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懂点前沿科技

  • ISBN:978⁃7⁃5428⁃8477-0/N·1270
  • 著译者:周忠和 郑永和 主编
  • 出版时间:2026年1月
  • 定价¥88.00
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  • 开本/字数:16开
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丛书序


党的二十大报告提出,“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”,要“培育创新文化,弘扬科学家精神,涵养优良学风,营造创新氛围”。2023年2月,习近平总书记进一步强调,要“深入实施全民科学素质提升行动”“树立热爱科学、崇尚科学的社会风尚”“要在教育‘双减’中做好科学教育加法,激发青少年好奇心、想象力、探求欲,培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体”。提升中小学教师的科学素养,对培养创新人才、推动国家创新发展具有极为重要的意义。

阅读是提升科学素养的基础手段之一。中小学教师都异常忙碌,管理学生、批改作业、备课授课、制作课件、承担课题、发表论文……对他们来说,如何在这每天连轴转的24小时中,抽出时间做点科学阅读、不断提升对科学和科学教育的理解,着实是个难题。专著专论的全本阅读,会令教师由于时间原因望而生畏;而撷取名家名篇,制作有针对性的主题阅读板块,可以让教师根据需要选择性地阅读,且各篇完全独立,随时可以自由翻阅,不受上下文的制约,不失为一种从实际出发的选择。“中小学教师科学素养提升工程”丛书的策划出版就是基于上述目的。丛书将从科学本质、科学素养、科学家及其工作、前沿科技、科技创新、科学史、技术史等角度进行选篇,立足中小学教师的现实需要,助力中小学教师队伍建设。例如,丛书第一册《追寻科学之本》,从“科学是什么”“科学素养是什么”“科学家在干什么”三个主题入手,选取三十余篇文章,引导教师思考科学的本质,提升教师科学素养。

作为一名科学家,我始终认为,科学教育所传递的不只是科学知识和研究方法,更是科学精神。科学精神至少应当包括:对事实的尊重,理性的质疑,科学的逻辑思维和推理,对事物的客观判断,以及宽容失败的文化。现在很多科学知识可以通过上网等渠道获取,但学会运用逻辑思维,理性质疑,寻求真理,是树立科学精神的基本素质。科学精神是在科研实践中形成的一套价值、行为规范和信念。我归纳为十二个字:求真务实、探索创新、理性质疑。弘扬科学精神比讲授科学知识更重要,授人以鱼不如授人以渔。科学精神的树立是提高国民科学素养的重要方面,是国家创新发展的先决条件。

一方面,我们要鼓励好奇心,保护探索欲。好奇心是一切创新的源泉。从研究生命演化的角度看,好奇心并非我们人类所特有的,而是人类与许多动物共有的一种思维活动,代表对一种事物特别注意的一种情绪,也代表一种求知欲、一种探知欲,即喜欢探究不了解的事物的一种心理状况,或者一种情感行为。一般认为,好奇心是我们人类认知世界的主要驱动力。爱因斯坦曾说:“提出一个问题往往比解决一个问题更加重要。因为解决一个问题也许只是数学上或实验上的一个技巧问题,而提出新的问题,从新的角度看问题却需要创造性的想象力,这才标志着科学的真正进步。”我觉得爱因斯坦说出了科学研究的真谛。没有了好奇心,我们就提不出问题;没有问题,我们就很难去深究,我们的社会就很难一步步向前发展。如果学生从小到大更多的是一种对知识的接受,面对的都是有标准答案的题目,很少提出独立的见解,那么这些学生进入大学或研究领域之后,就很难提出创新问题。营造独立思考、敢于质疑、包容并蓄的文化土壤和环境,呵护青少年的好奇心,这是社会各界尤其是老师和家长应该联起手来共同努力的事业。

另一方面,既要尊重知识,也要有挑战权威的勇气。科学探索就是不断逼近真理的过程,而我们获得的只是当下的相对正确的结论,并非绝对真理。科学进步就是不断发现旧有知识的错误和局限性。

