻的社会和文化原因。
? （ 1）科学活动的社会制度化
? A、探究自然的兴趣在民族精英中养成
? B、专职科学家这种社会角色的出现
? C、科学社会建制的初步形成
（ 2）若干新的文化价值取向的形成
? A、主张批判地审视古希腊的科学成就
如：帕拉塞尔苏斯、伽利略等
? B、提倡重视观察和实验的经验主义探究程
序
? C、重视数学和定量研究方法的应用
? D、关注对技术活动的渗透
3、近代自然科学发展晚期的科学革命
…… 第二次科学革命
? 近代自然科学发展晚期的科学革命以电磁
理论、化学原子论和生物进化论的提出为
主要内容，以热力学、电磁学、化学、生
物学等一组学科为带头学科，推动了近代
化学、生物学、地质学、数学、电磁学、
热力学、光学、生理学、地理学、人类学
和物理学等学科的诞生或发展。
19世纪为, 科学的世纪,
（ 1）物理学革命
? 19世纪在物理学领域中出现了两个统一的
理论：能量守恒与转化定律和电磁场理论。
它们都是从解释局部现象进一步扩展来解
释更为广泛的自然发展过程，是继牛顿力
学之后自然科学史上出现的第二次、第三
次理论大综合。
? 电磁理论的建立
电流是 由意大利医生 伽伐尼发现的 。
1800年，意大利物理学家 伏特发明了电池 。
1820年，丹麦物理学家 奥斯特发现了电流的磁效应 。
1822年，法国物理学家 安培发现了电流产生磁力的基本
定律,奠定了电动力学的基础。
电磁感应现象的发现者和近代电磁理论的创始人是法拉
第 。 他提出了电磁感应定律和, 力线, 和, 场, 的概念，
是牛顿以来物理学基本概念的重大发展。
经典的电磁学说的总结是由麦克斯韦完成的 。 1873年，
麦克斯韦的巨著, 电磁学通论, 问世，标志着完整的电
磁理论的确立，它的科学价值可与牛顿的, 自然哲学的
数学原理, 和达尔文的, 物种起源, 相媲美。
? 热力学的研究和能量守恒与转化定律
第一个对蒸汽机效率进行精密的物理与数学分析的是 法
国工程师 卡诺 。
1800年，意大利的 伏特 发明了电池,实现了化学能向电
能的转化
1800年，英国人 尼尔科逊 用电池电解水,实现了电能向
化学能的转化
1819年丹麦的 奥斯特发现了电能向机械能的转化 。
法拉第等人 发现了电磁感应现象，表明 机械能也可向
电能转化 。
最早公布能量守恒与转化定律的是德国医生迈尔。 能
量守恒与转化定律的发现，揭示了热、力学、电、化学
等各种运动形式之间的统一性，使物理学达到空前的综
合和统一。能量守恒与转化定律实际上就是热力学第一
定律。
德国的克劳胥斯与凯尔文 在重新研究卡诺的工作中，
分别独立地发现了热力学第二定律,这一定律揭示了热
运动的过程是不可逆的。
（ 2）化学的革命
研究物质性质及其变化规律的化学，自波义耳提出化学元
素、微粒理论之后，在 18,19世纪也取得了巨大成就。
1789年,拉瓦锡建立氧化说
1803年 道尔顿提出原子论
1811年 阿伏加德罗 又 提出分子论,后来合称为 原子分
子论
1824年，德国有机化学家 维勒首先从无机物人工合成了
有机物 —— 尿素，突破了无机物和有机物之间的绝对界
限
1865年法国 凯库勒发现苯的结构
1869年 门捷列夫发表 了第一个 元素周期表, 1871年又
发表了第二个化学元素周期表，果断地修正了一些元素
的原子量和预言了一些未知元素的存在及性质。
? 从此化学成为一门有着严密系统的科学。
（ 3）生物学的革命
? 细胞学说和生物进化论的创立是 18,19世纪生物
学的伟大成就 。
? 在前人工作的基础上,1838－ 1839年，德国 植物
学家施莱登和动物学家施旺 在对大量的动物、植
物进行观察和比较的基础上 提出了细胞学说
第一个系统地提出生物进化论的人是 法国动物学
家 拉马克 。
英国生物学家 达尔文是近代进化论的奠基人,
1859年，达尔文在其著作, 物种起源, 中 提出了
科学的生物进化论 。
（ 4）地学的革命
? 从 17世纪中叶到 19世纪下半叶，是地球科学的奠
基阶段，现代地球科学在这一阶段里在欧洲迅速
兴起。
? 18世纪末叶，拉瓦锡和道尔顿建立了大气科学的
物理基础，荷兰的白贝罗提出了风与气压的关系，
为大气动力学和天气分析奠定了基础
? 1872－ 1876年,70多位科学家总结环球海洋考察
资料，成书 50册，标志着海洋科学的建立
? 1830年，英国地质学家赖尔的, 地质学原理, 一
书出版，标志着近代地质学的系统化。
（二）近代自然科学的特点
? (1)形成了比较完整的自然科学体系。
? (2)建立了揭示客观低速物质运动基本
规律理论。
? (3)否定了直观信仰的认识原则。
四、现代自然科学的产生及特点
? (一 )现代自然科学的发展
? 从 19世纪末 20世纪开始，自然科学的发展
进入到现代自然科学时期，其主要标志：人
类对自然的认识，不仅在宏观低速领域更加
全面深刻，而且深入到微观、高速和宇观领
域，在更深更广范围内揭露自然界的本来面
目及规律性。
? 19世纪末，以牛顿为中心的经典物理学取得了辉煌
的成就，使科学家错误地认为物理学已达到顶峰，
似乎成了最终的绝对真理，认为整个物理世界都可
以归结为绝对不可分的原子和绝对静止的以太这两
种原始物质。正当人们陶醉于物理学大厦已经建立
的时候，出现了以太漂移实验、光电效应实验、黑
体辐射实验等为传统物理学不能解释的一系列新的
实验事实。这样原来认为不可分割的原子解体了，
原来认为固定不变的元素可以蜕变为另一种元素，
原来认为物体的质量与运动无关，现在电子的质量
随运动速度的变化而改变。新的实验事实猛烈地冲
击着经典物理学，经典物理学面临着危机，而这场
危机导致了一场深刻的物理学革命。在这场革命中
产生了相对论、量子论和微观物理学 这样全新的科
