科技未来与创新课件

1、 创新是一个民族进步的灵魂，是国家兴旺发达的不竭动力！ 邓小平坚持走中国特色自主创新道路，为建设创新型国家而努力奋斗。 胡锦涛 想一想 在世界文明发展进程中，曾经有过哪些伟大的创举？2022/9/301CGX0428126.COM资本主义经济体制的创新2022/9/302CGX0428126.COM科技与创新 9/30/20223国 际 竞 争本 质科技之争创新之争创新人才人才济济，专利发明寥寥创新意识多创新成果少需 要高校学生开设课程绪 论一、开设课程的原因 9/30/20224二、本课程的教学方式课堂讲授：主要形式，暂没教材，认真记录，思考外请讲座：经验典型启发：事例、引导作用堂上讨论：思

2、想、创意交流、提炼、总结动手实践：实验室1.创新成果，创新方案、图纸、实物、专利申请书等 理论创新，论文、书籍、新理论课程考核2.考查9/30/20225 知识体系-非零散的经验 认识活动-动态发展过程 社会化事业-已得到现代社会的普遍重视， 国力的标志，是社会群体的事业.小词典9/30/202272.科学的特征 理性和实证性感性到理性，符合逻辑性。概念、定理、定律、学说、推理等能自圆其说，可通过实践检验。（自然）科学成果能再现，可重复，具有通用性。因而能为不同国家、集团共享，但利用方式可能不一样。通用性共享性动态，是在已有知识和经验的指导和预测下进行，但具有不确定性和探索性，因而也充满机遇和

3、创新。一是要不断揭示事物的新属性、新过程，提出新观点、新原理；二是要运用新知识创造文明的新成果。探索性 创新性科学表现为生产力，具有创造物质和精神财富的能力。在未与生产力结合前，为一般(或潜在)生产力；一旦应用到物质生产，便物化为直接生产力。转化过程的中介技术。生产性9/30/202282技术的基本特征技术渗透到生产力要素的各方面，（劳动者、工具、对象），强烈影响着生产力的性质、类型和水平，如计算机时代，但技术与生产力不等同，（有不为生产的技术、生产发展了技术不一定发展）基本特征和谐性 :自然性、目的性、社会性、软硬件的统一过程性:潜在到现实形态、逐步成熟、应用配合标志性:9/30/20221

4、0三、科学与技术的相互关系 认识世界 回答是什么,为什么 改造世界解决做什么，怎么做实践-认识，物质-精神研究自由，结果不确定周期较长 认识-实践， 精神-物质，有明确的选题与目标结果，短期，时效性强 知识形态，多样到单一的本质结果 物质形态，从确定的转为多种方法及产品活动过程形态方法活动主体与社会关系实验、归纳、分析、逻辑推理等 试验、综合技术合作 研究员、教授因新思想获荣誉和奖励 工程师、发明家因新器物或发明专利收益 直接，现实生产力 间接，潜在生产力 区别9/30/2022112相同国力的标志，受到普遍的重视创新的工作，重复意义不大（有时不允许重复）都为社会生产生活服务互补性，科学指导技

5、术创新，技术验证科学，互相促进发展一致性，互相转化。互相依存，过去哲人与能工巧匠不同，现代科、技融为一体，尤其电子计算机、新材料、新医学等领域科学与技术界限显得模糊起来，出现科学技术化、技术科学化、科学技术一体化趋势。 9/30/20221221世纪的经济特征（2）美国经济学家奈斯比特1982年在大趋势中提出：“信息经济”（ “Information Economy” ）。9/30/20221421世纪的经济特征（3）1990年联合国研究机构提出：“知识经济”，1997年2月美国总统克林顿正式采用“知识经济”的说法。American Former President William Jeffe

6、rson Clinton formally adopted the definition of “Knowledge Based Economy” in February, 19979/30/20221521世纪科技发展总趋势9/30/20221721世纪中心科学技术转移趋势 1.信息科学技术 目前是发展高峰期，预计其中心科学技术的 地位还可持续四十年。2.生命科学技术 现在已开始注重其发展与应用，预计21世纪 30年代开始将逐步转变为中心科学技术。3.认知科学技术 智能化趋势现已显露，预计21世纪70年代开 始将成为科学技术发展的中心。 结论:智能化是中心科学技术的发展方向9/30/2022

7、1821世纪科学技术发展总趋势 世界科技中心（地区或国家）的转移 中国（公元3世纪公元13世纪） 意大利（1540年1610年） 英国（1660年1730年） 法国（1770年1830年） 德国（1810年1920年） 美国（1920年 ） 可能转向东方（日本、中国） 结论:中国政局最稳定,社会进步最好，经济增 长最快,科技、教育持续发展，人民生活 水平不断提高，世界科技中心有可能转 移到中国。9/30/2022199/30/202220高技术及其产业的领域(1) 信息科学技术（包括微电子、光电子科学技术）(2) 生物科学技术（包括生命科学技术）(3) 新能源科学技术（包括核能科学技术）(4)

8、 新材料科学技术（包括纳米科学技术）(5) 环境科学技术（包括地球科学技术）(6) 航空航天科学技术（包括空间及军事科学技术）(7) 海洋科学技术（包括地球科学技术）(8) 先进制造科学技术（包括微机电系统科学技术）(9) 管理科学技术（包括软科学技术）(10)认知科学技术（包括人脑和智能系统科学技术）9/30/20222121世纪改变人类的科学技术 科学 技术 物质科学 纳米技术 生命科学 生物技术 认知科学 信息技术 能源技术 材料技术 制造技术9/30/202222什么是NBICM会聚技术(2)以上五种技术的简化英文的联式为：Nano-Bio-Info-Cogn-Manuf，缩写为NBI

