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1、科学是什么,江阴华士实验学校国际部 曾宝俊,科普讲座,科学，听起来一个神秘的词语科学，听起来一个神圣的词语,然而，你知道科学吗？,科学人类生存和发展最基本的智慧,人类观察自然，并且研究各种现象变化的道理，于是产生科学；人类对其巧妙的运用，以适应环境、改善生活，于是乃有技术；,恐惧，是迷信之祖亦是科学之源战争，是毁灭之神亦是创造之神竞争，吃人老虎与进步的驱动力灾难，无情的杀手与严厉的导师,学习科学能开拓视野看世界就和原来不同,花木的青翠源自于阳光、空气和水，风源自于空气的流动，云源自于水蒸气的凝结和凝固，燃烧使花木回归尘土和大气，溶解可使部分岩石奔流入海。研究让我们知道：植物是如何将阳光、空气和
2、水形成养分滋长花木的，空气是怎么流动起来的，水蒸气的凝结或凝固、水的蒸发又是怎么发生的,一切的变化有其因果法则,所有看似奇幻的现象必有其存在或产生的道理。认知这些自然现象和自然的演变规则，我们就能应用自然运作的原理，于是就有了各种创造发明。例如人们利用磁场的改变产生电流、利用电流通过导线产生热和光、利用育种技术产生新的生物品种等。,科学改变人们的生存智慧？,为了生存，人类自古以来就学会拾取木棒、石块当工具。木棒延伸了人的手臂长度，石块增强了人的拳头硬度；组合木棒和石块成了石锤。,科学促使工具不断发展,随着文明的进展，人类使用的工具不断进步。铁器时代，人类以铁锤取代石锤来增加力量；机械时代，人类
3、以电动机替代劳力的工作；信息时代，人类利用计算机来协助处理劳心的工作。,解决问题的能力生存的智慧,通过科学与技术的进步，人类善用机具、材料、方法、知识和创意等资源，增强人类解决问题的能力，这种能力就是科学探究能力，也是人的生存能力的基本体现。,生存之智慧在与思索与现实的对决,某优生和顽童同游丛林，遇熊，大惊，欲逃。优生见顽童弯腰系鞋带，问：你怎么还有心思系鞋带，不怕熊的利爪吗？顽童说：我只要跑过你就行了！,考考你，这几道题你会做吗？,篮子里有四苹果，平均分给四个孩子，篮子里还剩下一个，怎么分？在某地种四棵树，要求每棵树之间的距离相等，怎么种？用直尺直接量出一块砖头的对角线，怎么量？,哈哈！定势
4、思维害苦了你！,人在自然界并不具备优势,无论从生理和结构来看，人类既无鹿马奔跑的速度，也无虎狼爪牙之利；既无猿猴攀登之巧，也无熊象强健之力；既无鸟雀翱翔之翼，也无鱼儿游弋之技。从生物学角度来看，人类的每一种生理器官在动物界都不是最好的，作为万物之灵的人类，在很多地方难以与其它动物匹敌。,人在自然界并不具备优势,在力量上，人类比不上牛马在速度上，人类比不上羚豹在听觉上，人类比不上猫鼠视觉，在鹰隼面前甘拜下风嗅觉，与猎狗相比相形见绌,人的唯一优势就是大脑会思维,大脑的潜能无穷无尽，各种智能工具的发明和使用将人类的智能器官大大延伸，超过了其它动物：显微镜、望远镜眼的延伸与补充电话、麦克风口的延伸与补
5、充车、船、飞行器足的延伸与补充无线电耳的延伸与补充计算机纳的延伸与补充古代神话中的“千里眼、顺风耳”，“一个筋斗十万八千里”已变成现实。,科学，让人学会思维！考试，让人不会思维！,气压计的故事,美国某大学的物理考试结束后，一位教授在批改某位学生的试卷时，认为这位学生只能得零分。但这位学生却坚持自己的答案没有错，要这位教授给他满分。师生俩相持不下，于是便清另一位教授来评理。,气压计的故事,作为调解人，这位教授必须先了解试题内容。题目是这样的：“请问要如何用一个气压计来测量一栋大楼的高度？”（懂一点物理的人都可以试试看解答）,气压计的故事,而这位学生的答案是：“首先来到这栋大楼的顶楼，然后把绳子绑