近二十年来,中小学科学教育已经从关注科学知识转变为关注科学核心素养,科学观念、科学思维、探究实践、态度责任,缺一不可。这是巨大的进步。同时,我们也要注意,探究实践一定不能固化为制式的流程,而要根据教学实际灵活运用。科学教育唯有以人为本,寓教于乐,勿忘真、善、美,才能发挥最大的教育功能。科学与艺术的结合,能够让人感受到科学之美;科学对真理的渴求,起步于做人的诚实与诚信;还应当告诉学生,科学不是万能的,科学研究还需受到科学伦理的约束。科学本就是文化的一部分,如果仅仅关心科学的实用性而忽略了科学与人文精神的结合,那么,这样的科学教育不能算得上成功。

科学素养的提升绝非一朝一夕之事,积小流才终成江海。期盼广大教师通过阅读本丛书精心选编的内容,更好地理解科学、理解科学教育,关注科学发展的新进展、新成果,解决生活和教学中的现实问题。


周忠和

中国科学院院士

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员


前言

加快建设科技强国,实现高水平科技自立自强
在党中央坚强领导下,在全国科技界和社会各界共同努力下,我国科技实力正在从量的积累迈向质的飞跃、从点的突破迈向系统能力提升,科技创新取得新的历史性成就。
基础研究和原始创新取得重要进展。基础研究整体实力显著加强,化学、材料、物理、工程等学科整体水平明显提升。在量子信息、干细胞、脑科学等前沿方向上取得一批重大原创成果。成功组织了一批重大基础研究任务,“嫦娥五号”实现地外天体采样返回,“天问一号”开启火星探测,“怀柔一号”引力波暴高能电磁对应体全天监测器卫星成功发射,“慧眼号”直接测量到迄今宇宙最强磁场,500米口径球面射电望远镜首次发现毫秒脉冲星,新一代“人造太阳”首次放电,“雪龙2号”首航南极,76个光子的量子计算原型机“九章”、62比特可编程超导量子计算原型机“祖冲之号”成功问世。散裂中子源等一批具有国际一流水平的重大科技基础设施通过验收。
战略高技术领域取得新跨越。在深海、深空、深地、深蓝等领域积极抢占科技制高点。“海斗一号”完成万米海试,“奋斗者号”成功坐底,北斗卫星导航系统全面开通,中国空间站天和核心舱成功发射,“长征五号”遥三运载火箭成功发射,世界最强流深地核天体物理加速器成功出束,“神威·太湖之光”超级计算机首次实现千万核心并行第一性原理计算模拟,“墨子号”实现无中继千公里级量子密钥分发。“天鲲号”首次试航成功。“国和一号”和“华龙一号”三代核电技术取得新突破。
高端产业取得新突破。C919大飞机准备运营,时速600公里高速磁浮试验样车成功试跑,最大直径盾构机顺利始发。北京大兴国际机场正式投运,港珠澳大桥开通营运。智能制造取得长足进步,人工智能、数字经济蓬勃发展,图像识别、语音识别走在全球前列,5G移动通信技术率先实现规模化应用。新能源汽车加快发展。消费级无人机占据一半以上的全球市场。甲醇制烯烃技术持续创新带动了我国煤制烯烃产业快速发展。
科技在新冠肺炎疫情防控中发挥了重要作用。科技界为党和政府科学应对疫情提供了科技和决策支撑。成功分离出世界上首个新冠病毒毒株,完成病毒基因组测序,开发一批临床救治药物、检测设备和试剂,研发应用多款疫苗,科技在控制传染、病毒溯源、疾病救治、疫苗和药物研发、复工复产等方面提供了有力支撑,打了一场成功的科技抗疫战。
民生科技领域取得显著成效。医用重离子加速器、磁共振、彩超、CT等高端医疗装备国产化替代取得重大进展。运用科技手段构建精准扶贫新模式,为贫困地区培育科技产业、培养科技人才,科技在打赢脱贫攻坚战中发挥了重要作用。煤炭清洁高效燃烧、钢铁多污染物超低排放控制等多项关键技术推广应用,促进了空气质量改善。
国防科技创新取得重大成就。国防科技有力支撑重大武器装备研制发展,首艘国产航母下水,第五代战机歼20正式服役。东风-17弹道导弹研制成功,我国在高超音速武器方面走在前列。
当前,新一轮科技革命和产业变革突飞猛进,科学研究范式正在发生深刻变革,学科交叉融合不断发展,科学技术和经济社会发展加速渗透融合。科技创新广度显著加大,宏观世界大至天体运行、星系演化、宇宙起源,微观世界小至基因编辑、粒子结构、量子调控,都是当今世界科技发展的最前沿。科技创新深度显著加深,深空探测成为科技竞争的制高点,深海、深地探测为人类认识自然不断拓展新的视野。科技创新速度显著加快,以信息技术、人工智能为代表的新兴科技快速发展,大大拓展了时间、空间和人们认知范围,人类正在进入一个“人机物”三元融合的万物智能互联时代。生物科学基础研究和应用研究快速发展。科技创新精度显著加强,对生物大分子和基因的研究进入精准调控阶段,从认识生命、改造生命走向合成生命、设计生命,在给人类带来福祉的同时,也带来生命伦理的挑战。
经过多年努力,我国科技整体水平大幅提升,我们完全有基础、有底气、有信心、有能力抓住新一轮科技革命和产业变革的机遇,乘势而上,大展宏图。同时,也要看到,我国原始创新能力还不强,创新体系整体效能还不高,科技创新资源整合还不够,科技创新力量布局有待优化,科技投入产出效益较低,科技人才队伍结构有待优化,科技评价体系还不适应科技发展要求,科技生态需要进一步完善。这些问题,很多是长期存在的难点,需要继续下大气力加以解决。
党的十九大确立了到2035年跻身创新型国家前列的战略目标,党的十九届五中全会提出了坚持创新在我国现代化建设全局中的核心地位,把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展,必须深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略,完善国家创新体系,加快建设科技强国,实现高水平科技自立自强。

