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自然科学经典文选导读

精选17篇自然科学文本,覆盖数学、物理、化学、生物、材料、计算机、电子信息、医学及建筑学等研究领域。

作者:谢和平
定价:68
印次:1-2
ISBN:9787302560982
出版日期:2020.09.01
印刷日期:2020.11.10

《自然科学经典文选导读》从古今中外浩瀚的经典文献中精选出17篇自然科学文本,覆盖数学、物理、化学、生物、材料、计算机、电子信息、医学及建筑学等研究领域。这些文选将致力于让大学新生对自然科学经典有概略性了解,有利于大学生培养自然科学的思维方式,启迪心灵,激发兴趣和创造力,促进自由而全面的潜能发展,并为大学生进一步学习自然科学知识提供入门级向导。 《自然科学经典文选导读》共分17章,每章分为4节,第1节为引语,说明所选经典著作的全书内容和作者信息;第2节为选文,提供经典选文的部分原文及翻译,必要时提供一定的注释;第3节为评述,对经典选文的意义做提要性阐释;第4节为阅读思考与延伸阅读,为大学生深入学习提供阅读建议。 《自然科学经典文选导读》可供高校文、理、工、医等各专业本科一年级大学生阅读学习,也可作为自然科学通识课程的教材。

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序 言 科学的发展必将经历初级综合、分化、再综合的过程。正如著名物理学家、量子力学的重要创始人之一马克斯?普朗克深刻指出:“科学是内在的整体。它被分解为单独的整体不是取决于事物的本身,而是取决于人类认识能力的局限性。”大学学科结构与学科发展应当与科学发展相适应,大学的人才培养也应与科学发展相适应。事实上,要培养能探索科学前沿、创造未来技术、真正具有国际竞争力的创新创业人才以及真正对社会做出贡献的杰出人才,不但要有创新的思维能力,更要有多学科的知识面和广阔的学科视野。 诺贝尔物理学奖得主丁肇中先生曾与我多次会面交流,希望我推荐优秀的学生去麻省理工学院(MIT),并特意强调“最优秀的学生不是分数高的学生,而是会提问题和有多学科知识面的学生”;“有动手能力并不能创新,创新思想和多学科素养奠定了创新的两大支撑”。诺贝尔生理学或医学奖得主、哈佛大学医学院的绍斯塔克教授也和我谈到他在哈佛的创新人才培养体会:“要重视跨学科、跨学院的人才培养模式,哈佛医学院鼓励其学生到天文学院及其他跨学科学院学习、生活三个月或半年,对学生的思维启迪和创新能力培养至关重要。”根据《科学时报》统计,100多年来的诺贝尔奖中,有41.02%的奖项属于多学科交叉领域;在近30年诺贝尔奖获奖学者中,从事多学科交叉研究的获奖比例接近70%。这些事例给我们的一个重要启示就是,具有多学科交叉的知识面是我们培养具有国际竞争力的一流人才的重要条件。众多一流大学也特别重视通识教育。哈佛大学提出,本科生在上主修课之前,必须上通识课程,认识文科及理科的各种学术流派。《耶鲁大学报告》中明确指出:我们的教育应是“全面的教育”,培养的人应该“具备全面知识并拥有高尚品德”。所以,我们培养一流的人才,关键要把多学科知识素养教育体现到人才培养过程中,让我们的学生不但具有深厚的人文底蕴与扎实的专业知识,更要培养其多学科的知识面和广阔的学科视野,使学生具有更强的竞争力和后发优势。我国高等教育最大的短板是,学生人文艺术与综合性科学素养系统性的教育缺失,从而导致想象力、创造力、战略思维能力不强。而且,现有的高校学科组织制度相对单一封闭,难以培养新入学学生的科学思维和科学方法,不利于拓宽学生视野和培养强国人才。鉴于此,我们为大一新生撰写中英文对照版的《自然科学经典文选导读》(后略作《导读》),旨在收录自然科学领域的经典选文,展示相关学科起源、发展历程或未来研究前景,为他们开启通识教育,培养综合科学知识及科学精神和科学思维,拓宽科学视野,增强创造能力。正如哈佛荣誉校长陆登庭所说,最好的教育应使学生具有更强的创造精神,并成为人格和心理更加健全的人。 在编写《导读》的过程中,有些问题不可回避。譬如,何为自然科学经典?如何选取经典?《自然科学经典文选导读》编委们经讨论决定,尽可能选取权威、通俗,适合本科大一新生阅读的入门级选文。一般意义上来说,人们认为自然科学起源于西方,古希腊哲学是自然科学的种子,文艺复兴的到来为自然科学提供了成长沃土,伽利略创立了实验研究方法,牛顿引入了复杂的数学工具系统,正式推开了近代自然科学的大门;工业革命的兴起让自然科学的发展进入了快车道,为整个人类社会带来了翻天覆地的变化。也正是伴随着自然科学的兴起,现代大学才得以诞生,科技创新成了大学的重要职能。