未至科技魔方是一款大数据模型平台，是一款基于服务总线与分布式云计算两大技术架构的一款数据分析、挖掘的工具平台，其采用分布式文件系统对数据进行存储，支持海量数据的处理。采用多种的数据采集技术，支持结构化数据及非结构化数据的采集。通过图形化的模型搭建工具，支持流程化的模型配置。通过第三方插件技术，很容易将其他工具及服务集成到平台中去。数据分析研判平台就是海量信息的采集，数据模型的搭建，数据的挖掘、分析最后形成知识服务于实战、服务于决策的过程，平台主要包括数据采集部分，模型配置部分，模型执行部分及成果展示部分等。
相信上帝，太阳绕地球转；相信科学，地球绕太阳转。”本书是献给尊重科学、学习科学，创造科学的年青人。过去培根说：“知识就是力量。”今天我们说：“科学就是力量。”科学是智慧的历程和结晶。从人类期盼的最高精神境界讲，朝朝暮暮沿着知识的历程，逐步通向科学的光辉圣殿，是许多有志于自我发展的年轻人晶莹透明的梦想！
体味科学历程的艰辛
今天我们生活在高度物质文明的社会中，在吃、穿、住、行日常生活的每一个环节都享受着现代科技的成果。但我们又对古今科学的发展了解多少？要知道今天的科技之果来得多么坎坷和艰辛，甚至要付出鲜血和生命。
今天，我们沿着科学技术的发展轨迹，敞开科学的大门，探幽其中无数智慧的奥秘。在这里，我们全面而又详尽地展示了“四大文明古国”的科学曙光，揭示了古希腊和古罗马的科学启蒙，描写了西方中世纪时期科学与宗教的猛烈碰撞，谈论了哥白尼如何敲响“地心说”的丧钟，分析了伽利略和牛顿给近代物理学带来的革命性的变化，表现了蒸汽机时代是如何奏响了第一次技术革命的乐章，反映了19世纪最令人震惊的发明——电机对第二次技术革命的重要影响；另外，进化论的意义、遗传工程的崭新面貌、信息革命的前景都得到了明确的叙述。
历史不会死去，它最善于记住两种人：智者与愚者。牛顿、达尔文、爱因斯坦等伟大科学家的名字永远镌刻在智者之榜。相反，那些在科学面前变得弱智的人，甚至那些企图以假科学冒名顶替客观真理的愚者，都成为历史嘲笑的对象。“以史为镜，知兴衰”，读史可以明智，读科学史是现代人的明智。
激发发明创造的冲动
如果带着崇高的感情和理性的激情去遥想东西方那一位位闪烁着智慧光芒的科学巨匠，去触摸那一部部充满睿智的科学经典，去体味那一个个精辟的科学定律……，我们顿时会在胸中升起一股奔腾前行的强烈冲动：踏上科学历程之路！不愿意成为一名“科盲”，不被别人随意嘲讽和愚弄是年轻人基本的价值尊严；在科学之路上感悟人生道理、判断生命走向、提高知识水准，是一件多么令人赏心悦目而又非同寻常的人生大事。可以这样讲，任何一个年轻人只要站在科学之外，必然会在严肃的知识面前低下浅薄的头颅。
在科学的历程中，充满了许多有趣、动人的故事，例如，阿基米德在澡盆里发明了浮力定律。牛顿在一棵大树下乘凉，一颗落下来的苹果使他顿悟万有引力定律。瓦特呆呆地注视着被水蒸汽掀起的壶盖，结果发明了蒸汽机……这些传奇故事诱发了我们对奇妙的科学世界的向往。
在今天这样一个知识信息化的时代，未来时速招引着人类前进的步伐，如果不懂科学技术发展史，简直就无法从事科技创造劳动！从事创造性劳动，必须具有创造性思想。几千年来，我们人类之所以富于发明创造，是因为人类创造性思想的积累，在先天的智力变化不大的情况下，后天智慧却是呈巨大的增长。因此，我们需要追寻开创者的足迹，重温成功者的道路，在感受前人发明创造过程中，激发自己发明创造的冲动！
培养现代生存能力
我们都知道，近代中国很落后，为什么落后呢？这个问题已经探讨一百年了！事实证明：中国的落后归根结底是思想观念的落后，而这与教育体制及其传统的知识传授方法密切相关！这是一种不幸和悲哀，应当在我们这一代年轻人身上得到彻底的改变。