6、在气压计上，再将气压计慢慢放下去，当气压计到达地面时，将绳子收回，并测量绳子的长度，就可得出答案。”。,这位教授看了这位学生的答案，觉得这位学生的回答没有问题，可以得满分。可是物理得满分表示这位学生对物理的应用应该十分强。但这位学生的答案却显然不能说明这一点。于是这位教授就做了个决定：让这位学生再做一次。,气压计的故事,这次，这位学生有六分钟的时间作答。这位教授并特别强调，答案必须含有物理的内容。五分钟过去了，这位学生的试卷仍然一片空白。这位教授就问他：“你真的不知道答案吗？”这位学生说道：“这我当然知道答案，我只是在思考哪一个是最好的方法。”,于是在接下来的一分钟内，这位学生写下了答案。他的
7、答案是这样的：“首先来到这栋大楼的顶楼，身子尽量贴近屋顶，然后将气压计抛下去，在抛下去的同时按下秒表，就可得出气压计到达地面的时间，再利用公式就可得出答案。”,这位学生的直属教授看了他的解答，一阵苦笑，只得投降。于是这位作为调解人的教授就给了这位学生接近满分的分数。事情圆满解决，这位教授正想离开，突然他想起这位学生说过，这个题目有好几种不同的答案，于是又把他找来，问他还有什么方法。,这位学生说道：“没错，还有好多种方法。比方说，我们可以在一个大晴天，把这个气压计拿到室外，测量它的实体和影子的长度比例，再量出这栋大楼的影长，就可得出答案了。”这位教授想了想，说道：“没错，还有呢？”这位学生答道：
8、“还有一种简单的方法，那就是把这个气压计当尺使，沿着楼梯一边量一边做记号。当到达顶楼时，统计一下记号的数量，再乘以气压计的长度，就可以了。”,这位教授愣了一阵子，才道：“还有呢？”这位学生接着又提出了许多匪夷所思的方法，最后他下了个结论：“最后，还有一种最简单的方法，就是拿着这个气压计去管理员室，跟管理员说：大叔你好，我这里有一个很棒的气压计，你只要告诉我这栋大楼有多高，我就把它送给你。”,这位教授就问他：“你难道真的不知道正确答案吗？”这位学生说道：“这我当然知道。只是我们从小就被老师要求只能用一种方法思考答案。我有时会想，为什么我们就不能用别的方法去思考。所以就借这次考试，向教授开个小玩笑
9、，顺便说出我的心声。”,故事到此为止。各位，刻板的教育制度往往只要求学生照本宣科，而不鼓励学生自我思考。学生只能根据既有的答案去回答问题。长期下去，学生的创造力机灵活思维往往被扼杀掉。各位，你们是希望自己是个由填鸭式教育所训练出来的所谓“精英”呢，还是一个有创意、思维灵活的“普通人”呢？,科学让我们学会思维！,思考使人生的最大财富。贫瘠的思想土壤，长不出茂盛的大树。当思维的花朵竞相开放时，成功才会向我们走来，学会思考，就找到了人生的起点；学会思考，才能品尝到指挥的甘露。那么，让我们做一个自由的思考着吧！,科学，没有唯一的答案,爱因斯坦,描述现象推测原因,V1飞弹于伦敦的弹着点,What do
10、you see in the picture?,2=17.82,非随机,Gilovich,T.(1991).How we know what isnt so.,V1飞弹于伦敦的弹着点,Gilovich,T.(1991).How we know what isnt so.,Now what do you see in the picture?,1125%,1125%,1125%,1125%,弹着点平均分布于四个区域弹着点为随机分布,到底真象为何？,福尔摩斯的知识结构调查,文学知识无；哲学知识无；天文知识无；政治学知识浅薄；,福尔摩斯的知识结构调查,植物学知识不全面，但是对于莨菪制剂和鸦片知识却知
11、之甚详。对毒剂有一般的了解，而对于实用园艺学却一无所知；地质学知识偏于实用，但也有限。但他一眼就能分辨出不同的土质；化学知识精深；,福尔摩斯的知识结构调查,解剖学知识准确，但不系统；惊险文学很广博，对近一个世纪中发生的一切恐怖事件都深知底细；提琴拉得好；善于使刀棍，也精于刀剑拳术；关于英国法律方面，他具有充分实用的知识；,福尔摩斯与助手华生的对话,华生：“你的知识是如此有限，为什么能够无所不通、料事如神呢？”福尔摩斯顺手打开面前的酒柜：“我的酒并不多，也并不太高级，但是什么酒放在什么地方我一清二楚，我可以随时拿到我所需要的酒。而很多人的酒柜很大，却杂乱无章，找不到他所需要的酒。”,福尔摩斯的知