考虑到自然科学发展的历史,《自然科学经典文选导读》的大部分选文选自西方科学经典。当然,中国悠久文明和古代哲学同样蕴含着深刻的自然科学思想内涵和科学精神,并对整个世界的科学发展产生了重要的影响。同时,中国也有着悠久的科学技术史,著名英籍科学史学家李约瑟花费近50年心血撰著了多卷本《中国科学技术史》,全面、系统地论述了中国古代科学技术的辉煌成就及其对世界文明的伟大贡献。而在《自然科学经典文选导读》的最后一章,我们专门选取了梁思成的《图像中国建筑史》,意在通过中国古建筑来展现中国智慧中关于天、地、人、物、我之间的“和谐”思想,为人类自然环境和社会人文环境的生态平衡提供宝贵的思想资源。 其二,自然科学应当把研究中心放在什么位置?基础研究和应用研究是否有所侧重、如何侧重?我们对此可能有着不同的理解和实践,比如,英国强调以基础研究为主,而日本则更重视以应用需求为导向的研究。其实,基础研究的“顶天”和应用研究的“立地”并不矛盾,日本倾向于应用研究是国家发展的需要,实质上是把实际需求问题和基础科学问题结合到一起,这也有力地推动了日本自然科学的快速发展,21世纪以来,日本获得了19个诺贝尔奖。基础研究与应用研究就像是一驾马车的两匹马,无论哪一匹出现了短板都会影响整体的前进速度。所以,科学问题需要和社会问题有效对接、基础与应用并重、产学研用紧密结合才是当前自然科学发展的大趋势。深圳市政府在《深圳经济特区科技创新促进条例》(2018年10月1号实施)实施情况说明中强调,将着力保持30%的财政科技经费投向基础研究和应用研究,以增强城市自主创新能力;同时也加大投入,扶持创新型企业。可见,中国内地的科学政策和科学文化已然把持续推进基础研究和应用研究放在了同样重要的位置。故《自然科学经典文选导读》也精选了一些应用研究和当前社会关注的前沿科学经典。 《导读》将在第一部分(包括第1~4章)隆重推介数、理、化基础科学经典选文导读。 数学经典之中,由菲尔兹奖得主、英国著名数学家威廉?蒂莫西?高尔斯(William Timothy Gowers)撰写的《数学:一个极短介绍》(Mathematics: A Very Short Introduction)是一本数学科普著作。高尔斯凭借着深厚的数学功底、对数学内涵及其精神实质的深刻理解和把握,用最通俗的语言向读者介绍了现代数学的主流思想,对极限、高维空间、希尔伯特空间、微分流形等相对高深的数学概念做了通俗的解释,对数学建模和数学证明的含义和实质做出了生动的描述。通过这些通俗易懂的介绍,读者将领略主流数学的魅力和数学的精湛之处。 物理学经典之中,艾萨克?牛顿(Isaac Newton)的《自然哲学的数学原理》(Mathematical Principles of Natural Philosophy)揭示了宇宙中最普遍的规律,被认为是人类科学发展史上最伟大的著作之一。爱因斯坦说:“至今还没有可能用一个同样无所不包的统一的概念,来替代牛顿关于宇宙的统一概念;而要是没有牛顿明晰的体系,我们到现在为止所取得的收获就会成为不可能。”而继爱因斯坦之后,物理学界公认的最睿智的理论物理学家是理查德?菲利普斯?费曼(Richard Phillips Feynman)。费曼提出了费曼图和重正化方法研究量子电动力学和粒子物理,并因此在1965年获得诺贝尔物理奖。其根据加州理工学院讲课录音编辑出版的《费曼物理学讲义》(The Feynman Lectures on Physics),幽默生动、不拘一格,深受大一、大二本科生欢迎。我们选取该讲义的第3卷《量子力学》(Quantum Mechanics),作为量子物理学经典导读奉献给读者。 在化学领域,约翰?道尔顿(John Dalton)的代表作《化学哲学新体系》(A New System of Chemical Philosophy)是继拉瓦锡的《化学纲要》之后又一里程碑式的化学著作。该书的出版标志着科学原子理论体系的建立。道尔顿把原子论与元素学说统一成为有机的整体,从而使化学成为一门真正的独立科学。著名化学家鲍林认为:“在所有的化学理论中,最为主要的是原子学说。”恩格斯也曾给予高度评价,认为“原子论是能给整个科学创造一个中心并给研究工作打下牢固基础的发现。”《化学哲学新体系》一书为人们研究道尔顿所开辟的化学新时代提供了极其珍贵的史料,同时,该书还全面反映了道尔顿的实验与理论思维相结合的研究方法,非常值得我们学习。 《导读》第二部分(包括第5~7章)的现代生命科学选文出自遗传学、合成生物学和脑科学三大领域。 