当代世界科技发展 趋势 和信息与计算科学专业

　 当代科技发展主流：高新技术。主要领域：电子信息技术，生物技术，新材料，新能源，海洋技术，航天技术。

1．信息技术 现代信息技术是一门综合性很强的技术，它包含微电子技术、计算机技术、数字通信技术、多媒体技术、网络技术、光纤通信技术，卫星通信技术、遥感、遥测技术、遥控技术以及人工智能等各种高技术。现代信息技术的主要特征是：各种信息的数字化和信息传递、信息处理的计算机化和网络化。

当代最伟大的数学家和贝尔实验室最杰出的 科学家之一，信息论之父 香农（Claude Elwood Shannon)

几个概念 信息：人类对自然世界的了解的物化形式 数据、信息、知识和智慧 数据是未加工过的“信息” 信息通过将事实和给定的语境关联而导出 知识将某语境中的信息和在不同语境中得到的信息相关联 智慧是从完全不同的知识导出的一般性原理

几个概念

2．生物技术 应用于有生命物质的技术。可以划分为传统生物技术和现代生物技术两种。 现代生物技术一般包括基因工程、细胞工程、微生物工程与酶工程四大领域。

3．新能源技术 能源指能够提供出能量的自然资源。能源是人类生存的物质基础，社会经济发展的原动力。 人类利用能源大致经历柴草、煤炭、石油三个时期，现在人类面临能源短缺问题。

新材料，主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更为优异性能的一类材料。材料、能源和信息技术已成为现代文明的三大支柱。 4. 新材料技术 材料指人类能用来制造有用器物的物质。材料是人类生存和发展的物质基础，是人类社会文明的重要支柱。 新材料，主要是指最近发展或正在发展之中的具有比传统材料更为优异性能的一类材料。材料、能源和信息技术已成为现代文明的三大支柱。

5．航天技术 探索、开发和利用空间以及地球以外天体资源的一项工程技术，又称空间技术。1957年10月4日，前苏联成功地发射了第一颗人造地球卫星，标志人类已经进入了空间时代，开始认识、研究、利用和开发空间。经过近40年的努力，航天技术有了飞速的发展，为人类带来了巨大的经济效益和社会效益。

通过海洋资源的开发，解决人类面临的各种问题。 6．海洋技术 通过海洋资源的开发，解决人类面临的各种问题。 海洋是一个名符其实的“聚宝盆”。海洋蕴藏着极其丰富的生物资源、矿物资源、化学资源、能源和其他许多资源。这些资源的种类和数量，远远超过了大陆，多的令人难以置信。

一.信息技术 １.微电子技术——微型化 超大规模集成电路（芯片：微处理器、存储器）----电子信息技术的基础、主要硬件。 １.微电子技术——微型化　 超大规模集成电路（芯片：微处理器、存储器）----电子信息技术的基础、主要硬件。 发展趋势：超导芯片、激光芯片、生物芯片、纳米芯片。

２.计算机技术 （１）科学研究——巨型化 弹道计算、核爆炸模拟、天气预报、地质勘探、基因工程、大型管理系统。 微分方程组： 　　 弹道计算、核爆炸模拟、天气预报、地质勘探、基因工程、大型管理系统。 微分方程组： dxi /dt = fi (x1,x2,…,xn) ( i=1,2,…,n ) 例 dv / dt = F / m dv = (F / m) dt

（２）过程控制——自动化 　 工业自动化、先进制造技术； 技术基础——计算机辅助设计与制造（ＣＡＤ／ＣＡＭ）、数控机床、工业机器人；新生产模式——集成制造系统（ＣＩＭＳ）、柔性生产线、虚拟一体化。 军事自动化——精确制导技术、C4IRS系统（指挥、控制、通讯、计算机、情报、侦察、监视）

（３）信息处理——网络化 　　网络时代：全球范围的信息交流与知识共享时代。 革命性变革：信息传播、电子商务、远程教育、电子政府、生活方式等。 趋势：三机合一（电视、电话、电脑——多媒体），三网合一（电信网、广电网、计算机网——高速宽带网），三业合一（电信业、广电业、网络业——信息服务业）。

