自然科學(xué)是研究自然界的物質(zhì)形態(tài).doc

自然科學(xué)是研究自然界的物質(zhì)形態(tài)、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。它包括數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、天文學(xué)、氣象學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、材料科學(xué)等實(shí)用科學(xué)，是人類改造自然的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)即生產(chǎn)斗爭(zhēng)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。它的發(fā)展取決于生產(chǎn)的發(fā)展。 原始社會(huì)中，人類對(duì)自然界的斗爭(zhēng)，因生產(chǎn)工具簡(jiǎn)單、粗笨，還受到原始宗教及其他意識(shí)的影響，自然科學(xué)的發(fā)展是緩慢的。不過，人類取得的每一個(gè)科技進(jìn)步，都推動(dòng)了生產(chǎn)的發(fā)展，同時(shí)又促進(jìn)自然科學(xué)知識(shí)的不斷積累，預(yù)示著科技的新突破。因此，盡管當(dāng)時(shí)的人們尚處于蒙昧與野蠻狀態(tài)，但他們?cè)谂c自然界的斗爭(zhēng)中，以辛勤的勞動(dòng)與聰明和智慧，不斷地推動(dòng)著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 我國(guó)古代居民對(duì)天文學(xué)知識(shí)的認(rèn)識(shí)與探索有著悠久的歷史。早在舊石器時(shí)代，我們的祖先就已注意到暑往寒來的變化，月亮的盈虧圓缺，各種動(dòng)物的活動(dòng)規(guī)律，植物的生長(zhǎng)與成熟的周期等等，并且逐漸摸索到它們的規(guī)律性。因此，差不多與進(jìn)入新石器時(shí)代同時(shí)，農(nóng)業(yè)與家畜飼養(yǎng)業(yè)便出現(xiàn)了。以后，人們?yōu)槭罐r(nóng)作物的生長(zhǎng)不誤農(nóng)時(shí)，迫切需要掌握季節(jié)變化的規(guī)律。這就促使天文與歷法知識(shí)的產(chǎn)生。從考古學(xué)提供的材料表明，可能在新石器時(shí)代早期，人們已經(jīng)有意識(shí)地觀測(cè)天象了，并用以確定方位、時(shí)間與季節(jié)。 方位的確定對(duì)人們的生產(chǎn)、生活有著重要的意義，所以人們很早就掌握了方位的辨別知識(shí)。他們從日出、日落及日落后北斗等星體出現(xiàn)的規(guī)律中探索出東、南、西、北的不同方位。他們?cè)跔I(yíng)造房舍、埋葬死者時(shí)，都注意到朝向。例如住房的朝向大多選擇南向；同一個(gè)墓地，甚至同一個(gè)考古學(xué)文化的不同墓地中，絕大多數(shù)死者的頭都朝著同一個(gè)方向。雖然其中有些朝向與正方向（正南、正北等）略有偏差，但基本方向都是不變的（少數(shù)不同方向的墓葬，應(yīng)與死因有關(guān)）。如西安半坡墓地中墓葬的排列十分整齊，它們的方向基本一致，略有偏差者也與正西方向相差不超過 20u12290X在年代更早的新鄭裴李崗墓地清理的 114 座墓葬，均為長(zhǎng)方形豎穴墓，排列密集，很有規(guī)律，所有頭向均朝南或稍偏西。這些事例說明，距今 8000 年前的人們就已基本掌握了定向的方法。 季節(jié)的確定，大概是根據(jù)物候現(xiàn)象掌握農(nóng)時(shí)而引發(fā)的。因?yàn)槲覈?guó)大部分地域地處溫帶，四季的變化比較明顯：春暖花開之時(shí)，隨著布谷鳥的啼鳴，人們開始播種；到了深秋，大地一片金黃，許多谷物都成熟了，人們進(jìn)行收割；動(dòng)物中的候鳥，如燕子春來秋去與大雁有規(guī)律的回歸。自然界中如此年復(fù)一年的周期變化，使人們將寒往暑來、春華秋實(shí)與候鳥的有規(guī)律活動(dòng)聯(lián)系起來，尋找其間的變化規(guī)律，從而推定出農(nóng)牧的時(shí)節(jié)。史前時(shí)期先民大概還缺乏春夏秋冬四季的明確概念，但是對(duì)農(nóng)牧業(yè)的時(shí)節(jié)，則有了越來越多的認(rèn)識(shí)。人們對(duì)天象的觀測(cè)與探究，推進(jìn)了天文知識(shí)的積累和天文學(xué)的出現(xiàn)。古代先民最早注意的星，大概是北斗七星。