自然科学

自然科学
自然科学

Nitrogen Doped Ultrathin BiOCl Nanosheets for Enhanced Photocatalytic 1

CO2 Reduction under Visible Light

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Jian Shang, Lejuan Cai, Lizhi Zhang*

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Key Laboratory of Pesticide & Chemical Biology of Ministry of Education, Institute of Environmental 4

Chemistry, College of Chemistry, Central China Normal University, Wuhan 430079, P. R. China 5

*Corresponding author: Email: zhanglz@https://www.360docs.net/doc/81688782.html, (L.Z. Zhang)

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Introduction

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The conversion of carbon dioxide (CO2) to reusable chemical feedstock contributes to solving the 23

global energy shortage and mitigating the greenhouse effects caused by the depletion of fossil fuels, 24

therefore attracts intensive attention. Among various CO2 conversion strategies, the photocatalytic 25

CO2 reduction strategy is the most promising one because of its mild reaction condition and 26

environment-friendly progress. Unfortunately, up to now, the total photocatalytic reduction 27

efficiency is relatively low and needs further promotion for practical utilization. According to 28

previous researches, the low efficiency of photocatalytic CO2reduction is mainly caused by the 29

following two reasons: (1) the majority of photocatalysts, such as metal oxides, sulfides, and their 30

mixed solid solutions, have low efficiency in adsorption of CO2molecules; (2) the traditional 31

photocatalysts usually possess low efficiency in solar-energy harvesting and charge carrier 32

separation, that leads to dissatisfied performance in activation of CO2molecules. As such, it is 33

extremely important to fundamentally improve the efficiency of CO2 adsorption and activation of the 34

photocatalysts.

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Recently, nitrogen-doped materials have been reported to increase the efficiency in capturing and 36

activating CO2, because the unshared pair electrons of doping nitrogen atom can act as Lewis basic 37

site to bond with CO2molecule. Moreover, doping nitrogen atoms in materials can extend the 38

UV-vis light absorption range and also accelerate charge carrier separation process, thus finally 39

achieving high efficiency in CO2 reduction. However, for lack of ideal theoretical nitrogen doped 40

model, the progress in systematically investigating the effects of doping nitrogen atoms with 41

atomic-level insight on CO2 reduction is seriously hampered. Hence, developing a doping model to 42

explain the enhanced mechanism of CO2 reduction induced by doping nitrogen atoms still remains a 43

great challenge.

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It is widely accepted that the two dimensional material is an ideal platform for investigating the role 45

of active sites in catalysis due to its large surface area and extreme sensitivity to the change of 46

electronic structure. Currently, a lot of work have used two dimensional materials to explore the 47

active sites, for example, Xie’s group have used pits confined two dimensional cerium(IV) oxide to 48

study the effect of coordinately unsaturated pit-surrounding Ce sites on carbon monoxide oxidation 49

progress. Their result shows that the coordinately unsaturated pit-surrounding Ce sites reduced the 50

activation barrier and decreased the catalyst poisoning chance. Very recently, they also have 51

proposed O-vacancies confined two dimensional indium oxide porous sheet to insight into the role 52

of O-vacancies during the photocatalytic process. So in this regard, developing a nitrogen doped 53

material model with exposed unique crystal plane as well as nanoscale thickness holds the main 54

point to disclosing the role of doping nitrogen atoms in photocatalysis.

55

Bismuth oxychloride (BiOCl), a typical layered ternary oxide semiconductor, may become an 56

extremely potential two dimensional material due to its open crystalline structure and weak van der 57

Waals interaction between the layers. Moreover, its stable and excellent surface structure offer a 58

great opportunity to study the model reaction of small molecular activation.Based on the above two 59

key factors, in this communication, we firstly presented a conceptually new nitrogen-doped ultrathin 60

BiOCl nanosheet as an ideal material model and disclosed the role of doping nitrogen atoms 61

theoretically and experimentally in photocatalytic CO2 reduction progress.

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Result and discussion

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Theoretical calculation is first used to check the possible proposed nitrogen doped ultrathin BiOCl 65

model.A perfect ultrathin BiOCl slab and nitrogen-doped ultrathin BiOCl slab model are initially 66

built and first-principle density functional theory (DFT) calculations are implemented to study the 67

effect of the doped nitrogen in ultrathin BiOCl on the electronic structure. Obviously, as shown in 68

Figure 1b, the calculated total density of states (DOS) of 5-atom-thick BiOCl nanosheet exhibited an 69

evidently increase of DOS at the conduction band minimum (CBM) with respect to the bulk BiOCl 70

counterpart, suggesting the more efficient photoinduced charge transfer and separation in ultrathin 71

BiOCl nanosheets. Moreover, as displayed in Figure 1c, after doping the ultrathin BiOCl with 72

nitrogen, an impurity band consisted of N 2p orbitals between the valance band and conduct band is 73

formed, indicating that the photo-excited electrons can not merely come from the valance band 74

consisted of Cl 3p orbitals, but also come from the impurity band, that extends the absorption edge 75

of nitrogen-doped ultrathin BiOCl nanosheet into the visible light region, thereby achieving higher 76

photoconversion efficiency. More importantly, owing to the thickness of the BiOCl, the CVM of 77

ultrathin BiOCl nanosheets and nitrogen doped ultrathin BiOCl nanosheets up-shifted by 0.2 eV 78

compared to that of bulk BiOCl, which mean the excited electrons in the CBM of ultrathin BiOCl 79

nanosheets has stronger reducing capacity. On the basis of the above results, the nitrogen doped 80

ultrathin BiOCl nanosheets would not merely show improved photo-responsivity and extend 81

absorption range, but also have stronger reduction activity.

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To further understand the roles of doping nitrogen on ultrathin BiOCl surfaces, we employ the 83

surface charge density to analyze the electron distribution and self-induced local electric field 84

interaction. From the charge density contour plots viewed from the either [Bi2O2]2+and N doped 85

[Cl2]2- slices of BiOCl (Fig. 2a and 2b), it can be seen clearly that the charge density surrounding N 86

atoms is higher than that of Cl atoms in (001) surface. According to the previous research, the 87

non-uniform charge distribution between [Bi2O2]2+ and [Cl2]2- slices in the bulk BiOCl would induce 88

the presence of internal static electric fields and the self-induced internal electric field can be 89

calculated by the following equation:

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34eff P E d πε= 91

2E d 4eP e d πε?Φ=???=

92 in which P is the intrinsic dipole moment, ε is the dielectric constant, d is the thickness of the two 93

slices, and ?Φ is the electrostatic potential difference between two slices. After a few Cl atoms 94

were replaced by N atoms, the charge of the N doped [Cl 2]2- slices will be more negative, the 95

intrinsic dipole moment P will be enhanced, that may enhance the internal static electric fields. As 96

we expected, after nitrogen doping, the electrostatic potential difference between [Bi 2O 2]2+ and N 97

doped [Cl 2]2- slices is improved 0.7 eV (Figure 2c), which is large enough to accelerate the 98

separation and transfer progress of the photoinduced charge carriers.

99 The above observations suggest that the nitrogen-doped ultrathin BiOCl would exhibit an excellent 100 photocatalytic performance. Yet, the behavior of CO 2 adsorption and activation in nitrogen-doped 101 ultrathin BiOCl is still unknown. To investigate it, we build the initial structure (Fig. 3a) and 102 optimized the initial adsorption geometric structure. From the optimized structure (Fig. 3b), it could 103 distinctly find that the C atom of the CO 2 molecule was bound to the doping nitrogen atom and the 104 adsorbed CO 2 molecule also exhibited a bent configuration, where the O-C-O angle was 127.3°. The

105 two C-O bonds length was activated to 1.27 ?, which is close to that of CO 2 ·- (1.22 ?, Fig S7). To 106

further understand the CO 2 adsorption and activation processes, the charge density difference and 107

bader charge were employed to trace the electron behavior. As shown in Fig. 3c, the exchange and 108

transfer of electrons mainly occurred among the two partially reduced Bi atoms, doping nitrogen 109

atoms and adsorption CO 2 molecules. Once CO 2 was adsorbed on the doping nitrogen atom, the 110

electrons localized between Bi1, Bi2 and doping nitrogen transferred to the CO 2 molecule, which 111

would result in activation the CO 2 to CO 2·- (Tab. S2 ).

