[2021秋期]国开电大专科《自然科学基础》网上考试大作业试题及答案

2021秋期国开电大专科《自然科学基础》网上考试大作业试题及答案谈自己对科学的认识自然科学发展史是研究自然科学发展过程及其规律的科学。它依据历史事实，通过对科学发展历史过程的分析来总结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，近代曾出现了三次严重的危机，并由此也带来了三次重大的突破，从而推动自然科学向前进一步发展。近代自然科学是以天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、喜帕恰斯、托勒密等人的研究，已经提出了几种不同的理论体系，成为一门最具理论色彩，又是提出理论模型最多的一门学科。同时，天文学与人们的生产和生活密切相关，人们种田靠天、畜牧靠天、航海靠天、观测时间也靠天，这就必然会有力推动天文学的发展。然而，天文学在当时又是一门十分敏感的学科。在天文学领域，两种宇宙观，新旧思想的斗争十分激烈。特别是到了中世纪后期，天主教会还别有用心地为托勒密的地心说披上了一层神密的面纱。硬说地球处于宇宙中心，证明了上帝的智慧，上帝把人派到地上来统治万物，就一定让人类的住所?地球处于宇宙中心。这种荒唐说法被当作权威加以崇信之后，托勒密的学说就成为不可怀疑的结果而严重阻碍着天文科学的进步。然而，地心说基础上产生的儒略历在325年被确定为基督教的历法后，它的微小误差经过长时间的积累已经到了不可忽视的地步，同观测资料大相径庭。葡萄牙一位亲王的船长曾 说:“尽管我们对有名的托勒密十分敬仰，但我们发现，事事都和他说的相反。”托勒密体系的错误日益暴露，人们急需建立新的理论体系。当时，文艺复兴正蓬勃开展，它不仅大大解放了人们的思想，同时也推动了近代自然科学的产生。波兰天文学家哥白尼适应时代要求，他从1506年开始，在弗洛恩堡一所教堂的阁楼上对天象仔细观察了30年，从而创立了一种天文学的新理论--日心说。1543年，哥白尼公开发表《天体运行论》，这是近代自然科学诞生的主要标志。日心说的提出恢复了地球普通行星的本来面貌，猛烈地震撼了科学界和思想界，动摇了封建神学的理论基础，是天文学发展史上一个重要的里程碑。这一时期，自然科学的发展成就辉煌，取得了一系列重大成果。但从宏观上看，科学发展是落在生产技术的后面。例如，钟表在实践中已广泛应用，但人们并不懂得由哪些因素决定着钟表运动的周期；在战争发射了无数的子弹和炮弹，却搞不清怎样才能把弹道计算出来，命中率如何提高。从微观上看，古典力学的发展比较完善。在天体力学中，开普勒发现了行星运动的三大定律（椭圆定律、面积定律、周期定律）；1632年，伽利略发现了自由落体定律；1687年，牛顿发表《自然哲学的数学原理》，系统论述了牛顿力学三定律（惯性定律、作用力反作用力定律、加速度定律）和万有引力定律。这些定律构成一个统一的体系，把天上的和地上的物体运动概括在一个理论之中。这是人类认识史上对自然规律的第一次理论性的概括和综合。但这一时期其他学科还很落后，主要是在收集材料，积累经验，进行分门别类的初步整理。例如，18世纪，瑞典生物学家林耐就曾致力于对植物的分类，他写了《自然系统》一书，使杂乱无章的关于植物方面的知识形成了完整的系统。在化学 领域，英国科学家波义耳把严密的实验方法引入化学，他被称为近代化学的创始人。德国科学家斯塔尔提提出燃素说来解释化学反应，燃素说作为化学的理论成果统治了化学界近100年。科学的发展不是凭空进行，而是必须以已有的科学成果为发展的起点。当时已有的天文学数学知识为力学的发展创造了前提，而力学发展较完善的状况又促成了哲学史上机械自然观的形成。因为，从人的认识规律来看，人类对客观事物的认识总是从认识简单事物进而深化认识复杂事物的，认识机械运动是科学认识的第一任务。