也有人說最早觀測(cè)的星是紅色亮星“大火”（心宿二）。傳說在顓頊時(shí)代就有“火正”官，負(fù)責(zé)觀測(cè)“大火”，以它的出沒來指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。據(jù)推算，公元前 2400 年左右，黃昏時(shí)在地平線上見到“大火”時(shí)，正是春分前后，時(shí)值春播時(shí)節(jié)。像這樣以觀測(cè)天象來確定四時(shí)節(jié)令的方法，叫做“觀象授時(shí)”。 相傳黃帝時(shí)代已有了歷法。帝堯時(shí)派天文官到東、南、西、北方去觀測(cè)天象等等，都反映了古代先民對(duì)天象觀測(cè)的重視。這些傳說雖然還缺乏實(shí)物證明，但是，在新石器時(shí)代晚期出現(xiàn)原始的歷法是完全有可能的。 遠(yuǎn)古時(shí)代的先民，在生活中已經(jīng)注意到事物的數(shù)量與形狀，但對(duì)數(shù)的概念是不清楚的。在分配與交換過程中，人們還不能確切地去判別多與少的差別。人們還不掌握 1、2、3、4這些自然數(shù)的概念。交換是按照需要與意愿進(jìn)行的，這是人類發(fā)展進(jìn)程中必然要經(jīng)歷的一個(gè)過程。 到了新石器時(shí)代中期，可能出于記事或交換的需要，開始出現(xiàn)了刻劃符號(hào)。距今 7000 年前的舞陽賈湖出土的龜甲上和七孔骨笛上都有刻劃符號(hào)。骨笛上所刻的符號(hào)在孔的旁邊。經(jīng)過測(cè)試，這支骨笛的 7 個(gè)音孔各發(fā)一音，組成一個(gè)完整的音階結(jié)構(gòu)。而孔旁的符號(hào)作為等分的記號(hào)，反映了設(shè)計(jì)和制作這支骨笛的過程中的計(jì)算過程。因此有人認(rèn)為它反映了 7000 年前的先民對(duì)數(shù)的認(rèn)識(shí)。仰韶文化和年代稍晚的馬家窯文化的彩陶缽口沿上也發(fā)現(xiàn)了各種刻劃符號(hào)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，總數(shù)有 50 多種。在龍山時(shí)期及稍后的考古學(xué)文化中也多有發(fā)現(xiàn)。傳說古代有“結(jié)繩記事”、“契木為文”的時(shí)期，可能這些符號(hào)就已含有一定內(nèi)容的記錄刻符。所以，這些符號(hào)既有可能是我國(guó)古代文字的起源，也可能是數(shù)的起源。如果和商周時(shí)期的甲骨文或金文相比較，其中不少刻符與金文、甲骨文中的數(shù)字是一致或相似的，如一、二、三、五、十等等。有人提出仰韶文化的先民已具備了一、二、三八的數(shù)的概念。 人們對(duì)形的認(rèn)識(shí)也很早。當(dāng)他們制作不同用途的工具時(shí)，無論是背厚刃薄的刀、斧，尖銳鋒利的針、錐，還是滾圓的石球，或彎彎的木弓等等，都說明人們對(duì)各種幾何圖形有了認(rèn)識(shí)，并加以應(yīng)用。仰韶文化中，陶器的器形及其紋樣，清楚地反映了人們對(duì)圓形、橢圓形、方形、菱形、弧形、三角形（包括等邊三角形、直角三角形）、五邊形、八角形等幾何圖形已具有明確的概念。同時(shí)，在幾何圖形的對(duì)稱、圓弧的等分等方面都有許多實(shí)例。大溪文化中出土的空心陶球，球面上用三組一股的篦紋劃出彼此相交的 6 個(gè)“米”字紋。在一個(gè)圓球表面進(jìn)行刻劃與分割，放置 6 個(gè)“米”字紋，若無一定的數(shù)學(xué)知識(shí)和計(jì)算能力是很難想象的。這些實(shí)例都說明仰韶文化與大溪文化的先民對(duì)數(shù)與幾何圖形的認(rèn)識(shí)已達(dá)到一定水平。 正是人們對(duì)這些幾何圖形有了認(rèn)識(shí)，因此，在當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)與生活實(shí)踐中，大到建造房舍，小到制作工具、飾品，或者裝飾圖樣的設(shè)計(jì)與記事符號(hào)的刻劃，都能很好地體現(xiàn)方、圓、平、直的要求。如有些平面為方形的房屋，它的四邊相等，木柱的對(duì)稱和平行的排列。河姆渡遺址中發(fā)現(xiàn)的木構(gòu)件，其梁柱與榫卯的受拉、受壓都符合力學(xué)要求。彩繪花紋中所繪的直角三角形、菱形圖案與人面比例的合理、勻稱等等，都說明當(dāng)時(shí)很可能已經(jīng)掌握了繪劃方、圓、平、直的方法與簡(jiǎn)單的工具。這種工具可能就是最早的規(guī)矩。 編輯本段各領(lǐng)域介紹數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)是研究數(shù)量、結(jié)構(gòu)、變化以及空間模型等概念的一門學(xué)科。