112 The as-prepared ultrathin nanosheets had been fully characterized by various techniques. Figure 4b 113

was the transmission electron microscopy (TEM) image of N-doped ultrathin BOC, revealing the 114

uniform freestanding and large-area sheet-like morphology with the size of 50–100 nm. The nearly 115

transparent feature of the nanosheets indicated its ultrathin thickness. High-resolution TEM 116

(HRTEM) (Figure 4c) revealed the highly crystalline nature of the exfoliated nanosheets. The 117

mutually perpendicular lattice fringes with an interplanar lattice spacing of 0.275 nm corresponded 118

to the (110) atomic planes. Moreover, Fast Fourier Transform image in Figure 4d also indicated the 119

single-crystalline characteristic. The angle labeled in the FFT pattern is 45°, which was in matched 120

well with the theoretical value of the angle between the (110) and (200) plane, so the set of 121

diffraction spots could be indexed as the [001] orientation of N-doped ultrathin BiOCl. On the basis 122

of the above results and the crystal structure of BiOCl, we could validate that the ultrathin 123

nanosheets were exposed with {001} facets. The thickness and size distribution of as-prepared 124

nanosheets was evaluated from the tapping mode atomic force microscopy (AFM). As shown in 125

Figure 4e,f, the diameter of the nanosheets range from 80 to 120 nm and thickness only about 0.5 nm, 126

indicating that the exfoliated nanosheets were consisted of only about one unit cell along the [001] 127

direction.

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As evidenced by X-ray diffraction (XRD) characterization, the diffraction intensity of the Nitrogen 129

doped samples had sharply decreased and the (001) diffraction peaks in the range of 2θ = 10?15° 130

slightly shifted toward a higher 2θ value compared to the bulk materials (Figure S3). Accord ing to 131

Bragg’s law, that mean the uniform bulk BOC structure had turned into nonuniform nanosheets and 132

at the same a few Cl atoms in the crystal were replaced by the N atoms, which was in good 133

agreement with the HRTEM and AFM results. To further confirm the existence, chemical 134

composition and chemical states of dopants, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis was 135

further carried out (Figure S4). According to early XPS investigations on N-modified materials, we 136

attributed the peak at 398.8 eV to Bi-N bonds and the peak at 400.2 eV to N-H bonds. On the basis 137

of the above, we have successfully obtained the expected materials.

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The success in controlled synthesis of N-doped ultrathin BiOCl nanosheets allowed us to confirm 139

the theoretical calculation results and investigate photochemical performance systematically. The 140

UV?vis diffuse-reflectance spectroscopy (DRS) (Figure S3) shows that the two ultrathin samples 141

had the most appropriate band-gap energies about 2.6 eV, indicating that the absorption spectra of 142

the N-doped ultrathin BiOCl have successfully extended to the visible light region, enhancing the 143

absorbance of solar light, which was in accordance with the above theoretical prediction results. The 144

transient photocurrents and Photoluminescence (PL) emission were used to survey the separation 145

efficiency of the photogenerated charge carriers in a semiconductor that could directly reflect the 146

function of the internal electric field. As shown in Figure 5, the N-doped ultrathin BOC film 147

electrode exhibited a higher photocurrent than the N-doped-bulk BOC and ultrathin BiOCl film 148

electrodes, indicating the more efficient photoinduced charge separation and transfer in N-doped 149

ultrathin BOC under visible light irradiation.

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Inspired by the above interesting results and analysis, we evaluated the photoreduction performance 151

of obtained materials. Under visible-light irradiation, the photocatalytic reduction performance of 152

CO2to CO rate was estimated to be 2.76 umol?h-1per one gram of catalyst of N-doped ultrathin 153

BiOCl, which was over 3 times higher than that of the N-doped bulk BOC and ultrathin BiOCl (Fig. 154

5b). And the control sample, bulk BiOCl, almost showed no photoactivity, which was due to the 155

wide bandgap.

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To disclose the role of nitrogen atoms in affecting the adsorption and activation of CO2and 157

investigate the inner mechanism during the photocatalytic reduction progress of N-doped ultrathin 158

BOC, in situ Fourier Transform Infrared Spectrometer (FT-IR) were used to analysis the 159

time-dependent change reaction intermediates in photocatalysis. As shown in Fig. 4c, two weak 160

intense bands at about 1570 and 1680 cm?1were observed after the CO2being passed into the 161

system. According to the previous work, the broad band at 1570 cm-1could be assigned to the a 162

carboxylate CO2·- and the broad band at 1670 cm-1 could be related to a carbonate CO3= (H2CO3) 163

like species. To further investigate the surface reaction of N-doped ultrathin BiOCl under CO2 164

atmosphere, the visible light were introduced to the system. After been lighted on, several absorption 165

bands gradually increased with the irradiation time. (红外数据不好,后期重新补做)。

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Discussion

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In conclusion, the N-doped ultrathin BiOCl nanosheets with a thickness of a unit cell have been first 168

presented as an ideal material to disclose the role of doping nitrogen during the photocatalysis 169

progress. By analysis the theoretical results, we have demonstrated that the doping nitrogen atoms 170

not merely enhance the inner electronic field, but also act as an active site for CO2 adsorption and 171

reduction. Moreover, the N-doped ultrathin BiOCl nanosheets have been successfully prepared by a 172

thermal exfoliation route from bulk BiOCl for the first time, providing the opportunity to shed light 173

on the deep understanding of doping nitrogen, experimentally. Compared with bulk BiOCl, N-doped 174

bulk BiOCl and ultrathin BiOCl, the N-doped ultrathin BiOCl nanosheets show enhanced 175

photocurrent and photoreduction performance, which confirm the theoretical results. Further study 176

the detected intermediate products by in site FT-IR also confirm the reaction mechanisms. Briefly, 177

this work not only develops a thermal exfoliation strategy for fabricating nitrogen doped ultrathin 178

nanosheets but also theoretically/experimentally demonstrates atomic-level insights into the role of 179

doping nitrogen atoms in promoting reduction CO2 to CO efficiency.

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Acknowledgments

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This work was supported by National Basic Research Program of China (973 Program) (Grant 185

2013CB632402), and National Science Foundation of China (Grants 21073069, 91023010, 186

21177048, and 21377044).

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Figure 1. (a) Schematic illustration for Bulk BiOCl, Ultrathin BiOCl and Nitrogen doped Ultrathin 191

BiOCl; (b) calculated density of states (DOS) of ultrathin BiOCl and bulk BiOCl, (c) calculated 192

density of states (DOS) of the N-doped Ultrathin BiOCl and ultrathin BiOCl.

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Figure 2. Charge density plots of (a) the N doped [Cl2]2- slices and (b) [Bi2O2]2+ slices. (c) The 196

calculated electrostatic potential difference of [Bi2O2]2+ and N doped [Cl2]2- slices

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Figure 3. (a) The exfoliation process from bulk BiOCl to N-doped ultrathin BiOCl nanosheets. (b) 200

TEM image, (c) HRTEM image and (d) SEAD pattern of the N-doped ultrathin BiOCl nanosheets. 201

(e) AFM image of the as-prepared N-doped ultrathin BiOCl and (f) the corresponding height 202

measurement.

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Figure 4. (a) Schematic illustration of the photocatalytic CO2 reduction model. (b) Comparison of 207

photoreduction CO2to CO by N-doped ultrathin BiOCl nanosheets, ultrathin BiOCl nanosheets, 208

N-doped bulk BiOCl and bulk BiOCl under visible light irradiation. (c) Photocurrent responses of 209

the as-prepared samples in 0.5 M Na2SO4 aqueous solutions under visible light irradiation. (d) In situ 210

FTIR spectra recorded during the reduction progress over N-doped ultrathin BiOCl. (e) Calculated 211

potential energy profile for CO2 adsorption and reduction over N-doped ultrathin BiOCl.