在科学认识第一阶段，暂时把事物看成彼此无关的固定不变的东西进行研究是可以理解的，一旦科学家们把一切高级复杂运动都简单类比为机械运动，并且把力学中的外力照搬过来，就变成了否认事物内部矛盾的机械外因论。他们认为，自然界绝对不变，自然界只是在空间上扩张，展现其多样性，而在时间上没有变化，没有发展的历史。不变的行星一定始终不变地绕着不变的太阳运行，由于它不承认物质的发展，不能回答自然界的一切从何而来，最后只能搬用神的创造力来解释，自然科学又回到了神学之中。1755年，德国著名哲学家康德出版了《宇宙发展史概论》，书中提出了著名的星云假说。康德的星云假说能较好解释太阳系的某些现象。他认为，太阳系以及一切恒星都是由原始星云在引力和斥力的作用下逐渐聚集而成的。宇宙中的万事万物有生有死，而发展是永无止境的。恩格斯1875年为《自然辩证法》写的一篇导言中，给予康德的星云假说极高的评价。说它“包含着一切继续前进的起点。”因为既然地球是随着太阳系的形成而逐渐形成和发展起来的，那么，地球上的万物山川、动物 和植物，自然也有它逐渐形成和发展的历史。“如果立即沿着这个方向坚决地继续研究下去，那么，自然科学现在就会进步得多。”康德的星云假说有力冲击了形而上学的机械自然观，是继哥白尼天文学革命后的又一次科学革命。18世纪60年代，英国开始了工业革命，这也是近代以来的第一次技术革命。不过，在第一次工业革命期间，许多技术发明大都来源于工匠的实践经验，科学和技术尚未真正结合。总之，在18世纪中叶以前，自然科学研究主要是运用观察、实验、分析、归纳等经验方法达到记录、分类，积累现象知识的目的。在18世纪中叶以后，由于启蒙运动的发展，“自然科学便走进了理论的领域而在这里经验的方法就不中用了，在这里只有理性思维才能有所帮助。”理性思维就是对感性材料进行抽象和概括，建立概念，并运用概念进行判断和推理，提出科学假说，进而建立理论或理论体系。19世纪道尔顿的原子论，阿佛加德罗的分子学说，门捷列夫的元素周期律以及康德的星云假说开始都是以假说形式出现的。不过，康德的星云假说一开始没有得到人们的重视，直到19世纪，由于自然科学不断揭示出自然过程的辨证性质，才最终在哲学领域敲响了形而上学的丧钟。19世纪是科学时代的开始。在天文学领域，科学家们开始论及太阳系的起源和演化。在地质学领域，英国的地质学家赖尔提出地质渐变理论。在生物学领域，细胞学说、生物进化论，孟德尔的遗传规律相继被发现。在化学领域，原子-分子论被科学肯定；拉瓦锡推翻了燃素说，并成为发现质量守恒定律的第一人；1869年，俄国化学家门捷列夫发表了元素周期律的图表和《元素属性和原子量的关系》的论文。在文中，门捷列夫预言了十一种未知元素的存在，并在以后被一一证实。十九世纪 最重大的科学成就是电磁学理论的建立和发展。在19世纪之前，人们基本上认为电与磁是两种不同现象，但人们也发现两者之间可能会存在某种联系，因为水手们不止一次看到，打雷时罗盘上的磁针会发生偏转。1820年7月，丹麦教授奥斯特通过实验证实了电与磁的相互作用，他指出磁针的指向同电流的方向有关。这说明自然界除了沿物体中心线起作用的力以外，还存在着旋转力，而这种旋转力是牛顿力学所无法解释的，这样，一门新学科电磁学诞生了。奥斯特的发现震动了物理学界，科学家们纷纷做各种实验，力求搞清电与磁的关系。法国的安培提出了电动力学理论。英国化学家、物理学法拉第1831年总结出电磁感应定律,1845年他还发现了“磁光效应”，播下了电、磁、光统一理论的种子。但法拉弟的学说都是用直观的形式表达的，缺少精确的数学语言。后来，英国物理学家麦克斯韦克服了这一缺点，他于1865年根据库仑定律、安培力公式、电磁感应定律等经验规律，运用矢量分析的数学手段，提出了真空中的电磁场方程。