12、识结构的启示,福尔摩斯最大的特点：能够在需要的时候调动他所具有的有限的知识，当他觉得知识不够用时，能够及时补充知识。不能综合运用自己的知识，就像杂乱无章的酒柜，数量虽然不少，可惜实际需要运用的时候却无法调动。,科学就在我们身边！,慧眼识金,经历是一种体验型的，体验的多了，积淀下来，就称之为“阅历”。,经历的积累，增加之后，就会从中提炼出实用的成分，这就是“经验”。,从经验中提炼出来的规律性的，具有一定普适性的成分，就是“知识”。,经过长期实践检验，符合历史发展规律的知识，我们称之为“真理”。,科学家是什么样的？,人类总是努力的扮演着科学家的角色，企图了解形成某种现象或行为的主要原因Hastor
13、f,描述规律性,解释原因,预测现象,控制现象,对真象的探索,描述规律性,解释原因,一般人,科学家,实证主义Positivism,凡人分析法Nave analysis,预测现象,控制现象,我们采取的是什么方式,科学探索与一般人的探索(Scientific Inquiry v.s.Naive Inquiry),牛顿是怎样想到万有引力的？,传说，苹果落地引发了牛顿的思考；牛顿是怎样思考的？石头能够抛出多远?炮弹落在多远的地方？火箭呢？但不管怎样，都会落回到地上！那么月亮为什么不落回来呢？,黑洞是怎么被发现的？,绕地球飞行需要7.6千米/秒绕太阳飞行需要12.3千米/秒飞出太阳系需要22.千米/秒从这
14、一组数据发现什么？引力越大，克服引力时候，需要的初速度就越大。,观察的智慧,科学起始于对天地的观察,从太阳历的发明说起,尼罗河汛期的确定性和不确定性每当黎明时分天狼星和太阳同时升起的时候，新年降临中国古代的观察观天测影日晷和圭表告诉我们什么,让我们看得更多、更小、更远,显微镜，打开微生物世界的大门望远镜，揭开宇宙的奥秘血与木的艰难统一,But on principle.Its the theory which decides what we can observe.Einstein,A.Einstein1921 Nobel Laureate,原则上，是理论决定了我们能够观察到什么。,爱因思坦是
15、这么说的.,What we observe is not the nature itself,but nature exposed to our method of questioning.Heisenberg,我们所观察到的，并不是大自然本身的现象，而是大自然在我们所用的观察方法下所展现出来的特性,W.Heisenberg1932 Nobel Laureate,海参堡是这么说的.,Science is the observation of phenomena and the communication of the results of others,who must check themB
16、ohr,N.Bohr1922 Nobel Laureate,科学就是就是观察现象并与他人沟通观察结果，而这些人必须去检验这个观察过程与结果是否有偏失,波尔是这么说的.,People accustomed to regard as real those sense perceptions which are common to different individuals.Einstein,A.Einstein1921 Nobel Laureate,人们习惯把其它人觉得是理所当然的感官知觉当成是真实的。,科学家也不例外，只是科学家更注重理性的思考与实证的观察,爱因思坦是这么说的.,想象的智慧,想象