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自然科学发展简史第二次辅导

《自然科学发展简史》第二次辅导 第一章阿拉伯科学文化的兴起与欧洲中世纪的科学技术1、阿拉伯人在科学上独立地做出了哪些贡献? 答:数学方面:创造了阿拉伯数码,发展了代数学; 天文方面:发现了太阳偏心率的变动,修正了很多天文常量; 医学方面:最高成就是完成了《医典》巨著,还有对眼病的研究; 化学方面:兴起了炼金术,推动了实验化学的进展。 2、如何认识阿拉伯科学文化的历史作用? 答:阿拉伯科学文化在自然科学发展史中的历史作用,不仅在于它使古希腊科学文献得以保存下来,为欧洲的科学和文艺的复兴起了承上启下的作用,也不仅在于它在东西方科学文化的交流中起了中介作用,阿拉伯的学者们还独立地发展并丰富了科学。 3、欧洲的中世纪被称为“黑暗的中世纪”,应怎样理解? 答:从5世纪到15世纪,史称欧洲的中世纪。这一时期,基督教会神学成为封建统治的支柱。教会垄断了整个文化领域。神学在知识领域有最高的特权,科学成了神学的附庸,神学变成了科学的皇后。神学从根本上否定研究自然和学习科学的必要性。这是欧洲中世纪科学得不到发展的重要原因。这一时期,故称为“黑暗的中世纪”。 第二章近代自然科学的产生 1、近代自然科学产生的社会基础和条件是什么? 答:随着资本主义生产方式的产生,在欧洲出现了航海探险运动、文艺复兴运动和宗教改革运动。这些由资产阶级发动的经济活动和文化运动,对近代自然科学的产生有着极为重要的影响。 2、为什么说科学实验是近代自然科学得以相对独立发展的实践基础? 答:科学实验是一种以认识自然为首要目的的实践活动,它作为认识自然的研究方法,在很多方面优于一般的观察和生产实践活动。伴随着自然科学同宗教神学、经院哲学的激烈斗争,一批哲学家、科学家极力提倡科学实验,并把科学实验作为科学战胜对手,壮大自己力量的有力武器。由于科学实验日益成为独立的社会实践,不仅使近代自然知识有了特有的实践基础。也促进了科学形态的变化,出现了实验科学。近代自然科学是建立在科学实验基础上的实验科学。所以说科学实验是近代自然科学得以相对独立发展的实践基础。 3、从近代自然科学产生时科学家们反对宗教神学斗争中受到何种启示? 答:在科学反对宗教的斗争中,科学家们曾用血和肉坚持了科学的真理,这种精神一直为后人所景仰。 4、如何分析近代自然科学与哲学的关系? 答:科学实验活动的兴起,近代科学方法的建立,有赖于哲学的引导。在科学从中古时代向近代转变的关头,哲学家积极倡导近代科学方法,并对推动科学的发展有重要作用。 第三章经典力学体系的建立 1、有哪些知识为牛顿力学的建立提供了基础? 答:一、伽利略通过对落体的研究,已经发现了惯性运动和在重力作用下的匀加速运动,奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想。 二、伽利略关于抛物体运动定律的发现,对牛顿万有引力的学说也有深刻的启示作用。

自然的数学化与近代自然科学的建构_陈俊

网络出版时间:2012-11-12 13:10 网络出版地址:https://www.360docs.net/doc/81688782.html,/kcms/detail/43.1447.C.20121112.1310.001.html 自然的数学化与近代自然科学的建构 陈俊 (湖北省道德与文明研究中心、湖北大学哲学学院湖北武汉430072) 摘要:近代自然科学的建构无疑是人类思想史上一次深刻的观念革命。这一革命的最初动机就是近代科学革命的先驱们对“简单、和谐的宇宙”这一古希腊理想的不懈追求。哥白尼率先在天文学领域拉开了革命的序幕,他的后 继者们在对自然数学化的追求中以哥白尼本人并未意识到的方式建立起了宇宙空间的背景化和物质自然的对象化这 两个对建构近代自然科学极为重要的形而上学基础。 关键词:宇宙空间;物质自然;数学化;背景化;对象化 作者简介:陈俊(1976-)男,湖北孝感人,湖北省道德与文明研究中心研究员、湖北大学哲学学院副教授、中国社科院哲学所博士后,主要从事科学技术哲学与科技伦理学研究。 在沉寂了近千年之后,人类,至少是欧洲人的心灵在十六、十七世纪经历了一场深层的思想革命。 这场革命改变了人类的思维框架和模式。任何革命都是有其思想基础的。而这场革命最初的思想基础 就是对自然数学化这一古希腊理想的复兴。近代自然数学化过程的直接后果就是在欧洲人的思维框架 中建立起近代自然科学的两个重要的形而上学基础即:宇宙空间的背景化和物质自然的对象化。本文 试对这一思想历程进行初步的探讨。 一、自然数学化的古希腊背景 近代科学的思想渊源可以追溯到古希腊,古希腊是科学精神的发源地。正如有的学者所说:“整个世界的科学发展就是毕达哥拉斯数学主义的诠释史和德谟克利特的原子主义的论证史。”近代自然 科学的数学化就是直接复兴古希腊数学主义思想的结果。 公元前6世纪,古希腊自然哲学开始出现。这种哲学的出现并不是对远古时代的神话的一种简单取代。而本质上是一种新的哲学思维模式的出现。[1]这种新的思维模式的主旨在于它对宇宙的解释不 再诉诸于神灵,而是诉诸于自然主义的解释。最先对宇宙的起源诉诸自然主义解释的是米利都学派的 自然哲学家们。米利都学派的第一个哲学家泰勒斯首先提出“万物源于水”的思想。而他的弟子阿那 克西曼德则相信万物的基即是“无定形”。阿那克西米尼则认为基本的质料是“气”,它可以被“稀释” 和“浓缩”,从而产生我们所知世界中各种各样的物质。阿那克西米尼的思想实际上开始导向毕达哥 拉斯学派。因为他不仅研究了“万物起源于何物”这样的问题,而且还研究了“是什么使得万物彼此 呈现出差别”,即所谓“变化问题”。“变化问题”首先由赫拉克利特提出。他认为“万物皆变”。但赫 拉克利特所肯定的东西遭到巴门尼德的坚决反对。巴门尼德坚持认为所有变化在逻辑上是不可能的。 巴门尼德对变化可能性的否定对西方哲学思想史有着巨大的影响。他实际上提出了“变化无常的万物 背后不变的原因”这个根本的哲学问题。在某种程度上讲,这是西方科学理性的第一次显现。 毕达哥拉斯学派的自然哲学家们对这个根本的哲学问题给出了肯定的回答。即“是数学结构的不同导致了它们表现上的不同”,因而“数才是万物不变的本源”。他们认为世界上显然存在两类不同的 东西,一类是可感知的千变万化的表象世界,另一类则是不可感知的无形的、没有运动变化的世界,

自然观与自然科学发展的关系

自然观与自然科学发展的关系 根据百度百科的解释,自然观就是对自然界的总的看法,是世界观的组成部分。在学术上,自然观是一个哲学上的概念,抛开物质和意识,唯物和唯心的立场不谈,个人认为自然观可以理解成一个人对待自然的态度,这里的自然可以理解成我们的生活环境。如此,拥有一个正确的自然观,不仅有助于保护已经被人类破坏的千疮百孔的环境,而且也将有助于自然科学的发展。说到自然科学,是一个很高深也很宽泛的概念。就个人简单理解,自然科学是一门研究自然的学科,不仅仅为人类解释一些自然现象,而且为人类的行为提供理论指导,因此自然科学的发展有助于人类形成正确的自然观。由此可见自然观与自然科学的发展是一种辩证的关系。 一方面,自然科学的发展,自然科学知识的丰富,可以让人类更了解自然,明白自然现象的原理。从而意识到人类的哪些行为或日常生活中的哪些行为会对自然环境造成破坏,而哪些行为有助于保护与人类生活息息相关的环境,增强人类保护环境的意识。同时,自然科学的发展可以为人类的社会实践提供理论指导,促进人与自然的和谐共处,推动可持续发展。在此过程中,人们也会逐渐形成一种正确的自然观,不是畏惧自然,也不是奴役自然,而是与自然和平共处。 另一方面,形成正确的自然观,有助于人类在开发利用自然环境的同时更加关注如何保护自然环境,如此会为自然科学的发展提供更多的研究课题,从而促进自然科学的发展。此外,实践是检验真理的唯一标准,只有在实践中切实可行的理论才会是正确的理论,由实践中引发的课题也是最值得关注和研究的。错误的自然观必定会被自然科学所否定,得不到长期的发展。就拿与自然的关系来说,在工业文明时代,人类坚信人定胜天,于是不择手段向自然索取,最终,大自然用他自己的方式惩罚了人类,由此人类认识到了人定胜天的自然观是错误的。随着自然科学的发展,人类逐渐意识到只有人与自然和谐发展,才能取得双方的互赢,所以在信息文明时代,我们倡导的是和谐,是人与自然和平共处。 综上分析,自然观与自然科学相辅相成,相互促进,正确的自然观有助于促进自然科学的发展,自然科学的发展有助于形成正确的自然观,同时也会纠正错误的自然观,从而促进人与自然和谐相处。