9、CM。NBICM会聚技术将会引发一场新的产业革命，实现科技与经济发展的新突破，并将人类社会带入创新与繁荣的新时代。9/30/202224制造业的重大意义(3)9/30/202225当今科学技术发展的主要特征9/30/202227一、科技创新、转化和产业化的速度不断加快，原始科学创新、关键技术创新和系统集成的作用日益突出 9/30/202228信息科技仍是主导 (1)当今世界科技发展的现状与趋势，如果要非常概括的描述，就是新的科学发展、新的技术突破以及重大集成创新不断涌现，科技成果产业化速度越来越快。科学技术在经济社会发展、人类文明进程中发挥了愈加明显的基础性和带动性作用。信息科技仍然发挥着主导

10、作用，信息科技正向微纳米方向发展，现在微纳米研究工作正在如火如荼的开展。不光是大规模集成，而是超大规模集成，继续发展。另外是网络化，不光是一般网络化，逐步走向宽带和网格化。下一代的网络是网格，网格比起网络，将会更加有效地利用资源。另一方面，网络逐步走向智能化，使得可以更好地平衡安全跟效率的矛盾。 9/30/202229信息科技仍是主导(2)信息科技将继续深刻的改变人类的生产与生活方式，比如说现代的制造过程，实际上已经是信息化的制造过程、网络化的制造过程、全球化的制造过程。譬如传统的服务业，无论是物流、旅游或者是金融等等，都已经电子化、信息化、网络化。而且新的增值服务业正在兴起，我们人的日常生活

11、，尤其是在城市生活的人口当中，几乎每一个小时都离不开电子跟信息的服务，包括网络、手机，包括许多电子化的家用电器等办公设施。同时，信息技术的进展也实实在在地推动了以信息为主导的新的军事变革，这一点在科索沃战争、阿富汗战争以及伊拉克战争当中，表现得非常充分。9/30/202230信息科技仍是主导(3)信息科技的主导作用还体现在促进传统产业升级，催生新的产业，改变人类产业结构方面，今后发达国家的服务业主要是增值服务，主要是全球化的经营管理活动，以及以科技为主导的开发跟创新活动。在这样的时代，信息科技扮演着并且继续扮演着不可替代的作用，它还会蓬勃向前发展。它的发展当然要依赖物理、化学、生命科学的发展，

12、也要依赖于制造业的发展。但是信息科技的主导作用是不可否认的。9/30/202231生命科学与生物技术正酝酿着重大突破(1) 生命科学、物质科学、信息科学、认知科学四大学科的融合，被美国自然科学基金会在今年提升为一个方向性的支持的重点，称为科学会聚（Convergence of Science,我们称为科学交叉）。实际上还应该加上复杂性系统科学。因为这种科学会聚离不开复杂系统科学。 生命科学与生物技术进展有可能为未来人类解决可再生能源做出贡献。只有到人类所需要的大部分能源或者相当部分的能源跟材料来自于生物过程，来自于生物源的时候，生物经济的时代才能真正到来。未来的人类可能要重新回归到主要能源和资

13、源来源于自然界，来源于生物过程的新的阶段。9/30/202232生命科学与生物技术正酝酿着重大突破(2) 生物多样性研究与环境修复技术，逐渐恢复较为健康稳定的地球生态系统。因为200多年以前，工业革命开始以后，机械工程师、化学家在为人类创造工具、创造财富、的同时，也给环境带来污染，对自然界带来灾难。现在生物科学家也会面临着同样的挑战，即在发展生物技术的同时，还要更多地关注生物的多样性和生态环境的保护与修复。现在在全世界已经有许多土地荒漠化了，有大量的水土流失，很多湖泊河流被污染，生物种群也在以前所未有的速度减少，如果人类再不关注约束自己的行为，自觉地来保护跟修复环境，人类可能自己毁灭自己。9/

14、30/202233 物质科学继续焕发生机（1） 信息科技、生命科技的发展都是基于物质的，物质科学始终是科学的基础，依然在焕发生机。微观物理学致力于四种基本相互作用统一理论，许多科学家为之奋斗了一百年。在新的世纪统一理论将会取得新的进展。宇宙学深入探讨宇宙起源和演化，特别是最近，又在暗物质、暗能量方面有了新的认识。新的量子现象和规律不断发现，并将得到更为广泛的应用。材料分子尺度的设计和组装在许多领域已经成为可能。这种趋势将使得反映过程变得更加有效。这些趋势都推动了物质学科这一古老的基础科学，使其不断焕发生机。9/30/202234物质科学继续焕发生机（2）新的材料继续成为人类文明的基石。21世纪

15、具有功能化、复合化、智能化和环境友好等特征的材料将会得到更加关注。极端条件下的超级结构材料将不仅向着超高强度而且向着强功能方向和结构与功能一体化的方向发展。纳米材料将会推动结构跟它的物理化学现状非同一般的材料出现，可能是整体的，也可能是表面的。国防隐身材料也将会从涂覆性涂层向复合结构、掺混材料发展。我们不光希望材料的使用性能要满足要求，而且还希望材料有可再生能力，而且材料跟环境是友好相容。9/30/202235资源环境科学技术发展迅速 生物多样性和生态系统持续管理、环境健康和全球变化等日益受到人们的关注。岛国对全球变化的关注要远远高于大陆国家，日本、英国都非常关注环境，因为全球气温每升高一度，

16、他们的国土资源就被显著的侵蚀。当然，这是一个全球性的问题。环境技术已经成为许多国家优先发展的重点高科技领域。环境技术所采用的恢复手段、检测手段都是离不开物理的、化学的、生物的或者综合的方法。自然科学从对地表浅层资源的探寻，逐步向深层发展，从陆地走向海洋，从地球走向空间，从注重矿产探寻走向以可持续发展为目标的资源合理利用和环境保护方面和生态保护方面的结合。9/30/202236能源科技越来越受到重视石油还可开采50-80年，煤可开采300多年。能源问题不能解决，中国的现代化将推迟50年（人大代表的话）。2010年以后，中国的石油对外依赖率将达到60%。目前石油的价格飞涨，每桶已超58美元，石油问

