科学与科学素养课件

第九讲科学发现与科技发明的一般方法第九讲科学发现与科技发明的一般方法教师科学素养课程组一、从袁隆平的成功谈科学方法论3“杂交水稻之父”袁隆平袁隆平是世界上第一个研制成功杂交水稻并让它的大面积种植成为现实的人，因此被称为杂交水稻之父。据统计，目前，杂交水稻种植面积占我国水稻总种植面积的51%，而产量占总产量的60%。中国能用占世界10%的耕地养活占世界22%的人口，解决大多数人的温饱问题，袁隆平功不可没。4袁隆平的第一个科研项目 最初他按照米丘林、李森科“无性杂交”学说进行教学和科学试验。按照他们经典的理论，以及当时国际上的普遍观点，水稻作为自花授粉的植物没有杂交优势，实验没有任何意义。袁隆平袁隆平对这些学说产生了怀疑，而沿着当时被批判的孟德尔、摩尔根遗传基因和染色休学说进行探索，这是需要很大勇气的。5袁隆平的杂交稻选题开始 袁隆平是新中国第一代大学生，1953年毕业于西南农学院，被分配到偏远落后的湘西雪峰山麓安江农校教书。1960年，罕见的人祸天灾降临中国。大饥荒夺去数千万人的生命。袁隆平新眼目睹了这场遍布神州大地、来势凶猛的灾难。严酷而沉痛的现实使他感到深深不安。他开始了他的水稻高产育种研究。6杂交水稻的历史研究背景 当时学术界流行的经典遗传学观点认为，水稻是自花授粉作物，经过长期的自然选择和人工选择，许多不良的因子已经被淘汰，积累下来的多是优良的因子，所以自交不会退化，杂交也不会产生优势，从而断言搞杂交水稻没有前途。7袁隆平杂交水稻研究的第一步实验 “年，我在一块田里发现一株稻鹤立鸡群，穗特别大，而且结实饱满、整齐一致，我是有心人，没有放过它。第二年我把它种下去，辛苦培育，满怀希望有好的收获，不料大失所望，再长出来的稻子高的高，矮的矮，穗子大小不一。这时候一般人感到失败就放弃了，我坐在田埂上想为什么失败了呢，我想到第一年选出的是一棵天然杂交种，不是纯种，因此第二年遗传性状出现分离，而如果按照那棵原始株杂交种的产量来计算，亩产能达到斤，这在年代是非常了不起的我突发灵感，既然水稻有杂交优势，我为什么非要选育纯种呢？从此我致力于杂交水稻育种。”8袁隆平杂交水稻研究的第一篇论文 论文虽然发表了，但学术界权威的质疑与反对，使袁隆平承受着巨大的舆论压力。有人甚至说研究杂交水稻是“对遗传学的无知”。然而无论是科学道路上的挫折、失败，还是人为的干扰、破坏，所有的磨难都无法动摇袁隆平执着的梦想。9野败的发现毅力与运气 但是，到哪里去找水稻雄性不育性呢？袁隆平迈开双腿，与他的助手们走进水稻王国的茫茫绿海，去寻找天然的水稻雄性不育株。1970年的一天，他们在海南岛一片沼泽地的小池塘边发现了雄性败育的野生稻-“野败”。10杂交水稻三系法的成功 到1972年，第一个雄性不育系和保持系培育成功了，继而育成了恢复系。1973年实现了“三系”配套，第一个具有较强优势的杂交组合“南优2号”获得成功，并立刻显示了它的增产效应，亩产达到623公斤，单产一般比常规稻增产20%左右。11“杂交水稻之父”袁隆平袁隆平与同行们历经9年的艰难探索，走过了困境，取得了两个方面的重大突破：一是育成了适合长江流域作双委早稻的优质、高产双委早稻组合；二是选育了超高产亚种间苗头组合，这些苗头组合达到了每公顷日产量100公斤的超高产指标，比曾经轰动一时的国际水稻研究所制定的超级稻育种计划提前了6年达标。12袁隆平学农的起源 年月，袁隆平出生于江西德安。他的童年及青少年时代主要是在武汉和重庆度过。对于这样一个生长在大城市，并自小就上教会学校的人来说，在风华正茂的时候违背母亲的意愿选择学农，实在是出人意料。“大约我岁时一次郊游，曾在武汉郊区参观了一个园艺场。满园里郁郁葱葱，到处是芬芳的花草和一串串鲜艳的果实。我觉得那一切实在是太美丽了！美得我当时就想，将来我一定要去学农。”13两系法的提出 袁隆平对杂交水稻育种的战略设想，分为三个战略发展阶段：即三系法品种单间杂和优势利用；二系法亚种间杂种优势利用；一系法远缘杂种优势利用。水稻育种更高层次的发展是通过生物技术利用远缘杂种优势。14两系法的成功 二系法因发现了光敏核不育特性，在夏季长日光和秋季短日光下分别表现为雄性不育和雄性可育，可用来制种和自身繁殖，养活了工作量，降低了生产成本，而且优质、高产、高抗，是一大进步。而一系法不再需要年年制种，种子优势没有变异，更是一个由繁而简，由低级向高级进步的过程。15超级稻梦想的提出 “超级稻计划”又称水稻超高产育种计划，最早是由日本人于1980年提出实施的。日本计划用15年的时间，育成单产达到12吨/公顷的超高产水稻品种。1989年，国际水稻研究所提出培育“超级水稻”，后定名为“新株型育种计划”，计划于2000年育成产量12吨/公顷的超级稻。