谈数学与自然辩证法

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/81688782.html, 谈数学与自然辩证法 作者:金飞 来源:《中小企业管理与科技·中旬刊》2016年第10期 摘要:自然辩证法为数学提供世界观和方法论,数学的研究和学习有利于自然辩证法的发展。自然辩证法的基本内容为“两观一论”,本文分别介绍了数学与它们之间的关系,更加突出了数学与自然辩证法的密切联系,进一步帮助人们明确数学中的自然观,增强哲学素养,把握科技发展规律,拓展科技创新视野,熟悉科学方法特点。 关键词:数学;自然观;科技观;科学技术方法论 中图分类号: G4 文献标识码: A 文章编号: 1673-1069(2016)29-109-2 0 引言 自然辩证法是研究自然界和科学技术发展一般规律以及人类认识自然和改造自然一般方法的学科。数学作为一门自然科学,其研究和学习过程中处处都蕴含着自然辩证法的思想。本 文分别讨论了数学与辩证唯物主义自然观、数学与辩证唯物主义科技观以及数学与科学技术方法论之间的关系,进而帮助人们更好的理解数学与自然辩证法之间的密切联系,使人们进一步明确数学中的自然观,增强哲学素养,把握科技发展规律,拓展科技创新视野,熟悉科学方法特点。 1 数学与“两观一论” 1.1 数学与辩证唯物主义自然观 首先,数学理论的产生和发展符合辩证唯物主义自然观的特点。数学是一个系统辩证的自然科学。不同的数学知识之间是相互联系的,它们共同构成了一个系统的数学学科。数学作为方法运用于自然科学,不断加深人们对自然界各个细节的了解,特别是对力学规律的把握,进而形成对自然界的总体认识。另外数学在科学发展过程中也具有指导科研的作用。数学以自然科学为中介,对辩证唯物主义自然观的丰富和发展表现在多方面。数学的各种理论常常为 物理学等学科的理论突破提供绝佳的语言工具,例如微积分是牛顿力学的基础;偏微分方程对麦克斯韦的电磁学理论的指导;随机数学是量子力学的基础。总之,数学中充满了辩证法的内容。 其次,数学理论的产生和发展丰富和发展了辩证唯物主义自然观,进一步推动了科学的发展,对人与自然的认识有了新的观点。16-18世纪的科学技术革命和机械唯物主义的自然观,数学是近代自然科学发展最充分的科学之一。笛卡尔开辟了“解析几何”的全新领域。我们所熟悉的x,y来自笛卡尔,正是这种代数对几何的应用铺平了微积分发展的道路。解析几何成了物理学与自然科学研究方法中的常用利器。由此可见数学与自然辩证法是紧密联系、相互促进

【高校专业介绍】-数学:自然科学之基础

数学:自然科学之基础 最近,传奇华裔数学家张益唐在清华大学演讲,分享了他的数学人生。他关于“孪生素数猜想”的证明震惊了世界。而此前,他默默无名,曾一度“流浪”美国各州,不时借住朋友家中,靠打零工为生。这一切,再次激起了人们对数学的浓厚兴趣。 数学是一门最古老的科学,有着悠久的历史。早在公元前3000年左右,古巴比伦、古埃及、中国就相继出现了算术、代数和几何,被应用于天文、税收及建筑等领域。想想看,在牛顿时代就可以算出每秒钟8公里的第一宇宙速度,为星际航行的开端迈出了第一步。爱因斯坦质能方程成就了核子物理,也为人类指出寻找新能源的方向。这些伟大发现的背后都离不开数学原理。 现代生活中数学更是无处不在,从指纹识别到CT技术,从数据处理到信息安全,从大气科学到火箭飞行器的设计,从地质勘探到施工建筑,形形色色的技术革命的背后,数学都扮演着不可缺少的角色。那么数学到底是怎样一个学科,包含了哪些专业,未来就业出路如何呢? 目录 一、专业解析 二、专业与就业 三、报考指南 一、专业解析 数学是打开科学大门的钥匙——培根

什么是数学 什么是数学?很多科学家从不同的角度给过不同的定义。米斯拉说:“数学是人类的思考中最高的成就。”爱因斯坦说:“纯粹数学,就其本质而言,是逻辑思想的诗篇。”伽利略说:“自然界这部伟大的书是用数学语言写成的。” 数学是自然科学之基础。从概念上讲,数学是研究数量、结构、变化以及空间模型等概念的一门学科。 数学有广阔的应用空间。著名数学家华罗庚说:“凡是出现‘量’的科学部门中就少不了要用数学。研究量的关系、量的变化、量的变化的关系,量的关系的变化等等现象都是少不了数学的,所以数学之为用贯穿到一切科学部门深处,而且成为它们的得力的助手和工具。” 数学也有纯粹理论的一面。现代数学已经发展出了众多的分支,而且不断深入。在纯数学很多领域,数学家的工作不为大众所了解,很可能也看不到什么应用前景,但是,数学的美激励着一代代数学家不断去探索未知。 大学里数学学什么? 数学类专业属于理学,按照教育部《普通高等学校本科专业目录》(2012年)的划分,数学类专业主要包括数学与应用数学、信息与计算科学、数理基础科学(特设)等。 数学与应用数学包括基础数学和应用数学两方面。基础数学研究的是数学本学科的基本理论与发展规律,如著名的哥德巴赫猜想等问题就是基础数学的研究对象;应用数学就是由大量的实际问题引发的数学理论,解决现实生活或其他学科与科学技术中碰到的问题;信息与计算科学包括计算数学与信息处理中的数学两个方面,主要培养学生运用数学的思维和方法解决信息技术领域中的实际问题。另外,统计学是应用数学的一个分支,很多高校的数学学院除了有数学系、信息科学系外,还设有统计、精算、金融数学等科系。

科学发展简史

《科学发展简史》复习1(辽宁广播电视大学2008—2009学年度第二学期“开放专科”期末考试) 一、填空(每空1分,共20分) 1. 能否是人与猿之间本质的区别。 2.由于的发现,使太阳系成为一个严格按照规律运行的力学体系,故被称为“天空立法者”。 3.西亚文化对于世界文化的发展有重大的影响。其中最重大的成就之一就是文字的发明 4.古希腊自然哲学值得注意的知识包括:第一,关于问题;第二, 关于问题;第三,关于天体系统的模型问题。 5. 19世纪初,法国生物学家发表了《动物哲学》一书,提出了“”的观点。 6. 被西方人称为“医学之父”。 7. 的建立是科学形态上的重要改革,标志着近代理论自然科学的诞生。 8.第一艘实用的轮船是由美国发明家发明的,首航成功标志着取 代帆船的新时代的开始。 9.著名医学家的《医典》是阿拉伯医学的最高成果。 10.1864年,法国人在西门子兄弟的帮助下,创造了平炉炼钢法。 11. 、和的三大发现是19世纪末物理学的重要成就。 12.1969年,美国的“”把人送上了月球,实现了载人登月计划。 13. 1487年,葡萄牙人率领船队到达非洲最南端,葡萄牙国王把这里命名为。 11. 、和的三大发现是19世纪末物理学的重要成就。 12.1969年,美国的“”把人送上了月球,实现了载人登月计划。 13. 1487年,葡萄牙人率领船队到达非洲最南端,葡萄牙国王把这里命名为。 1.文艺复兴运动发源于。 A、法国 B、英国 C、意大利 D、希腊 2.我国采用十进位的计数方法是在() A.西汉 B.南北朝C.商代 D.夏代 3.近代电磁理论的创始人是() A.伏特 B.麦克斯韦 C.奥斯特 D.法拉第 4. 实验遗传学的创始人是() A.魏斯曼 B.孟德尔C.施莱登 D.施旺 5.现代遗传学的创始人是奥地利修道士。 A.魏斯曼 B.孟德尔 C.施莱登 D.施旺