17、题已成为当今世界的热点问题，甚至成为战争的根源。节能技术及能源高效利用技术越来越受到关注，再生能源占能源比重继续上升，欧洲的能源发展变化，到2050年，可再生能源占到当时全社会消耗能源的50，有的国家甚至提到60，这是一个非常惊人可观的数据。太阳能（包括生物质能、水能、风能、光热能、光电能等）的利用，可能是未来解决能源问题的唯一出路。9/30/202237智能科学已成为各门科学的发展方向 实现共产主义社会的前提条件是消灭三大差别，即工农差别、城乡差别和体力劳动与脑力劳动的差别（体脑差别）。其中最本质、最难消灭的是体脑差别。 “人类正在步入一个以智力资源的占有、配置，知识的生产、分配、使用（消费

18、）为最重要因素的经济时代”， 即智力经济的时代。21世纪的经济是智力经济。 智能化已成为各行各业的发展方向：智能车辆、智能机械、智能汽车、智能家电、智能仪表、智能系统、智能控制、智能机器人直到智能大厦等等，每天都在大量涌现。 各门科学与智能科学的结合成为了该门科学发展的热点问题，智能化也成为了该门科学发展的一个方向。9/30/202238科技产业化的速度越来越快 过去从科学发现到技术发明再到产品商业化往往要经历半个世纪，几十年，后来变到十几年，像激光也有两到五年。但是现在一项新技术的出现，恐怕几个月时间，便走向市场，传播到全球。当今世界科技的竞争，尤其是创新技术的竞争，其激烈程度真是前所未有。

19、一项技术如果不能及时被应用，它就要被更新的技术所淘汰，它在科学史上占据不了任何位置。如果一项技术及时得到推广应用，造福了人类，即便今后被新的技术替代，也已经为人类的进步发挥了作用，它将记录在科学历史上，永远有光辉的一页。所以我们绝不能满足于有所发现、有所发表，而真正要做到有所创新、有所贡献，也就是说要推向市场。9/30/202239二、科技发展呈现出群体突破的态势 9/30/202240科学技术呈现出群体突破的态势尽管当代科技的构成不同、功能各异，但是它们都基于不同层次的理论与方法，它们相互联系，彼此渗透交叉，整个科技群体构成了协同发展的复杂体系。这种发展趋势正是因为客观世界本身就是统一的复杂

20、体系，科技在向微观和宏观层面深入的同时，也越来越关注复杂系统的研究。而对社会系统、经济系统、脑和生命系统、生态系统、网络系统的研究，将对经济、社会和人与自然的协调发展和科技进步本身产生重大影响。 无论是信息，无论是生物，无论是纳米还是能源科学、材料科学等等，它都出现了新的同步发展的态势，而且它们之间创新突破往往是互相影响的、互相促进的，这也是一个新的特点。9/30/202241三、学科交叉融合加快, 新兴学科不断涌现 9/30/202242学科交叉融合加快， 新兴学科不断涌现（1） 20世纪以来，特别是二战以后，科技发展的跨学科性日益明显，现在的一些举世瞩目的重大科学问题，几乎都是跨学科问题；

21、科学和技术的融合成为当今科技发展的重要特征，许多学科之间的边界将变得更加模糊，未来重大创新更多地出现在学科交叉领域，学科之间、科学与技术之间的相互融合、相互作用和相互转化更加迅速，逐步形成统一的科学技术体系。9/30/202243学科交叉融合加快， 新兴学科不断涌现（2） 生物学家做分子生物学工作离不开数学家和物理学家的帮助，离不开计算机专家的帮助，离不开仪器、高科技人才的帮助。做纳米科技也一样，它的研制、它的应用绝不仅仅局限于物质科学，局限于物理跟化学，同样也拓展到生命科学领域，拓展到生态环境领域，拓展到能源等方面的领域。所以学科交叉融合已经成为一个大的趋势。我们的科学家再不能局限于本学科领

22、域方面单纯的研究，必须要注重跟其他学科领域的科学家共同探讨、共同发展、交叉融合、共同合作。9/30/202244四、科技与经济、社会、教育、文化的关系日益紧密 9/30/202245科技与经济、社会、教育、文化的关系日益紧密 现在的一些经济社会发展中的重大科技问题，已不单纯是自然科学与技术问题。比如温室效应、臭氧层破坏、资源环境、艾滋病等流行性疾病的预防、控制与治疗、如何实现人与自然和谐发展，如何实现经济社会全面协调可持续发展等，这些问题不仅涉及到自然科学的认知和技术支撑，同时涉及到经济、政治、法律、社会发展、文化和教育等。这些问题的解决超出了自然科学技术能力的范围，必须综合运用自然科学、技术

23、手段和人文社会科学研究协同解决。 9/30/202246五、国际科技交流与合作日益广泛 9/30/202247国际科技交流与合作日益广泛 科学没有国界，技术的发展也必须着眼于全球竞争与合作，在经济全球化时代，任何一个国家都不能长期独享一项科学技术成果，也不可能独自封闭发展并保持科技先进水平；另一方面，随着经济全球化的迅速发展，人们面临的许多问题也越来越显示出明显的全球特征，如全球环境问题、食品安全、生物多样性保护和传染病的防治，以及反恐、维护世界和平与稳定、保障国家安全等问题，都需要全球的交流与合作。 9/30/2022489/30/2022499/30/202250创新的背景9/30/202