4.智能模拟——智能化 专家系统：计算机程序系统，利用专家知识，推理解决问题。结构包括知识库+推理机。 机器翻译：文字翻译、语音录入系统、语言翻译。 智能型机器人。（人工神经网络。）

３.通信技术 现代通信系统 *终端设备：电话、可视电话、手机、IP电 话、传真机、数据终端、图象终端等。 *交换设备：程控交换机、移动交换系统。 *传输设备：同轴电缆、卫星通信、无线移动 通信、微波通信、光纤通信。 趋势：“信息高速公路”——高速宽带网（宽带接入技术）。　　

４.传感器技术、音像技术 *传感器：获取信息的装置。 声、光、电、热（红外）、力等敏感元件，测量距离、速度、角度等，各类仪器仪表。 遥感技术（对地观测）。 *音像技术：电视（数字、高分辨率、纯平大屏幕、微型、壁挂、上网电视、ＩＰ传送）,ＶＣＤ，ＤＶＤ，摄录机，音响。

５.激光技术 原理：受激辐射光放大。 特点：（１）高亮度，（２）高方向性，（３）单色性，（４）相干性 应用：光纤通信、计算机、测量、工业、 农业、医疗、军事等。

———————————————— 电磁波资源的全波段开发利用 波长（nm） 频率 波长*频率=光速 γ射线 可见光 χ射线 无线电波 红外光 增加 增加 波长*频率=光速 109 108 107 106 105 104 103 102 10 1 10-1 10-2 10-3 γ射线 可见光 χ射线 ———————————————— 无线电波 红外光 紫外光

信息产业是发展规模最大，发展速度最快的一门高新技术产业。目前发达国家信息产业在国民生产总值中所占比重已超过50％。航天工业是高度综合的尖端产业，航天工业的开发应用会带动其他相关产业新工艺新产品的开发。生物技术产业正发展成为高经济效益的重要产业．高新技术产业化也给钢铁、机械、汽车等传统产业带来了空前的技术改造。钢铁企业一旦采用计算机自动化控制新技术，生产同样产量钢铁只需原来六分之一以下员工。随着信息技术的发展，全世界已有57万台机器人问世，还出现了第四代智能机器人。日本汽车制造业使用机器人，生产一辆汽车的速度从原来的31小时缩短到9小时。传统工业信息化、自动化技术改造带来就业结构、产业结构的大变动大调整，新技术革命正迎来一个朝阳工业崛起的时代，一个新产业革命的时代。

信息社会 1.信息技术高速发展 2.信息产业高度发达 3.信息基础设施高度完善 4.信息设备产品高度普及 5.信息需求应用快速增长 6.信息成为最重要的资源和财富

二.生物技术 １.微生物工程 利用细菌发酵生产各类产品。用于食品、药品、农业（农药、肥料）、能源、矿业、环保等。 ２.酶工程 　　 借助现代工艺手段和生物反应装置，利用酶的催化作用生产各类产品。用于化工、食品、医疗、能源等。

３.细胞工程 在细胞水平上改变品种、创造新物种的技术。 细胞融合：植物、动物、动植物。 细胞和组织培养技术——农作物的试管化、工业化、商业化。 克隆技术：无性繁殖、生物复制。 干细胞技术：万能细胞，制造器官组织

４.基因工程 在分子水平上对生物遗传物质进行改造的技术。 遗传的物质基础——ＤＮＡ（脱氧核糖核酸），双螺旋结构的长分子链； 基因：带有遗传信息的ＤＮＡ片段，由核苷酸的不同排列顺序所决定（四种碱基Ａ、Ｃ、Ｔ、Ｇ）； 基因工程：通过改变基因来改变品种、创造新物种。 人类基因结构图谱——３０亿个碱基配对。 人类基因组“初步解析”——３万多个基因。对医疗诊断、医药、基因治疗有重大意义。