自然科学心得体会

竭诚为您提供优质文档/双击可除 自然科学心得体会 篇一:学习《自然辩证法概论》的心得体会 学习《自然辩证法概论》的心得体会 《自然辩证法》是一部关于自然科学的哲学著作,贯穿 其中的一个重要思想是唯物辩证法与自然科学的有关问题。自然辩证法是马克思主义关于科学、技术及其与社会关系的已有成果的概括和总结,是关于自然界发展和科学技术发展的一般规律、人类认识和改造自然的一般方法以及科学技术与人类社会发展关系的理论体系。 自然辩证法通过概括和总结科学技术的新成就,丰富和发展马克思主义哲学;自然辩证法为科学技术研究提供科学的世界观和方法论,指导和促进科学技术的发展;学习自然辩证法,有利于科技工作者培养树立科学的世界观和方法论,树立科学的思维方式,增强创新能力; 学习自然辩证法,有利于提高科技工作者对科学技术领域中出现的各种哲学社会思潮的分析鉴别能力; 学习自然辩证法,有利于科技工作者认识科学技术的本

质和规律,加深对我国科技方针政策的理解,从而更加自觉地为“四化建设”服务。 通过自然辩证法的学习,我认识到无论是学习自然科学还是人文科学以及社会科学,我们必须尊重客观事实,用联系和发展的观点来研究和认识世界。恩格斯说“不仅有机界和无机界之间的鸿沟缩减到最小限度,并且过去和机体种源说相对立的最根本的困难之一也被排除了。新的自然观的基本点是完善了:一切僵硬的东西融化了,一切固定的东西消散了,一切被当作永久存在的特殊东西变成了转瞬即逝的东西,整个自然界被证明是在永恒的流动和循环中运动着。” 自然辩证法认为世界上的一切事物和现象都是相互联系、相互制约的,普遍联系、永恒发展是世界的基本特征,而矛盾是事物发展变化的动力和源泉。自然辩证法研究涉及的领域(自然界、科学、技术与社会)构成一个开放的复杂巨系统,对它的研究必须从辩证的观点,也就是发展的观点、整体的观点出发,并且牢牢抓住系统中的科学技术。科学技术既是人类认识自然、改造自然的活动与成果,又是改变人们的关系,推动社会发展的强大力量;科学技术是人与自然的中介,又是人与人的关系的中介。 在自然辩证法中,研究和揭示的内容是自然界存在和演化的一般规律的,即自然界的辩证法;研究和揭示人类通过科学技术实践活动认识自然和改造自然的一般规律的,即科

《自然科学发展简史》.

《自然科学发展简史》 第四章、第五章学习辅导 第四章中国古代的科学技术 1、中国古代的实用科学与古希腊的自然哲学有哪些不同? 答:古希腊自然哲学是通过直觉和哲学的思辩,对自然现象作出了种种对后来科学发展有重要影响的猜测和解释。它既是古代的哲学,又是自然科学的一种形态。(P25)古希腊自然哲学的显著特点是它从整体上对自然现象作直观的考察,提出了许多对后来的科学发展有重要意义的猜测,成为欧洲近代自然科学产生的重要思想渊源。(P26) 中国古代的实用科学特别注重于生产实践和直接经验,注重于工艺过程、工艺方法和实践操作的效益。但是实用科学分析不足,关心效益而对原因甚少追究,知识水平常处于知其然而不知其所以然的阶段。 2、中国古代科学技术发展分为几个时期?各有何特点? 答:一、春秋战国时期。这个时期不同的思想学说纷起,大量的思想家、哲学家各持主张,到处游说,互相争辩,造成了“百家争鸣”的局面。 二、秦汉到南北朝时期。这一时期形成了我国古代实用科学技术的模式和道路,对中国后来的科学发展有重要影响。 三、唐宋时期。是中国科技发展史上的高峰。如果说唐代是许多科学技术成就的开荒时期,宋代则是结果的时期。 四、明清时期。在科学知识和技术创造方面均有所发展,相比之下在技术创造方面更为突出。但就科学形态和科学研究的方法看却和以前没有本质的不同。 3、中国古代实用科学的发展是由哪些原因促成的? 答:一、秦朝采取了一系列统一全国的措施,对科学技术的发展、传播和交流产生了深远影响。二、在汉代,由于开辟了海上和陆上的丝绸之路,增进了同各国的经济文化往来。 三、在三国、两晋和南北朝时代,各对峙政权为了巩固自己的统治,大都采取了发展生产的措施,促进了生产技术和实用科学的发展。 第五章阿拉伯科学文化的兴起与欧洲中世纪的科学技术 1、阿拉伯人在科学上独立地做出了哪些贡献? 答:数学方面:创造了阿拉伯数码,发展了代数学;

数学是自然科学最基础的学科

数学是自然科学最基础的学科,是中小学教育必不可少的的基础学科,对发展学生智力,培养学生能力,特别是在培养人的思维方面,具有其它任何一门学科都无法替代的特殊功能。我们研究中学生数学学习的心理障碍与消除的目的是:(1)便于对数学教学活动进行较为全面系统的回顾和反思,以总结经验,找准问题,发扬成绩,纠正错误;(2)把握中学生学习数学的心理状态,加强教学活动的针对性,提高数学课程教学的质量和效益;(3)试图探讨影响数学教学质量的因素及与素质教育相悖的有关问题,使数学学科价值能够在教育过程中得到充分展现和有效发挥,更好地为实施“科教兴国”战略和现代化建设服务。 一、中学生数学学习的有哪些心理障碍 中学生数学学习的心理障碍,是指影响、制约、阻碍中学生积极主动和持久有效地学习数学知识、训练创造性思维、发展智力、培养数学自学能力和自学习惯的一种心理状态,也即是中学生在数学学习过程中因“困惑”、“曲解”或“误会”而产生的一种消极心理现象。其主要表现有以下几个方面: 1、依赖心理数学教学中,学生普遍对教师存有依赖心理,缺乏学习的主动钻研和创造精神。一是期望教师对数学问题进行归纳概括并分门别类地一一讲述,突出重点难点和关键;二是期望教师提供详尽的解题示范,习惯于一步一步地模仿硬套。事实上,我们大多数数学教师也乐于此道,课前不布置学生预习教材,上课不要求学生阅读教材,课后也不布置学生复习教材,习惯于一块黑板、一道例题和演算几道练习题。长此以往,学生的钻研精神被压抑,创造潜能遭扼杀,学习的积极性和主动性逐渐丧失。在这种情况下,学生就不可能产生“学习的高峰体验”——高涨的激励情绪,也不可能在“学习中意识和感觉到自己的智慧力量,体验到创造的乐趣”。 2、急躁心理急功近利,急于求成,盲目下笔,导致解题出错。一是未弄清题意,未认真读题、审题,没弄清哪些是已知条件,哪些是未知条件,哪些是直接条件,哪些是间接条件,需要回答什么问题等;二是未进行条件选择,没对问题所需要的材料进行对比、筛选,就急于猜解题方案和盲目尝试解题;三是被题设假象蒙蔽,未能采用多层次的抽象、概括、判断和准确的逻辑推理;四是忽视对数学问题解题后的整体思考、回顾和反思,包括“该数学问题解题方案是否正确?是否最佳?是否可找出另外的方案?该方案有什么独到之处?能否推广和做到智能迁移等等”。 3、定势心理定势心理即人们分析问题、思考问题的思维定势。在较长时期的数学教学过程中,在教师习惯性教学程序影响下,学生形成一个比较稳固的习惯性思考和解答数学问题的思维格式和惯性。虽然这种解决数学问题的思维格式和思维惯性是数学知识的积累和解题经验、技能的汇聚,它有利于学生按照一定的程序思考数学问题,比较顺利地求得同类数学问题的最终答案,但另一方面这种定势思维的深化和习惯性增长又带来许多负面影响,使学生的思维向固定模式方面发展,解题适应能力提高缓慢,分析问题和解决问题的能力得不到应有的提高。 4、偏重结论偏重数学结论而忽视数学过程,这是数学教学过程中长期存在的问题。从学生方面来讲,同学间的相互交流也仅是对答案,比分数,很少见同学间有对数学问题程的深层次讨论和对解题方法的创造性研究。至于思维变式、问题变式更难见有涉及。从教师方面来讲,也存在自觉不自觉地忽视数学问题的解决过程,忽视结论的形成过程,忽视解题方