24、251建国50多年来经济发展的巨大成就50多年走过了西方200年的路，是改天换地的50多年;50多年经济上告别了短缺经济，大部分地区已达到小康，2004年GDP达13.6515万亿元(增长率9.5%)，经济总量已占世界第六位;谷物、肉类、棉花、花生、油菜籽、水果等的产量已列世界第一;钢、煤、水泥、化肥、电视机、摩托车产量已居世界第一，发电量、棉布、化纤等居第二；我们有权利为50多年的伟大成就而自豪，但是我们没有资格骄傲。9/30/202252我国在经济与科技方面的差距9/30/202253不要单纯看GDP中国的在年曾高居世界首位；当时西方最发达国家英国位居世界第四；居第二、三位的是印度和法国；

25、中国占世界总量的，印度、法国、英国加起来为。所以GDP最高时,国家不一定最强。 年，中国居世界第二位；美国居世界排名榜首；居第三、四位的是日本和德国；中国占世界总量的，美国为，美国的总量跃居世界第一是在年，即中国在甲午战争中丢失台湾之际。日本的总量超过中国成为世界第二是在年，即中国“文化大革命”达到高潮、继“大跃进”之后国民经济再一次负增长的年份。所以GDP能在一定程度上反映一个国家的经济。麦迪森教授与任若恩教授在曾合作撰文，认为假定中国经济增长率保持在，而美国的经济增长率维持在，中国将在年成为世界经济总量第一的经济强国。但人均GDP仍然低于发达国家。 9/30/202254世界各大学获诺贝尔

26、奖前20位排行榜9/30/202255未来10年中国经济增长率可保持7-9%1. 城市化（包括工业化和信息化）将使GDP每年 增加 3-5%；2. 加入WTO以后，将使GDP每年增加 2.5-3.5%;3. 申奥成功以后，将使GDP每年增加 0.5-1%;4. 农业现代化将使GDP每年增长 0.5-1%；5. 美国麦迪森教授（世界经济二百年回顾一书著者）曾经在1998年预言：假定中国经济增长率保持在7%，而美国的经济增长率保持在3%，中国将在2015年-2020年成为世界经济总量第一的经济强国。9/30/202256如何正确地处理科学与技术的关系？为什么当前要特别重视技术和应用研究?9/30/

27、202257科学与技术的联系和区别 科学是技术的基础,技术促进科学的发展。 科学揭示客观事实与内在规律，技术则创造出原来客 观没有的物质产品和技术方案。 科学的本质主要体现在认识论意义上，技术的本质则 主要体现在改造、变革意义上。 科学回答是什么？为什么？的问题，技术回答做什么？ 怎么做？的问题。所以,科学追求的是发现,技术追求 的是发明。 从科学技术与生产力的关系来看，科学是潜在的生产 力，技术是直接的生产力；科学是技术的基础，但科 学只有通过技术（特别是制造技术）才能成为现实的 生产力。9/30/202258要重视技术和应用研究(1) 基础研究的重大成果影响着人类社会和未来；应用研 究的重

28、大成果则直接影响着一个国家当前和不远将来 的经济与社会的发展。基础研究的成果大多是公开发表、不保密的；而应用 研究的重大成果大多是技术保密的，有的关键成果花 钱都买不来。 与基础研究相比，当前，应用研究对我国显得更为迫 切需要。应用研究上不去，工业生产技术也上不去， 核心生产技术只好依赖国外，结果产品的高额利润被 外国公司拿走，我们自己只能拿到小头甚至零头。我 们一家组装计算机公司的利润率只有2-3%， 而做系统 芯片的IBM公司和Intel公司的利润率却高达30-35%。9/30/202259要重视技术和应用研究(2) 这些年，我们化了很多钱引进产品和技术，但核心技 术外国公司是不会给我们的

29、，我们只能永远跟踪。不 仅如此，核心技术在人家手中，我们永远受制于人， 经济发展和国家安全都没有保障。 技术革命直接推动产业革命、经济发展和社会进步。 美国是一个年轻的国家。1776年，第二次大陆会议发 表了独立宣言，才宣告美利坚合众国成立。到现 在，美国只有228年的历史。但美国是一个注重技术和 应用研究的国家。她是三次产业革命的策源地。美国 经济的高度发展得益于美国对技术和应用研究的重视。 美、日、英、法等国的应用研究占政府科技投入的比 例都在80%以上。 9/30/202260要重视技术和应用研究(3)我国对技术的不重视有深刻的思想根源： 历来人们都把技术看成是手艺，是一种 “雕虫小技”

30、，是没有出息的人干的职业。现在企业缺少高级技术工人；企业里搞 工艺的人待遇低、职称评不上；国家评 审科技进步奖，搞技术的、搞工艺的评 不上大奖等等奇怪现象均根源于对技术 的不重视。9/30/202261要重视技术和应用研究(4)我国的学术界也不重视技术：美国的著名大学： California Institute of Technology 和 Massachusetts Institute of Technology ，本来是： “加州技术学院”和“麻省技术学院”，我们偏偏 把人家改成“加州理工学院”和“麻省理工学院”。我们自己的重点大学，没有一所称为技术大学 的，统统称为“理工大学”或“科技

31、大学”，而把 非重点的大学称为“职业技术学院”。9/30/202262究竟什么是创新? 究竟谁是创新的主体?9/30/202263什么是创新?(1)从本质上来说，科学只能发现，不能创新；技术追求发明，它才能创新。因为科学的对象是客观的自然系统（包括社会和人类本身），而技术的对象则是人类创造的系统。科学的主要任务是认识和揭示自然、社会、人自身的本质、结构、性能、规律，亦即是探求真理、发现规律、建立理论，回答是什么？为什么？的问题，技术的主要任务则是改造、变革、控制自然、社会、人自身，亦即是发明、开发和应用，回答做什么？怎么做？的问题。9/30/202264什么是创新?(2)现在，创新这一词汇有滥

