第四章
现代科学技术体系与科学技术观
刘则渊 教授
陈悦 副教授
chenyuedlut@
大连理工大学公共管理与法学学院
1
第章
现代科学技术体系与科学技术观
• 科学技术分类与知识体系结构的方法论
• 现代科学技术的知识体系
• 现代技术科学的形成、作用与结构
• 现代科学技术发展的前景与趋势
• 马克思主义科学技术观的新发展
2
• 马克思主义科学体系结构思想及其发展
• 科学结构和科学分类的方法论原则
• 技术与科学的区别和联系
科学技术分类与知识体系结构的方法论
3
一、马克思主义科学体系结构的思想及发展
• 马克思:最早预见到科学的交叉渗透和统一的整体化
趋势。多次指出自然科学是一切知识的基础,自然科
学同哲学的结合,自然科学将成为人文科学的基础,
强调“正象关于人的科学将包括自然科学一样,自然
科学往后也将包括关于人的科学:这将是一门科学。
”
• 恩格斯:明确预见物理和化学之间将出现一门边缘学
科;提出各门科学按照其研究的各种物质运动形式的
区别和固有发展顺序进行分类与排列的原则。
• 毛泽东:提出按研究对象所具有的矛盾特殊性进行科
学分类的思想,科学的区分应依其研究的每一物质运
动形式由其特殊矛盾所规定的特殊本质加以界定。
4
• 钱学森:根据系统科学理论,提出建立科学技术体系
学和关于科学结构的整体性原则。各门科学是一个
整体,都负有探索整个客观世界的任务,各门科学各
自研究的对象领域,只是它们分别研究整个客观世
界的基本着眼点。这是对科学结构理论与科学分类
理论的重大发展。
“科学是内在的整体。它被分解为单独的部门
不是取决于物质的本质,而是取决于人类认识的局
限性。实际上存在着由物理到化学,通过生物学和
人类学到社会科学的连续链条,这是任何一处都打
不断的链条。”
——普朗克
5
二、科学结构和科学分类的方法论原则
• 科学结构与客体结构的统一原则
• 逻辑与历史的统一原则
• 整体与部分的统一原则
6
1．科学与技术的语义
科学：
• 丹皮尔：论不同语言关于科学的语义差异。
• 康德：作为知识系统整体的科学；本义上的科学与
非本义上的科学。
• 中国：科学和技术的语义变化；从格致到科学。
技术：
西方语义和语境：有“技术”、“工艺学”、
“科技”，以及“理工科”的多重含义
三、技术与科学的区别和联系
7
特点 技 术 科 学
目的 运用自然规律直接改造自然 认识自然指导改造自然
本质 人对自然的实践关系,直接生产力 人对自然的理论关系,潜在生产力
任务 技术发明:解决“做什么”,“怎么做”?
科学发现:解决“是什么”,“为什
么”?
主体 智力劳动群体性强 智力劳动个体性强
客体 人工自然,预想的技术装置 自然界,物质运动形式
形态 物质形态:装置,知识形态:专利 知识形态:论文(概念、规律)
方法 从一般到个别,从原理到试验 从个别到一般, 从实验到假说
评价 实践标准:先进性;价值标准:实用性 实验唯一标准:真理性
法规 发明专利权,有偿转让 发现优先权(著作权),无偿馈赠
管理 项目计划性强,注重经济效益 选题自由性强,强调学术水平
2.科学和技术的区别与联系
8
• 技术与科学的区别
技术与科学在性质、目的、形态、功能、
方法、评价和管理诸方面,都有明显的区别,属于
两类不同的范畴。我们在使用“科学技术”概
念时,实际上忽略了二者的区别。二者最基本的
区别在于:技术反映了人对自然的实践关系,属于
现实形态的直接生产力;而科学表现了人对自然
的理论关系,属于知识形态的间接生产力。把科
学与技术混为一谈,往往在管理、政策上出现失
误或偏差,不利于科学和技术的发展。
9
• 技术与科学的联系
• 基本性质:都是人与自然的关系的表现,都属于生产力
范畴,而不属于上层建筑。
• 根本目的:二者的直接目的虽然不同,但最终都是为了
改造自然、改造世界,为人类服务。
• 相互渗透:技术以认识自然的科学为指导,是运用自然
规律来改造自然;科学以改造自然的技术为手段,是运
用实验技术在变革自然对象中认识自然。
• 相互转化:在一定条件下科学的概念与规律能够转化、
物化为技术;技术通过需求、问题、手段和原理,能够
间接直接地转化或上升为科学。科学的技术化与技
术的科学化,正导致和加快科学和技术的一体化。
10
4.科学与技术关系的演变
--采集与农耕时代，科学与技术相互分离。
--文艺复兴与工场手工业时代，技术和科学各自相对独
立发展、技术(实验技术)促进了科学的解放与独立；