透過抽象化和邏輯推理的使用，由計(jì)數(shù)、計(jì)算、量度和對(duì)物體形狀及運(yùn)動(dòng)的觀察中產(chǎn)生。數(shù)學(xué)家們拓展這些概念，為了公式化新的猜想以及從合適選定的公理及定義中建立起嚴(yán)謹(jǐn)推導(dǎo)出的真理。 很多人認(rèn)為數(shù)學(xué)只屬于邏輯學(xué)，這是錯(cuò)誤的，數(shù)學(xué)屬于自然科學(xué)，從自然科學(xué)的誕生開始就和數(shù)學(xué)緊密聯(lián)系。從牛頓的自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理一書的名字就可以很好的說明。數(shù)學(xué)分為基礎(chǔ)數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)兩部分，基礎(chǔ)數(shù)學(xué)絕對(duì)是自然科學(xué)，具有自然科學(xué)的性質(zhì)，1+1=2是客觀事實(shí)，不是邏輯推導(dǎo)。應(yīng)用數(shù)學(xué)則是把某些事物用數(shù)學(xué)模型來套，并不一定符合客觀事實(shí)，這也是很多人認(rèn)為數(shù)學(xué)不屬于自然科學(xué)的原因?？墒菙?shù)學(xué)的本質(zhì)是基礎(chǔ)數(shù)學(xué)層面的。所以數(shù)學(xué)屬于自然科學(xué)。 物理學(xué)物理(physics)是研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué)。是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué),物理學(xué)的一個(gè)永恒主題是尋找各種序（orders）、對(duì)稱性（symmetry）和對(duì)稱破缺（symmetry-breaking）、守恒律（conservation laws）或不變性（invariance）。 化學(xué)化學(xué)（chemistry）是研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、以及變化規(guī)律的科學(xué)。世界是由物質(zhì)組成的，化學(xué)則是人類用以認(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段之一，它是一門歷史悠久而又富有活力的學(xué)科，它的成就是社會(huì)文明的重要標(biāo)志。 天文學(xué)天文學(xué)(Astronomy)是研究宇宙空間天體、宇宙的結(jié)構(gòu)和發(fā)展的學(xué)科。內(nèi)容包括天體的構(gòu)造、性質(zhì)和運(yùn)行規(guī)律等。主要通過觀測(cè)天體發(fā)射到地球的輻射，發(fā)現(xiàn)并測(cè)量它們的位置、探索它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、研究它們的物理性質(zhì)、化學(xué)組成、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、能量來源及其演化規(guī)律。 地球科學(xué)地球科學(xué)是以地球系統(tǒng)(包括大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈和日地空間)的過程與變化及其相互作用為研究對(duì)象的基礎(chǔ)學(xué)科。主要包括地理學(xué)(含土壤學(xué)與遙感)、地質(zhì)學(xué)、地球物理學(xué)、地球化學(xué)、大氣科學(xué)、海洋科學(xué)和空間物理學(xué)以及新的交叉學(xué)科（地球系統(tǒng)科學(xué)、地球信息科學(xué)）等分支學(xué)科。 生命科學(xué)生命科學(xué)是研究生命現(xiàn)象、生命活動(dòng)的本質(zhì)、特征和發(fā)生、發(fā)展規(guī)律，以及各種生物之間和生物與環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)。用于有效地控制生命活動(dòng)，能動(dòng)地改造生物界，造福人類生命科學(xué)與人類生存、人民健康、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展有著密切關(guān)系，是當(dāng)今在全球范圍內(nèi)最受關(guān)注的基礎(chǔ)自然科學(xué)。 