学理论、科学思想和科学方法，从而 为现代自然科
学的全面发展奠定了基础 。
? （ 1） 现代自然科学革命发端于 19世纪末 20世纪初的物
理学三大发现, X射线、放射性和电子。由于相关科学
的相互渗透和影响，特别是第三次工业革命的影响，使
现代物理学在核物理学、基本粒子物理学和凝聚态物理
学方面取得了显著的发展。
? （ 2） 20世纪初的现代生物学革命是以 19世纪末的近代
生物学危机为前导的,当时社会达尔文主义、新达尔文
主义和生物学神秘主义三股思潮曾给近代生物学以极大
的冲击，从而导致了以现代遗传学兴起,以分子生物学
兴起为核心的生物学革命是现代生物学发展的主旋律 。
分子生物学发展，会进一步丰富和发展物理学，化学的
研究内容，影响着医学和当代技术的发展方向，显示出
了它是当代自然科学新的带头学科。
? （ 3）现代物理学革命对化学影响最深的领
域是基础化学领域，到 20世纪初期，化学实
现了近代化学到现代化学的变革。其中元素
化学的主要成就集中反映在对超铀元素的探
索和原子量基准的改革，结构化学的主要成
就表现在现代化学键理论的形成，分析化学
则实现了以仪器分析和电脑分析相结合为核
心的第三次变革
? （ 4）现代物理学革命对天文学的影响表现
在使天文学实现了从近代天文学到现代天
文学的历史变革，其标志是促进了天体物
理学的兴起。并推动了现代宇宙学的兴起，
射电天文学成为现代观测天文学的主体,
宇宙结构模型的研究与宇宙演化理论融为
一体，大爆炸宇宙论和稳恒态宇宙论成为
当代宇宙学的两大学派。
? （ 5）战后地球科学也有了很大的发展，不
仅在理论上有了重大的突破，而且已由现
象描述走上理论综合的道路。
（二）现代自然科学的特点
? 现代自然科学是近代自然科学的继续和发
展，但与近代自然科学相比，有自己突出
的 特点：
? 1．科学理论有新的革命性突破
? （ 1）科学理论的思想性突破。
? (2)科学理论的层次性突破。
? (3)科学理论的解释性突破。
? (4)科学理论的应用性突破。
? 2．科学形态上形成了大量综合科学
? 3．科学认识上建立了新的思维方式
? (三 )现代自然科学的发展趋势
? 1．在宏观层次上，科学系统的发展主要表
现为加速地朝着整体化、高度数学化和科
学技术一体化方向发展。
? 2．在中观层次上，科学系统内部各门学
科之间发生非线性相互作用，导致协同发
展；同时在社会环境系统中，还要朝着偏
向人类的目的性方向发展。
? 3．微观层次上，发现科学问题和解决科
学问题是科学发展的动力。
? 授课对象,0507241
? 授课时间,05－ 06学年度
? 授课教师：戴余军
? 联系方式,dyj5925@163.com
课程介绍
? 本课程为 专业基础课 。
? 自然科学是研究自然界物质形态、结构、性质和运动规
律的科学，包括 数学、物理、化学、天文学、地球科学、
生命科学 等。通过学习了解自然科学在推动经济的发展、
推动人类思想文明进步的巨大作用，了解自然科学在工、
农、医、国防等方面的应用，了解该学科的发展前沿、
热点和问题，使学生牢固掌握自然科学的基本理论和基
础知识，了解自然科学的基本特性及其发展规律，为学
生今后的学习及工作实践打下宽厚的基础。
课程的学习与考试
? 作为科学教育领域的专业基础课，本课程强调
学生 对自然科学基本理论、基本概念、科学研究
方法的掌握与运用,鼓励学生在教学过程中对教
学的积极参与和平时学习的积累，不鼓励期末突
击复习、考试的投机学习行为。为此，特制定期
末总成绩的评定标准。
? 期末考试 卷面成绩占总成绩的 60％,其余 40％
为 平时成绩 。
平时成绩包括：
1,课后思考题（ 0～ 6分）,每章均会根据教学内容
布臵思考题，要求按时上交，教师每次将随机抽查 20
％～ 30％的作业本进行评分，在学期末考试结束后，
作业本全部上交作为评定平时成绩的依据。
2,学习笔记（ 0～ 6分）,要求并鼓励课堂记录或课后
整理学习内容，所有学习笔记在期末考试结束后上交
作为评定平时成绩的依据。
3,参与教学活动（ 0～ 18分）,主要是鼓励学生在学
习过程中的主动学习能力，在课堂、课外与教师平时
就学习问题的探讨以及参与实验的态度、取得的效果
灯将作为此项成绩评定的依据。
4,提问 5分，纪律 5分,包括迟到、旷课、环境整洁等。
第一章 绪 论
? 第一节 自然科学的对象、性质和作用
? 第二节 自然科学的体系结构
? 第三节 自然科学的历史演进
第一节 自然科学的对象、性质和作用
? 一、自然科学的研究对象
? 二、自然科学的性质和特点
? 三、自然科学的社会作用
自然科学
科学 社会科学
综合科学
一、自然科学的研究对象
? 自然科学是研究自然界中各种自然现象或
事物的结构、性质和运动规律的科学。因
此,自然界的物质形态、结构、性质和运
动规律 等都是自然科学的研究对象。
(一 )物质的基本形态
? 1.最基本的物质形态包括固态、液态、气态、等离子态、
中子态、场和反物质态,这些基本形态按照内部结构特
点可分为实物和场两种基本类型。
? 2.固态、液态和气态 是常温状态下物质的三种 普通形态 。
? 3.场 是指物质间的相互作用场，它是存在于整个空间并
具有传递相互作用能力的物质 连续形态 。
? 4.由电离子和电子组成的气体叫 等离子体 。
? 5.在地球之外，存在着一种粒子的 集聚态,其分子和原
子间的空隙、原子核和电子间的空隙均已消失，形成了
一种密度特别大的物质叫中子态或超固态 。
? 6.自然界除存在带负电的电子外，同时还存在带正电子
的 反物质态 。
(二 )物质的结构和性质
? 结构是指组成物质的各要素之间相互联系和相互作用
的形式 。研究物质结构，主要是研究物质系统内 各要
素之间排列顺序和组合方式 等。
?