中国教育最根本的问题是教条主义化，教科书上尽是条理分明、确定无疑的结论，整篇都是概念、定律和公式，导致学生们花了很大的精力去“理解”和记住这些抽象的结论，结果把生动有趣的科学知识变成了“木乃伊”，从而使自己陷入一种积累知识的窘迫状态——死记硬背、事倍功半、收效甚微的泥潭。用这样的知识依葫芦画瓢还可以，对于创新来说不但无益，反而有害，因为它阻止了学生创造性思维的发挥和拓展。
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2 科学技术发展史
了解科学思想观念和逻辑方式的形成过程，对于我们理科中的一些“难懂”的概念是大有益处的，使它们不再“难懂”，反而引人入胜。对一门功课的学习的“了解”和“理解”是有本质上的区别，大量的练习题训练，使我们可以很熟练地把各种符号、公式按照定律组合起来，这样只能称为“了解”知识，具有浅薄和机械性，谈不上深刻地“理解”，在科学问题上，“不但要知其然，还要知其所以然”。
日新月异的现代科技，对人才的要求越来越苛刻。现代科学呼唤“理解”科学的人才，现代人类为了更好地生存，更需要具有创造性思维的人才。对待科学知识不但要有横向的了解，还要有纵向的理解，突破平面思维的束缚，到多维空间去邀游。在实践中培养自己发现问题，分析问题和解决问题的能力，使自己成为一个知识面广，具有开拓精神的人才。
我们的愿望是：让年轻人巡礼前人重大的科学发明历程，实实在在地激发起进一步创造发明的欲望和灵感，给这个尚在建设之中的世界带来智慧的光芒！这权且作为我们细心阅读科学文明史的一点体会，以求有助于社会，兑现顾炎武所说的那句名言“国家兴亡，匹夫有责”。
但愿让科学的智慧之花绽开年轻人的精神家园！
科学技术发展史是人类认识自然、改造自然的历史，也是人类文明史的重要组成部
分。今天，当人类豪迈地飞往宇宙空间，当机器人问世，当高清晰度数字化彩电进入日常家
庭生活，当克隆羊多利诞生惊动整个世界，当人们在为现代科学技术的神奇功能而叹为观止
的时候，你是否了解化学工程的一个分支学科——分离科学——的优异功效在现代科学技术
发展中的贡献与地位呢？
信息科学、材料科学和生物工程被誉为当今三大前沿科学，新材料还被誉为现代文明的支柱
之一。这是因为没有花样繁多、品种齐全、功能奇特、高纯度的新材料，所有的高新技术只
能是空中楼阁，电脑、机器人、宇宙飞船等都只能是天方夜谭，所以不管怎么样的高新技术
，都是要以开发和利用自然资源，进而分离或合成出高纯的材料为基础的。化工分离纯化技
术作为科学技术的一个组成部分，为人类的各种需求变成现实提供了可靠的保证。现代分离
技术已经可以使产品的杂质含量低于十亿分之一，被誉为现代分离能手的溶剂萃取（液�液
萃取）就是现代分离技术中的一种。例如在核燃料的后处理中，用萃取分离技术对被辐照过
的核燃料进行处理，提取人工核素钅不�239，其中铀和钚的收
率均可以达到99�9%。去除强放射性物质的效果（去污系数）可以达到106~108。
“溶剂萃取”作为一个名词，也许很多人不太熟悉，但作为一种实用的分离方法，却早已被
人们应用于实践中。溶剂萃取用于无机化合物分离的历史是有案可查的。1842年皮尔哥德(P
eligot)首
先发现用二乙醚可以从硝酸溶液中萃取硝酸铀酰。随后人们又在实践中发现了其他一些无机
物也能被某些有机物所萃取，并据此初步建立了半经验的液�液平衡的定量关系。到19世纪
末，能斯特(Nernst)利用热力学基本原理对液�液平衡关系进行了进一步阐述，提出了著名的能斯特分配定律，该定律为萃取化学和化工的发展奠定了早期的理论基础。19世纪末到20世纪初，