--18世纪工业革命初期，技术独立发展，科学对技术发
展的辅助作用；
--进入电气时代以来，科学和技术之间呈现彼此相互推
动、新技术更依赖于科学的新关系，但这时也开始出
现纯科学、纯技术，依赖科学的技术、面向技术的科
学，同时并存的复杂关系；
--20世纪70年代进入高科技时代，科学和技术之间呈现
出相互渗透、彼此交叉，科学的技术化和技术的科学
化，科学技术一体化的新趋势。
11
现代科学技术的知识体系
现代科学技术的总体结构
现代科学技术的纵向结构
自然科学的门类结构
现代技术的分类与结构
交叉科学的形成与类型
12
以钱学森的科学技术体系学为基础,按照上
述科学结构的三条原则来讨论现代科学技术的体
系结构。钱学森开始提出科学技术体系肉自然科
学、人体科学、社会科学、思维科学、数学科学
和系统科学六大部门组成,后来将军事科学、行
为科学和文学艺术等知识部门纳入科学知识结构
中。考虑到人文科学(包括文学艺术)是普遍认同
的知识部门,而军事科学和行为科学可以纳入交
叉科学范围,因此科学技术的总体结构如下:
一、现代科学技术的总体结构
13
自
然
界
无
机
界
有
机
界
人
体
客体系统关系
客体数量关系
社会
思维
人文
系统科学
数学科学
社会科学
思维科学
人文科学
自然科学 人体科学
客
体
结
构
科
学
结
构
14
马克思主义哲学
自然辩证法
基础科学
技术科学
工程科学
工程技术活动
认
识
世
界
抽
象
性
普
遍
性
改
造
世
界
实
践
性
特
殊
性
二、现代科学技术的纵向结构
15
前者都是后者的理论基础,后者都是前者的具
体应用。
• 哲学科学是关于自然、社会和思维最一般规律的知
识体系,是关于科学世界观的学问;
• 基础科学是关于自然界物质运动形式的普遍规律和
理论的学问;
• 技术科学是关于人工自然过程的一般机制和原理的
学问;
• 工程科学是关于设计和建造特定人工自然过程的技
术手段与工艺方法的学问。
16
三、自然科学的门类结构
俄罗斯哲学家、化学家凯德罗夫(Б.М.Кедров
)：
自然界基本物质运动形式有:微观物理运动、宏观
物理运动、化学运动、天体运动、地质运动和生命
运动。其中,前三种是更基本的简单运动形式,后三
种是较复杂的基本运动形式,都包含有前三种物质
运动形式。
17
微观物理运动
基本粒子-场
宇宙天体运动
总星系、恒星
化学运动
原子-分子体系
地质运动
地球及各层圈
宏观物理运动
凝聚态-物体
生命运动
蛋白质-核酸
?
?
•
微观物理学
宇宙学·天文学 地质学
地球科学
化学
宏观物理学
生物学
生命科学
自然界物质运动形式
自然科学各门基础学科
18
四、现代技术分类与技术体系
• 按技术的本质进行技术分类
• 按科学的应用进行技术分类
• 按三次产业理论进行技术分类
• 按生产要素密集度进行技术分类
• 按技术一般要素进行技术分类
• 按劳动生产过程进行技术分类
• 技术体系及其结构
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(1)按技术的本质进行技术分类
技术的本质：在于体现人对自然的能动作用
• 自然技术:即作为人与自然之间中介的物质技术, 是
整个人类社会的主要技术基础，它与生产技术、
工程技术大致是等价的。
• 社会技术:人与社会之间的中介手段及方法,其任务
是组织和管理人类社会的一切活动,满足人的社会
生活需要。
• 思维技术:人与精神、思维之间的活动手段及方法,
其任务是运用在精神生产领域中,支持和辅助人的
思维活动,促进精神产品的生产,满足人的精神生活
需要。
20
(2)按科学的应用进行技术分类
根据钱学森关于科学技术体系学的思想,任何科学
技术部门都包括“基础科学－技术科学－工程技术
”三个层次,因此每门科学都存在应用于客观世界某
一领域的相应技术:
• 自然科学技术
• 人体科学技术
• 社会科学技术
• 思维科学技术
• 系统科学技术
• 数学科学技术
21
就自然科学领域的应用而言,可以按传统的自然
科学分类把技术分为四种基本技术:
• 机械技术:运用自然界机械运动规律的力学方法,
创造人工机械运动过程,改变物体形状与位置的技
术。
• 物理技术:运用自然界物理运动规律的物理学方法,
创造人工物理运动过程,改变物质的物理性质 (声、
热、光、电、磁等)的技术。
• 化学技术:运用自然界化学运动规律的化学方法,
创立人工化学过程,改变物质的成分与结构的技术。