结
构
空间
结构
时间结构：
内部
结构
外部
结构
数量上,保持一定的比例关系
性质上,相互协调，相互适应
形态上,呈网络状
同素异构,组成要素相同，结构形式
不同
同构异素,结构形式相同，但物质系
统的组成要素不同
结构的 流动性 和 变化性
(三 )物质运动的形式和规律
对物质运动形式和运动规律的研究，是自然科学
的主要研究对象。
基
本
运
动
形
式
微观物质运动 －微观物理学
化学运动 －化学
宏观物理运动 －宏观物理学
生命运动 －生命科学
地球运动 －地学
宇宙天体运动 －天文学
规律 是物质运动过程的本质联系和必然趋势。规律是
客观 的，各种运动形式都有自己特殊运动规律。
二、自然科学的性质和特点
(一 )自然科学是关于自然的系统化的知识
自然科学作为反映自然物的知识体系，具有自己
鲜明的 特点,
① 客观性
② 逻辑系统性
③ 计量性
④ 无阶级性
(二 )自然科学是认识自然的社会活动
作为认识自然的一种社会活动，自然科学包
括了人类认识自然的思维活动和实验活动，与其
他社会活动相比，主要有三个突出 特点,
① 思维活动与实验活动紧密结合
② 具有特定的研究方法
③ 具有特殊的组织形式
三、自然科学的社会作用
自然科学约四百年前才开始取得独立地位，
现代自然科学至今也只有百余年的历史，但它对
人类社会的发展产生了十分巨大的影响，主要表
现在以下几个方面：
(一 )自然科学是知识形态的生产力
(二 )自然科学对现代经济的发展有巨大的推动作用
(三 )自然科学是促进社会发展的革命力量
(四 )自然科学对人类思想文明的进步起着巨大
的推动作用
(一 )自然科学是知识形态的生产力
自然科学属于生产力，它能够极大地提高社会生产
力的整体水平，推动社会的进步和发展，这是现代自然
科学最基本的社会功能。它具有以下性能：
1、渗透性
自然科学主要是通过向生产力三要素的渗透，来
体现出它的生产力属性。主要 途径,
① 通过教育的途径 ② 通过技术发明的途径
③ 通过新技术、新工艺
④ 通过提供新的、合理的社会组织和管理方法
2、潜在性
所谓潜在性是指自然科学是知识体系，而不是特定的技能，
只有通过技术等中间环节，才能进入生产过程，变为直接的现
实生产力，同时由于经济、社会等条件的限制，也需要待条件
成熟才能转化为物质生产力。
3、馈赠性
馈赠性是指当自然科学偿还了由于发现它所耗费的代价，就
会一劳永逸地被社会所使用，推动生产力的发展，这种馈赠性可
以持续几百年、几千年甚至千万年。
4、储备性
自然科学由于是一种知识形态，不像工具那样可以直接利用，
往往有一个储备过程，这种储备性，除表现为其理论的产生到实
际应用有一定的时间间隔外，还表现为这种理论以后可以随时再
认识应用到实践中去，有着永远储备作用。
(二 )自然科学对现代经济的发展有巨大的推动作
用
对于现代经济社会的每一重大突破，自然科学和技
术进步都起到了关键的作用。自然科学对经济的推动作
用，是通过多种途径实现的。
首先，通过经济工作者的影响
其次，通过科学 → 技术 → 生产的过程，有力促进经济
的发展
第三，通过资源开发深度、广度的增加，经济管理的
科学化和产生的信息效果
(三 )自然科学是促进社会发展的革命力量
自然科学的进步，必定形成巨大的生产力。
生产力是人类社会发展中的决定因素，生产力的
发展必将引起生产关系的变革和社会形态的变更。
马克思把科学看成是, 一种在历史上起推动作用
的、革命的力量, 。
(四 )自然科学对人类思想文明的进步起着巨大
的推动作用
自然科学的不断发展，已成为人类不断更新观念，
建立新的思维方式，形成正确世界观的重要基础和源
泉。
1．自然科学是人类一切思想的基础
自然科学的进步，也为社会科学对社会的认识，思
维科学对思维的认识提供知识基础和方法，不同时代人
类的哲学思想和思维方式之所以不同，一个主要原因就
是不同时代有不同的科学
2．自然科学提高了人类认识世界的能力，是人类破除
宗教迷信，摆脱无知状态的根本思想
第二节 自然科学的体系结构
自然科学的体系结构 是指自然科学系统中各组成要
素之间的有机结合方式 。是 以自然界的客观存在为基
础,随着人们科学实践的长期演进而形成的，它经过
了一个从低级到高级，从简单到复杂，从零散到系统的
发展过程。
一、自然科学结构的演化
二、自然科学的层次结构
三、自然科学的学科结构
四、自然科学的知识结构
一、自然科学结构的演化
自然科学结构是指自然科学的各个组成部分
之间的结合方式，并在科学体系中占据什么样的
地位，以及它们决定科学整体功能的机制。它是
在长期的社会实践中，逐步演化形成的。
（一）古代自然知识的排列
? 上古时期，人们通过在哲学内部对各种知识做系统的
排列，逐渐确立了自然科学在哲学中的位臵。
? 古希腊
柏拉图, 最早进行知识排列,将知识分为三类，即 辩
证法、物理知识、伦理说 。 （客观唯心主义的理念 ）
亚里士多德, 理论的哲学 （物理学、数学和形而上
学 ）, 实践的哲学,创造的哲学 。（以人的活动
为准则 ）
伊壁鸠鲁, 物理学、规范学,伦理学
? 古代中国
,周礼, 中将知识分为 六艺：
刘歆 提出的, 七略, 分类法,礼、乐、射、御、书、数
成辑略、诸子略、诗赋略、兵书
略、六艺略、数学略、方技略
(二 )近代科学结构
? 以 哥白尼的日中心说 为代表形成了新兴的
科学体系，这 是近代科学诞生的标志 。
? 17世纪, 培根 根据 人类思维方式 的特征
把科学分为三类：
（ 1） 记忆的科学,历史学、语言学等 ；
（ 2） 想像的科学,文学、艺术等；
（ 3） 判断的科学,哲学、自然科学等。
十九世纪初，法国空想社会主义者 圣西门
(Saint-simon,1760-1825)提出了以 研究对象 作为
科学分类、揭示和描述科学体系结构的原则,他
把所见到的一切现象从简单到复杂地划分为四个方
面：天文现象、物理现象、化学现象和生理现象，
与此相对应,科学 也 由简单到复杂地分 成天文学、
物理学、化学和生理学 。 数学是为它们提供精密基
础的，最为简单，因此 数学应排列在天文学之前 。
圣西门把一切现象看成是孤立的表面的东西，
没有把科学看成是揭示事物的本质联系，因此不可
能把握各学科间的内在联系，是 形而上学 的。
黑格尔 的重要功绩是把 辩证发展的原则
引入科学分类,以发展的思想重新确立自然
科学体系，他把自然的、历史的和精神的世
界描写成一个过程，通过揭示事物运动变化
中的内在联系,依次排列了各门学科,即数
学、力学、物理学、化学、地质学、植物学
和动物学 等。
但 他的发展原则又是建立在唯心主义基
础上的 。有许多东西是用思辨的联系代替客