人们开始将萃取分离技术应用于有机化工和石油化工领域中，如用酯类萃取剂萃取醋酸，用
液态二氧化硫作为萃取剂从煤油中去除芳烃。20世纪30年代，人们试图将萃取分离技术应用
于稀土元素的分离，但由于当时条件的限制，没有取得实质性的进展。40年代，原子能工业
在战火中诞生，基于生产核燃料的需要，萃取分离技术无论在理论上还是在实际应用中均得
到了迅速的发展，特别是磷酸三丁酯作为核燃料的萃取剂得到应用后，萃取分离技术进入了
一个崭新的阶段。随后，萃取分离技术在稀土的分离、湿法冶金、无机化工、有机化工、医
药、食品、环境等领域不断得到应用，并取得了很好的效果。到现在，萃取分离技术几乎可
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3 科学技术发展史
以涉及元素周期表中的所有元素，已成为分离技术中的主要成员之一。因此，只要你认真了
解一下萃取分离技术的辉煌历史，就会被其优异的功能所吸引。
我们现在正处于一个由工业化社会向信息化社会转变的历史时期，在这样一个大背景下，现代科学技术也在从大科学技术时代向超大科学技术时代转变。这个时代的科技发展既有别于个人主导下的小科技时代，也有别于政府主导下的大科技时代，而是一个以企业科技创新为主体的多元化的科技发展时代，超常规科学技术的发展将逐步取代常规科学技术成为未来科学技术发展的主流。
在这样一个历史转型时期，我国科学技术事业的发展正面临着一次严峻的挑战和一个非常良好的发展机遇。科技发展的超大科技时代必然引起各国科技发展战略和政策的调整。作为一个关注我国科技事业发展的研究人员，本人愿在此与广大网友就“超大科技”问题及中国特色的自主创新之路建设问题与网友进行互动与探讨，以期为国家发展献计献策。
中国现代科学史研究亟待开展
“人创造历史，却对自己正在创造的历史茫然无知。”西方哲人的这句名言陈述的好像正是我们面对的现实。100多年来，我们这个具有悠久史学传统的文明古国，在近代化的大潮中颠簸沉浮，进退失据，至今仍然处于追赶先进的路途上。因此，对于自己的近代史，往往觉得乏善可陈，不堪回首，或不屑一顾，或无暇顾及，或有意回避，甚至刻意编造。近代与古代的强烈对比，尤以科学技术史为特出，加之一段时期极左思潮的泛滥使人们讳言近现代史，所以在相当长的一段时期，古代科学技术史是中国科学技术史研究的主流，近现代科技史则少人问津，在相当程度上仍隐身于历史的重重迷雾之中。
近代科学技术自19世纪传入中国以来，经历了一段非同寻常的曲折过程。从19世纪中叶自强运动中开始的“师夷之长技”和“求强求富”，到20世纪初年的“科学救国”、“实业救国”思潮，从50年代的“向科学进军”，到20世纪末叶的“科教兴国”战略，中国人对科学技术给予了多少希望、梦想和憧憬！150年来，中国科学技术的进步是显著的，但在全人类共同创建的现代科学技术大厦中，中国人的贡献还相当有限，中国科学技术的现代化还没有完成。站在新世纪的门槛上，中国应该如何发展科学技术，追赶国际先进水平，实现“科教兴国”的历史重任？面对这样重大的问题，我们不仅要深入了解和借鉴科学技术发达国家的经验，还必须深入研究中国近现代科学技术发展的历程及其与社会文化的关系，力求准确地把握科学技术的特性及其发展机制，总结中国近现代科学技术发展的历史经验和教训。令人遗憾的是，我们在致力于解决眼前的科学和技术问题，追赶国际先进水平的时候，却很少系统地探讨和总结我们一二百年来科技发展的经验和教训。长期以来，我们对如何推进中国科学技术的进步、创造有利于科学技术发展的社会条件和文化氛围缺乏应有的认识。结果，我们不仅不易充分汲取历史的经验教训，反而可能重复旧的失当的政策和举措。因此，在面临重任和挑战的今天，系统的研究中国近现代科学技术发展史不但是学术研究的一项紧迫任务，也是现实赋予我们的重大课题。