• 生物技术:运用自然界生命运动规律的生物学方法,
改变生命活动过程与形态的技术。
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(3)按三次产业理论进行技术分类
根据三次产业结构理论,可以分为:
• 一次产业技术:以农业技术为主,是从自然界直接
获得产品和原料的技术。其对象是未经人类加工
过的自然物质资料。
• 二次产业技术:以工业技术为主,是对初级产品(农
产品和矿产品)进行加工成为成品和半成品的技
术。色括建造固定结构物的建设技术和制造活动
物品的制造技术。
• 三次产业技术:以服务技术为主,是为物质生产和
社会生活提供各种服务、劳务和知识的技术。
23
(4)按生产要素密集度进行技术分类
按生产活动中的劳务、资本和知识等生产要素
的密集度,把产业技术分为:
• 劳动密集型技术:投入的活劳动中体力劳动所占
比例较大的产业技术。轻纺工业、农业、初级服
务业一般属于此列。
• 资本密集型技术:投入大量物化劳动,即物质资本
(包括生产资料和原材料)的产业技术。重化工业
大都属于此类。
• 知识密集型技术:投入的活劳动中复杂劳动特别
是智力劳动比例较大、知识含量高的产业技术。
它与高技术的含义相近。
24
(5)按技术一般要素进行技术分类
一般认为,物质(材料)、能源和信息是人类物质
文明的三大支柱和技术的三大基本要素。据此可
以分为:
• 材料加工技术:对各种矿产与非矿产资源进行加工,
改变物质材料的性质、结构与形状的技术。
• 能源动力技术:开发自然界的各种能量资源并转变
为人们所需的各种终端能源和动力的技术。
• 信息控制技术:对文字、语言、数据和资料等信息
进行传输与变换,对各种仪器、设备、设施进行控
制与调节的技术。
25
(6)按劳动生产过程进行技术分类
日本学者星野芳郎根据对工业生产的劳动过
程所做的大量分析,按照劳动过程的技术特征,
将工业生产劳动过程及其相应的技术分为7种:
• 采取技术
• 原材料技术
• 机械技术
• 建设技术
• 交通运输技术
• 信息控制技术
• 能源动力技术
26
(7)技术体系及其结构
• 技术体系的含义
单元技术：
生产劳动过程中独立运转的某种装置或设备所所
依据的相关技术系统。
群体技术（社会的技术体系）：
一定社会时代各种技术依其内在联系构成的网络
系统。
其中,有最先产生并起带动作用的先导技术,有
渗透性强、关联度大的主导技术,以及相配套的辅助
技术。
27
• 技术体系的一般结构
结构是组织的内在形式。由于不同技术时代主
导技术的形态不同而形成不同的技术体系，因而具
有不同的结构。但不同时代的技术体系又都存在相
似的或共同的一般结构。按照前述技术的一般要素
看,任何时代社会的技术体系的一般结构,都是材料
加工技术、能源动力技术和信息控制技术组成的。
只是材料、能源和信息控制的形态与内容各不相同。
这种一般结构还具有全息性特征,即任何单元技术
的微观结构都反映群体技术即技术体系的宏观结构。
它们都是由材料、能源和信息三个子系统所构成。
28
技术体系结构的全息性:单元技术的微观结构
反映群体技术(即技术体系)的宏观结构
物料加工系统 能源动力系统
信息控制系统
材料技术:加工技术-运输技术
能源技术:动力技术-传输技术
信息技术:控制技术-传播技术
输入 输出
单元技术
的
微观结构
技术体系
的
宏观结构
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劳动过程技术体系的结构
物料加工系统
信息控制系统
能源动力系统
输入 输出
劳动者
例1 输入:材料→机械加工技术系统→输出:机器
例2 输入:燃料→能源转化技术系统→输出:电流
30
五、交叉科学的形成与类型
现代科学技术高度分化又高度综合的整体化趋
势,导致一系列交叉科学的兴起。所谓交叉科学,
是指用多种方法研究同一学科领域,或用多种学
科研究同一类综合对象所形成的两门以上跨学科
的知识体系。
• 边缘学科
• 综合学科
• 横向学科
• 知识科学
31
边缘学科
以地球为中心的科学四面体结构
m = n(n-1)/2
m-边缘学科数 n-单一学科数
机械运动
生命运动
物理运动 化学运动
地质运动
力学
地质学
物理学
地
球
化
学
生物学
物
理
力
学
地
质
力
学
生物力学
古生物
学
生
物
化
学
化学物理化学
生物
物理
化
学
力
学
地
球
物
理
机械运动
生命运动
物理运动 化学运动