以后，麦克斯韦又推导出电磁场的波动方程，还从波动方程中推论出电磁波的传播速度刚好等于光速，并预言光也是一种电磁波。这就把电、磁、光统一起来了，这是继牛顿力学以后又一次对自然规律的理论性概括和综合。1888年，德国科学家赫兹证实了麦克斯韦电磁波的存在。利用赫兹的发现，意大利物理学家马可尼、俄国的波波夫先后分别实现了无线电的传播和接受，使有线电报逐渐发展成为无线电通讯。所有这些电器设备都需要大量的电，这远远不是微弱的电池所能提供的。1866年，第一台自激式发电机问世使电流强度大大提高。70 年代，欧洲开始进入电力时代。80年代还建成了中心发电站，并解决了远距离输电问题。电力的广泛应用是继蒸汽机之后近代史上的第二次科技革命。电磁学的发展为这次科技革命提供了重要的理论准备。由于自然科学的新发现被迅速应用于生产，第二次工业革命在欧美国家蓬勃兴起。19世纪，自然科学在多个领域取得了辉煌的成就。物理学中一切基本问题在牛顿力学的基础上都已基本上得到解决，科学家们给牛顿力学本来解释不了的电磁现象虚构了一个物质承担者--以太。把电磁现象归结为以太的机械运动，他们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禁止的以太这两种物质始原。正当古典物理学达到顶峰，人们陶醉于“尽善尽美”的境界时，却出人意料发生了一系列震惊整个物理学界的重大事件。首先是迈克耳逊和莫雷为了寻找地球相对于绝对静止的以太运动进行了著名的以太漂移实验，但实验结果却同古典理论的预测相反；在对比热和热辐射的研究中又出现了“紫外灾难”等古典理论不可克服的矛盾。古典物理学再次受到严重的挑战，第三次面临重大的危机。十九世纪未，德国物理学家伦琴发现了一种能穿透金属板使底片感光的X射线。不久，贝克勒尔发现了放射性现象。居里夫妇受贝克勒尔启发，发现了钋、镭的放射性，并在艰苦的条件下提炼出辐射强度比铀强200万倍的镭元素。1897年，汤姆生发现了电子，打破了原子不可分的传统观念，电子和元素放射性的发现，打开了原子的大门，使人们的认识得以深入到原子的内部，这就为量子论的创立奠定了基础。量子论是反映微观粒子结构及其运动规律的科学。与此同时，在对电磁效应和时空关系的研究中相对论产生了。相对论将力学和电磁学理论以及时间、空间和物 质的运动联系了起来。这是继牛顿力学、麦克斯韦电磁学以后的又一次物理学史上的大综合。量子论和相对论是现代物理学的两大支柱，是促成20世纪科学技术飞跃发展的理论基础。20世纪四五十年代，第三次科技革命兴起。电子计算机的发明和应用是科技发展史上一项划时代的成就。蒸汽时代和电气时代的技术发明大都是延长人的四肢与感官功能，解放人的体力，而电子计算机却是延长了人的脑的功能。它开始替代人的部分脑力劳动，在一定程度上物化并放大了人类的智力，极大地增强了人类认识和改造世界的能力，现在更是广泛渗透和影响到人类社会的各个领域。当今时代，科技的发展日新月异，群体化、社会化、高速化的趋势和特征异常明显，我们随时可能面临新的危机，新的挑战，只要我们不断开拓、不断创新，科学的明天一定会更加美好。我对科学的简单理解现代科学在我们的社会生活中发挥着越来越重要的作用，正在极大地改变我们的生活方式和思维方式，并促进社会的进步和发展。可是我们对科学的理解却未必很深入、很恰当。什么是科学，从科学发展历史中我们可以得到这样一些认识。科学有丰富的内涵，首先，就其表现样态来说，它是一种知识体系，人们以科学的研究方法所获得的对自然及社会现象的系统化的理论体系；其次，就其发展过程来说，科学是一种活动体系，即科学是人类认识自然探求真理性的研究活动；再次，就其社会存在方式来说，科学是一种社会建制，即科学是具有独特气质的社会机构。科学具有客观性，理性，可检验性，逻辑自洽性和开放性等特征。