研究中国近现代科技史必须吸收国际研究近现代科技史的丰富成果，需要具有宽阔的学术视野、深沉的人文关怀和高度的历史责任感。当代的科学技术史已不再局限于描述科学知识的发展和演变（如各种各样的学科史）以及为伟大的科学家和工程师树碑立传这样一些传统的历史体裁，而是致力于探索科学技术的发展与社会、政治、经济和文化的复杂关系，研究科学与技术特性，从而促进科学技术与社会的协调发展，增进人类文化的进步。尤其是现代科学技术史研究，往往与国家的政治、经济和科技政策等密切相关，因而越来越受到许多国家的科学技术史学者的重视。对于前苏联等社会主义体制下的科技发展史的研究探讨，受到了国际科学技术世界的重视，出现了许多重视成果。相比之下，我们的中国近现代科技史研究还很封闭，亟待吸取相关研究的经验。
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4 科学技术发展史
近三十多年来，科学技术史领域内借鉴哲学、人类学、伦理学等人文社会科学的方法和理论，科技史与其他学科的结合和交叉，形成了科学技术史领域内的多种研究取向和路径，极大地拓展了科学技术史的研究范围和视野。科学技术史领域的这种变化，既有其学科发展的内在理路，更是当代科学技术发展所产生的一系列社会和文化问题在科技史领域的反映。在科学技术主导的当今时代，科学技术与国家的利益和社会生活的关系日趋密切，但是科技发展所引起的诸如生态环境问题和伦理困境等也逐渐为人们所认识。这促使人们进一步探索科学技术的特性和本质以及科技活动的特点和规律。与此同时，科学技术史也是其相关学科如科学技术哲学、科学技术社会学、科技政策研究的基础。因此，科学技术史，特别是现代科学技术史的研究工作，不仅仅是当代科学发展的内部需要，也是以科学技术史为中心的相关学科的基础性工作。
中国古代科学技术在世界科技发展史上有其重要历史地位。它的发展从远古时代原始积累，春秋战国奠定基础，两汉、宋元两次高潮，中经魏晋南北朝的充实提高和随唐五代的持续发展，至明万历以后虽比诸同时期的西方已经大为落后，但仍有缓慢进展，也出现了一系列集大成的著作，传统科学思想从高峰走向总结。综观整个发展历程，16世纪以前的中国科学技术一直处于世界领先地位。传统科学思想和科学技术的突出成就正是我国古代的科技先驱辛勤耕耘、善于观察、长于思索、勇于探究，注重整合、联系实际的产物，闪耀着我们中华民族智慧的光辉，对世界文明作出了巨大的贡献。马克思就曾经指出：“火药、指南针、印刷术这是预告资产阶级社会到来的三大发明。……总的说来变成科学复兴的手段，变成对精神发展创造必要前提的杠杆。”（注：《马克思恩格斯全集》第47页第427页。）而今天众多著名科学家对中国传统科学思想珍贵价值的重新肯定，必将使之在21世纪科学技术发展中显示出东方智慧的新的转移与新的实现，这种情况在一些学科已初见端倪。深信我们伟大的中华民族必将在新世纪里对人类文明再次作出自己的应有贡献。
从漫长历史长河中吸取经验教训，以服务于今天的现实需要，总是值得人们去探究的事情。本文下面将以史实为依据对中国古代科学技术发展历史的特征，作些探讨与论述。
（一）我国古代科学技术的发展，特别是科学思想的发展，既有连续性，又显示出阶段性高潮的特点