32、用的倾向。好像只要变化了就是创新。在物质世界范畴内,即在自然科学与技术领域内,创新是指人类借助于工具、手段和条件，改造客体，创造出原先客观没有的人造物质财富的创造活动。9/30/202265什么是创新?(3)从广义的意义上来说，人类创造精神财富的活动也可以说是创新，不过这主要是针对社会科学和文化、艺术而言的，与自然科学廻然不同。文学家可以创作小说，音乐家可以创作乐曲，美术家可以创作绘画，这些都是创新活动。但是科学家不能创造科学原理和规律，这些是客观世界固有的，是不能创新的。在自然科学与技术领域谈创新，一定要有创造，要创造出新的东西，而科学原理和规律，是只能发现，不能创造的。9/30/20226

33、6谁是创新的主体?“十六大”报告明确指出：“技术创新的主体是企业”。既然技术创新是产品创新的核心，技术革命是产业革命的先导，产品和技术是企业的生命，最关心技术创新的是企业，那么毫无疑问，技术创新的主体就应该是企业。9/30/202267我国的企业为什么没能成为技术创新的主体?一是我国许多企业的研究发展部（R&D）目前还不完善，有的企业还没有这个部门；二是企业对研究发展的投入很少，国外一般企业的R&D的投入约占销售总额的2-3%，高科技产业的这一比例可达5-15%，我国的大多数企业还不到1%；三是我国许多应用研究机构的体制改革尚未完成；四是国家对应用研究的投入偏少；五是我国进入WTO以后，在发展

34、专利和制订技术标准方面还不尽如人意。9/30/202268创新的主力是青年人9/30/202269科技创新的主力是青年人爱因斯坦于1905年提出狭义相对论,年仅26岁玻尔的原子结构理论诞生于1912年，其时他不过27岁海森堡建立量子矩阵力学时不过24岁狄拉克23岁为量子力学找到普适的数学工具，26岁建立了相对论性量子理论 1953年4月25日，英国自然杂志刊登了沃森和克里克关于DNA双螺旋结构模型，其时沃森25岁，克里克也不过37岁哥德尔25岁提出并证明了哥德尔不完备定理图灵1936年提出图灵机概念，时年24岁9/30/202270大学生阶段作出了巨大创新 1. 牛顿(I.Newton)166

35、5年(22岁)发明微积分; 2. 图灵（A.M.Turing）1936年（24岁）提出图灵机概念； 3. 埃克特(J.P.Eckert)1946年(时为研究生)与莫切利 (J.W.Mauchly)发明计算机; 4. 皮兹(W.Pitts)1943年(时为博士生)与麦克科洛奇 (W.McCulloh)提出神经元的数学模型; 5. 卡尔曼(Kalman)1960年(时为研究生)提出可控性、可观 测性、最优控制理论及卡尔曼滤波； 6. 佩特里(Petri)1972年(时为博士生)提出Petri网; 7. 密歇根大学的许多博士生在上世纪60年代进行了遗传算 法的开创性的研究; 8. 比尔.盖兹1975

36、年(1973年19岁时离开哈佛从商)创办微 软公司,现已连续11年为世界首富(2005年榜,他 的个人财产为465亿美元)。9/30/202271杰出人才年轻时就崭露头角黄昆先生25岁时就在国际顶尖杂志物理评论上发表文章，27岁时提出“黄散射”，32岁时完成了与诺贝尔奖获得者玻恩（Born）合写的晶格动力学理论。当时玻恩在给爱因斯坦的信中说：“书稿内容已完全超越了我现在的理解，我能懂得年轻的黄昆以我俩的名义所写的东西，就很高兴。”“周光召威震杜布纳”(杜布纳是前苏联原子核研究所)是上世纪50年代末周光召30岁时的事情，当时有外国科学家说，“假如周光召将来得诺贝尔奖,我不会感到惊讶”。为了国家利

37、益，周光召毅然放弃了很有前景的方向，投入两弹的原理研究，并做出了重要贡献。9/30/202272世界各大学获诺贝尔奖前20位排行榜9/30/202273 关于创新的几个 值得思考的问题9/30/202274关于创新的几个值得思考的问题1. 为什么中国中学生参加科学奥林匹克竞赛屡屡取 得世 界冠军, 而大学毕业后与科学上的世界大奖就无缘了?2. 为什么三大数学猜想不是中国人提出的?3. 我国学人大都学过马克思主义哲学, 为什么没有用彻底 的 唯物辩证法精神去挑战传统理论? 例如为什么电子可 一分为二的想法不是中国人提出的?4. 中外科学史表明: 许多重大的科学创新成就并不一定来 自名人, 也不一

38、定来自科研条件好的地方, 为什么在中国 本土上还没有产生一位诺贝尔奖获得者?5. 究竟什么制约、甚至妨碍了创新？9/30/202275为什么三大数学猜想不是中国人提出的?9/30/202276费马大定理的证明1. 什么是费马大定理? 勾股定理: X2+Y2=Z2 费马大定理: Xn+Yn=Zn 在n2时没有正整数解2. 与哥德巴赫猜想齐名的费马猜想是由法国人皮埃尔德费马于1637 年提出的, 300多年来难住了一代代数学家。3. 美国数学家安德鲁怀尔斯出生于英国剑桥（1953), 1980年移居美 国。1963年他十岁时在回家的路上的图书馆里，看到埃利克坦普 尔贝尔写的科普读物大问题，受到吸引