观事物真实联系，这就从根本上 否定了科学
的客观内容，不能从根本上揭示学科之间真
正的内在联系 。
19世纪中叶，自然科学的发展进入了一个新的时期。化
学的原子论和周期律，物理学的能量守恒和转换定律，
生物学的细胞学说与进化论，这些成就进一步揭示了自
然界普遍发展与普遍联系的规律，为科学地建立自然科
学分类体系奠定了基础。
恩格斯 把圣西门的客观原则和黑格尔的发展原则有
机地统一起来,以物质运动形式的区别和固有次序作为
区分和排列各门科学的根据和标准,并且，根据当时的
科学发展状况,把科学按从简单到复杂、从低级到高级
排列为,力学、物理学、化学、生物学、社会科学 。
恩格斯的自然科学分类，揭示了近代自然科学的
静态结构和动态发展，实现了客观性原则和发展性原
则的统一，是研究自然科学体系结构及发展规律的指
导思想。
(三 )现代科学结构
? 进入 20世纪,科学发生了很大的变化，以相对论
和量子力学为代表的新理论辨证地否定了机械论的自
然观和世界观，使人们由过去牛顿 (1,Newton，
1642～ 1727)的三维观念转变为爱因斯坦 (AEinstein，
1879-1955)的统一的四维时空连续观。这一根本的变
革，导致了科学结构的改变，影响着人们对科学结构
的认识，同时自然科学研究不断向纵深领域发展，许
多新的物质层次结构被揭露出来，并对已揭示出来的
物质各层次的性质、规律开展了全面的研究；利用已
揭示出的规律去研究相邻科学，开辟了许多新领域；
科学与社会的相互作用日益加强。所有这些都要求人
们对科学做出新的概括和总结。
日本学者 岩崎允胤和宫原将平根据各物质运动形
态的层次性 进行分类,构建了自然科学的 多层次体系
结构 。并且在构建体系结构时，注意到了在物质的各
种运动形态互相过渡和互相转化的层次上，还 存在着
一些横跨于许多层次之间的一定的共同侧面 。
钱学森 按照直接改造客观世界还是间接地
联系到改造客观世界，将自然科学划分为三个
层次，即 基础科学、技术科学和工程技术 。并
认为马克思主义哲学是概括一切、指导一切的
理论，它通过自然辩证法与社会辩证法 (历史唯
物主义 )这两座桥梁把自然科学、数学和社会科
学连接起来。
二、自然科学的层次结构
? 层次结构 也叫门类结构,是科学的一
级结构,主要说明各大门类的基本构
成情况。现代自然科学一般 可划分为
三个层次，即 基础科学、技术科学和
生产科学 三个层次。
基础科学 是一般的基础理论，是研究自
然界中物质的结构和运动的科学,它肩
负着探索新领域、发展新元素、创造新
化合物和发现新原理等重大任务,是现
代科学与技术总体结构的基石,拥有巨
大的潜在生产力、高水平的社会智力储
备和超前的竞争力。基础科学 包括力学、
物理学、化学、生物学、天文学和地球
科学等 。
技术科学 是将基础科学知识向实践应用的中间环节，
是研究通用性技术理论的科学,它一方面 是基础科学的
应用,另一方面 又是生产科学的理论基础 。技术科学集
中研究如何把基础科学理论物化为生产技术，它研究的
不是最普遍的规律，而是特殊范围的规律。技术科学 具
有多学科的综合性,因为它是研究几个学科共有的规律，
所以比基础学科具有更大的综合性。
技术科学一方面按 基础科学的应用 可分为应用物理、应
用化学、应用生物学、应用天文学、应用地学和应用数
学；另一方面，按 工程技术的通用理论 可分为材料技术
科学、能源技术科学、信息技术科学、计算机技术科学、
自动化技术科学、环境技术科学、生物工程技术科学等。
生产科学 也叫应用科学或工程科学,主要是研
究基础科学和技术科学的理论在生产过程中的
具体运用，从而提供改造自然的方法和手段。
生产科学的 研究对象是具体的技术原理、结
构和工艺 。日本学者星野芳将技术分为 12个方
面，即动力技术、采掘技术、材料技术、机械
技术、建筑技术、通讯技术、交通技术、控制
技术、栽培技术、饲养技术、捕获技术和保健
技术等。虽然不同领域的 技术 有各自不同的形
态，但 都包含了材料、能源、控制和工艺四个
基本要素 。
随着科学的发展,在自然科学和社会科学之间出现了
一个新兴的 学科群，这个学科群叫 交叉科学或综合科
学 。交叉科学的兴起和发展,是科学进入一个全新历
史阶段的标志,是历史发展的必然。交叉科学 可分为
四类,
三者的区别在于：
技术科学 是解决比较远期的生产方向问题, 基础科
学 是储备知识、创造知识,离解决实际问题更远些、
更间接些，而 生产科学 直接决定生产中需要解决的实
际问题,这是生产科学区别于技术科学和基础科学之
处。每一生产过程要涉及到许多基础科学和技术科学
领域,生产科学具有明显的综合性。
① 根据应用的目的和目标把有用的相关知识组合成一
个新知识体系 。如材料科学、空间科学、能源科学、
环境科学、体育科学、城市科学等。
② 根据科学在宏观总体上变化发展的事实，探索其规
律和驾驭利用其规律的理论和方法的知识体系 。如科
学学、未来学、自然辩证法和科学技术发展史等。
③ 根据科学各门类、各工作领域的共同需要所创造
出来的方法知识体系 。如控制论、系统论、信息论、
协同论、混沌理论、管理科学、决策科学等。
④ 根据社会科学与自然科学中相关的两个学科组合
而成的新的知识体系 。如技术经济学、管理心理学、
经济生态学等。
三、自然科学的学科结构
? 自然科学的基础科学包括力学、物理
学、化学、生物学、天文学,地球科
学和数学等，每门基础科学都包括着
若干分支学科，并由此形成各自学科
的体系结构。
(一 )数学的结构
? 数学 是 研究数量关系与空间形式的科学 。
? 现代数学 的学科已成为一个多层次、结构严密的庞大
体系，大小分支学科数目已不下几百个，其中 最基本
的学科有 12个,即数论、代数学、几何学、函数论、
泛函数分析、微分方程、概率论、数理统计、运筹学、
控制论、计算数学和数理逻辑。
? 从数学和现实生活的联系来看，大体可分为两大类，
即纯数学和应用数学。 纯数学 研究从客观世界中抽象
出来的数学规律的内在联系，也可以说是研究数学本
身的规律,大体上可分为三类，即 研究空间形式的 几
何学,研究离散系数的 代数学和数论,研究连续的 函
数分析和函数方程, 它们被 称为整个数学的三大支柱。
应用数学 是研究如何从现实问题中抽象出数学规律以
及如何把已知规律应用于现实问题,如概率论、数理
统计、运筹学、控制论、计算数学和数理逻辑。
(二 )力学的结构
? 力学是研究力与运动的科学, 研究对象是物质的客观运
动 。
? 力学 分为力学理论和应用力学 两部分，力学理论包括理
论力学、分析力学、统计力学、电动力学、相对论力学