三.新材料技术 １.新型金属材料，新型高分子材料（工程塑料等），新型非金属材料（新型陶瓷等），复合材料。 ２.新型功能材料：光、电、磁、热、声、力、气等。

尼米兹级航空母舰

B 2隐形轰炸机

E－2C鹰眼预警飞机

NMD骨干反导雷达

爱国者 vs 飞毛腿

B 52

３.纳米材料 纳米：10亿分之一米 　 纳米技术：在0.1—100纳米范围内，对物质和材料进行加工处理的技术。最终目标是用分子、原子组装特殊性能的材料和产品。 　 纳米材料：用纳米级超微粒子构成的材料。 特性：强度、弹性、延塑性、顺磁性、导电性、稳定性等。 应用：各种材料、所有领域。　

纳米药针

四.新能源技术 1.节能技术与环保技术及产业 2.新能源 海洋能、地热能、风能、生物能、氢能、太阳能、核能（裂变反应与聚变反应） 四.新能源技术 　　 1.节能技术与环保技术及产业 2.新能源 海洋能、地热能、风能、生物能、氢能、太阳能、核能（裂变反应与聚变反应） ３.中国核技术发展

秦山核电站

太阳能电池

五.海洋技术 海洋资源开发利用工程—— *矿产资源 *生物资源 *化学资源 *动力资源 *空间资源 *海水资源

六.航天技术 １.火箭技术 ２.人造地球卫星 通信卫星、气象卫星、对地观测卫星、导航卫星、科学实验卫星、军事卫星。 ３.载人飞行器 　　 通信卫星、气象卫星、对地观测卫星、导航卫星、科学实验卫星、军事卫星。 ３.载人飞行器 飞船、空间站、航天飞机 ４.中国航天事业的发展

人类对月球的探索 人类对月球的探索

登上月球的阿波罗

宇航员登上阿波罗飞船

阿波罗飞船外形

月球车

神舟号飞船

在天空中翱翔的神舟号

长征系列运载火箭

火箭的发射

航天飞机

现代科学的发展趋势 （1）物质科学继续揭示自然界更深远、更广阔的层次和各种极限状态下的物质运动规律；另一方面，系统科学和生命科学正逐步阐明与人类有更密切关系的各类复杂系统的行为规律，后者的重要性正在超过前者，系统科学和生命科学将是21世纪的带头科学。

现代科学的发展趋势 （2）在基本规律已经清楚的领域内，科学家正在努力扩大研究的范围，向各种条件的极限进军。目前科学研究逐渐深入的领域包括： ① 时空尺度。同时向宇观与微观的极限延伸 ② 温度极限。观察到温度处于-2730C、早期宇宙形成的高温状态(亿亿度)。 ③ 提高压力，模拟地心的压力状态。 ④ 提高超导体的转变温度，希望能最终达到室温超导。

（3）研究复杂系统与复杂现象。 复杂系统与复杂现象普遍存在于自然界，过去由于认识的偏差与手段上不足，曾被忽略。现在随着混沌现象的发现与非平衡态热力学的建立，人们认识复杂系统并不必然等同于杂乱无章的无序，大多数是有规律可循的，可以通过分形、耗散结构等观念和数学手段，建立起针对复杂系统内在规律与演化的科学理论，这一理论通常被称作“非线性科学”

（4）当代科学的体系结构与17世纪～19世纪的传统科学体系相比，也有显著的变化。 当代科学在高度分化的基础上产生了高度的综合，综合表现为多层次、多维度的学科交叉与渗透，更表现为横断学科和综合性的学科群不断涌现。这个整体化趋势的具体表现是数学化。越来越多的学科，如生物学、心理学、经济学和社会学等，广泛应用数学的模型和方法进行定量研究

新世纪数学发展的趋势

“菲尔茨奖”代表着数学界至高无上的荣誉， 多年来，从来没有数学家拒绝领取这一奖项。 但2006年8月，这位40岁的俄罗斯人破了例。 佩雷尔曼----真正的数学家

刘克峰被授予华人数学界最高奖 ——晨兴数学金奖

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当代科学发展对数学的挑战 ▲

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