遗传学经典《DNA:生命的秘密》(DNA: The Secret of Life)一书,以DNA双螺旋结构的发现、DNA密码的解读、DNA技术的应用为线索,根据时间顺序将遗传学的发展简史向人们娓娓道来,将生命的秘密向人们徐徐揭开。该书由DNA结构的发现者之一詹姆斯 ? 杜威?沃森(James Dewey Watson)亲自执笔。20世纪90年代,沃森成为第一个主持人类基因组计划的首席科学家。在《DNA:生命的秘密》一书中,沃森集50年的研究思考,用亲历者的角度,以无比宏观的视野、深入浅出的方式和生动有趣的文笔所叙述的关于遗传学起源、发展和未来的故事,无不和我们的生活息息相关。 合成生物学选文出自《生命的未来:从双螺旋到合成生命》(Life at the Speed of Light:From the Double Helix to the Dawn of Digital Life)第六章。作者J. 克雷格 ? 文特尔(J. Craig Venter)生动地记录了他们在人工合成第一个基因组、创造第一个人造细胞这一里程碑事件过程中,所面临的挑战、所取得的突破性成功,以及所伴随的沮丧和喜悦。如果解析基因组DNA序列的生命信息是回答“生命是什么”的唯物论理论,那么根据DNA序列合成生命就是上述唯物论理论的实践验证。该书贯穿着对“生命是什么”问题的极限思考。观察、假设、检验等形成科学闭环,环环相扣,将读者带入生命科学的殿堂,在一点一滴发人深省的科学进展中,展望当生命以光速“旅行”之时,合成生命技术对未来世界的影响。 脑科学经典《从神经元到脑》(From Neuron to Brain)是一本介绍神经生物学基础知识的著作。该书第1版于1976年问世,为脑科学开山之作。作者S. W. 库福乐(Stephen W. Kuffler)是现代神经生物学的创始人之一,合作者J. G. 尼克尔斯(John G. Nicholls)也是该领域著名学者。2011年该书进行第5版修订时,神经科学领域已发生了爆炸性的知识增长,分子生物学、遗传学和免疫学的超速发展及其在神经细胞与脑科学中的应用,为其增添了新内容、新进展,为读者展示了神经科学的神奇魅力。 《导读》第三部分(包括第8~11章)是在现代应用科学领域选取了比较热门的材料科学、计算机科学、人工智能、电子通信技术等作为切入点。 材料科学选文出自材料科学经典文献之一的《走进材料科学》(The Coming of Materials Science),该书由著名的材料科学家罗伯特 ? W. 康(Robert W. Cahn)教授撰写。罗伯特 ? W. 康教授生前就职于剑桥大学,是英国皇家学会会员、中国科学院外籍院士,是国际快淬和亚稳材料三大杰出会士之一。英国皇家学会会员阿岚 ? 科特雷尔(Alan Cottrell)爵士曾评价《走进材料科学》为“绝对令人不忍释读”的“旷世杰作”。师昌绪先生为该书中文版作序:“无论新老材料研究者都能从阅读中受益,从而得到急需的启发和创新的能力。” 计算机科学经典选取“计算机科学之父”艾伦?麦席森 ? 图灵(Alan Mathison Turing)于1936发表的论文《论可计算数及其在判定问题上的应用》(On Computable Numbers, with an Application to the Entscheidungsproblem),该论文被誉为计算机理论的开山之作。图灵提出了一种十分简单但运算能力很强的理想计算装置,描述了一种假想的、可以实现的通用计算机器,并成为10年后制造出来的真正计算机的逻辑原型。人们公认,图灵的这篇论文开启了计算机时代,其影响一直延续到目前的互联网、人工智能和普适计算。1966年,美国计算机协会宣布设立图灵奖,每年授予在计算机领域做出突出贡献的人,该奖被视为“计算机界的诺贝尔奖”。 人工智能目前已经进入了第三个发展浪潮,美国斯图尔特 ? 罗素(Stuart J.Russell)和彼得 ? 诺维格(Peter Norvig)两位学者共同编著的《人工智能:一种现代的方法》(Artificial Intelligence: A Modern Approach)系统地介绍了人工智能的理论和实践,阐述了人工智能领域的核心内容,并深入介绍了各个主要研究方向,既有宽度又有深度,是权威与经典的人工智能教材,目前已被全世界100多个国家的包括麻省理工学院、斯坦福大学等1200多所大学用作教材。 电子通信技术选文取自美国国家工程院院士大卫 ? 谢 (David Tse)教授与普拉默德 ? 维斯瓦纳斯(Pramod Viswanath)教授合著的《无线通信基础》(Fundamentals of Wireless Communication)。大卫?