和量子力学，应用力学包括计算力学、固体力学、爆炸
力学、流体力学、岩石力学、生物力学、物理力学和溶
解力学。
? 根据 研究物体的性质 可分为质点力学、质点组力学、刚
体力学和连续介质力学等四大类 。
? 根据 问题的性质 又分为运动学、动力学和静力学三类。
19世纪为经典力学的黄金时代,20世纪，相对论
力学和量子力学则是现代力学的重要标志！
(三 )物理学的结构
? 物理学是研究物质运动规律及其基本结构的科
学 。
? 它以 经典力学、经典电动力学与相对论、量子力
学、热力学和统计物理为基础理论,形成了 九门
分支学科 —— 凝聚态物理学、光物理学、声学、
原子分子物理学、等离子物理学、核物理学、粒
子物理学、计算物理学和理论物理学。
? 物理学的研究领域极其广泛：在空间尺度上，它
从基本粒子的亚核世界 (10-15cm)到整个宇宙
(1028 cm)，在时间标度上，从小于 lO-21秒的短
寿命到宇宙纪元 (1017秒 )。
（四）化学的结构
? 化学是研究物质分子的组成、结构、性质及其变
化规律的科学 。
? 随着人们所研究的分子种类、研究手段和任务的
不同,化学 不断 派生出不同层次的分支 —— 无机
化学、物理化学、有机化学、分析化学、高分子
化学、环境化学和放射化学等。
? 到 20世纪末期, 化学与其他自然科学的相互渗
透，产生了一系列边缘学科 —— 计算化学、激光
化学、固体化学、地球化学、材料化学、矿物化
学、土壤化学、行星化学和星际分子天文学等。
(五 )生命科学
? 生命科学是研究生命现象以及生物与环境之间关
系的科学 。
? 生物学的研究内容广泛、学科繁多 。
? 按 研究对象 的传统分类包括动物学、植物学和微
生物学；按 结构层次 可分为宏观的群体生物学、
系统生态学，以及微观的分子生物学、细胞生物
学；按 研究方面 可分为形态学、解剖学、生理学、
细胞学、遗传学、分类学、生态学、进化论等；
与其他学科相渗透,产生了生物数学、生物物理
学、生物化学和生物地理学等交叉学科。
(六 )天文学的结构
? 天文学是研究宇宙中各类天体和天文现象的科学 。
? 随着研究方法和观测手段的发展，先后创立了天
体测量学、天体力学、天体物理学、光学天文学、
射电天文学、空间天文学、天体演化学和宇宙学
等分支学科。天文学与其他学科相互借鉴、相互
渗透，又形成了天体生物学、宇宙化学、考古天
文学以及天文地球动力学等。
? 天文学的发展依赖与观测手段的进步以及物理学
和数学为主的天文, 理性工具, 的发展 。
(七 )地球科学的结构
? 地球科学是研究地球以及太阳和其他外部
因素对地球影响的科学 。当代地球科学的
基本任务是整体性的认识地球,包括它的
过去、现在并预测它的未来发展和行为。
? 地球科学按照 地球的组成部分 包括固体地
球科学、海洋科学、大气科学和空间科学，
按 地球的物理和化学过程 可分为地球物理
学和地球化学，按 各组成部分间的特定领
域 可分为地理学、环境科学、生态学、土
壤学等。
四、自然科学的知识结构
? 自然科学的知识结构是指一门学科所
包含的要素之间的有机结合方式。一
般来说，一门学科的知识体系是由科
学的事实、概念、范畴、定律、逻辑
形式构筑起来的。
(一 )科学事实
? 事实是科学结论的基础和根据,没有
事实的系统化和概括，没有事实的逻
辑认识，任何科学都不能存在。但事
实本身并不是科学，事实只是 在以系
统的、概括的形式表现出来并且作为
现实规律的根据和证明时,才能成为
科学知识的组成部分,即科学事实 。
科学事实大体 包括经验事实、观测资
料和实验数据等 。
(二 )科学的概念和范畴
? 1.定义
科学的概念 是构成科学理论的细胞，是科学研
究的成果和经验的结晶。它 由具体概念和抽象
概念组成，前者直接反映某种现象的状态和表
面性质；后者则由理性思维所把握，反映客观
事物的规律和本质 。它们之间的联系和转化，
使科学概念在内容和形式的结合上构成一个体
系结构。
范畴 是 反映着具体学科的对象、内容和方法特
点 的一般概念，是反映 客观事物本质联系的思
维方式,是 各个知识体系的基本概念 。
2.概念的分类
? 从概念内容所反映的 客观对象的性质和层
次 考虑，将概念分为,
实体概念,反映某种物质客体的概念 。
属性概念,反映对象所具有的特质概念 。
关系概念,反映对象之间关系和自然过程内
部机制的概念
? 从概念的 内涵进行分类,依据概念是反映
事物的固有属性，还是反映本质属性，可
分为 类概念 和 科学概念 。
(三 )科学原理、定律和学说
? 科学原理、定律和学说是科学知识结
构中的主要组成部分,它们运用概念
揭示事物的本质联系，都属于规律性
的知识，但它们之间又有某种差别。
原理 所反映的是特定条件下的自然事实 。与原理近似的
是定理，定理的提法在数学上用得较多，在自然科学中，
用 定理 来表达某些原理时,着重反映一定条件下的数学
必然性,即要加上数学表达式。
定律 是对客观规律的一种表达形式，着重强调自然过
程的必然性 。与定律近似的是 定则, 通常以假定方式
来表达自然过程的必然性 。 科学定律 的本身也是有结构
的，它 分为具体定律和抽象定律 。前者是依靠仪器对客
体进行观察并归纳所得资料的结果，后者是运用抽象概
念进行判断推理的结果,它们之间相互联系 。表明科学
认识由一级本质到二级本质层次的推进过程。
学说 是在自然科学中，对自然过程原因的解释，是为
解释自然事物、自然属性、自然定律的原因而提出的见
解。 由于对因果关系的认识是复杂的，往往 — 时难以确
凿证实,学说常表现为假说的形式 。
(四 )科学方法
? 科学方法是指研究事实与发现规律的方式 。是
人们发现客观规律的一种手段，是获得规律性
知识的必要条件，是创造性思维的集中表现。
? 科学方法在应用中一般 分为三个层次,
①各学科特有的特殊方法，如物理学中的光
谱分析法、化学中的催化方法；
②各门学科通用的科学方法，如观察法、实验
法、系统方法等；
③哲学的方法，是建立在一般科学规律的基础
之上，能够应用于知识的一切领域。
科学方法一般分为 感性方法、理性方法和
综合方法 。 感性方法 是人类认识自然的起点，
是获得自然信息的方法,包括观察法和实验法 ；
理性方法 是对观察实验所获得的成果进行分析，
以达到新的科学认识高度的思考步骤,包括假
说方法、数学方法、逻辑方法和非逻辑方法等 ；
综合方法 适用于科学认识的各个阶段，属于科
学方法的理论,包括系统论方法、信息论方法
和控制论方法等 。
科学方法的类型：
(五 )科学理论
? 科学理论是在大量经验知识积累的基础上，运用逻辑加
