自然科學與技術研究方法（簡體書）

《自然科學與技術研究方法》不僅可供物理學、光學與光學技術、生物學與生物技術、材料科學與技術相關專業的學生使用，也可在結合其他領域科學與技術研究實例的基礎上，供其他從事自然科學與工程技術領域的研究人員使用。

緒論
參考文獻
第1章科學發現與技術發明概述
1.1科學與技術的概念
1.1.1“科學”的概念
1.1.2“技術”的概念
1.2科學和技術的緊密聯系
1.2.1科學和技術的起源
1.2.2兩個傳統
1.2.3相互的推動作用
1.2.4形成緊密聯系
1.2.5結論
1.3科學與技術研究的選題
1.3.1科學研究的選題——尋找未知世界
1.3.2技術研究與開發的選題
1.3.3從科學發現到技術發明再到應用的科研過程——創新
1.4光學和光學技術的發展歷程
1.4.1光學發展史略
1.4.2光學技術發展簡史
1.5生物學和生物技術的發展歷程
1.5.1生物學的歷史
1.5.2生物技術發展歷史
1.6材料科學與材料制造加工技術的發展歷程
1.6.1材料制造加工技術與人類文明的發展
1.6.2材料技術的應用與社會進步
思考題
參考文獻
第2章自然科學的研究方法
引言
2.1從實驗到假說到證實——歸納法
2.1.1從實驗到定律——歸納法
2.1.2歸納法的前提
2.1.3歸納法中數學關系的獲得
2.1.4假說與假設
2.1.5證實與知識體系形成
2.2演繹——科學預言
2.2.1從歸納到演繹
2.2.2演繹法在理論體系形成中的作用
2.2.3從假說到科學預言——演繹法
2.2.4演繹法的一般步驟
2.2.5演繹法的前提條件
2.2.6演繹中邏輯推理的基本形式
2.2.7演繹法在化學學科中的應用
2.3假說—演繹法在生物學研究中的應用
2.3.1假說—演繹法的概念
2.3.2假說—演繹法的一般流程
2.3.3假銳—演繹法在生物學研究中所涉及的具體研究方法
2.3.4假說—演繹法在生物學研究中的應用舉例
2.4科學研究中的計算機數值計算方法
2.4.1科學研究方法中的理論研究，實驗研究和計算機仿真研究
2.4.2計算研究方法的特點
2.4.3數值計算工具
2.4.4數值計算方法在光學研究中的應用舉例
2.4.5計算機數值計算方法研究具體問題的一般步驟
2.4.6計算機數值計算方法的局限性
2.5數值計算方法在生物學研究中的應用
思考題
參考文獻
第3章新技術研發方法
3.1技術演繹法
3.1.1技術演繹法研發的案例
3.1.2技術演繹的過程
3.1.3技術演繹的途徑
3.1.4技術演繹的層次
3.2技術演繹法在生物技術研發中的應用
3.2.1第一代測序技術
3.2.2第二代測序技術
3.2.3第三代測序技術
3.3移植法
3.3.1技術移植的必要性
3.3.2技術移植的可能性
3.3.3技術移植的途徑
3.3.4技術移植的層次
3.3.5技術移植的知識產權問題
3.4交叉法
3.4.1交叉法的形成
3.4.2交叉法的概念
3.4.3對我們的啟示
3.5螺旋上升法
3.5.1螺旋上升法
3.5.2螺旋上升法案例分析
3.5.3螺旋上升法中臨界點的把握
3.6逆向思維法
3.6.1逆向思維的概念
3.6.2逆向思維的特點
3.6.3逆向思維的三大類型
3.7計算機輔助設計、仿真與數字化方法
3.7.1計算機輔助設計與仿真方法簡介
3.7.2計算機輔助設計與仿真方法在光信息技術中的應用
3.7.3模擬光學系統的數字化方法
3.7.4計算機在分子模擬技術和藥物設計中的應用
3.7.5計算機輔助設計與仿真的局限性
思考題
參考文獻
第4章未來的主要科學與技術的研究領域
4.1未來的研究領域
4.2愛因斯坦和霍金的思維方法
4.2.1背景知識
4.2.2愛因斯坦的思維方式
4.2.3霍金的思維方式
4.2.4小結
4.3光學與光學技術的未來研究領域
4.3.1太陽能技術
4.3.2光子計算機
4.3.3光存儲
4.3.4新波段開發
4.4未來生物技術
4.4.1轉基因食品
4.4.2基因工程藥物
4.4.3基于干細胞的人體組織工程技術——干細胞治療
4.4.4新一代工業生物技術——生物質能利用技術
4.5材料科學與技術發展前景
4.5.1稀土材料
4.5.2高分子材料
4.5.3復合材料
4.5.4發展前景
思考題
參考文獻
后記