谢教授于2017年获得香农奖(Claude E. Shannon Award,被称为信息领域的诺贝尔奖),是历史上获得此奖项的唯一华人。该书在加州大学伯克利分校、麻省理工学院、普林斯顿大学、康奈尔大学、瑞士联邦理工学院、瑞典皇家理工学院等60多所知名学府和研究机构使用。 《导读》第四部分(包括第12~15章)纳入了现代医学领域的生物医学工程、精准医学、癌生物学、传染病学等高精尖科技的经典著作。 生物医学工程学选文出自《生物医学工程学概论》(Introduction to Biomedical Engineering)第三版。该书是目前涵盖生物医学工程学科最全面的一本教材,以深入浅出的方式向读者展示用工程技术探索人体生命奥秘的各种精彩纷呈的应用。该书以专题的形式介绍了本学科的主要领域方向,每个专题都由该领域的国际知名学者或者权威专家执笔,像美国工程院院士、生物医学光学专家汪力宏教授,IEEE Fellow、生物医学超声专家熊克平(K. Kirk Shung)教授等。 精准医学选文出自中国工程院詹启敏院士撰写的“精准医学出版工程系列丛书”中的《精准医学总论》。精准是医学发展的客观追求和最终目标,也是公众对健康的必然需求;精准医学是生物技术、信息技术和多种前沿技术在医学临床实践的交汇融合应用,是医学科技发展的前沿方向。该书介绍了精准医学的概念、关注的科学问题、发展需求、我国精准医学的机遇与挑战、发展目标、重点任务、实施保障,以及精准医疗在实施过程中的原则等,让读者感受到精准医学的无穷魅力。 癌生物学选文出自《癌生物学(第二版)》(The Biology of Cancer,Second Edition),是当今肿瘤生物学领域最具权威性的专著。《自然科学经典文选导读》汇集了癌生物学方面的大量相关文献报道,梳理出被认可的研究理论,形成关于癌症发生发展的清晰脉络,建立有关癌症研究的系统理论。该书集作者罗伯特 ? 温伯格(Robert A. Weinberg)教授毕生所学之大成,不仅在知识上汇集了当今较为系统全面的肿瘤生物学相关内容,更体现了著者奋战在科研一线四十余年的诸多体会和感悟。 传染病学选文摘自鼠疫传染病防治专业经典著作《鼠疫概论》(Plague Manual),由我国20世纪杰出的卫生防疫事业先驱者伍连德博士领衔系统编著。伍连德博士临危受命统领我国1910—1911年及1920—1921年东三省鼠疫大流行的防控工作。他怀着一颗赤子之心,利用其掌握的现代医学及传染病学深厚渊博的知识,在当时国家积贫积弱的年代,因地制宜,科学防控,有效地阻止了鼠疫的国内传播,创造了国内外鼠疫防控史上的奇迹。该书是我国当时鼠疫防治方面的权威著作,读者从中更能体会一个科学家在国弱民穷、苦难深重条件下的济世情怀,特别对近年来SARS、新型冠状病毒肺炎等疫情防控更有启示意义。 《导读》第五部分(包括第16~17章)的建筑学经典聚焦于城市规划领域和古建筑史研究。 城市规划领域经典选取了扬?盖尔(Jan Gehl)教授的《人性化的城市》(Cities for People)。《人性化的城市》是盖尔对城市问题核心研究成果的总结。在盖尔看来,城市是有思想、有生命力的,是可以自我强化的,“我们首先塑造城市,而后城市塑造我们”。他的研究成果为人性化的城市开辟了一条全新的道路,成功的改造案例遍布世界各地的许多城市,这些实践又促使人们更加关注人性化的城市,他的“人性化”思想对整个时代和社会都产生了深远的影响。每一个读者都能从书中获得有价值的洞见和启迪。 最后,中国古建筑史研究经典选取了梁思成先生撰写的《图像中国建筑史》(A Pictorial History of Chinese Architecture)。该书是梁思成先生在20世纪40年代正值抗日战争后期用英文撰写的中国第一部较为系统的、论述我国古代建筑发展历史的专著,书中通过比较的方法,阐释了中国建筑结构体系30个世纪的发展及其性质演变,是一本理解中国古代建筑有机结构的入门读物。1946年梁思成先生应邀到美国讲学,他带着《中国建筑史》和他在东北大学讲授“中国雕塑史”的讲稿,第一次将中华民族的文化瑰宝展示在国际学术界面前,博得了国际学术界的敬佩与赞扬,对培养读者的科学精神具有重要的启示。 教育不仅仅是注满一桶水,更应该是点燃一把火;不只是使学生学习知识和提升能力,而是学会一种思维方式和拓展多学科知识视野;要启迪学生的心灵,把学生的兴趣和创造力激发出来,使学生具有自由全面发展和迎接未来任何挑战的潜质和能力。基于此宗旨,《导读》所选各科经典,是参编者推选出来比较适合本科大一新生选读的科学文献,它凝聚了编者们的心血和对后辈学子的殷殷期盼。仓促之间,疏漏或不足之处,希望读者品鉴时多批评指正。 中国工程院院士 深圳大学特聘教授