论述自然科学在人类发展中的作用

、根据自己的理解,论述自然科学在人类发展中的作用 爱因斯坦说:“科学的目的一方面是尽可能完备的理解全部感觉的经验之间的关系;另一方面,通过最小个数的原始概念和原始关系的使用来达到目的”。由此可以看出,自然科学对改变人类文明的重要性。 科技是第一生产力,科技的进步标志着生产力的进步,生产力的改变标志着社会的进步,所以科技能推动社会进步,从而改变人类的物质生活,当人类的物质生活达到一定得水平,人们才能考虑精神文化生活,进而改变人类的精神生活,那么自然科学技术是怎样改变人类精神生活的呢? 第一,自然自然科学技术推动着人类认识能力的提高。 马克思指出:“自然科学是一切知识的基础”。人类为满足生活和生产的需要,在认识自然与改造自然的长期实践中创造和积累起来的自然科学技术知识,是整个人类知识体系中最为重要的一个组成部分。人类在发展自然科学技术的同时,也锻炼了自己的认识能力,提高了自己的智力水平。自然科学和技术,都具有强大的认识功能。它们既是人类以往认识和改造自然所取得的成果,又为人类继续扩展和深化自己的认识——既包括对自然界的认识也包括对整个世界的认识——提供了新的起点和新的手段。自然科学的进步不仅意味着人类对自然界认识的起步,而且也为社会科学对社会的认识,思维科学对思维的认识提供了知识的基础和科学的方法。现代自然科学的知识和方法,正在越来越广泛地渗透到自然科学以外的各门科学中,并在这些科学领域获得了日益重要和卓有成效的应用。技术的进步不仅为人类认识和改造自然提供了更加有力的工具,而且也为一切科学认识的发展提供了越来越强大的研究手段。正是这些技术手段以其日益增强的信息获取,传递和处理功能,在越来越大的程度上使人类的感官和大脑得以延长,使人类的认识能力终于突破自身生理条件的局限得以不断提高和扩大,从而推进了整个人类认识的发展。 第二,自然自然科学技术推动着哲学观念的变革和思维方式的进步。 哲学作为时代精神的精华必然把当代的自然科学成就荟萃于其中,每个时代的哲学观念在很大程度上是有那个时代的自然科学发展水平所决定的。恩格斯说过:“随着自然科学领域中每一个划时代的发现,唯物主义必然要改变自己的形式。”历史上唯物主义哲学的三种发展形态,即古代朴素唯物主义、17—18世纪形而上学的唯物主义以及19世纪中叶诞生的辩证唯物主义,都与当时自然科学的发展水平有着极为密切的联系。现代自然科学的一系列新发现和新突破,一方面更加深刻地揭示出自然界的物质本性和辩证性质,为辩证唯物主义确证提供了一系列新的哲学问题和新的科学材料,为辩证唯物主义的丰富和发展提供了更加广阔的前景和更加牢固的科学基石。宗教迷信和唯心主义哲学也与自然科学的发展水平有关,它们是人们对自然界认识不足的一种反面表现,是基于这种认识不足而发生的惶恐和迷乱。自然科学在其发展的不同阶段上造就了不同的思维方式,并给整个时代的人类认识打上深刻的烙印。在现代自然科学技术发展中形成的系统思维方式就已成为当代人类思维的重要特征之一,它为人们对各种问题的认识提供了一种新的思考模式。 第三,自然自然科学技术使人们的思想和智力水平得到了普遍的提高。 自然科学不仅是一种解释世界的理论,而且也是一种认识世界和改造世界的思想方法。伴随着自然科学技术的发展,人们的思想和智力水平得到了普遍的提高。一方面,自然科学理论

数学与其他科学

数学与其他科学 太阳系中的行星之一——海王星是在1846年在数学计算的基础上发现的。1781年发现了天王星后,观察它的运行轨道,总是和预测的结果有相当的差距。是万有引力定律不正确呢?还是有其它原因呢?有人怀疑在它的周围有另一颗行星存在,影响了它的运行轨道。1844年英国的亚当斯(1819——1892)利用万有引力定律和对天王星观察的数据,推算这颗未知的行星的轨道,花了很长时间计算出这颗未知行星的位置,以及它出现在天空的方位。亚当斯于1845年9月——10月把它的结果分别寄给了剑桥大学天文台台长查理士和英国格林尼治天文台台长艾里,但是,查理士和艾里迷信权威,把他的结果束之高阁,不予理睬。1845年法国一个青年天文学家、数学家勒维烈(1811——1877)经过一年多的计算,于1846年9月写了一封信给德国柏林天文台助理员加勒(1812——1910)。信中说:“请你把望远镜对准黄道上的宝瓶座,就是经度三百二十六度的地方,那时你将在那个地方一度之内,见到一颗九等亮度的星”。加勒按勒维烈所指的方位进行了观察,果然在离指出的位置相差不到一度的地方找到了一颗在星图上没有的星——海王星。海王星的发现不仅是力学和天文学特别是哥白尼日心说的胜利,也是数学的伟大胜利。 这样的例子还很多。如1801年谷神星的发现,意大利天文学家皮亚齐(1746——1826)只记下了这颗小行星沿9度弧的运动,这颗星就又躲藏了起来,皮亚齐和其他天文学家都没有办法求得。德国二十四岁的高斯根据观察的数据进行了计算,求得了这颗小行星的轨道。天文学家在这一年的十二月七日在高斯预先指出的地方又重新发现了谷神星。 已过去的百年中,最伟大的科学创造是电磁学理论、相对论和量子理论,它们都广泛地运用了现代数学。我们在这里先讨论电磁理论,因为我们大家都很熟悉其应用。在19世纪前半叶,一部分物理学家和数学家对电学和磁学投入了大量研究,但却只有少数几个关于这两种现象特性的数学定律问世,19世纪60年代,麦克斯韦将这些定律汇集起来并研究其一致性。他发现,为了满足数学上的一致性,必需增加一个关于位移电流的方程。对于这一项他所能找到的物理意义是:从一个电源(粗略地说是一根载有电流的导线)出发,电磁场或电磁波将向空间传播。这种电磁波可以有各种不同的频率,其中包括我们现在可以通过收音机、电视机接收的频率以及X射线、可见光、红外线和紫外线。这样,麦克斯韦就通过纯粹的数学上的考虑预言了当时还属未知的大量现象的存在,并且正确地推断出光是一种电磁现象。尤为值得注意的是我们对什么是电磁波并无丝毫的物理认识,只有数学断言它的存在,而且只有数学才使工程师们创造了收音机和电视机的奇迹。 同样的观察也被运用于各种原子与核现象。数学家和理论物理学家谈到场——引力场,电磁场,电子场等等——就好像它们都是实际的波,可以在空间传播,并有点像水波不断拍击船舶和堤岸那样发挥着作用。但这些场都是虚构的,我们对其物理本质一无所知,它们与那些可直接或间接感觉到或是看得见的事物,例如光、声、物体的运动,以及现在很熟悉的收音机和电视只是隐约地有些关系。贝克莱曾把导数描述为消失的量的鬼魂,现代物理理论则是物质的鬼魂。但是,通过用数学上的公式表示这些在现实中没有明显对应物的虚构的场,以及通过推导这些定律的结果,我们可以得到结论,而当我们用物理术语恰当地解释这些结论时,它们又可以用感性知觉来校验。 赫兹(Heinrich Hertz) 这位伟大的物理学家,第一个用实验证实了麦克斯韦关于电磁波能在空间传播的预言。他为数学的力量所震惊而不能抑制自己的热情,“我们无一例外地感受到数学公式自身能够独立存在并且极富才智,感受到它们的智慧超过我们,甚至超过那些发现它的人,从中我们得到的东西比我们开始放进去的多得多”。 1930年英国物理学家荻拉克,利用数学推理及计算预言存在正电子。1932年美国物理学家安德逊在试验中证实了这一点。 20世纪最大的科学成就莫过于爱因斯坦的狭义和广义相对论了,但是如果没有黎曼于1854年发明的黎曼几何,以及凯莱,西勒维斯特和诺特等数学家发展的不变量理论,爱因斯坦的广义相对论和引力理论就不可能有如此完善的数学表述。爱因斯坦自己也不止一次地说过这一点。例如,1912年夏,他已经概括出新的引力理论的基本物理原理,但是为了实现广义相对论的目标,还必须寻求理论的数学结构,爱因斯坦为此花了3年的时间,最后,在数学家M·格拉斯曼的介绍下掌握了发展相对论引力学说所必需的数学工具——以黎曼几何为基础的绝对微分学,也就是爱因斯坦后来所称的张量分析。在1915年11月25日发表的一篇论文中,爱因斯坦终于导出了广义协变的引力场方程,在该文中他说:“由于这组方程,广义相对论作为一种逻辑结构终于大功告成!”广义相对论的数学表达第一次揭示了非欧几何的现实意义,成为历史上数学应用最伟大的例子之一。他还说过“事实上,我是通过她(诺特)才能在这一领域内有所作为的。” 非欧几里德几何是从欧几里德时代起的几千年来,人们想要证明平行公理的企图中,也就是说,从一个只有纯粹数学趣味的问题中产生的。罗巴切夫斯基创立了这门新的几何学,他自己谨慎地称之为“想象的”,因为还不能指出它的现实意义,虽然他相信是会找到这种现实意义的。他的几何学的许多结论对大多数人来说非但不是“想象的”,而且简直是不可想象和荒涎的。可是无论如何罗巴切夫斯基的思想为几何学的新发展以及各种不同的非欧几里德空间的理论的建立打下了基础;后来这些思想成为广义相对论的基础之一,并且四维空间非欧几里德几何的一种形式成了广义相对论的数学工具。于是,至少看来是不可理解的抽象数学体系成了一个最重要的物理理论发展的有力工具。同样地,在原子现象的近代理论中,在所谓量子力学中,实际上都运用着许多高度抽象的数学概念和理论,比如,无限维空间的概念等等。 如果没有凯莱在1858年发展的矩阵数学及其后继者的进一步发展,海森伯和狄拉克就无法开创现代物理学量子力学方面的革命性工作。狄拉克甚至说,创建物理理论时,“不要相信所有的物理概念”,但是要“相信数学方案,甚至表面上看去,它与物理学并无联系。”