我国古代社会从五帝、夏、商、周、春秋战国直至清末，凡4000年，一直绵延不断，既不曾发生过像罗马帝国那样中断无继的历史悲剧，也不曾经历西欧中世纪的黑暗时代。这就使我国古代科学技术的发展得以世代相传、连续积累，并在这个基础上走向自己的巅峰。世界著名科学史家李约瑟曾把中国古代各个时期的重要科技成就作为纵线，世纪年代作为横线，制作了一幅科技发展的示意图，它清楚地表明：无论是以前4000年，还是近500年来，中国科学技术“事实上一点没有退步”；而是“一直在稳缓地前进”。他在《中国与西方的科学与社会》一文中还指出：“我常喜欢用一种相对来说缓缓上升的曲线来说明中国的演变，显然这曲线比欧洲同一时期，譬如说公元二世纪至十五世纪的演变过程的曲线上升得高，有时高得多。”（注：《中国与西方的科学与社会》第65-85页，上海科技出版社1956年版。）我国四川大学周仲壁与四川科学技术出版社的周孟璞两位先生在《中国近代科技落后原因初探》（注：《自然杂志》13卷11期第333页。）一文中也以中国的自然科学大事、西欧的自然科学大事和著名科学家的人数作为纵坐标，世纪年代为横坐标，制作了三条增长曲线，从中国的那条曲线看，同样显示出我国古代科学技术的增长是缓慢而连续的。然而，在4000年漫长的历史长河中，春秋战国、两汉（尤其是东汉）与宋元（尤其是北宋）时期，中国古代科学技术的发展基于政治、经济、文化、社会等方面的内外因素又都显示出阶段性的高潮。
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5 科学技术发展史
春秋战国时期可以说是我国古代科学技术的全面奠基时期，也是第一次大发展时代，由于新兴封建制度优胜于奴隶制度，其成就不仅赶上而且超过了早期科学技术最发达的古希腊。
春秋末期出现了块炼铁渗碳钢，战国时期又出现了白口铁处理技术，这些冶铁技术的发明，是一个突出的标志，正是它大大促进了农业和手工业的发展。在农业方面形成了以精耕细作为主要内容的中国传统农业，战国末年写成的《吕氏春秋》，其中的《上农》、《任地》、《辩土》、《审时》等篇称得上是这种农业科技的论文开端。以都江堰、郑国渠两个大型灌溉工程的兴建为标志，展现出为农服务水利工程设施的空前发展。《考工记》中生产工具、乐器、建筑、交通运输、皮革制造、染色、乐器、玉器等36项专门实用工艺技术的记述，显示了这一时期手工业内部的细密化及其技术的规范化与科学化程度已达到相当高的水平。它记载了大量实用力学知识，是我国古代第一部工程技术知识的总汇。《墨经》中包含有关于力学、光学、声学、几何学、逻辑学以及对物质结构的猜测等科学成就，它不仅是我国第一部几何光学著作，而且在世界上也是领先的，比欧几里德几何光学要早百余年。同时，它也是古代力学与光学论说的代表作，“力”概念的提出，光直线传播思想的揭示，使这部著作更增添了亮丽的光彩。可以这样说，《考工记》与《墨经》一起作为我国古代经验科学出现的标志，是春秋战国时期人们将生产、生活实践中取得的丰富经验进行抽象概括的成果。
在数学、天文学与历法方面都有了广泛的发展与进步。十进位值制和筹算制度不断得到完善，为后世具有中国特色的计算数学体系的形成确定了基础。有关天象观测的记载详尽准确，即使在今天仍不失为天文研究的宝贵历史资料。在地学方面，《山海经》、《禹贡》、《管子、地员》等著作的出现，标志着人们的地理知识已从地理资料的积累，上升到进行某种形式的综合论述与区域对比，以服务于当时的政治、经济需要。医学方面，以《黄帝内经》等著作为代表，以人体器官整体观、阴阳五行论与脏腑经络学说为理论基础，以人体解剖、生理、病理、病因诊断等的研究与实践为重点，兼及针灸、经络、卫生保健等诸多方面，构成了我国特有的医学体系的最初基础，并在临床上显示出杰出的贡献。
