现代自然科学中的基础学科

现代自然科学中的基础学科钱学森作者简介钱学森（1911—2009），浙江省杭州市人。中国共产党优秀党员、忠诚的共产主义战士、享誉海内外的杰出科学家和中国航天事业奠基人，中国两弹一星功勋奖章获得者之一。曾任美国麻省理工学院教授、加州理工学院教授，曾任中国人民政治协商会议第六、七、八届全国委员会副主席、中国科学技术协会名誉主席、全国政协副主席等重要职务。钱学森的主要科学成就在空气动力学、航空工程、喷气推进、工程控制论、物理力学等技术领域作出了开创性贡献，是中国近代力学和系统工程理论与应用研究的奠基人和倡导人。1956年初，钱学森向中共中央、国务院提出《建立我国国防航空工业的意见书》。同年，中央军委根据他的建议，成立了导弹、航空科学研究的领导机构——航空工业委员会，并任命他为委员。1956年，钱学森受命组建中国第一个火箭、导弹研究所——国防部第五研究院并担任首任院长。他主持完成了“喷气和火箭技术的建立”规划，参与了近程导弹、中近程导弹和中国第一颗人造地球卫星的研制，直接领导了用中近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验，参与制定了中国近程导弹运载原子弹“两弹结合”试验，及中国第一个星际航空的发展规划，发展建立了工程控制论和系统学等。在控制科学领域，钱学森是著名空气动力学家和控制论专家。1955年出版《工程控制论》，标志着他已成为控制论领域的世界第一流的学者。1957年，《工程控制论》获得中国科学院自然科学奖一等奖。同年9月，国际自动控制联合会（IFAC)成立大会推举钱学森为第一届IFAC理事会常备理事。成为该组织第一届理事会中唯一的中国人。在应用力学领域，钱学森在空气动力学及固体力学方面的开拓性研究，揭示了可压缩边界层的一些温度变化情况，并最早在跨声速流动问题中引入上下临界马赫数的概念。1953年，钱学森正式提出物理力学概念，主张从物质的的微观规律确定其宏观力学特征，开拓了高温高压的新领域。在系统工程和系统科学领域，钱学森在上世纪80年代初期提出国民经济建设总体设计部的概念，坚持致力于将航天系统工程概念推广应用到整个国家和国民经济建设，并从社会形态和开放复杂巨系统的高度，论述了社会系统。他发展了系统学和开放的复杂巨系统的方法论。在喷气推进与航天技术领域，钱学森在上世纪40年代提出并实现了火箭助推起飞装置，使飞机跑道距离缩短；1949年，他提出火箭旅客飞机概念和关于核火箭的设想；1962年，他提出了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具，用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往返运输系统概念。在思维科学领域，钱学森在上世纪80年代提出创建思维科学技术部门，认为思维科学是处理意识与大脑、精神与物质、主观与客观的科学，推动思维科学研究是计算机技术革命的需要。他主张发展思维科学要同人工智能、智能计算机的工作结合起来，并将系统科学方法应用到思维科学的研究中，提出思维的系统观。在人体科学、科学技术体系等方面，也作出了重要贡献。钱学森在控制科学领域，在应用力学领域在喷气推进与航天技术领域，在系统工程和系统科学领域，在思维科学领域，都有杰出的贡献。对中国火箭导弹和航天事业的发展作出了重大贡献。在钱学森心里“国为重，家为轻，科学最重，名利最轻。五年归国路，十年两弹成。”钱老是知识的宝藏，是科学的旗帜，是中华民族知识分子的典范，是伟大的人民科学家。与钱伟长、钱三强被周总理合称为“三钱”。钱学森夫人：蒋英生于1919年9月，浙江海宁人，中国最杰出的女声乐教育家和享誉世界的女高音歌唱家，“欧洲古典艺术歌曲权威”，著名钢琴家和歌唱家，专门唱最深刻的德国古典艺术歌曲，音域宽广优美。著名军事理论家蒋百里和蒋左梅夫妇的三女，武侠小说大师金庸表姐，大诗人徐志摩的表妹。“中国航天之父”著名科学家钱学森的夫人。儿子钱永刚、女儿钱永真。整体认知本文是一篇事理说明文。