17、力：是人类所拥有的唯一能和大自然的无穷性相对应的能力,飞行，梦想成真,鲲鹏展翅九万里，孙悟空的筋斗云；一人得道，鸡犬升天，嫦娥和玉兔；早期，人类试图用羽毛使自己梦想变成现实1873年9月，法国，约瑟夫兄弟，热气球；1816年飞艇统治着天空的飞行1903年12月，美国，莱特兄弟，飞机，12秒超音速飞机，美国，X-15，7000千米/小时,后羿射日不再是梦,曾经的梦想后羿射日五代的发明火箭送火种1083年，宋代，火箭用于军事明代，多级火箭用于军事，1500米万户，飞天的第一个殉难者现代火箭之父，齐奥尔科夫斯基，俄国人第一枚火箭的制造者，高达德，美国人导弹的发明，冯布劳恩，德国人,寂寞的嫦娥不再寂寞
18、,嫦娥应悔头灵药，碧海情天夜夜心1957年10月4 日，苏联，旅行者一号1961年4月12日，苏联，东方一号，尤里加加林进入太空，1969年7月20日，美国，阿波罗计划，阿姆斯特朗第一个踏上月球1975年7月15日，美国和苏联，共建国际空间站,只有想不到，没有做不到！,电脑时代的名言,畅想一下，人类的未来是什么样的？,当科学家们通过探究人类的昨天，把从猿到人的进化史拼图归于原貌时，新的疑问又开始了：人类的未来将会怎样？对于大多数严谨的进化论学者来说，这是一个他们更希望能回避的推测。但人类作为一个自然物种，进化的脚步不会停止，追寻演进的足迹，我们能否看到自己的未来？根据过去的进化理论和目前人类发
19、展趋势，科学家给出了人类未来发展的5种道路。,人类未来将进化成什么样？,1.单一人(Unihuman),不同肤色融合到一起，眼睛比现代人大，种族特征逐渐消失。,美国杜克大学生物多样性专家斯图亚特皮姆指出，人类非但不再分化，反而一直在“聚合”。他说：“人类目前拥有6500种语言。如果到了下几代，很有可能只剩下600种。”一百万年后，高度全球化的后果可能是不同人种均被同化，不同肤色融合到一起，种族特征逐渐消失。进化为“单一人”会实现所谓世界大同。但是，像所有单一物种一样，单一人种也更容易受到传染性疾病的威胁。因为基因的可变性能够在一些病毒来袭时保护基因多样化的物种不受大规模的伤害。,1.单一人(U
20、nihuman),具有抗辐射能力，他们的眉毛和皮肤都能防辐射。,2.幸存人(Survivalistian),如果灾难不期而至，人类还能幸存吗？从大洪水、瘟疫、核战争到小行星撞击地球，这些灾难有可能一夜之间将人类文明完全摧毁，使得劫后余生的人们走上他们自己的进化道路。正如进化理论所称，即使人类出现种族分化，最后也会有一个种族完全取代或同化其竞争者。最有说服力的例子就是尼安德特人的灭亡。很多古生物学家认为：虽然尼安德特人在体格上比我们的祖先智人健壮得多，却由于智力上的劣势，最终被能制造高级武器的智人取代。,2.幸存人(Survivalistian),基因和药物相结合，使其智力增强，体格更健壮。,3
21、.新人(Numans)/基因人(Geneman),3.新人(Numans)/基因人(Geneman),基因技术目前发展迅速，塑造“基因人”也代表着人类进化的新类型。科学家对疾病的遗传根源了解越来越多。可以想见，一旦科学家找到衰老和疾病的基因特征，那么我们到了百岁仍能保持最佳状态。如果有人达到这样的状态，那么他或她很可能就会寻找将这些基因传到自己后代的方法，这最终将导致新人种的产生。目前，基因疗法只能在个人身上奏效。如果想令“基因人”具有遗传性，科学家将面临伦理道德问题。由于基因技术的不确定性，还可能带来无法预料的后果。,人类同机械结合，最终将无所畏惧。,4.半机械人(Cyborgs),随着自动
22、化技术的发展，一些专家开始担心人工智能可能会超过智人天生的聪明才智。未来，技术的发展允许科学家在人类大脑内植入智能芯片，让我们更加聪明。但问题是，在身体中加入了智能机器后，人类作为一个自然物种还会存在吗？有科学家推测，真正具有智慧的机器人很可能在2030年前诞生。当机器人进化到完全超出人类的层面时，他们的地位甚至会高于人类，成为新一代的地球主宰。,4.半机械人(Cyborgs),在星际旅行期间，他们的形体和头发会发生变化。,5.太空人/天文人(Astrans),如果人类的寿命足够长，那么为了生存，我们只能向其它星球扩张，从而形成新的人种。想到达遥远的星球，科学家就必须建造大型太空飞船。低重力状