39、，产生了爱好，于是 终身从事数学, 后来获得数学博士, 1985年(32岁)被聘为普林斯顿大 学教授，他一直为实现童年梦想而奋斗, 孜孜不倦、默默无闻地努 力，9年没出一片文章，终于在1994年10月证明了费马大定理，论 文发表在1995年5月的数学年刊上，并因此获得数学史上唯一 的一个菲尔兹特别奖（因他已超过40岁，按规定不能获奖）。 4. 费马大定理的证明被誉为20世纪的重大科学进展之一。9/30/202277 关于哥德巴赫猜想问题（1）1.德国人哥德巴赫在1742年写给大数学家欧拉的信中提 出这一猜想:任何一个大于2的偶数都是两个素数之和。 简记为 “1+1”。2.1920年，挪威数学家

40、布朗改进了有2000年历史的埃拉 多然尼氏的“筛法”，证明了 “9+9”。3.1924年，德国数学家拉代马哈证明了 “7+7”。4.1932年，英国数学家埃斯特曼证明了 “6+6”。5.原苏联数学家布赫夕塔布于1938年与1940年分别证明 了 “5+5” 与 “4+4”。6.1952年中国数学家华罗庚在中科院数学所组织并领导 了“哥德巴赫猜想讨论班”。9/30/202278 关于哥德巴赫猜想问题（2）7.1956年,中国数学家王元证明了 “3+4”，同一年，原苏 联数学家阿维诺格拉多夫又证明了 “3+3”，1957年， 王元又证明了 “2+3”。8.1962年,中国数学家潘承洞证明了 “1+

41、5”，1963年，潘 承洞和巴尔巴恩又都证明了 “1+4”。9.1965年,阿维诺格拉多夫、布赫夕塔布与意大利数学 家朋比尼证明了 “1+3”。10.我国数学家陈景润再对筛法做了新的改进后,终于在 1966年证明了 “1+2”,取得了迄今为止最好的成果。35 年过去了，哥德巴赫猜想问题仍然没有解决。9/30/202279四色问题1.问题:任何一张地图只用四种颜色就能使相邻的国家有不同的颜色。2.四色猜想来自英国,1852年由格里斯兄弟提出,1872年由数学家凯利正式向倫敦数学学会提出,从而成为世界数学难题。3.1976年6月哈肯和阿佩尔在美国伊利诺斯大学用两台计算机,化了1200小时完成证明。

42、9/30/202280为什么电子可分论不是中国人提出的?9/30/202281英国科学家马瑞斯提出电子可分论1. 科学家认为最基本的粒子是不可分的。自电子 1897年4月30日由汤姆逊发现以来，还不曾有 任何证据表明电子是可分的。2. 2000年11月美国布朗大学研究液氦的英国物理 学家马瑞斯,根据量子力学理论(每一种基本粒 子都可用“波函数”来描述), 经计算发现, 电子 的“波函数”可以分成两部分, 所以他认为电子 可一分为二。3. 美国佛罗里达大学诺贝尔奖获得者伽里说，如 果马瑞斯的预言正确，他肯定会获诺贝尔奖。9/30/202282什么束缚与妨碍了创新？ 9/30/202283什么束缚

43、、妨碍了创新？（1）1.中国长期的小农经济, 形成了“小康即安”“小富 即满”的小农保守思想, 这是妨碍创新的思想根 源。2.中国文化中的神本主义文化, 即唯神、唯上、 唯书束缚了中国学人创造性的发扬。3.中国教育中的唯书教育与应试教育妨碍了学生 的自由与个性的发展，也就妨碍了创新。因此 要加强个性教育、素质教育与创造教育。4.中国学人习惯于跟踪不习惯于创新的一个重要 原因是缺乏自信心，不敢质疑和批判现存的 知 识体系，不敢提出创新的理论和方法。9/30/202284什么束缚、妨碍了创新？（2）5.我们的学科相对老化，没有跟上世界学科结构调整的 步伐；我们在体制和机制上还存在问题。为此，要进

44、行体制和机制的改革，营造良好的创新环境，弘扬科 学精神，鼓励学术争鸣，加强学科交叉，保护不同意 见，宽容创新失败。6.我们的科研投入还不多，研究成果积累还不够，科研 队伍还未形成不同的学派，这在一定程度上影响了原 始性的创新。 现代科学研究要取得巨大成就，必须借 助现代化的研究手段，还要有相当的研究成果积累， 这是与过去的研究不同的地方。一方面要加大科研投 入。另一方面在人力、物力有限的情况下，一定要集 中力量办大事，执行“有所为，有所不为”的方针。9/30/202285世界观（哲学）与创新1. 牛顿晚年陷入神学研究, 想证明上帝的存在, 因此一事无成。他是 伟大的科学家，但在哲学上是无知的。

45、2. 爱因斯坦创立了广义相对论，但他在引力场方程中引入了一个宇 宙常数，这一常数的作用相当于一种反引力，它将导致一种既不 膨胀也不坍缩的稳态宇宙。这是与哲学的发展观相悖的。1927年， 当哈勃发现宇宙膨胀之后，爱因斯坦不得不去掉那个人为引入的 宇宙常数，他后来称这一常数的引入是他一生中最大的失误。3. 1998年，科学家布莱恩斯米特(澳)与索尔玻姆特(美)同时发现: 宇宙正在加速膨胀。这一结果暗示了宇宙中存在某种具有反引力 效应的暗能量，它们迫使星系间更快地远离。这一结果符合哲学 的发展观，令人信服，因此获得了美国科学杂志1998年的年 度科学发现奖。有意思的是这种反引力效应，可能正是由爱因斯

46、 坦最初所引入的宇宙常数所表达的, 可惜他没能看到今天令人激 动的进展。 9/30/202286怎样进行创新9/30/2022879/30/202288解放思想是创新的前提1.不唯书，不唯上，只唯实；2.要克服“小康即安,小富即满”的小 农思想;3.淡泊名利,无私奉献才能解放思想;4.解放思想要勇于质疑和批判过去;5.解放思想要有自信心。9/30/202289要敢于对过去的理论和权威说“不”爱因斯坦是在与麦克斯韦的电磁场基本规律挑战中得出相对论的。过去把时空隔离开，爱因斯坦说“不”，他把时空联系起来，才提出了相对论。过去认为能量是连续的，普朗克说“不”，而提出了量子能级学说。牛顿认为光是粒子流