地质运动
机械运动
生命运动
物理运动 化学运动
地质运动
力学
地质学
物理学
地
球
化
学
生物学
物
理
力
学
地
质
力
学
生物力学
古生物
学
生
物
化
学
化学物理化学
生物
物理
化
学
力
学
地
球
物
理
力学
地质学
物理学
地
球
化
学
生物学
物
理
力
学
地
质
力
学
生物力学
古生物
学
生
物
化
学
化学物理化学
生物
物理
化
学
力
学
地
球
物
理
左：客体结构 右：科学结构 32
技术科学是关于人工自然过程的一般
机制和原理的学科,是以自然科学为基础、
为工程技术服务的学问。
• 技术科学的形成与发展
• 技术科学的地位与作用
• 技术科学的结构与功能
现代技术科学的形成、结构与作用
34
一、技术科学的形成和发展
1.技术科学在科学与技术互动中形成
技术科学是技术本质在知识形态上的展现。
它是关于各种人工自然过程即技术过程的一般机
制和原理的知识体系。其产生与发展,钱学森在
《论技术科学》(科学通报,1957年第4期)一文中做
了概括的论述和总结。形成的主要途经是:
• 经验技术知识上升到理论形态的产物
• 自然科学向工程技术活动延伸的结果
工程力学,空气动力学
35
• 几千年来,科学和技术形成了各自的传统。古希腊,
科学在哲学母体中,科学知识专属于贵族哲学家,
技术则与生产经验融为一体,为奴隶工匠所掌握。
中世纪后期,商业迅速发展,资本主义生产方式的
形成,才使科学和技术相互接近。18世纪工业革命,
机器的发明与制造主要靠工匠的经验技术知识,力
学等科学知识只起辅助作用。但机器的大量制造,
铁材料的广泛使用,缺乏科学理论和数据而仅凭经
验无法有效解决技术问题,这就导致以技术为对象
的研究,产生了机械运动学和金属材料学等技术科
学的萌芽。直到19世纪技术才逐渐以科学为基础。
一批专业技术人员分别从发明家和科学家中分离
出来,成立了自己的学术团体,技术科学才得以兴
起。
36
一批受过科学训练、掌握数学,又熟悉技术的
工程师,推动了技术科学的发展。材料力学和水力
学等技术科学在理论物理学和实验物理学的基础上
建立和发展起来。19世纪下半叶到20世纪上半叶,
技术知识从经验上升到理论,科学应用于技术实践
形成技术原理,这两条途径逐渐汇合使技术和科学
相互渗透结合,导致技术科学迅速发展起来。热机
技术使热力学理论建立起来,工程热力学又使热机
效率大大提高;飞机发明与制造,促进了空气动力学
的形成,而空气动力学又为飞机设计制造提供了可
靠的科学依据和数据支持。20世纪下半叶,技术更
加依赖于科学理论。在光的受激辐射理论指导下,
产生了激光技术原理,推动了激光技术发展,而激光
技术的突飞猛进,又促进了激光科学不断丰富和完
善。
37
技术科学形成的两种途径
自
然
界
生
产
活
动
自
然
科
学
技
术
科
学
工
程
技
术
科学→技术 理论←经验
38
2.技术科学在现代工业的技术基础变革中发展
“只有资本主义生产方式才第一次使自然科学为直
接的生产过程服务,同时,生产的发展反过来又为从理
论上征服自然提供了手段。”
“大工业的真正科学基础——力学,在18世纪在一
定程度上臻于完善”
“现代工业的技术基础是革命的,而所有以往的生
产方式的技术基础是保守的,现代工业通过机器、化学
过程和其他方法,使工人的职能和劳动过程的社会结合
不断地随着生产的技术基础发生变革。”
——马克思
39
3.技术科学家与技术科学相伴成长
大科学家牛顿作为经典力学奠基人,为剑桥大学
设计了一座桥,俨然是一位工程师；后来,科学家忙
于构建自然科学体系,工程师忙于用积累的实际经验
来改进工程实践,各自分道扬镳了；麻省理工学院把
工程技术视为自然科学的应用,把工程师作为一个科
学的应用者,进行了一场革命性的教育改革：先学自
然科学基础理论课,然后学工程技术专业课。于是学
生们前两年过着探求自然真理的学者生活,后两年忽
然从学术空气中被赶了出来,进入工程师所习惯的工
程经验园地。
40
可是,怎样把自然规律应用到工程技术中去,却
不是一个简单的推演工作。人们逐渐明白,要使工
程技术活动克服经验的局限,建立有科学基础的工
程理论,就需要进行自然科学和工程技术的综合,建
立一个新的知识部门：技术科学；需要另一种从事
自然科学和工程技术综合工作的专业人才：技术科
学家。这样,作为科学活动主体的科学家和作为技
术活动主体的工程师,在科学与技术的不同发展阶
段从一体到分手、又由分工到结合,把科学理论和