1.傳統生物技術時期
19世紀上半葉以前的生物技術是以發酵產品為目的，以自然發酵的微生物技術體系為核心。應該說從史前時代開始，發酵技術就一直為人們所開發和利用，以造福人類。在石器時代后期，我國人民就會利用谷物造酒，這是最早的發酵技術；公元前6000多年，古巴比倫人即蘇米爾人就能夠釀造啤酒；公元前4000年，古埃及人用麥粉發酵制造面包；公元前2000多年，我國釀酒已經十分普遍，公元6世紀，我國賈思勰的巨著《齊民要術》詳細記載了制曲釀酒、制醬和制乳酸等工藝。
2.近代生物技術時期
近代生物技術時期是指19世紀初期到20世紀70年代的生物技術，以生命科學基礎研究為核心，所采用的技術涉及物理、化學、遺傳學、細胞雜交、誘變育種等。19世紀，人們有意識地利用酵母進行大規模發酵生產酒精，此后乳酸、酒精、檸檬酸和蛋白酶等初級代謝產物也成功進行大規模生產；19世紀中葉，巴斯德通過實驗證明發酵原理；1897年，德國科學家畢希納（Eduard Biichner，1860—1917年）提出任何生物都有引起發酵的物質——酶，他推動了生物化學、微生物學、發酵生理學和酶化學的發展，于1907年獲諾貝爾化學獎；1928年，弗萊明（A.Fleming，1881—1955年）發現青霉素，使抗生素生產工業化；20世紀50年代，氨基酸發酵工業成為生物技術產業的新成員；20世紀60年代，生物技術產業中又增加了酶制劑這一新成員。
3.現代生物技術時期
現代生物技術時期是指20世紀70年代至今的生物技術，以DNA重組和單克隆抗體兩大技術建立后的分子生物學為核心，采用基因工程、細胞工程、蛋白質工程、發酵工程和酶工程等技術。這5個方面的技術并不是各自獨立的，它們彼此之間是相互聯系、互相滲透的，其中基因工程處于核心位置，發酵工程是生物技術的主要終端。
在明確了DNA是遺傳信息的主要攜帶者及遺傳密碼的組成規律以后，1980年獲得諾貝爾化學獎的伯格（Paul Berg，1926年—）在1972年實現了DNA體外重組技術，標志著基因工程技術的開始；1976年誕生了第一家生物技術公司；1982年第一個基因工程產品——胰島素投入市場；1997年，生物學界發生了轟動世界的大事——克隆羊“多莉”誕生。這一時期的生物技術以基因工程為核心，帶動了現代發酵工程、現代酶工程、現代細胞工程和蛋白質工程的發展，形成了具有劃時代意義和戰略價值的現代生物技術。
現代生物技術主要應用在疾病治療、診斷試劑、農林和園藝、食品、環境、化學品和設備等7個方面。在疾病治療方面，主要是抗生素生產、生物制藥和基因治療；在診斷試劑方面，主要是臨床檢測與診斷檢測，以及食品、環境和農業的檢測，多是利用單克隆抗體、DNA探針等檢測疾病，利用DNA探針、PCR技術等檢測食品和環境中的微生物種類和數量；在農林和園藝方面，集中于改良作物和苗木品質、人工種子、轉基因動物、生物殺蟲劑及除草劑；在食品方面，主要是擴大食品、原料及營養素的來源，包括對食品資源的改造、對食品加工過程和食品品質的改良、在食品處理及分析過程中的檢測、開發新食品材料、獲得功能性保健食品素材等；在能源和環境方面的應用包括廢物處理、生物凈化、新能源的開發、消除環境污染；在化學品方面，生物技術從醫藥逐漸向化工領域轉移，使傳統的以石油為原料的化學工業發生變化，從而面向條件溫和、以可再生資源為原料的生物加工過程的轉化，同時生物催化合成已成為化學品合成的支柱之一，可以生產有特殊功能、性能、用途或對環境友好的化工新材料；在設備方面，集中于生產金屬、生物反應器等方面，如生物冶金、膜生物反應器處理廢水等。