科学方法有逻辑思维方法，如 分析与综合，归纳和演绎，公理化方法和类比方法，非逻辑思维方法有形象思维和直觉思维。科学精神是指由科学性质所决定并贯穿于科学活动之中的基本的精神状态和思维方式，是体现在科学知识中的思想或理念。对于科学精神向来有各种不同的理解。一般认为追求认识的真理性，坚持认识的客观性和辩证性，是科学精神的首要特征。科学精神包括求实精神、创新精神、怀疑精神、宽容精神等几个方面。其中最主要的是求实与创新。今天占支配地位的是近代科学，更准确说是近代西方科学。他是由希腊的理性科学发展而来的。希腊哲学是希腊科学传统的第一个样本，它其中的自然哲学正是近代自然科学的直接先驱。希腊的哲学是爱智的意思，爱智又意味着什么呢？爱智不是一般的学习知识，而是摆脱实际的需要、探求那种非功利的“超越”的知识，一句话，“爱智”就是与世界建立一种“自由”的关系。亚里士多德的《形而上学》中有大量关于科学作为一种自由的探求的论述。他提到“既不提供快乐、也不以满足必需为目的的科学”，提到“为知识自身而求取知识”，提到“为了知而追求知识，并不以某种实用为目的”，最后他说：“显然，我们追求它并不是为了其他效用，正如我们把一个为自己、并不为他人而存在的人称为自由人一样，在各种科学中唯有这种科学才是自由的，只有它才仅是为了自身而存在。”一种思想或者一种理论能够在逻辑上完美地构成一个体系，那它本身的正确性不言自明，并且具有至高无上的价值，它就是科学的。科学本身就是价值，不需要给我们带来什么实际的功利。内在性、纯粹性和批判性是希腊理性科学的基本特征。这样一种为学术而学术，为科学而科学，自 由的追求，这样一种精神，并不是每个民族每个文明都有的。现代思想家普遍意识到，近代欧洲的科学之所以能够出现，与中世纪的经院哲学吸收和综合了希腊的科学精神有关系。近代西方科学是在近代欧洲诞生的一种科学类型，它重视数学的运用，重视实验，也称为实验科学、实证科学。由于近代西方科学在今天影响最大，人们往往把“科学”等同于它，往往用它的标准作为科学的标准。我们经常说一门真正的科学应该有两个要素，一个就是数学，必须是可以数学化的，量化的，可以进行计算的，可以预测，因而可以控制，第二个是实验，它必须能够诉诸实验。这种说法描述的就是近代西方科学的特征。近代科学现在是主流科学，我们理解人也好，理解万事万物，有机的无机的，有生命的无生命的，我们都会认为一种科学的方式就是通过实验来进行的研究，如果没有经过实验的处理，被认为是不可靠的，不牢靠的，总而言之，是不“科学”的。现在所谓的实验科学，并不简单是你去观察去求证的问题，牵扯到实验设计、实验预测以及实验数据的可重复性等等，在现代的实验科学背后，它隐含着一套数理结构，所以全面地来讲，近代西方的科学应该叫数理实验科学，但是数理实验传统是近代科学的主流，也是当今我们能够接受为真正科学的一个标准。以这个“科学”标准来看，应该说中国古代是没有科学的，严格说来西方的古代也没有科学，只有近代才诞生出这么一个数学加实验的数理实验科学。但是我们需要注意到，西方近代科学确实有它自己的来源和先驱者，这里面特别需要提到的就是希腊人所开创的“理性科学”，近代科学中的“数理”成分，就是直接得自希腊人的这个“理性科学”传统。 近代西方科学，我们从考察两个重要的人物进入对近代科学的讨论，一个是英国的弗朗西斯培根，一个是法国的笛卡尔。培根有一句名言叫做“知识就是力量”，他是近代科学的一个预言者和设计师，他强调近代科学必须用来增进人类的物质财富，所以他谈到知识就是力量的时候，已经指明了近代科学的发展道路。培根科学代表着一种新型的科学形象，就是力量型的科学，科学技术必须转化为生产力，必须转化为一种巨大的力量。另外一种科学的形象可以由笛卡尔来标志，他也有一句名言，叫做“我思固我在”。