钱学森于1977年129日在《人民日报》上发表《现代科学技术》一文月，文章由引言和五个部分组成，课文节选自《现代科学技术》第三部分。这一部分指出了现代自然科学的特点，简要地介绍了现代自然科学体系的构成，重点介绍了化学、天文学、地学、生物学的发展和它们跟物理、数学的关系，从而强调物理和数学这两门根本的基础学科在现代自然科学体系中的重要位置。同学们通读全文。理清课文结构。提示：注意——§3“先说化学”§4“天文学也是物理”§5“地学也是物理”§6“生物学的发展……也要归结到物理上面”课文结构全文按“总—分—总”的顺序可分为三部分：一、（1-2）总说。二、（3-6）分说。三、（7）总说。分析：一（1-2）１.课文§1：（1）现代自然科学研究内容包括哪两方面？纵：研究事物、现象的变化发展过程。横：研究事物相互之间的关系。（2）两个“这”分别指代的是：①“研究事物、现象的变化发展过程，研究事物相互之间的关系。”②“严密的综合起来的体系”（3）归纳第一自然段§1作者从纵横两方面研究内容阐释现代自然科学特点2.课文§2：（１）§2把现代自然科学分成哪两大部分？什么叫应用科学？基础学科包括哪几门？它们是一样的基础吗？本段给“数学”、“物理”下了怎样的定义？应用科学：下定义一般基础学科基础学科根本基础学科（2）归纳第二自然段§2说明物理、数学是六门基础学科中最基础学科。现代自然科学天文地学生物化学数学：物理：指导推理演算的学问研究物质运动基本规律的学问（一)（1-2）指出现代自然科学的重要特点，说明数学、物理是六门基础学科中的最基础的学科。分析：二（3-6）１.课文§3，先说化学：（1）化学的研究内容是什么？（2）化学的研究成果是什么？（3）说明什么？研究内容：研究成果：对数学、物理的依赖（4）归纳第三自然段§3化学的研究内容、研究成果及对物理、数学的依赖。化学分子变化量子化学计算机化学2.课文§4，再说“天文学也是靠物理”：（1）本段从哪几方面说明“天文学也是物理”？（2）“天上还有一些更怪的现象”指什么？中子星的爆发和“黑洞”。研究内容：研究方法：研究成果：（3）“只有当其他物质被吸引掉进去时才发光，发射出Ｘ线”一句，“只有”强调的意思是：没有其他物质掉进“黑洞”里，这种星是不会发光的，不会发射出Ｘ线（4）归纳第四自然段§4天文学的研究内容、研究方法、研究成果及对物理的依赖。天文学不是…还要…一是…再就是…星爆发、怪现象、星系爆发3.课文§5，再说“地学也是靠物理”：（1）地学研究有几个时代？（2）介绍这三个时代其实是从哪些方面说明地学也是靠物理？研究内容研究成果（3）归纳第五自然段§5地学的研究内容、研究方法、研究成果及对物理依赖。地学用生物化石断定地质年代分析地壳和海洋化学成分变化推论地球演化根据海底岩石地磁走向解释火山地质带的形成生物学地球观化学地球观物理学地球观4.课文§6，再说“生物学也要归结到物理”：（1）本段也从研究内容、研究成果等方面说明，研究内容、研究成果分别是什么？研究内容研究成果（2）归纳第六自然段§6生物学的研究内容、研究方法、研究成果及对物理的依赖。追到分子研究分子的运动、组合、变化研究遗传信息，切下遗传信息，接到另一个上分子生物学遗传工程生物学第二部分（3-6）这一部分是全文说明的重点。分述化学、天文学、地学、生物学四门基础学科的新发展和它们与物理、数学的关系。作者抓住物理和数学是最基本的两门学科这个要点，在依次介绍化学、天文学、地学、生物学这门基础学科时，都作三个方面的阐述：1.研究的内容；2.研究的成果（包括各科研究的新发展和分支学科）；3.研究中对物理和数学的依赖关系。归纳第二部分:二、（3-6）分别介绍化学、天文学、地学和生物学的发展，解说它们与物理、数学的密切关系，证明物理、数学在现代自然科学体系中的基础地位。第三部分（7）（1）本段强调的核心问题是什么？找出表达观点的句子。其中哪一句最概括简明？物理和数学也可以称为现代自然科学体系的基础（2）“物理和数学也可以称为现代自然科学体系的基础”，为什么？