我国人民寻求对自然界物质本源的认识，继五行、阴阳说之后，元气说与原子论是两大发展线索，它们的确立都分别肇始于这个时代的荀况与墨翟。
两汉时期是我国古代科学技术发展的又一高峰期，一方面，由于科技本身经过了春秋战国的长期酝酿、积累和实践，到这时达到了量变足以引起质变的地步；另一方面，则是社会政治上的统一与安定，经济的恢复与持续发展，为科技活动和科技新高潮的到来创造了良好的外部条件。它呈现出科技人才辈出，科技著作大批问世，科技成果辉煌，科技对生产的渗透与协调日益显著等诸多特点。
《九章算术》以及《周髀算经》的成书显示出以算盘为计算工具的独特数学体系的形成，形数结合，数学算术化是其特征。今天，由于计算机的出现，算术化倾向于现代数学中的作用已日渐显著，中国古代算术的思想与方法和现代计算机科学与技术正相融合，为此它将重新焕发青春，以崭新的面貌重现，在数学发展中扮演重要角色是可以预期的。
历法已确立了我国后代历法体系、规范和基本内容的原始框架，而以张衡为代表对天文仪器的研制和对天象的观察与记录以及论天三家为代表的宇宙论则形成了中国古代天文的固有传统。《汉书、地理志》的出现，开拓了沿革地理研究的新领域。《神农本草经》是我国秦汉以来药物知识的总结，它为后世本草学奠定了基础；《伤寒杂病论》不仅确立了辩证论治的医疗原则，而且大为充实了中医药体系的内容，更加切合医疗的实际应用。《汜胜之书》可以说是对农业知识的总结。《论衡》、《淮南子》、《淮南万华术》、《周易参同契》、《尔雅》等书中也包含了丰富的物理、化学或生物学知识。
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6 科学技术发展史
在生产技术方面，成为我国古代传统特色的主要技术，像冶铁、纺织机械、农具制造、造纸工艺、漆器工艺、船舶制造等都已出现，并达到了相当的水平。像赵过的铁脚耧车、杜诗的水排、梯级船闸设计的原理与方法、木结构建筑风格、竖炉冶炼法、实测基础上绘制的地图等等都是突出的成果。造纸术更是汉代一项最重大的发明，也是我国对世界文明的一大贡献。牛耕的推广与代田法、区田法耕作制度的创新，则在当时条件下起到解放和促进生产力发展的重要推动作用。
以王充为代表的元气论与董仲舒为代表的“天人感应”说的对立与斗争，是我国科学思想史发展的又一里程碑，即使后者从协调人与自然关系的角度考察也有其值得吸取的精华。
宋元时期是我国古代科学技术达到高度发展阶段的又一高潮时期。
我国的科学技术自两汉而后，经魏晋南北朝的充实和提高，到隋唐五代技术发展，并呈现一股继续高涨的趋势。前者对中国古代科技的贡献，可以刘徽与祖冲之的数学、裴秀与郦道元的地学、贾思勰的农学、王叔和、皇甫谧与陶宏景等的医药学、葛洪的化学等为标志；后者主要有李淳风、一行等的天文学、李淳风与王孝通的数学，孙思邈的医药学以及柳宗元、刘禹锡等人的天人论与宇宙观等。这种趋势困宋元时期经济发展、文化昌盛、理学形成、战争和其他需要而得到强化。统治阶级为满足自身、政权和社会对科学技术的多方面需要，通过完善教育体系，举行多元化考试，奖励发明创造和培养扶植科技人才等措施，助长、推动和促进了科技的发展，而安定与富裕的社会环境和发达的出版业则又提供了良好的研究条件。求索物理，格物致知，怀疑、探索、创新的学风催促知识分子中具有务实思想的人考察和研究自然事物以及如何使之有利于国计民生。国内各民族之间的文化交流与国外的文化交流，也加速着科技的发展。这一切使宋元时期成为中国古代科技发展的黄金时代，不论天文、地学、生物、数学、物理、化学均有突出成就。