心理學(xué)心理學(xué)(Psychology)是研究人和動(dòng)物心理現(xiàn)象發(fā)生、發(fā)展和活動(dòng)規(guī)律的一門科學(xué)。心理學(xué)既研究動(dòng)物的心理（研究動(dòng)物心理主要是為了深層次地了解、預(yù)測(cè)人的心理的發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律）也研究人的心理，而以人的心理現(xiàn)象為主要研究對(duì)象。 編輯本段研究方法科學(xué)實(shí)驗(yàn)法科學(xué)實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)實(shí)踐和社會(huì)實(shí)踐并稱為人類的三大實(shí)踐活動(dòng)。實(shí)踐不僅是理論的源泉，而且也是檢驗(yàn)理論正確與否的惟一標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)實(shí)驗(yàn)就是自然科學(xué)理論的源泉和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。特別是現(xiàn)代自然科學(xué)研究中，任何新的發(fā)現(xiàn)、新的發(fā)明、新的理論的提出都必須以能夠重現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)，否則就不能被他人所接受，甚至連發(fā)表學(xué)術(shù)論文的可能性都會(huì)被取締。即便是一個(gè)純粹的理論研究者，他也必須對(duì)他所關(guān)注的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，甚至實(shí)驗(yàn)過程有相當(dāng)深入的了解才行。因此，可以說，科學(xué)實(shí)驗(yàn)是自然科學(xué)發(fā)展中極為重要的活動(dòng)和研究方法。 數(shù)學(xué)方法數(shù)學(xué)方法有兩個(gè)不同的概念，在方法論全書中的數(shù)學(xué)方法指研究和發(fā)展數(shù)學(xué)時(shí)的思想方法，而這里所要闡述的數(shù)學(xué)方法則是在自然科學(xué)研究中經(jīng)常采用的一種思想方法，其內(nèi)涵是；它是科學(xué)抽象的一種思維方法，其根本特點(diǎn)在于撇開研究對(duì)象的其他一切特性，只抽取出各種量、量的變化及各量之間的關(guān)系，也就是在符合客觀的前提下，使科學(xué)概念或原理符號(hào)化、公式化，利用數(shù)學(xué)語言（即數(shù)學(xué)工具）對(duì)符合進(jìn)行邏輯推導(dǎo)、運(yùn)算、演算和量的分析，以形成對(duì)研究對(duì)象的數(shù)學(xué)解釋和預(yù)測(cè)，從而從量的方面揭示研究對(duì)象的規(guī)律性。這種特殊的抽象方法，稱為數(shù)學(xué)方法。 系統(tǒng)科學(xué)方法系統(tǒng)科學(xué)是關(guān)于系統(tǒng)及其演化規(guī)律的科學(xué)。盡管這門學(xué)科自20世紀(jì)上半葉才產(chǎn)生，但由于其具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，發(fā)展十分迅速，現(xiàn)已成為一個(gè)包括眾多分支的科學(xué)領(lǐng)域。它包括有：一般系統(tǒng)論、控制論、信息論、系統(tǒng)工程、大系統(tǒng)理論、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、運(yùn)籌學(xué)、博弈論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、超循環(huán)理論、一般生命系統(tǒng)論、社會(huì)系統(tǒng)論、泛系分析、灰色系統(tǒng)理論等分支。這些分支，各自研究不同的系統(tǒng)。自然界本身就是一個(gè)無限大、無限復(fù)雜的系統(tǒng)，在自然界中包括著許許多多不同的系統(tǒng)，系統(tǒng)是一種普遍存在。一切事物和過程都可以看作組織性程度不同的系統(tǒng)，從而使系統(tǒng)科學(xué)的原理具有一般性和較高的普遍性。利用系統(tǒng)科學(xué)的原理，研究各種系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能及其進(jìn)化的規(guī)律，稱