自然科学发展简史复习题及参考答案

第一章自然科学知识与科学技术的起源 一填空题 1.在大约30多亿年前,地球上出现了最早的生物,即原核细胞的菌藻类. 2.直到19世纪初,法国生物家拉马克发表了<动物哲理>一书,提出了”人类起源于某种古猿”的观点. 3,英国生物学家达尔文于1859年出版的<物种起源>一书,提出了生物进化的观点. 4,原上猿,埃及猿,森林猿,是人类的共同祖先. 5,恩格斯认为,人与动物的根本区别在于劳动,并认为人类的进化过程中,经过了三个依次递进的阶段,即攀树的猿群,正在形成中的人和完全形成的人. 6,我国的人类学者一般将完全形成的人分为早期猿人,晚期猿人,早期智人,晚期智人四个阶段. 7,人类学家将现代人种分为三类,即欧罗巴种(白种),蒙古利亚种(黄种),尼格罗种(黑种). 8,人类最早使用的工具是石器.考古学家根据石器的制造技术的发展和演进情况,将石器时代分为旧石器,中石器,新石器三个时代. 9,火的利用和人工取火是原始时代的又一个伟大的技术创造. 10,制技术的出现,是原始手工业诞生的标志. 11,在旧石器时代晚期,产生了原始最初的形态之一的图腾崇拜. 12,考古学一般将金属器时代分为金石并用时代,青铜时代,铁器时代三个阶段. 二、简答题 1、原始社会主要的技术发明有哪些?有何意义? 原始社会主要的技术发明有:⑴石器的发明和应用;⑵火的利用和人工取火;⑶弓箭的发明和应用; ⑷器制造技术;⑸原始农业和畜牧业的产生等。除此以外,大约在新石器以前,还出现了最初的纺织工艺、最初的建筑工艺、最初的运输技术、原始的医疗技术。 原始技术发明的意义:原始技术发明是原始人类在漫长的岁月里取得的具有划时代意义的技术创造,在一定程度上满足了衣、食、住、行的原始需要。人类开始了能动地改造自然,在改造客观世界的过程中也改造了人类本身,发展了人类的聪明才智,人类开始逐步认识自然物的属性。 2、原始产生的原因及其实质? 原始产生的原因:是人类对自然界和现实社会的一种歪曲的、错误的、虚幻的反映。而原始则是原始人类在同大自然斗争处于弱者地位和自然知识不足在意识形态上的表现。只有在人类的智力有所进步并有了初步的抽象思维能力以后,才会有原始观念的出现。 原始实质:原始是原始人对无法解释的自然现象的一种解释。它既是自然知识不足的表现,又是自然知识的一种补充,甚至是自然知识的一种特殊形态。原始人对自然事物属性的某些认识,也是通过当时的自然观来表达的。 第二章古代的科学技术

自然科技常识

第二节人体的营养 1、食物中的营养物质 热能蛋白质:构成人体细胞的基本物质,为人体的生理活动提供能量;糖类:人体最重要的供能物质,也是构成细胞的成分; 热能脂肪:供能物质,单位质量释放能量最多;但一般情况下,脂肪作为备用的能源物质,贮存在体内; 维生素:不参与构成人体细胞,也不提供能量,含量少,对人体生命活动起调节作用; 维生素作用缺乏症 维生素 A 促进人体正常的发育,增强抵抗能力,维持人的正常视觉。皮肤粗糙,夜盲症 维生素B1 维持人体正常的新陈代谢和神经系统的正常生理功能。神经炎,脚气病 维生素 C 维持正常的新陈代谢,维持骨骼、肌肉和血管的正常生理作用,增强抵抗力。坏血病,抵抗力下降 维生素D 促进钙、磷吸收和骨骼发育。佝偻病(如鸡胸、X形或O形腿等)、骨质疏松症 水:约占体重的60%~70%,细胞的主要组成成分,人体的各种生理活动都离不开水。 无机盐:构成人体组织的重要材料,如:钙、磷(构成骨骼和牙齿)、铁(构成血红蛋白) 2、消化和吸收

(1)消化系统的组成 消化道:口腔→咽→食道→胃→小肠→大肠→肛门 (食物的通道) 消化腺:唾液腺、胃腺、肝脏、胰腺、肠腺 (分泌消化液,肝脏是人体最大的消化腺,分泌胆汁,参与脂肪消化)(2)小肠的结构特点: 小肠是消化食物和吸收营养物质的主要场所。 肠壁构造(由内向外):黏膜、黏膜下层、肌肉层、浆膜 小肠适于消化、吸收的特点: ①最长; ②内表面具有皱襞和小肠绒毛(大大增加了消化和吸收的面积); ③小肠绒毛内有毛细血管、毛细淋巴管,绒毛壁和毛细血管、毛细淋巴管的管壁都很薄,只由一层上皮细胞构成,这种结构有利于吸收营养物质; ④有各种消化液。 (3)食物的消化:在消化道内将食物分解成为可以吸收的成分的过程。物理性消化:牙齿的咀嚼、舌的搅拌和胃、肠的蠕动,将食物磨碎、搅拌,并与消化液混合。 化学性消化:通过各种消化酶的作用,使食物中各种成分分解为可以吸收的营养物质。 淀粉的消化(口腔、小肠):淀粉→麦芽糖→葡萄糖 蛋白质的消化(胃、小肠):蛋白质→氨基酸 脂肪的消化(小肠):脂肪→脂肪小微粒→甘油+脂肪酸