作为世界古代文明标志的指南针、火药和印刷术三大发明的出现或大规模使用均始于北宋，以沈括、苏颂、郭守敬、李冶、秦九韵、杨辉、朱世杰、赵友钦、毕升、陈＠①、王祯、李杲、李诫、曾公亮等为代表的科技名家辈出，硕果累累，以《梦溪笔谈》、《营造法式》、《四元玉鉴》、《武经总要》、《王祯农书》、陈＠①农书》、《革象新书》等为代表的科技著作纷纷面世，正是诸多尊敬的科技前辈先后在各方面的努力，不断将宋元时期的科学技术推进到一个新的高度。
以宋元秦九韶、李冶、杨辉、朱世杰数学四大家为代表，使宋元数学在中国古代以筹算为主要计算工具的传统数学的发展达到登峰造极的阶段。大规模的恒星观测，各种天文观测仪器的研制成功把我国古代天文学推向它的发展高峰。沈括在磁学方面的成就在当时是处于世界领先水平的。金元时期的四大医学学派和相应的医学流派使中国医药学得到全面发展。以陈＠①《农书》与王祯《农书》为代表，先后总结了宋元时期的农业生产实践经验，后者所附录的“农器图谱”展示了我国古代农业生产器具方面的重要成就，成为后世记述农具图书的范本，反映了当时农学的高度发展。宋代动植物志、谱录的大量出现并形成出书高潮，和宋景《欧希范五脏图》、杨介《存真图》所显示的解剖学上的发展，应该说这时的生物学也是成就不小的。在这一时期，地学方面的成就也很突出，元代朱思本的《舆地图》不仅总结了唐宋以来的地理学成就，还根据实地调查，在制图方面取得成绩，其精确度已达至较高水平，成为明清时期我国舆图的范本。杜绾著《云林石谱》的出现，反映了矿物学在宋代已较前有了很大进展。在这些学科发展的同时，诸如水利、冶金、印刷、瓷器、机械制造、建筑、纺织、交通工具、兵器等方面也呈现出蓬勃发展的势头。
以张载为代表的唯物主义的气一元论自然观和以沈括为代表“验迹原理”和科学方法与朱熹的“格物致知”的科学方法，无疑是哲学和科学发展到北宋时所取得的重大成就之一，对宋元时期的科学技术的发展产生了重大影响。当然，朱熹的理一元论的自然观对当时科技的影响也是不可低估的。
自然语言处理技术有标记化、删除停止词、提取主干、单词嵌入、词频-逆文档频率、主题建模、情感分析。
1、标记化（Tokenization）
标记化指的是将文本切分为句子或单词，在此过程中，我们也会丢弃标点符号及多余的符号。
这个步骤并非看起来那么简单。举个例子：纽约（New York）一词被拆成了两个标记，但纽约是个代名词，在我们的分析中可能会很重要，因此最好只保留一个标记。在这个步骤中要注意这一点。
标记化的好处在于，会将文本转化为更易于转成原始数字的格式，更合适实际处理。这也是文本数据分析显而易见的第一步。
2、删除停止词（Stop Words Removal）
在标记化之后，下一步自然是删除停止词。这一步的目标与上一步类似，也是将文本数据转化为更容易处理的格式。这一步会删除英语中常见的介词，如“and”、“the”、“a”等。之后在分析数据时，我们就能消除干扰，专注于具有实际意义的单词了。
通过比对定义列表中的单词来执行停止词的删除非常轻松。要注意的重要问题是：并没有普天皆适的停止词列表。因此这个列表一般是从零开始创建，并针对所要处理的应用执行了定制。
3、提取主干（Stemming）
清理文本数据的另一个技术就是提取主干。这种方法是将单词还原为词根形式，目的是将因上下文拼写略有不同，但含义相同的单词缩减为相同的标记来统一处理。例如：考虑在句子中使用单词“cook”的情况。
cook的所有形式含义都基本相同，因此理论上，在分析时我们可以将其映射到同一个标记上。在本例中，我们将cook、cooks、cooked和cooking全部标记为“cook”，这将大大简化我们对文本数据的进一步分析。
4、单词嵌入（Word Embeddings）