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  • 谢和平,力学与能源工程专家,中国工程院院士。现为深圳大学特聘教授、深圳大学深地科学与绿色能源研究院院长、广东省“深地科学与地热能开发利用”重点实验室主任、深圳市“深部工程科学与绿色能源”重点实验室主任。曾任原煤炭工业部科技教育司司长、中国矿业大学校长和中国矿业大学(北京校区)校长、四川大学校长、四川省科学技术协会主席。中共第十七届中央委员会候补委员,第十二届全国人大代表。兼任国务院学位委员会委员、中国科学技术协会常委、教育部科技委地学与资源学部主任、四川省科学技术协会名誉主席等职务。现担任Geomechanics and Geoengineering: An International Journal期刊荣誉主编,Geomechanics and Geophysics for Geo-Energy and Geo-Resources、《工程科学与技术》期刊主编,并兼任10余种国际与国内期刊编委。
    谢和平院士是国家973项目(2次)、国家重点研发计划、国家自然科学基金委“创新研究群体”、国家自然科学基金委重大科研仪器研制项目等数10项国家级课题的首席科学家或项目负责人;已出版10余本中英文专著,发表500余篇论文;曾荣获国家级教学成果特等奖(2018)、IET杰出大学校长奖(2018)、国家自然科学二等奖(2007)、国家科技进步二等奖(2000)、国家科技进步三等奖(1999)、国家自然科学三等奖(1995),以及首届“中国青年科学家奖(技术科学)”(1992)、孙越崎能源大奖(2001)、何梁何利基金科学与技术进步奖(2004)。
    谢和平院士被德国克劳斯塔尔工业大学、中国香港理工大学、英国诺丁汉大学授予荣誉博士学位,入选香港理工大学“杰出中国访问学人奖”,被牛津大学圣艾德蒙学院授予“牛津大学圣艾德蒙Fellow”学术称号。