47、，玻尔说“不”，他指出：光既是粒子，也是波动，并由此建立了量子力学。过去认为宇称是守恒的，杨振宁、李政道说“不”，他们提出了宇称不守恒原理，由此而获得诺贝尔物理奖。9/30/202290科学权威也会犯错误(1)爱因斯坦曾竭力反对玻尔等人提出的量子力学统计 解 释, 他断言 “几乎没有任何迹象表明能从原子中获得能量”。核物理学家卢瑟福也曾说过，“谁企图研究从原子转换中获得能量，那他是在干一件荒唐的事”。19世纪末担任英国皇家学会会长的开尔文是一位极 富革新精神的物理学家，但晚年却宣称“X射线将会被证 明是一种欺骗”，“无线电没有前途”。大发明家爱迪生曾强烈反对交流电，要求完全禁止 使 用交流电。

48、 海王星的发现者西蒙. 纽科姆曾断言“空中飞行 是属 于人类永远无法解决的问题”。9/30/202291科学权威也会犯错误(2) 1956年6月, 李政道、杨振宁在物理评论杂 志上提 出“弱相互作用下宇称不守恒”。当时遭到了不少权威 的反对; 1954年获诺贝尔奖的泡利（W. Pauli) 愿押任 何数目的钱来赌“宇称一定是守恒的”，他认为吴健雄 作此实验是浪费时间，不会有结果； 1952年获诺贝尔奖的布洛克（F. Bloch)则说，“宇称 在 弱相互作用下不守恒能得到实验证明，我愿意吃掉 我 的帽子”。 1970年，人们认为基本粒子都可归纳为三种夸克。丁 肇中对此表示怀疑，想进行有关实验，却

49、遭到几乎所 有国家大型实验室的反对。1972年至1974年，丁肇中 等最终发现了一种全新的夸克。9/30/202292科学权威也会犯错误(3) 著名企业家兼技术专家犯错误的例子也不少。 发明磁芯存储器并开创文字处理机时代的王安， 晚年跟不上开放式潮流而破产； 敢于挑战IBM，于20世纪60年代建立小型计算 机王国的DEC创始人奥尔森（Olsen），晚年 却认为“PC是不该出现的怪胎”； “巨型计算机之父”克雷（Cray）晚年跟不上大 规模并行计算的潮流而 破产； 以太网的发明人Metcalfe曾打赌“互联网在2000 年前会出现瘫痪”。9/30/202293科学权威也会犯错误(4) 曾任英国皇

50、家学会会长、1904年诺贝尔 奖得主瑞利曾发誓“60岁以后不对任何 新思想发表意见”，这大概是因为他年 轻时受到权威们的压制而引起的想法。 有一句名言也许是有道理的：“当一位 杰出的老科学家说什么是可能的时候， 他差不多总是对的；但当他说什么是不 可能的时候，他差不多总是错的。”9/30/202294创新的基础在学习 1. 情况是在不断地变化，要使自己的思想 适应新的情况，就得学习。 毛泽东 2. 如果我比笛卡儿看得远，那是因为我站 在巨人们的肩上的缘故。 牛 顿 3. 在科学上面是没有平坦大道可走的,只有 不畏劳苦沿着陡峭山路努力攀登的人,才 有希望达到光辉的顶点。 马克思 4.成功=艰苦的

51、劳动+正确的方法+少说空话 爱因斯坦 9/30/202295现代青年人必须具有的最重要的科学基础1.数理科学基础 其中尤以高等工程应用数学为重要；2.信息科学基础 其中尤以计算机科学及软件设计学为重要；3.人文科学基础 其中尤以中国语言学及交流英语为重要；4.社会科学基础 其中尤以哲学及公共关系学为重要。9/30/202296研究生要抓住“非”、“智”两字做研究、写论文当前科学理论前沿的特征往往表现在 “非”、“智”两字上: “非” “智” 1) 非线性 1）智能系统 2) 非定常 2）智能控制 3) 非经典 3）人工智能 4) 非一般 4）智能数学9/30/202297创新的科学思维方法1.

52、 需求是创新思维的源头；2. 问题是创新思维的起点；3. 分析是创新思维的钥匙;4. 综合是创新思维的途径。 9/30/202298需求是创新思维的源头1.创新的目的是推动社会进 步和人类文明;2.需求不断,创新不断;3.实践无止境，创新无止境。9/30/202299问题是创新思维的起点1.问题来自矛盾;2.矛盾是事物发展的根本原因;3.提出一个好问题等于成功的一半。9/30/2022100分析是创新思维的钥匙1.一分为二是唯物辩证法的基本方法;2.一分为二是创新思维的基本方法;3.分析才能深入到事物的内部;4.分析才能接触到事物的本质;5.分析才能为复杂的事物理出头绪;6.人类的认识从分类开

53、始。9/30/2022101综合是创新思维的途径1.日本实施技术立国政策时提的口号： 综合就是创造！2.中国古语云：集思广益3.综合是创新思维的最佳途径: 1)逻辑思维、形象思维、灵感思维相结合 2)演绎（分析）、归纳（综合）相结合 3)哲学、艺术，科学相结合9/30/2022102逻辑思维、形象思维、灵感思维相结合变换矩阵CAD与机器人学的基础 A B A B P A B C P C D C D Q D E F Q M N S H I J R L M N S1. 二维变换矩阵: 表示点的位置变换。2. 三维变换矩阵: 左上角产生比例、对称、错切、旋转变换；M、N 产生平移变换；P、Q产生透视