天、地、生、化四门基础学科都可以归结到物理和数学，现代工程技术，也是靠物理和数学作为支柱。（3）本段开头排列四门基础学科顺序是“天、地、生、化”，可是课文在分说时，却按“化、天、地、生”的顺序说明，原因是什么？“天、地、生、化”是人们的一般说法，而具体说明时，按照与物理、数学有关的新兴学科出现的时间先后顺序来排列。（量子化学30年代，其次是宇宙天文的重大发现，板块理论的提出，再其次是生物学的兴起。）现代自然科学体系构成图（4）根据本段内容，完善现代自然科学体系的构成。现代自然科学一般基础学科基础学科工程技术学科（应用科学）根本基础学科天文地学生物化学数学物理工程结构电力技术电子技术农业技术各种分支学科小结：这一部分是对全文的总结，既是对第一部分的强调，又是对第二部分的照应。它和第一部分一样，从现代自然科学纵、横两个方面着眼，说明清楚现代自然科学体系的轮廓和内部层次，突出了现代自然科学的严密、综合的特点，再一次强调物理和数学为现代自然科学体系中根本的基础学科这一核心问题。（5）归纳（三）（三）（7）总说。进一步指出物理、数学是现代自然科学体系中根本的基础学科，归结现代自然科学体系的构成。回顾课文结构全文按“总—分—总”的顺序可分为三部分：一、（1-2）指出现代自然科学的重要特点，说明数学、物理是六门基础学科中的最基础的学科。二、（3-6）分别介绍化学、天文学、地学和生物学的发展，解说它们与物理、数学的密切关系，证明物理、数学在现代自然科学体系中的基础地位。三、（7）进一步指出物理、数学是现代自然科学体系中根本的基础学科，归结现代自然科学体系的构成。主旨本文指出了现代自然科学的重要特点，简要地介绍了现代自然科学体系的构成，重点介绍了化学、天文学、地学、生物学的发展和它们跟物理、数学的关系，从而强调物理和数学这两门根本的基础学科在现代自然科学体系中的重要位置。说明特色一、结构严谨、层次分明1.总—分—总的结构。先从整体说到局部，再从局部回到整体。第一部分介绍自然科学的重要特点，说明自然科学体系中应用科学与基础科学的关系，是先说整体，第二部分根据这一观点分析六门具体学科，是从整体说到局部，第三部分再总结自然科学体系，从局部回到整体。在分说局部时，又紧扣化学、天文学、地学和生物学各科的研究发展对物理、数学两科的依赖关系，使说明的重点突出。说明特色2.严密的逻辑顺序。作者在分述化学、天文学、地学、生物学四门基础学科的新发展和它们跟物理、数学的关系时是依照严密的逻辑关系——新兴学科出现的顺序展开的：量子化学出现在三十年代，所以先说化学；射电天文、宇宙线天文的重大发现，板块理论的提出，都发生在五十年代之后，所以再说天文和地学，分子生物学的兴起，尤其是“最近几年”取得进展的“轰动世界”的遗传工程学，是较近的科学发展，所以最后说生物学。这样的顺序安排符合事物发生和发展的规律，是依逻辑顺序进行说明的。说明特色二、综合运用多种说明方法：下定义、分类别、举例子、列数字、作比较等。如第4段运用了的方法，第5段运用了和的方法。比较突出的是运用了下定义的方法。定义有不同的类型。有的是严格的科学定义，也有的是根据中心表达的需要灵活地运用，有所取舍。如物理学的定义，只选取了定义中主要部分“研究物质基本规律”，而舍去了与内容无关的“研究物质基本结构”内容，这样既简略又突出重点。还有的定义只是作了简单的诠释，如对数学的定义就采用简单的说法。举例分类下定义三、语言准确严谨又平实通俗。1.运用习见易懂的表达。如“有朝一日化学研究会主要靠电子计算机计算，而且可以‘设计’出我们要的分子，“设计”出造这种分子或化合物的化学过程。”这里的“设计”就是使用了读者习见的表达，有助于理解。2.借助于形象来比喻如“中国古书上有所谓客星，实际上就是星的爆发。爆发时亮了，就看得见，天上来了‘客人’；过一段时间爆发过程结束，看不见了，就以为是‘客人’走了。”这里的“客人”形象地表达出了星的爆发的特点。3.利用常识通俗说明如“如中子星，是由中子组成的密度非常大的星，一颗芝麻点大小的中子星物质就有几百万吨重”，就以人们熟悉的事物来