  • 图书特色:
    覆盖面广。从浩如烟海的古今中外经典作品中精选出16篇选文,覆盖文学、历史、哲学、经济学、法学、教育学等领域。
    导向明确。选文致力于让大学新生对人文社科经典有概略性了解,有利于大学生树立核心价值观,为大学生的成长提供正能量,并为大学生进一步学习人文社科知识提供入门级向导。
    脉络清晰。每章第一节为作者及作品介绍,介绍选文的作者和主要内容;第二节为原文选读,提供选文原文,必要时提供—定的注释;第三节为选文讲解,对选文的意义做提要性阐释;第四节为阅读思考与延伸阅读,向大学生深入学习提供阅读建议。

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  • 目 录

    第1章 数学 1

    1.1 引语 1

    1.1.1 全书简介 1

    1.1.2 作者简介 2

    1.2 选文 2

    1.2.1 Can four-dimensional space be visualized / 四维空间能否图像化 2

    1.2.2 Hyperbolic geometry / 双曲几何 4

    1.2.3 How can space be curved / 空间何以能够弯曲 9

    1.2.4 Manifolds / 流形 10

    1.2.5 All you need to know about logarithms, square roots etc / 关于对数、平方根等你只需要知道这些 11

    1.2.6 The prime number theorem / 素数定理 12

    1.2.7 Sorting algorithms / 排序算法 13

    1.3 评述 14

    1.3.1 发展轨迹 14

    1.3.2 理解数学 14

    1.3.3 数学之用 15

    1.3.4 启迪展望 15

    1.4 阅读思考与延伸阅读 16

    1.4.1 阅读思考 16

    1.4.2 延伸阅读 16

    第2章 自然哲学的数学原理 18

    2.1 引语 18

    2.1.1 全书简介 18

    2.1.2 作者简介 19

    2.2 选文 19

    2.2.1 Definition / 定义 19

    2.2.2 A...

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