工程技术加以综合而形成了技术科学,产生了一批
技术科学家。
——钱学森《论科学与技术
》 41
1．技术科学、工程科学与工程技术
• 技术与工程
工程(engineering)是把数学和科学技术知识应用于规
划、研制、加工、试验和创建人工系统的活动和结果,有时
又指关于这种活动的专门学科。
技术和工程既相联系又相区别。二者同属于改造自然的
实践范畴,但工程是改造自然的一种实践活动和建造实施过
程,包括目标的实现和结果;技术是这种活动的手段和方法。
技术是工程的基础,工程是科学技术的实际应用。工程与技
术是在互动中共同发展的。
二、技术科学的基本性质与学科地位
42
• 据钱令希院士说,钱学森院士曾明确告诉他,技术科学的英文
名称就是“engineering science”。这和国际上使用的技术
科学英文一词“technological sciences”有所不同。在钱学
森看来,技术科学和工程科学是等价的,他所说的“工程技术
”相当于工程的知识形态 ,即通常所说的工程学
(engineering)或工程科学。工程科学(engineering science)是
关于改造自然的各种专门技术的知识体系。它是把基础自
然科学和技术科学的原理应用到生产活动和工程实践活动
所形成的各门学科的总称。又称工程学或工学(engineering)。
• 《不列颠百科全书》的词条也指出:“技术科学是包括传统
的工程学科、农业科学以及关于空间、计算机和自动化等
现代学科的一门科学。”技术科学和工程科学二者的区别
在于两者的普遍性与特殊性相对程度不同,但没有截然不同
的界限。。 43
2．自然科学、技术科学与工程科学
自然科学(基础科学)是关于自然界物质运动形式
的普遍规律和理论的学问;
技术科学是关于人工自然过程的一般机制和原理
的学问;
工程科学是关于设计和建造特定人工自然过程的
技术手段与工艺方法的学问。
技术科学在三者之间具有中介过渡的特征。。
44
科学技术知识体系的纵向结构
马克思主义哲学
自然辩证法
基础科学
技术科学
工程科学
工程技术活动
抽
象
性
普
遍
性
实
践
性
特
殊
性
45
3. 自然科学、技术科学与社会科学
三者的交叉渗透, 导致以“社会-人-
技术-自然”综合体为对象的一系列社会技
术科学的产生和发展。如人类工程学、工
程心理学、技术生态学、创新经济学、技
术美学和技术管理学,等等。
46
科学技术方法论科学技术方法论
自然科学自然科学 社会技术科学社会技术科学 社会科学社会科学
科学－技术－生产系统科学－技术－生产系统
实 实
用 用
部 部
分 分
自 自
然 然
科 科
学 学
创
新
经
济
学
创
新
经
济
学
人
类
工
程
学
人
类
工
程
学
工
程
心
理
学
工
程
心
理
学
技
术
生
态
学
技
术
生
态
学
技 技
术 术
美 美
学 学
其 其
他 他
模 模
型 型
系
统
分
析
系
统
分
析
可 可
靠 靠
性 性
技
术
决
策
技
术
决
策
技
术
预
测
技
术
预
测
一般技术理论与方法一般技术理论与方法
技术科学技术科学
工程技术工程技术
技
术
管
理
学
技
术
管
理
学
工程科学工程科学
技
术
科
学
与
相
关
学
科
的
结
构
关
系
47
4．技术科学的基本性质
• 技术科学的中介性与独立性。
• 技术科学的基础性与应用性。
• 技术科学的纵深性与广谱性。
48
1.技术科学的方法结构
• 技术问题与概念模型
• 数学方法及计算工具
• 技术实验方法及理论
2.技术科学的理论结构
• 一般技术概念与原理
• 技术实验的一般理论
• 应用数学及模型方法
三、技术科学的结构与功能
49
3.技术科学的理论结构
• 客体概念模型:
描述拟定的技术客体有关概念与原理所构成
的体系,建立客体结构模型。如比一般叶轮机械
更具体的燃汽轮机结构模型。
• 数学参数工具:
描述技术客体结构模型的有关技术参数与数
学模型,为设计具体的技术装置提供技术数据。
• 设计试验方法:
通过设计把技术装置的概念模型与数学模型
变为三维空间结构模型,并提供进行中间试验或
工业试验的原理和方法。
50
工程技术研究的知识结构
基
础
研
究
应
用
研
究
技
术
开
发
工程技术知识 工程技术系统
自然技术知识
自然科学知识
社会技术知识
社会科学知识
应用数学知识
系统工程知识
51
4. 技术科学的理论功能
• 解释功能:与自然科学理论解释自然现象的功能不同,