学习自然科学史的心得体会

学习自然科学史的心得体会 在大一刚开学的这个学期我选修课,我选择了自然课科学史这门课程,其实在我刚看到这门课程时我就贴别喜欢它,我就没有考虑就选择了它,无论它有多少学分,我都愿意去学它,我觉得这远远不能用分数来衡量的。事实也证明我的选择也是正确的,在这门课程中我也学会了许多关于古代近代的科学成果及科学的无限努力,学会了他们对科学事业的无限的追求的精神,他们像一部记录片,又是一本科学杂志内容丰富,涵盖广泛,在学习任务不算繁重的情况下,这门课程带我穿越一个又一个时代,认识了一个又一个伟人,学习这门课程的确是一种精神享受。自然科学史不仅是改造世界的潜在力量也是人类精神世界不断丰富和发展的宝贵资源。自然科学发展的历史是人类文明史的发展主线,是自然科学上的教育基石,它蕴含着巨大的教育价值是有待开发的教育资源自然发展史是研究自然科学发展过程及规律的科学,它根据历史的事实通过科学发展历史过程及其规律的科学过程来总结分析,科学发展的历史经验并揭示其规律,在漫长的自然科学发展史上,近代从出现了三次严重的危机,并由此带来了三次重大突破,从而推动了自然课科学向前进一步发展。 自然科学是研究无机自然世界和包括人得生物属性在内的有机自然地各门科学的总称。认识的对象时整个自然界,即自然界物质的各类另行状态属性及运动形式。认识的在于揭示自然界发生的过程的实质,进而把握这些现象和过程的实质,进而把握这些现象和过程的规律性,以便解读它们,并预见新的现象和过程为在社会实践中合理而有目的地利用自然的规律开辟各种可能的途径。自然科学的根本目的在于寻找自然现象的来因。 首先讲了关于我国古代的自然科学知识。在古代科学知识中着重讲了物理和医学的知识,在物理学中,我了解到了我国古代的力学磁学和光学的发展。在当时的艰苦条件下古代的科学家们无论在多艰苦的条件下任然创造了那么显著的成就真让我佩服,对于那时医学更可谓先进那时的先进医学发展到一直沿用于现在。 接着我学到了关于世界各种各国的自然科学在近代自然科学史主要是以文学领域的革命为开端的,天文学是一门最古老的科学在西方,通过毕达哥拉斯柏拉图托勒密等人的研究,一提出几种不同的理论体系,成为一门最具理论色彩的理论模型最多的一门科学。 同时天文学于人们的生产与生活密切相关,人们种地因靠天,畜牧靠天,航海靠天,观测时间也要靠天,这就必然会推动天文学的发展。天文学在当时是一门十分敏感的学科,在天文学的领域中两种宇宙观新旧思想斗争十分激烈。特别是到了中世纪后期天主教会的阻挠,但是当时大科学家并没有因此而停止对科学的追求,并且促进了科学的进一步发展,在文艺复兴时期蓬勃发展

由自然辩证法看科学技术的双刃剑效应

由自然辩证法看科学技术的双刃剑效应 姓名:张杨学号:139310003 [导语]自然辩证法是马克思主义的自然观和自然科学观。体现马克思主义哲学的世界观、认识论、方法论的统一,构成马克思主义哲学的一个组成部分。恩格斯的《自然辩证法》所开创的研究领域。自然界本身的辩证法是通过自然科学和技术的发展日益被揭示出来的,两个方面的研究密切相联,不可分割。 自人类进入近代社会以来,已先后有过三次科技革命,每一次均极大地推动了社会的进步和发展,但是由于科技功能所存在的内在矛盾,科学技术的确是一把双刃剑,每一项科技成果的诞生在推动人类文明进步的同时,也必然产生难以预料的负面影响。随着科技的不断发展,这一问题已经为人们公认,并引起了不仅仅是科学界的深入探讨和关注。[关键词]科学技术、科学、规律、自然辨证法、人类社会、双刃剑效应 前言 科学技术、科学、技术三者并非是一个统一的概念,什么是科学技术?科学技术就是利用“有关研究客观事物存在及其相关规律的学说”能为自己所用,为大家所用的知识;科学即反映自然、社会、思维等的客观规律的分科知识体系;技术是泛指根据生产实践经验和自然科学原理而发展成的各种工艺操作方法与技能。所以,讲科学和科学技术要有针对性,否则科学和科学技术的概念就容易混淆。 马克思主义认为,科学技术作为一种在人类社会历史上起推动作用的革命力量,是生产力的重要构成要素。它一经渗透到生产力的各种实体性要素中去,就会转化为直接的现实的生产力,从而大大推进社会生产的发展和经济的增长。现代科技的发展及其愈来愈大的革命性作用进一步印证了上述观点。正是在此基础上,邓小平通过对当代社会生产力发展规律的科学认识和时代特征的准确把握,在马克思主义发展史上第一次提出了“科学技术是第一生产力”的科学论断。他在1988年9月会见外国客人时指出:“马克思说过,科学技术是生产力,事实证明这话讲得很对。依我看,科学技术是第一生产力。” 而自然辩证法是研究自然界和科学技术发展一般规律、人类认识自然和改造自然一般方法、以及科学技术在社会发展中的作用的科学,它是马克思主义哲学的重要组成部分,是对于人类认识自然和改造自然的成果与活动进行哲学概括与总结的产物。自然界发展和科学技术发展的一般规律、人类认识和改造自然的一般方法以及科学技术在社会发展中的作用,是一门自然科学、社会科学与思维科学相交叉的哲学性质的学科。它从自然观、认识论、方法论与价值论方面,研究科学技术及其与社会的关系,是科学技术研究的思想理论基础。它的发展同自然科学技术的发展紧密联系着,20世纪以来自然科学技术的突飞猛进,极大地扩大和加深了人类对自然界的认识,远远超出了19世纪自然科学的眼界。20

数学与自然科学类课程.pdf

第3章数学与自然科学类课程 3.1 高 等 数 学 《华盛顿协议》指出,复杂工程问题需要进行工程原理的深入分析,构建合适的抽象模型,并使用综合的方法才能求解。在新形势下,为了提高教学质量以达到工程教育国际标准,应大力推进“新工科”教育工作。本科工程教育的目标就是培养学生解决复杂工程问题的能力,因此,要求学生应同时具备数学与自然科学基础理论和计算机程序设计的综合能力,最终达到《工程教育认证标准》所给出的要求。 “高等数学”课程又名“微积分”,主要讨论连续时间动态系统建模方法,是一门理论性很强的课程。作为面向计算机类专业解决复杂工程问题能力培养的数学与自然科学类课程,“高等数学”的教学内容符合《华盛顿协议》关于复杂工程问题的基本特征,其教学目标支撑《工程教育认证标准》所给出的毕业要求1~4和12。本课程以能力培养为导向,按照培养计算机专业的工程类人才的需要规划教学环节和学生能力评价,总学时162,分两个学期讲授,第一学期可讲授3.1.3节的前6个部分,第二学期可讲授3.1.3节的后6个部分。面向其他类型学生培养时可根据本大纲要求对教学环节和考核要求进行适当调整。 3.1.1 课程简介 “高等数学”是计算机类专业学科基础课程之一,它是数学的一个较大的分支,研究连续时间动态系统建模的方法及理论,是解决复杂工程问题的重要理论基础。其主要内容是学习处理连续时间动态系统的微分和积分方法,内容广泛且理论性很强。通过学习本课程,使学生掌握处理连续时间动态系统中科学和工程问题的理论、方法和技能,提升其解决复杂工程问题的能力。 数学理论与工程技术紧密相关,以各种形式应用于工程领域。在求解工程问题时所构建的各种抽象数学模型中,连续时间动态系统是最常见的。高等数学是研究借助函数极限以讨论系统随连续时间变化的微积分理论及其求解方法的课程。本课程以函数为研究对象,要求学生掌握函数、函数的极限、函数的微分和函数的积分等重要概念、基本理论和基本计算方法。通过本课程内容的学习,要求学生学会处理连续时间动态系统的建模方法,逐步培养学生抽象思维能力、严密的逻辑思维能力、空间想象能力、准确的运算能力和综合运用所学知识分析和解决复杂工程问题的能力。 3.1.2 课程地位和教学目标 1. 课程地位 本课程是计算机类专业必修的基础课程,属于数学与自然科学类课程。本课程的学习 ·23·

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