这句话听起来似乎比较深奥，但却指出了近代人的精神世界所发生的一个重要转型。首先，它表明了现代是一个以人类为中心的时代。“我思”成了这个时代一个基本的价值原点，从此以后，世界上万事万物的价值判定都要按照“我”来进行判定，它是否存在，它以什么方式存在，它存在的价值如何，必须以“我”为依据，这个“我”当然不是笛卡尔本人了。这是一个大写的我，是主体，因此，笛卡尔宣告了一个主体时代的方来。再者，“我思”的这个“思”表达了对希腊理性科学的一种继承，笛卡尔像希腊人一样认为，我们的世界本质上是一个思的世界，是一个理性的世界，是一个内在的世界。只不过，这个世界过去不由人所掌控，而是一个超越的神的领域，现在，开始回归到“我”的范围之内，也就是说，今天的价值原点，今天的精神支柱，开始奠定在大写的我、大写的人类主体之上。所以笛卡尔这个人很重要，他指出了现代人类精神的基本动机是主体的“思”，其实也就是尼采后来所说的强力意志，或者求力意志。这种强力意志、求力意志构成了近代主体性的主要内容，也构成近代文明的主旋律。主体意志的开发，主体意志的展示，主体意志的实现，展示了现代文明的基本轨迹。过去的哲学史经常说笛 卡尔是讲演绎讲推理的，培根是讲观察讲归纳的，笛卡尔是理性主义者，培根是经验主义者，这些都对，但比较表面化。其实他们俩之间有内在的一致性，他们的一致性就在于他们共同的认同科学都必须是力量化的，都必须是有效率的，都必须是能看到物质效果的，所以近代科学一开始，它给自己规定的任务就是要有所作为。所以近代科学的形而上学基础是控制自然、征服自然、改造自然，这是我们新科学的一个使命，这样的使命在过去从来没有过的。过去有科学，但是过去的科学的任务是理解，是一个综合型的、理解型的知识。但是近代以后，这种思想全都变了，世界是属于我们的，自然是属于我们的，地球是属于我们的，一个主体意志正在上升，这个上升的主体意志要表现自己，因而新型的科学必须是力量化的。科学是特殊的哲学和宗教的产物，发生于特殊的文化背景下，是一种特殊的思维方式。我可以说，今天我们理解的科学不是真正意义上的科学，其含义等同于科技，科技是第一生产力，它是实用性的，蕴含一种力量，可以给我们带来效率和益处。西方有一种纯粹的科学传统，科学家为科学而科学，科学研究的动力是理解世界的冲动，是生命兴趣的冲动。科学不仅涉及按人的物质需求同化自然这样的实际问题，还涉及理解宇宙这样的心理需求，即在心灵上同化宇宙，使得人在其中感到自在。就目标而言，早期的创世神话既是宗教的，也是科学的。它们肯定具有上述功能。改革开放三十年，我国的科学技术有了很大的进步，但是和欧美还是有很大的差距，在基础科学研究环节比较薄弱，技术创新能力比较欠缺。部分因为人们对科学的崇拜和敬仰，往往仅着眼于科学技术在人类物质生活方面的巨大成功，而并非 建立在对科学的本质精神的准确把握上，科学精神，仅仅是出于功利性的目的，尊崇科学带来的成功，这就难免办出违背科学精神、事与愿违的事来；我们的科学是要有用的，是要变成经济效益的，是要能够实实在在造福人们的，这就不再是为科学而科学了，为知识而知识了。科学没有哲学关怀和宗教关怀的基础，只有现实功利的基础。科学不是万能的，它没有善恶之分，属于中性，只是人类生活的工具，问题是看它被谁所用。所以科学是一把双刃剑，提高人们生活水平的同时，也带来了负面影响。例如：当今世界原子弹等核武器的数量之和可以毁灭地球上百次、环境污染与生态平衡问题、科学越发达人犯罪的手段会越高级越隐蔽等。有人说，“科学是理性地运用，信仰是理性的回归。”我认为很有道理。信仰不是科学，但它超越了科学。有信仰的人对科学的态度是不断地学习、运用并在正确认识中给予尊重，但绝不迷信。因为科学赋予了人类具备管理事物的功能，科学从属于人的理性范畴但它却不能解决人的法性和德性问题。所以我们要辨证的看待科学。