它主要是对人工自然现象进行解释。包括对生产过程、
工程实践中非预期现象做出解释,分析这些现象产生
的原因、形成的机理,提出改进生产与工程活动的技
术措施。也可以称为技术诊断功能。
• 预测功能::它主要不是预见未知的自然现象,而是预测
技术发展趋势与方向, 可能创造的人工自然过程与新
技术。即“做什么”的功能。
• 发明功能:其技术原理通过设计等创造活动直接转化
为人工自然过程与人工自然物,提供技术发明的思路。
即“怎么做”的功能。这是自然科学基础理所不直接
具备的, 只能说蕴含着发明的种子与应用的前景。
52
• 技术科学引领前沿技术发展的功能
• 技术科学促进自主创新的功能
• 技术科学的原始创新功能
• 技术科学的集成创新功能
• 技术科学的二次创新功能
• 技术科学的潜在创新功能
• 技术科学支撑工程教育的功能
四、技术科学对建设创新型国家的作用
53
知识科学的形成、结构与发展方略
一、知识科学的孕育和兴起
• 近代以前关于知识研究, 是零散而不系统的；
• 近代以降, 欧洲哲学家对于知识的思考表现出越来越高的热忱；
• 18 世纪90 年代, 约翰·费希特首创术语“知识学”；
• 学者们在哲学认识论、逻辑学领域中对知识的本质、价值、获
取方式、逻辑表达、逻辑检验等问题的不懈探究；
• 20 世纪初, 以杜尔克姆为代表的欧洲社会学家, 将知识纳入社
会学的研究视野；
• 1977年, 费根鲍姆在马萨诸塞理工学院召开的第五届国际人工
智能会议上首次提出“知识工程”或“知识工程学” 概念；
• 2000年9月, 在王众托教授的倡导和组织下,大连理工大学着手
筹组跨学科的研究共同体——知识科学与技术研究中心。
54
二、知识科学的学科结构
55
三、知识科学的发展方略
• 关联式发展: 扩充研究队伍
• 集纳式发展: 加强基础研究
• 扩张式发展: 拓延研究领域
56
现代科学技术发展的前景与趋势
• 20世纪科学技术成就
现代科学革命与自然科学前沿
现代技术革命与高技术体系
• 21世纪科学技术前景
信息、生命、环境三大主导学科
生物技术与材料、能源和信息的交叉融合
纳米技术：新世纪技术革命的转折点
• 现代科学技术发展趋势
57
一、20世纪科学技术成就
现代科学革命与自然科学前沿
• 在20世纪初物理学革命的基础上,战后物
质科学领域正向两极端层次突进:微观物
理学与宇宙物理学
• 20世纪50年代的生物学革命,引起生命科
学领域变革,思维科学领域变革
• 20世纪中叶系统论、控制论和信息论的创
立,促进系统科学与非线性科学的变革
• 以上汇合为近代以来的第四次科学革命
58
NANO
LETTERS
用DNA
分子链写
“DNA”
的过程与
美国《纳
米通讯》
杂志封面
59
现代技术革命与高技术体系
• 现代文明的三大支柱技术
• 智能信息技术:包括计算机、微
电子、光机电及软件等构成的
智能化信息平台技术;由光缆、
通信卫星、数字程控交换、智
能终端等技术和因特网为基础
的信息通信技术;由多媒体、新
闻传播等组成的信息内容技术。
60
• 新材料技术:金属、无机
(水泥、陶瓷等)、高分子
三大传统工程材料由长
大重厚向短小轻薄转变;
以力学为基础的传统结
构材料向以物理学为基
础的新型功能材料转变。
61
电动汽车
• 新能源技术：由煤、石油、天然气等化石原料不可再
生性能源向太阳能、地热能、海洋能、生物质能等在
生性能源转变；由传统污染性能源向安全性、清洁性
能源（包括新一代安全核反应堆、受控核聚变、磁流
体发电、燃料电池、清洁燃烧技术等）转变；传统低
效高耗能源技术向新兴高效节能技术转变。
62
• 生物工程技术
• 在分子生物层次和细胞分子层次上，设计或改良生
物品种的农业生物技术；
• 在生命科学和医学基础上，提高人体素质、防治疾
病的健康技术、医疗技术、生物工程技术；
• 在思维科学、信息科学和脑科学的基础上，模拟、
改进和提高人的智力的人工智能技术。
63
• 空间技术
开发和研制人造卫星、航天飞机、载人飞船、空
间站等各种航天器的空间工程技术；
利用空间低温热沉微重力、高真空、高洁净、高
位置等空间资源开发技术；
认识空间和认识宇宙起源、行星系、恒星系和星
际空间现象的空间探测技术。
64
• 海洋技术
海洋工程技术：包括近近岸岸、、水水下下、、海海洋洋浮浮标标、、平平台
等各种工程结构技术；
海洋支撑技术：海洋测量、海洋预报、海洋环保、