工，建立科学的基本概念和基本关系，借助逻辑和数学
方法而总结出来的科学认识的知识体系 。
? 科学理论 是客观过程和关系的反映,是由一系列概念、
范畴、原理、定理、公式等组成的逻辑系统，可表示为：
科学理论的基本特点和要求：
? 外部的证实和内在的完备 。
? 两个特点的相互作用和相互补充，意味着科
学理论系统地反映了客观事物的本质。科学
理论有 两个重要的功能 —— 解释功能和预见
功能 。前者是揭示存在事物的本质，后者是
从科学理论逻辑地推导出关于未知事实的结
论。解释功能和预见功能是不可分的，它们
的共同作用显示出了科学理论在整个科学知
识体系中占据核心地位。
第三节 自然科学的历史演进
? 在长期的生产实践中，人们不断地积累着生产经
验和劳动技能，又不断地用这些经验和技能改进
劳动工具和其他劳动资料，这个过程是技术发展
的过程。人类在实践中积累的认识，在理论上的
不断总结和概括，就是自然科学的发展过程。
? 自然科学的发展，经历了古代、近代和现代三个
阶段。当人类进入了 有历史记载的文明时期以后,
就诞生了 古代自然科学 ； 近代自然科学 的诞生在
16世纪 的欧洲,到 19世纪 为止，大约 400年的发
展历史；从 20世纪开始 步入了 现代自然科学阶段 。
一、科学的起源
? 科学的起源是指作为科学, 物质, 的那些实际材
料和有认识作用的信息的最初由来。
? 最初的技术是在一百万乃至二百万年前产生的用
,以石击石, 的方法制造石器的技术，第二种技
术是用火和人工取火技术，第三种技术是植物栽
培技术和动物饲养技术，第四方面的技术是制陶
技术、纺织技术、建筑技术和运输技术。 …… 自
然科学萌芽 。
? 进入 奴隶社会 以后，产生了 准科学 。仅限于与
当时的生产、生活直接相关的天文学、数学、医
学和化学。这一时期产生的知识，有突出的经验
性特征，是古代科学产生的先导。
二、古代自然科学的形成与发展
? 古代自然科学包括古希腊、中国、印
度和阿拉伯的科学。 我们教材上着重
介绍古代希腊和古代中国的科学。
（一） 古代自然科学的发展
? 科学最早主要是包含在哲学的文化形态之
中的，自然哲学就是它的前身 。自然哲学
在西方最早出现于古希腊，古希腊的哲学
家都是自然哲学家，他们都明确地以自然
界作为自己的研究对象，探究自然界的本
原，解释自然现象千变万化的原因。
1、希腊科学的诞生
? 古希腊被认为是人类科学的发祥地,泰勒斯 (公
元前 624一公元前 564)被尊为科学之父,在其文
化鼎盛时期 (公元前 6～公元前 4世纪 )产生了科学。
（ P3－ 4）
? （ 1）古代希腊科学分两个时期,
从公元前 600年至公元前 300年，称为 希腊的古典
时期,毕达哥拉斯学派、原子论学派、柏拉图学
派、亚里士多德学派等 。
从公元前 300年到公元前 30年，叫 希腊化时期或亚
历山大里亚时期,托勒密、阿基米德,欧几里
得、盖伦等著名的科学家。
（ 2）古希腊的科学成就
? 古代希腊科学中取得一定成绩的有数学、天文学、
力学、生物学、医学、气体动力学、声学、气象
学、电学和磁学。
? 希腊古典时期：突出代表为毕达哥拉斯学派和亚
里士多德学派。
① 毕达哥拉斯学派,从原始数学的角度来洞察
自然界，将抽象的理性方法用来研究几何学 (科
学史家称欧几里得, 几何原本, 是古代科学的最
高峰 )，并开始了数论研究； 天文学 方面，毕达
哥拉斯是第一个主张大地是球形的人 。
? ② 亚里士多德
? A、是古典物理学的创建人
? B、创立了运行的天体是物质实体的学说
? C、首次提出了经验主义科学探究程序
? D、是公理化思想的创建人
? E、是古典生物学的创建人
亚里士多德关于生命是什么的“灵气说”
只能算作“原始科学”或“前科学”
（ Why?)
? ③ 希腊化时期, 在亚里士多德之后，
科学在许多方面取得了进步：
? 天文学方面：托勒密
? 光学方面：欧几里德
? 力学方面：阿基米德
? 生理医学方面：盖伦
2、阿拉伯科学时代
? 阿拉伯科学是古代科学史的另一主流 。特别在数
学、天文学、化学和医学等领域有很大的发展。
? 数学方面,采用了 阿拉伯数码,发展了三角学知
识和代数知识。
? 天文学方面,编制了 天文年表,测定了黄道倾角
值，并发现了太阳偏心率的变化。
? 化学方面, 炼金术向实用化学方向发展,开始使
用天平，并利用蒸馏、结晶、升华、焙烧等方法
炼金。
? 医学方面,有百科全书式的, 医典, 。
3、中国科学时代
? 中国是四大文明古国之一，在整个古
代，中国的科学技术经过起源、发展
和完善，达到了非常高的水平，形成
了以实用经验知识为主的独立体系。
主要成就在天文学、数学、地学和医
学等方面。
（ 1）中国古代的科学成就
① 天文学方面,是世界历史上天文观测记
录最系统、最完整的国家 。
? 早在夏代，中国已有观察天象的记载，已有
天干记日法；春秋战国时期有对哈雷彗星的
记载、两汉时期就有对太阳黑子的记述，它
们是世界上最早的记录；绘制的星图、图表
是世界上领先的；公元前 l世纪出现了关于宇
宙结构理论的盖天说，公元 2世纪则有浑天说
和宣夜说；汉代已形成了古代历法体系，创
造了许多先进的天文仪器,如：水运浑象、
黄道铜浑仪、仰仪等
② 数学方面,创造了筹算、珠算以及相应
计算工具，最早的数学著作, 周髀算经,
成书于公元前 1世纪；汉代的, 九章算术是,
是我国数学体系形成的标志。
③ 物理学方面,公元前 4世纪成书的, 墨经
中含有光学、力学、声学等物理知识；在
世界上首先提出光的直进原理；北宋沈括
的, 梦溪笔谈, 介绍了人工磁化方法制作
指南针，并提出了地磁偏角的概念。
④ 化学和化工方面,主要表现在造纸技术、
火箭技术、漆器和瓷器制作技术。
⑤ 医学和药物学方面, 创造了独特的
中医理论和切脉诊断病情的方法；留
下医药文献近 8000种 。
⑥地理学方面,整个中国古代地学体
系以, 山海经,,, 禹贡, 为开端，
以, 汉书 ·地理志, 为代表。
（ 2）中国古代科学发达的社会原因
? 中国古代科学的研究活动是初步制度化的
? 中国古代的科学研究主要是官办的。
? 而西方古代社会，科学研究活动是没有社
会体制化的，从事科学研究的人都是兼职
的，其活动各自为之，没有在一个特定的
社会圈子内进行。
（二）古代自然科学的特点
古代自然科学的发展，形成了几个明显
的特征：
? (1)内容上形成了描述宏观低速运动规律的
理论。
? (2)形成了自然科学的基本形态。
? (3)形成了研究自然界的方法。
三、近代自然科学的产生及其特点
? 近代自然科学于 16世纪产生于欧洲。