(节选自习近平于2021年5月28日在中国科学院第二十次院士大会、中国工程院第十五次院士大会、中国科协第十次全国代表大会上的讲话)

前言 加快建设科技强国,实现高水平科技自立自强 / Ⅰ


第一篇  天体物理学 / 1

从《星际穿越》到量子纠缠——相对论与量子力学漫谈 / 2

宇宙中的神奇幻觉——引力透镜揭秘 / 11

太空中的璀璨礼花——伽马射线暴 / 16

光都无法逃逸的地方——超大质量黑洞探秘 / 22

暗物质——物理学的危与机 / 29

探索无穷——物质结构与宇宙 / 36

“看见”黑洞——解读人类首张黑洞照片 / 44


第二篇  生命科学与健康 / 53

理智与情感——大脑是如何决策的 / 54

我不是药神——癌症的科学认识与防治 / 66

人类“替难者”的故事——实验动物与克隆猴 / 72

奇妙基因之旅——认识、发现和改变基因 / 82


第三篇  人工智能 / 91

眼见为实?眼见为虚!——虚拟与现实的较量 / 92

机器可以有情感吗——人工智能发展现状 / [00][1]

脑科学与人工智能 / [09][1]

让机器像人一样思考——脑科学启发人工智能 / [15][1]


第四篇  航空航天 / [23][1]

太空探索大进展——从航天飞机到走出太阳系 / [24][1]

什么样的飞机才是好飞机——C919大飞机的设计与制造 / [34][1]

红色火星的蓝色星球梦——从火星探测到火星改造 / [42][1]

“慧眼”望太空 / [50][1]

中国的北斗,世界的北斗 / [59][1]

“墨子号”量子卫星与网络 / [68][1]

未来一百年,人类能到哪里去 / [75][1]


第五篇  别有洞天 / [87][1]

天外飞仙——陨石雨里的宇宙科学 / [88][1]

声“琴”并茂——乐器的发声原理 / [94][1]

从智人到神人——人类的过去、现在与未来 / 200

深海探测——向深海更深处钻研 / 210

千年莫高遇上现代科技——敦煌艺术的保护与传承 / 215

开启“镁”好“氢”生活——从轻金属镁到轻能源氢 / 225


附录 / 233

一、 2015—2024年诺贝尔奖获奖情况 / 234

二、 2020—2024年中国科学十大进展 / 240

三、 2020—2024年世界十大科技进展新闻 / 262


后记 / 284