水下通信、导航定位、防腐蚀、防生物附着等技术；
海洋应用技术：包括海底石油等矿产资源的开采技
术；海洋水产、捕捞的增养殖技术；海水淡化及综合
利用的海洋化工技术；海洋能利用技术（海洋潮汐、
波浪等）。
以上六大技术形成了以信息技术和生物技术为中心的近
代以来的第四次技术革命和高技术体系。 65
二、21世纪科学技术前景
1.信息、生命、环境三大主导学科
2. 生物技术与材料、能源和信息的交叉融合
3.纳米技术：新世纪技术革命的转折点
66
三、现代科学、技术、工程三
大领域发展前景
1. 20世纪科学、技术、工程领域的巨变
2. 科学、技术、工程三大领域并行发展
3. 科学、技术、工程之间的互动与转化
三、现代科学、技术、工程三大领域发展前景
67
四、现代科学技术的发展趋势
1.现代科学技术的整体化
现代科学技术高度分化与高度综合加速了科
学技术的整体化。
• 自然科学各个学科之间交叉渗透，促进了一系列
边缘学科的形成和发展。
• 自然科学和社会科学的交叉融合，导致一系列综
合学科的形成和发展。如技术生态学、创新经济
学，人类工程学、技术美学工程心理学等社会技
术科学的发展。
• 数学和系统科学向各门科学的渗透扩散，加速了
现代科学技术的数学化和一体化。
68
马克思在1844年就指出：“自然科学往后
将包括关于人的科学，正象关于人的科学将包
括自然科学一样：这将是一门科学。”
列宁在1900年指出：“自然科学奔向社会
科学的强大潮流，不仅在配第时代存在，在马
克思时代也是存在的。在20世纪，这个潮流是
同样强大，甚至可以说更加强大。”
69
美国学术界关于科学知识图谱
的研究进展
70
Here There Be Data: Mapping the
Landscape of Science
71
1982-2001年大量高次引用美国国家科学院学报
(PNAS)论文中的 50个“热点”词汇制高点图谱
• A map of the top 50 “hot”
words in the most highly
cited PNAS articles from
1982-2001. Words
appearing more often have
larger circles, while the
circle color and ring color
identify when the word first
appeared and when its
popularity peaked,
respectively. (Credit: Ketan
Mane and Katy Borner,
Indiana University.) 72
2. 现代科学技术的加速化
(1)恩格斯在19世纪就提出了科学技术加速的规律，指出：
“科学的发展从此便大踏步的前进，而且得到力量，这种
力量可以说是与其出发点起的（时间的）距离的平方成正
比的。”，还指出：“科学至少是按几何级数增长的。”
(2)美国科学计量学家曾提出了科学知识按指数增长的规
律：科学出版物按指数增长，如19世纪到20世纪50年代每
十年增长一倍，80年代每6-7年增长一倍；科学家人数每
50年增长10倍。
1800——1000人
1900——100000人
1950——1000000人
1970——3200000人
知识的增长与科学家增长总数的平方根成正比。科
学家增长3倍，科学知识成果倍。
73
科学家人数每50年增加10倍
74
(3）科学向技术的转化，发明到创新的过程不断加快
转化周期： 17世纪~18世纪 100年左右
19世纪 30~40年
20世纪初 20年左右
20世纪20~30年代 10年左右
20世纪40年代后 5年以下
(4）生产到市场的周期不断缩短
1885年—1919年 发明到应用 30年；生产到市场7年
1920年—1944年 发明到应用 16年；生产到市场8年
1945年—1964年 发明到应用 9年；生产到市场5年
75
近代100项技术从发明到创新的平均周期
年代
按发明年代划分的各个时期
1655~
1698
1707~
1794
1820~
1869
1874~
1899
1900~
1920
1921~
1930
1931~
1939
1941~
1949
1953~
1961
项数 3 7 13 12 21 18 10 7 9
周期
( 年 ) 138
76
17世纪以来发明-创新周期缩短趋势
77
3.现代科学技术的国际化
科学技术的加速发展和对经济社会的作用