此后，世界各水稻生产国竞相追随，提出并实施自己的“超级稻计划”。由于技术路线选择失当，均未达到预期的目标，而不得不把实现计划的时间推迟到2005年。中国的“超级稻计划”始于1996年。当时袁隆平院士提议，在“九五”期间育成超高产杂交水稻新品系，高产指标为每公顷日产稻谷100公斤，以生长期为120天计算，也是12吨/公顷。提议被国家有关部门采纳，作为“超级杂交稻选育”立项，进入了国家“863”计划。16超级稻计划的成功袁隆平袁隆平说：“一个品种的研究要经过8个世代，一个世代通常需要5个月的时间。海南岛可以搞2个代。这样，就需要4年的时间。我的目标是2010年前全国的水稻亩产达到900公斤。你想想，全国4.5亿亩的水稻种植面积，如果有50推广种超级稻，每亩就算增产150公斤的话，一年就可以增产150亿公斤呐。这相当中国一个中等省的全年的粮食产量，可以解决3000万人口哩！”17袁隆平的荣誉观 把科研成果当作全社会所有袁隆平，当年刚刚发现“野败”最新材料的时候，就及地地毫无保留地向全国育种专家和技术人员报告，又慷慨地把辛勤培育的宝贵“野败”材料奉献出来，分送给全国有关单位协作攻关。到1971年，全国共有13个省、市、自治区的50多名农业科学工作者来到海南参加试验。多年来，袁隆平把自己与美国水稻技术公司合作所得的每年1.5万美元顾问费全捐献出来，设立了“袁隆平杂交水稻奖励基金”，一有科研人员取得较有希望和潜力的苗头时，他都给予扶持，几乎每年都有近十个课题组获得5.8万元的资助。18杂交水稻走向世界 现在，已有20多个国家引种杂交稻，联合国粮农组织把在全球范转内推广杂交稻技术作为一项战略计划，90年代以来专门立项支持在世界一些产稻国家发展杂交水稻。袁隆平受聘为联合国粮农组织的首席顾问，这些年他每年都出国指导，还派出了许多专家担任顾问，多次赴印度、越南、缅甸、孟加拉等国指导，并为这些国家培训技术专家。从1981年至1998年，湖南杂交水稻研究中心共举办了38期国际杂交水稻培训班，培训了来自15个以上国家的100多各科技人员。1998年，越南和印度种植面积已分别超过了10万公顷和20万顷，并且取得了每公顷增产1吨-2吨的效果。杂交水稻在解决世界饥饿问题上正日益显示出强大的生命力。二、什么是科学技术方法论？20 科学技术方法论是关于科学技术研究中常用的一般方法的理论，是关于科学研究和工程技术研究一般方法的性质、特点、内在联系和变化发展的理论体系。2122三、科学技术研究的一般方法1、搜集信息的方法；2、选题方法；3、获取科学事实的方法1观察方法4、获取科学事实的方法2实验方法5、观察实验中的机遇 6、进行思维加工的方法1逻辑方法7、进行思维加工的方法2非逻辑方法8、直觉和灵感9、创建科学理论的方法假说方法四、科学发现的一般思路24什么是科学？如果我们要问这样三个问题：第一，什么是科学？第二，科学开始于何处？第三，作为一个优秀的科学家，他最重要的品质首先是什么？你该如何回答呢？25我们可以这样回答：第一，科学是对于未知的一种远征；第二，科学开始于好奇，科学开始于猜谜，猜谜就是假说！第三，作为一个优秀的科学家，他最重要的品质首先是要有神圣的好奇心。科学家最高的奖赏，不在于奖金和赞扬，而在于他的好奇心得到了满足。26科学发现的一般思路 假说选题、观察试验 求证观察实验逻辑思维 新的假说或理论创新思维 验证观察实验27三系法两系法超级稻 袁隆平迈出的每一步，都是假说在前，实验在后，在“知识汗水灵感机遇”的循环中最终取得成功的。袁隆平曾经做过一个梦，梦见水稻长得像高粱一样高，稻穗长得像扫把一样长，米粒长得像花生米那么大。然后，几个朋友坐在水稻下面乘凉这也可以看作是一种假说呀！五、技术发明的一般思路29科学的两个来源 科学一开始就有两个来源，首先是好奇心，以及获得一个整体世界观的内在要求。人类永远需要为自己的心灵创造一个家园，一个不会因为千变万化的眼前现象而经常改变的理解框架，一种系统地理解世界的方式。这种内在的要求构成科学史上的哲学家传统。30 第二个来源是，为满足人类的物质生活需要，人类必须提高自己制造、使用和改进工具的技艺和能力，广而言之，人类需要提高自己支配自然界为自己服务的能力。在这里形成了技术和工艺的进步，以及近代大工业的发展，这构成了科学史上的工匠传统。31什么是技术？科学史上的哲学家传统与工匠传统的区别在于：前者在于“有所发现”，不管这种发现是否有用（如哥德巴赫猜想）；后者则在于“有所发明”，制造出来的产品必须有用，最好能为公众所用。所以，技术的实质就在于依据一定的科学原理，发明或改进、创新某种人们需要的产品。因此，技术发明的一般思路，与科学发现就有所不同。32技术发明的一般思路提出创意或创新寻求科学原理或技术路线反复试验或试制投放市场获取反馈