哥白尼 (1543)发表的, 天体运行论,
是近代自然科学诞生的标志。到 19世
纪结束，前后持续了约 400年左右 。
(一 )近代自然科学的发展
? 近代自然科学经历了两个主要的历史阶段，
即早期发展阶段与晚期发展阶段。
早期近代自然科学发展阶段, 16世纪中期
到 18世纪中期, 起点是哥白尼天文学革命
兴起 。
晚期近代科学发展阶段, 18世纪中期到 19
世纪末期, 起点是康德的天体演化学说的
兴起。
? 近代自然科学经过两个阶段的发展，形成
了比较完整的基础科学体系。
1、近代自然科学发展早期的科学革命
—— 第一次科学革命
? （ 1）天文学革命
? 1953年，哥白尼发表, 天体运行论,,表述了 日
心地动说的基本观点：（ P15）。
? 日心说的意义,否定了地球是宇宙的中心,建立
了科学的宇宙体系,是天文学史上的一件大事，
也 标志着自然科学从中世纪神学中解放出来 。
? 日心说的局限,保留了柏拉图所提出的, 匀速,
和, 圆周, 的原则，企图用尽可能少的匀速圆周
运动的组合来描述行星体系,没有彻底摆脱本轮
均轮体系的束缚 ；哥白尼的 宇宙体系仅局限于
太阳系,太阳是宇宙的中心 。
? 进一步发展哥白尼学说的是 德国天文学家开普勒,
他通过对大量天文观测资料的整理和计算，提出
了著名的行星运动三定律：即 行星运行的椭圆轨
道定律, 行星运行的等面积定律, 行星运行的
周期定律。（见 P16）
? 开普勒三定律的意义, 是天文学的又一次革命,
它彻底摧毁了托勒密繁杂的本轮宇宙体系，完善
和简化了哥白尼的日心宇宙体系。 开普勒对天文
学最大的贡献在于他试图建立天体动力学,从物
理基础上解释太阳系结构的动力学原因。 对后人
寻找出太阳系结构的奥秘具有重大的启发意义,
为经典力学的建立、牛顿的万有定律的发现，都
作出重要的提示 。
（ 2）化学革命
? 近代化学革命的先驱是 16世纪瑞士化学家和医生
帕拉塞尔苏斯,他的, 三元素论, 彻底 推翻了 亚
里士多德的, 四元素论, 。
? 英国化学家 波义耳 于 1661年在, 怀疑的化学家,
一书中抨击了, 四元素论, 和, 三元素论,,提
出了 科学的, 元素, 概念 。 1666年于, 形式和质
料的起源, 一书中提出了, 微粒理论,,（见
P17） 。
? 18世纪初，德国化学家 斯塔尔 提出, 燃素说,,
认为燃烧主要是发生在燃料中，而不是在空气中。
（ 3）近代力学革命
? 近代力学在 17世纪的突飞猛进，原因是有了科
学史上的两位伟人：伽利略和牛顿。
? 伽利略 对天文学作出了杰出的贡献，但他的 最
重要的成就却是在物理学方面 。作为 近代科学
基础的物理学,伽利略是 创始人 。他在比萨斜
塔上所作的实验,得出了, 自由落体加速定
律, 。 提出了, 惯性定律, 和物体作匀加速
直线运动的定量规律,发现了 单摆的摆动周期
与振幅无关,第一个 证明抛物体的路径是一条
抛物线 。推翻了先前的亚里士多德的种种理论
而奠定了近代物理学的基础。这些，在他所著
的, 两种新科学的对话, 一书中有所总结。
? 近代力学革命最后在 英国科学家 牛顿手上完成 。
? 他在伽利略的基础上建立了成为经典力学基础的
,牛顿运动定律, 。这一定律首次发表于 1687年
出版的, 自然哲学的数学原理, 一书中 。
? 其次，牛顿发现了, 万有引力定律,,指明了两
个物体之间，由于物体具有质量而产生的相互吸
引力。 并用这一定律将天文学革命与力学革命
综合起来。
? 由伽利略奠基，牛顿予以重大发展的近代物理学，
是西方近代科学的主干，它不仅自身有诸多的发
现，创建，还为其它学科提供了原则和方法 。
（ 4）近代人体生理学革命
? 近代生理学的革命开始于文艺复兴的 16世
纪，到 17世纪由英国生理学家威廉,哈维等
人完成。
? 首先纠正盖伦错误的，是 16世纪比利时解
剖学家 维萨留斯, 1543年出版了, 人体结
构,,系统阐述了从骨骼系统到内脏系统
的分布，功能及关系,用事实指出了盖伦
生理学的种种错误 。他还要求人们对动脉
血液的形成进行新的解释。
? 揭开人体血液运动规律是 维萨留斯在巴黎大学医
学院的同学,西班牙解剖学家塞尔维特 。他的血
液肺循环的发现触犯了当时正统的神学观点，以
致被教会处以火刑。
? 后来英国解剖学家威廉,哈维继承并完成了塞尔
维特的研究工作 。 1628年他 出版了, 论心脏和血
液的运动, 这部划时代的生理学巨著，提出了著
名的 血液循环学说 （见 P20） 。 1649年他又出版
了这本书的补充物, 论血液循环,,系统地总结
了他所发现的血液循环运动规律及实验依据和数
据。他的血液循环理论在历史上是对人体生理过
程的第一个科学的说明，从而预示了近代生理学
发展的崭新方向。
2、近代科学革命的社会动因
? 近代科学革命的发生的前提条件：（ P21）
? 早期近代自然科学革命仅发生在欧洲而不
发生在其他地方，这不是偶然，而是有它
自己深刻的社会和文化原因。
? （ 1）科学活动的社会制度化
? A、探究自然的兴趣在民族精英中养成
? B、专职科学家这种社会角色的出现
? C、科学社会建制的初步形成
（ 2）若干新的文化价值取向的形成
? A、主张批判地审视古希腊的科学成就
如：帕拉塞尔苏斯、伽利略等
? B、提倡重视观察和实验的经验主义探究程
序
? C、重视数学和定量研究方法的应用
? D、关注对技术活动的渗透
3、近代自然科学发展晚期的科学革命
…… 第二次科学革命
? 近代自然科学发展晚期的科学革命以电磁
理论、化学原子论和生物进化论的提出为
主要内容，以热力学、电磁学、化学、生
物学等一组学科为带头学科，推动了近代
化学、生物学、地质学、数学、电磁学、
热力学、光学、生理学、地理学、人类学
和物理学等学科的诞生或发展。
19世纪为, 科学的世纪,
（ 1）物理学革命
? 19世纪在物理学领域中出现了两个统一的
理论：能量守恒与转化定律和电磁场理论。
它们都是从解释局部现象进一步扩展来解
释更为广泛的自然发展过程，是继牛顿力
学之后自然科学史上出现的第二次、第三
次理论大综合。
? 电磁理论的建立
电流是 由意大利医生 伽伐尼发现的 。
1800年，意大利物理学家 伏特发明了电池 。
1820年，丹麦物理学家 奥斯特发现了电流的磁效应 。
1822年，法国物理学家 安培发现了电流产生磁力的基本
定律,奠定了电动力学的基础。
电磁感应现象的发现者和近代电磁理论的创始人是法拉
第 。 他提出了电磁感应定律和, 力线, 和, 场, 的概念，
是牛顿以来物理学基本概念的重大发展。
经典的电磁学说的总结是由麦克斯韦完成的 。 1873年，