不断扩大,使科学技术成为一种社会化的建制与
活动。其组织规模日益扩大，逐步达到国家规模、
国际规模和全球规模。
科学技术的国际竞争和分工与合作并行不悖，
人类进入大科学、大技术、大生产的时代。这是
世界经济全球化、知识化的重要表现和组成部分。
78
(1) 20世纪下半叶联合国组织下的一系列全球性
科学计划。如全球海洋计划、大气研究计划、
全球环境保护计划和“21世纪议程”行动计划。
(2) 国际双边和多边科学技术合作日益发展，出
现了许多跨过性的机构。欧洲欧共体的“尤里
卡”计划；美、英、法、德、日、中的人类基
因组计划；欧洲原子能研究中心；国际水稻研
究中心；国际应用系统研究中心等。
79
2001年12月，美国商务部、国家科学基金会和国
家科技委员会纳米科学工程与技术分委会在华盛顿联
合发起了一次由科学家、政府官员等各界顶级人物参
加的圆桌会议，会议就“提升人类技能的会聚技术”
议题进行研讨，首次提出了“NBIC会聚技术”的概念，
它是指当时迅速发展的四大科技领域的协同与融合，
即：纳米科学与技术、生物技术和生物医学（包括基
因工程）、信息技术（包括高级计算和通信）、认知
科学（包括认知神经科学）。
4.基于会聚技术的前沿技术融合创新
80
ts="converg* technolog*" or ts="nbic*" or ts="nano-bio-info-cogn*"
81
82
83
马克思主义科学技术观的新发展
一、科学是第一生产力与科学技术本质观
科学是第一生产力的原理，明确地从质和
量的规定性两方面表征了科学技术属于生产力
范畴，发展了马克思主义的科学技术本质观。
84
马克思分析了资本主义生产过程，第一次明
确地指出，“生产力中也包括科学” “社会的劳
动生产力，首先是科学的力量。” “科学的力量
也是不费资本家分文的另一种生产力。” “只有
资本主义生产才第一次把物质生产过程变成科学
在生产中的应用。”
“科学技术是第一生产力”的论断，不仅从质
的规定性上肯定了科学技术本质上属于生产力范
畴而且第一次从量的规定性上阐明了现代科学技
术在数量上成为现代生产力中的第一位因素。从
质和量想统一的观点看，这种量的变化达到一个
新的数量界限，又越过一个新质的临界点，意味
着科学技术和生产力都发生了质的飞跃。
85
“科学技术是生产力”的理论内涵：
——现代科技进步在生产力增长中的作用，相对于
其他要素数量对增长的贡献，已日益成为含量居第
一位的增长因素；
——现代科学技术加速转化为现实生产力，使科学、
技术、生产越来越一体化，导致科技越来越超前于
生产而发展，起到第一位的先导作用；
——现代科学技术作为一种社会现象，同促进生产
力变革的其他社会力量相比，已愈来愈成为第一位
的推动力量；
——现代科学技术载体的知识分子比例不断提高、
作用不断增强，日益成为生产力发展中占第一位的
人力资源。
86
二、科技是第一生产力与科学技术进步观
科技是第一生产力的原理，从科学、技术、
生产一体化的角度表达了现代科学技术转化为现
实生产力的规律，发展了马克思主义的科学技术
进步观。
科技是第一生产力的原理所表达的科技进步规
律，不仅在转化方向上，而且在进步源泉、发展
动力、运行机制等方面都有一些新特点。
87
• 在进步源泉上
无疑社会实践是科技进步的基本源泉。正是由
于科学技术有了相对独立的实验活动作为基础与源
泉，科学技术才能超前发展，才能使生产技术得到
不断的改造与更新，才能变为第一生产力。
• 在发展动力上
人们公认社会需要是科技进步的根本动力，但这
种社会需要的结构和层次都比过去有了深刻的变化。
正是社会需求引力和内在需求推理的合理作用，才
能推动科学技术加速进步并转化为第一生产力。
• 在运行机制上
人们通常用科技的社会依存性合和自律性双重机
制，来阐明科技进步的运行过程。实践证明，科学
技术不能自然而然的转化为生产力。 88
三、科技是第一生产力与科学技术价值观
1、现代科技进步渗透到劳动生产力诸要素之中，使生产力
水平空前提高。
2、现代科技进步不断开拓新的生产领域和产业部门，使产
业结构发生根本变革。
3、现代科技进步在本世纪自身发生的两次革命，引起前所
未有的生产力革命。
4、现代科技进步通过变革产业结构而引起社会结构的深刻
变革。
5、现代科技进步通过物质生产力发展而引起社会生活和社
会文化的深刻变化。
6、现代科技进步还通过社会生产力的变革，推动了社会形
态的发展与变革。
89