23、态下人类的四肢无需像在地球般发达，人类的毛发也不再有用。科学家还提出了其它几种方案。“搜寻地球外文明”研究所的科学家塞思索斯塔克说，最终的方法是将制造人的指令、而不是把人类本身送到目的地。机器人在某个行星上建设了基地之后，利用收到的人类指令制造出新的人类。,5.太空人/天文人(Astrans),科学不迷信权威中国最需要科学,郑板桥改诗,二八女多娇风吹落小桥三魂随浪转气魄泛波涛,郑板桥改诗,谁家女多娇何故落小桥青丝随浪转粉面泛波涛,为什么，有人在纪念人类登月25周年之际想起了中国明朝的皇帝,1994年7月，是阿波罗登月计划成功25周年纪念月。在人们纷纷庆祝人类这一创举的时候，专为这一活动出版的美
24、国发现杂志特刊在正文首页和次页通栏刊登了一幅中国17世纪官吏朝见皇帝的工笔画。杂志的第一篇文章的标题则是几个这样的赫然大字：明朝与宇宙空间站,中国明朝和宇宙空间站有何关系？,中国明朝早已在公元17世纪为清朝政府所取代，他与宇宙空间站有什么关系？美国人为什么在纪念阿波罗登月计划成功25年之际会在特刊首页以中国明朝为题？读完之后，你会发现，该文作者是在提醒美国政府：不要像中国明朝皇帝停止远航事业那样停止宇宙空间的探索。,为什么是哥伦布，而不是郑和？,比较他们的装备,试看下面的数据，有何感想？,船队人数：郑和，27000多人；哥伦布，88人；麦哲伦，265人；舰船数目：郑和，200多艘，其中大船63
25、艘；哥伦布，3艘；麦哲伦，5艘；船只大小：郑和最大的船长150米，宽63米，载重量1000吨以上，可以乘坐1000多人；哥伦布，长约19米；麦哲伦，最大的船载重量120吨。,再来对比一下技术,船速：郑和以燃香计时，有专门的测速仪器，能够测量船队所在方位；哥伦布和麦哲伦只能以罗盘、星图、海图和观察定位，没有专门的定位仪器。首航时间：郑和，1405年；哥伦布，1492年；麦哲伦，1519年问什么是哥伦布、麦哲伦掀起了地理上的大发现？而不是郑和？,其实，秘密就在于两者的远航目标,郑和的远航：为明朝政府寻找吉祥物（长颈鹿）哥伦布和麦哲伦：探险、黄金梦难道仅仅是黄金梦？中国明朝政府不爱黄金吗？,明朝皇帝
26、头脑中只有一个“已知的世界”，而没有一个“未知的世界”。,中国历来以泱泱大国自称，其远航使用中华的富有去安慰边缘的“蛮夷小国”。哥伦布和麦哲伦则是寻找“另一个世界”。小农经济，唯我独尊，小富即安，让我们停止了探究的脚步。,中国的科学是落后的,我们曾经有过四大发明，多么自豪！然而，那都是技术方面的，奇巧而已！中国没有原理性的科学！过去没有，现在也没有！,我们和美国相差60多年！,“嫦娥计划”和“阿波罗计划”,我们得不到别人最先进的科技！,钱学森,8美元和1500美元的差别！,高科技的人才为什么都流向国外！,当前的中国，无论是军事、政治、教育还是科技，都落后发达国家，我们任重道远！,民族振兴的希望
27、在于科学,一个人的能否生存，不在于他在高考的时候考了多少分，而在于他在学校的时候又没有学会科学地思考,布什总统在耶鲁大学的演讲,耶鲁大学是培养精英的摇篮，具有“总统摇篮”的美誉。1964年，布什进入著名的耶鲁大学学习历史。1968年布什毕业，获历史学学士学位，成绩“C+”。后来，布什当选总统后在母校耶鲁大学的校庆典礼上发表了演讲，他以自己为例激励那些得“C+”的学生：“对于学习成绩得A的学生，我要说，你们干得好！对于学习成绩得C的学生，我要说，你们也能当美国总统！”,小笑话,有一回，布什问副总统戈尔：你知道你为什么当副总统吗？戈尔愕然，不知道怎么回答！布什嘿嘿一笑，说：因为你辍学了！注：戈尔未完成大学学业，中途辍学就业,重要的不是在于你现在的了多少分，而是你有没有科学的思考力！,阿弥陀佛终于结束了谢谢聆听,