麦克斯韦的巨著, 电磁学通论, 问世，标志着完整的电
磁理论的确立，它的科学价值可与牛顿的, 自然哲学的
数学原理, 和达尔文的, 物种起源, 相媲美。
? 热力学的研究和能量守恒与转化定律
第一个对蒸汽机效率进行精密的物理与数学分析的是 法
国工程师 卡诺 。
1800年，意大利的 伏特 发明了电池,实现了化学能向电
能的转化
1800年，英国人 尼尔科逊 用电池电解水,实现了电能向
化学能的转化
1819年丹麦的 奥斯特发现了电能向机械能的转化 。
法拉第等人 发现了电磁感应现象，表明 机械能也可向
电能转化 。
最早公布能量守恒与转化定律的是德国医生迈尔。 能
量守恒与转化定律的发现，揭示了热、力学、电、化学
等各种运动形式之间的统一性，使物理学达到空前的综
合和统一。能量守恒与转化定律实际上就是热力学第一
定律。
德国的克劳胥斯与凯尔文 在重新研究卡诺的工作中，
分别独立地发现了热力学第二定律,这一定律揭示了热
运动的过程是不可逆的。
（ 2）化学的革命
研究物质性质及其变化规律的化学，自波义耳提出化学元
素、微粒理论之后，在 18,19世纪也取得了巨大成就。
1789年,拉瓦锡建立氧化说
1803年 道尔顿提出原子论
1811年 阿伏加德罗 又 提出分子论,后来合称为 原子分
子论
1824年，德国有机化学家 维勒首先从无机物人工合成了
有机物 —— 尿素，突破了无机物和有机物之间的绝对界
限
1865年法国 凯库勒发现苯的结构
1869年 门捷列夫发表 了第一个 元素周期表, 1871年又
发表了第二个化学元素周期表，果断地修正了一些元素
的原子量和预言了一些未知元素的存在及性质。
? 从此化学成为一门有着严密系统的科学。
（ 3）生物学的革命
? 细胞学说和生物进化论的创立是 18,19世纪生物
学的伟大成就 。
? 在前人工作的基础上,1838－ 1839年，德国 植物
学家施莱登和动物学家施旺 在对大量的动物、植
物进行观察和比较的基础上 提出了细胞学说
第一个系统地提出生物进化论的人是 法国动物学
家 拉马克 。
英国生物学家 达尔文是近代进化论的奠基人,
1859年，达尔文在其著作, 物种起源, 中 提出了
科学的生物进化论 。
（ 4）地学的革命
? 从 17世纪中叶到 19世纪下半叶，是地球科学的奠
基阶段，现代地球科学在这一阶段里在欧洲迅速
兴起。
? 18世纪末叶，拉瓦锡和道尔顿建立了大气科学的
物理基础，荷兰的白贝罗提出了风与气压的关系，
为大气动力学和天气分析奠定了基础
? 1872－ 1876年,70多位科学家总结环球海洋考察
资料，成书 50册，标志着海洋科学的建立
? 1830年，英国地质学家赖尔的, 地质学原理, 一
书出版，标志着近代地质学的系统化。
（二）近代自然科学的特点
? (1)形成了比较完整的自然科学体系。
? (2)建立了揭示客观低速物质运动基本
规律理论。
? (3)否定了直观信仰的认识原则。
四、现代自然科学的产生及特点
? (一 )现代自然科学的发展
? 从 19世纪末 20世纪开始，自然科学的发展
进入到现代自然科学时期，其主要标志：人
类对自然的认识，不仅在宏观低速领域更加
全面深刻，而且深入到微观、高速和宇观领
域，在更深更广范围内揭露自然界的本来面
目及规律性。
? 19世纪末，以牛顿为中心的经典物理学取得了辉煌
的成就，使科学家错误地认为物理学已达到顶峰，
似乎成了最终的绝对真理，认为整个物理世界都可
以归结为绝对不可分的原子和绝对静止的以太这两
种原始物质。正当人们陶醉于物理学大厦已经建立
的时候，出现了以太漂移实验、光电效应实验、黑
体辐射实验等为传统物理学不能解释的一系列新的
实验事实。这样原来认为不可分割的原子解体了，
原来认为固定不变的元素可以蜕变为另一种元素，
原来认为物体的质量与运动无关，现在电子的质量
随运动速度的变化而改变。新的实验事实猛烈地冲
击着经典物理学，经典物理学面临着危机，而这场
危机导致了一场深刻的物理学革命。在这场革命中
产生了相对论、量子论和微观物理学 这样全新的科
学理论、科学思想和科学方法，从而 为现代自然科
学的全面发展奠定了基础 。
? （ 1） 现代自然科学革命发端于 19世纪末 20世纪初的物
理学三大发现, X射线、放射性和电子。由于相关科学
的相互渗透和影响，特别是第三次工业革命的影响，使
现代物理学在核物理学、基本粒子物理学和凝聚态物理
学方面取得了显著的发展。
? （ 2） 20世纪初的现代生物学革命是以 19世纪末的近代
生物学危机为前导的,当时社会达尔文主义、新达尔文
主义和生物学神秘主义三股思潮曾给近代生物学以极大
的冲击，从而导致了以现代遗传学兴起,以分子生物学
兴起为核心的生物学革命是现代生物学发展的主旋律 。
分子生物学发展，会进一步丰富和发展物理学，化学的
研究内容，影响着医学和当代技术的发展方向，显示出
了它是当代自然科学新的带头学科。
? （ 3）现代物理学革命对化学影响最深的领
域是基础化学领域，到 20世纪初期，化学实
现了近代化学到现代化学的变革。其中元素
化学的主要成就集中反映在对超铀元素的探
索和原子量基准的改革，结构化学的主要成
就表现在现代化学键理论的形成，分析化学
则实现了以仪器分析和电脑分析相结合为核
心的第三次变革
? （ 4）现代物理学革命对天文学的影响表现
在使天文学实现了从近代天文学到现代天
文学的历史变革，其标志是促进了天体物
理学的兴起。并推动了现代宇宙学的兴起，
射电天文学成为现代观测天文学的主体,
宇宙结构模型的研究与宇宙演化理论融为
一体，大爆炸宇宙论和稳恒态宇宙论成为
当代宇宙学的两大学派。
? （ 5）战后地球科学也有了很大的发展，不
仅在理论上有了重大的突破，而且已由现
象描述走上理论综合的道路。
（二）现代自然科学的特点
? 现代自然科学是近代自然科学的继续和发
展，但与近代自然科学相比，有自己突出
的 特点：
? 1．科学理论有新的革命性突破
? （ 1）科学理论的思想性突破。
? (2)科学理论的层次性突破。
? (3)科学理论的解释性突破。
? (4)科学理论的应用性突破。
? 2．科学形态上形成了大量综合科学
? 3．科学认识上建立了新的思维方式
? (三 )现代自然科学的发展趋势
? 1．在宏观层次上，科学系统的发展主要表
现为加速地朝着整体化、高度数学化和科
学技术一体化方向发展。
? 2．在中观层次上，科学系统内部各门学
科之间发生非线性相互作用，导致协同发
展；同时在社会环境系统中，还要朝着偏
向人类的目的性方向发展。
? 3．微观层次上，发现科学问题和解决科
学问题是科学发展的动力。