54、变换；S产生全比例变换。3. 四维变换矩阵: 左上角产生比例、对称、错切、旋转变换；左下 角产生平移变换；右上角产生透视变换；右下角产生全比例变换。4. 五维变换矩阵: 迄今不知何意?!9/30/2022103灵感与科技创新（1） 在科技创新中常出现灵感现象。人们在解决科技问题 时，常在冥思苦想不得其解时，突然“灵机一动，计上 心来”，即在“山穷水尽疑无路”时，突然“柳暗花明又 一村”，找到了解决问题的好办法。这种思维的结果， 就如同文学家所说的“踏破铁鞋无觅处”，转瞬间出现 了“得来全不费工夫”的令人欢心的局面。这就是灵感。 灵感来自长期的探索实践和思考。周恩来总理精辟地 概括为八个字：“长

55、期积累，偶然得之”。俗话说：“熟 能生巧”，“熟”就是“深思熟虑”，“巧”就是“灵巧感悟”。 爱迪生一生做出了2千多项技术发明，他说：“天才就 是百分之九十九的汗水，加上百分之一的灵感。”9/30/2022104灵感与科技创新（2）王国维的治学“三境界” 一种境界是：“昨夜西风凋碧树。独上高楼，望尽天涯 路。” 这是形容人们在初学阶段，如同从平地一下登 高远望，顿时大开眼界。 二种境界是：“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴。” 这是形容人们在强烈的求知欲驱使下，潜心专注，废 寝忘食，即使身瘦衣宽，容颜憔悴也不后悔。 三种境界是：“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在 灯火阑珊处。” 这里王国维借原

56、诗写一位青年诗人在 元宵节的灯光下找到情人的经过，比喻在追求真理的 过程中，必须经历“千百度”的努力，才能产生灵感， 从而找到真理这个“情人”。9/30/2022105演绎与归纳相结合1. 中国人思维方法的缺陷: 多归纳,少演绎;2. 许多科学理论,如麦克斯韦尔电磁场 方程等都是演绎得来的;3. 演绎(如分析、比较、分类、判断 推理等）能深入事物内部，归纳 （如抽象、聚类、集成、综合、决策等）能求得结果。9/30/2022106哲学、艺术、科学相结合1.门得列也夫发明元素周期表是受音乐家作五线谱曲的 启示。2.哲学的发展观启发创新思维，如： 1) 无限观启示：超光速、超绝对零度、宇宙黑洞存在；

57、 2) 一分为二观启示：电子可分； 3) 螺旋式发展观启示：世界科技中心转移趋势是： 不断向西转移，今后可能再次到达东方；3.中国古诗云： 不识庐山真面目， 只缘身在此山中。 所以要在高层次上把哲学、艺术、科学结合起来。 站得高才能看得远。9/30/20221079/30/2022108交流、碰撞、融合、创新1. 著名物理学家海森堡说: “科学扎根于交 流,起源于讨论”。2. 开展学术交流, 繁荣学术园地, 推动学科 发展, 促进人才成长是科技团体的基本 职能。3. 交流、碰撞、融合才能创新。4. 现代科技成果愈来愈多地依靠团队集体 创新。9/30/2022109特别要抓好原始创新（1）1.

58、江泽民同志在庆祝清华大学建校九十周年大会上的讲话指出:“一流大学应该站在国际学术的最前沿,紧密结合先进生产力的发展要求,依托多学科的交叉优势,努力进行理论创新、制度创新、科技创新,特别要抓好科技的源头创新,并推动科技成果加速转化为现实生产力.”2. 江泽民同志曾经指出:“原始性创新孕育着科学技术质的变化和发展, 是一个民族对人类文明进步做出贡献的重要体现, 也是当今世界科技竞争 的制高点。” 9/30/2022110特别要抓好原始创新（2）3. 原始创新要抓两头:基础科学创新和尖端科技创新。4. 和国外相比，我国在原始创新方面差距较大。国家自然科学一等奖和国家技术发明一等奖已经多年空缺; 我国

59、的发明专利只有日本和美国的1/30，韩国的1/4,特别是高技术领域的发明专利，绝大部分为跨国公司 所有。5. 面对经济全球化和加入世贸组织的挑战，必须改变跟踪和模仿的发展思路，大力抓好原始创新。6. 原始创新并不是高不可攀的。9/30/2022111营造产生科学大师的土壤与环境9/30/2022112营造产生科学大师的土壤与环境(1)营造一个学术气氛浓厚、宽松而又稳定的研究环境。证明世界三大数学猜想之一费马猜想的英国数学家安德鲁怀尔斯，潜心研究了9年， 9年没出一篇文章， 9年没有拿到一个奖，他在一个宽松的环境中安心研究，终于在1994年证明了费尔马大定理。居理夫人，一辈子只写了7篇文章，但却

60、两度获得诺贝尔奖。急功近利、急于求成是出不了大成果的。2001年诺贝尔生理医学奖获得者苏尔斯顿在他和别人合著的一本书中写道：他研究线虫好多年没有发表文章了，他的导师告诉他不用着急，只要你觉得研究线虫有价值你就研究下去。所以他很安心地在那里研究了10年，终于取得了巨大成就，获得了诺贝尔生理医学奖。9/30/2022113营造产生科学大师的土壤与环境(2)尊重人才、以人为本。刘备三顾茅庐请诸葛亮。浙江大学第一任校长竺可楨 “三顾茅庐”恭聘国学大师马一浮，礼请邵裴子，还亲自送大米给苏步青教授，在当时被传为佳话。大凡杰出人才都有些怪异，要对他们宽容。写時間簡史的科學家霍金，被誉為當今最杰出的科學家之一