从上面三个步骤中，我们已经将数据清理完毕，现在可以将其转化为可用于实际处理的格式。
单词嵌入是一种将单词以数字表达的方式，这样一来，具有相似含义的单词表达也会相似。如今的单词嵌入是将单个单词表示为预定义向量空间中的实值向量。
所有单词的向量长度相同，只是值有差异。两个单词的向量之间的距离代表着其语义的接近程度。举个例子：单词“cook”（烹饪）和“bake”（烘焙）的向量就非常接近，但单词“football”（足球）和“bake”（烘焙）的向量则完全不同。
有一种创建单词嵌入的常见方法被称为GloVe，它代表着“全局向量”。GloVe捕获文本语料库的全局统计信息和局部统计信息，以创建单词向量。
GloVe使用了所谓的共现矩阵（co-occurrence matrix）。共现矩阵表示每对单词在语料库里一起出现的频率。
5、词频-逆文档频率（Term Frequency-Inverse Document Frequency,TF-IDF）
术语“词频-逆文档频率”（常被称为TF-IDF）是一种加权因子，经常在诸如信息检索及文本挖掘类的应用中使用。TF-IDF会使用统计数据来衡量某个单词对特定文档的重要程度。
TF-IDF可以达到完美平衡，并考虑到目标单词的本地与全局统计水平。在文档中出现越频繁的单词，其权重也越高，不过前提是这个单词在整个文档中出现并不频繁。
由于其强大程度，TF-IDF技术通常被搜索引擎用在指定关键字输入时，评判某文档相关性的评分与排名上。在数据科学中，我们可以通过这种技术，了解文本数据中哪些单词和相关信息更为重要。
6、主题建模（Topic Modeling）
在自然语言处理中，主题建模是从文本数据或文档的集合中提取主要话题的过程。本质来讲，由于我们将大量文本数据缩减为数量较少的主题，这是一种降维形式。主题建模在许多数据科学场景中都很有用。
7、情感分析（Sentiment Analysis）
情感分析是一种自然语言分析技术，旨在识别与提取文本数据中的主观信息。与主题建模类似，情感分析可以将非结构化的文本转为嵌入在数据中的信息基本摘要。
大多情感分析技术都属于以下两个类别之一：基于规则和机器学习的方法。基于规则的方法需要根据简单的步骤来获得结果。在进行了一些类似标记化、停止词消除、主干提取等预处理步骤后，基于规则的方法可能会遵从以下步骤：
（1）对于不同的情感，定义单词列表。例如，如果我们打算定义某个段落是消极的还是积极的，可能要为负面情感定义“坏的”和“可怕的”等单词，为正面情感定义“棒极了”和“惊人的”等单词。
（2）浏览文本，分别计算正面与负面情感单词的数量。
（3）如果标记为正面情感的单词数量比负面的多，则文本情绪是积极的，反之亦然。基于规则的方法在情感分析用于获取大致含义时效果很好。但是，如今最先进的系统通常会使用深度学习，或者至少经典的机器学习技术让整个过程自动化。
通过深度学习技术，将情感分析按照分类问题来建模。将文本数据编码到一个嵌入空间中（与上述的单词嵌入类似），这是功能提取的一种形式。之后将这些功能传递到分类模型，对文本情绪进行分类。
机器人技术的形成，归功于在第二次世界大战中各国加强了经济的投入，由于人力的缺乏，战后的汽车工业、机械制造业等迫切需要一种机器人来从事繁重的体力劳动，以提高生产效率，降低人的劳动强度。
机器人技术的发展主要基于两个目的：一是，机器人可以干人不愿意干的事，从而把人从有毒的、有害的、高温的或危险的的环境中解放出来；二是，机器人可以干人不能干的事，许多高强度、高速度、高复杂性、高重复单调性工作，人是无法适应的，一些太空领域、深海领域、恶劣环境领域和微观领域的工作，人也无法适应。机器人有四个发展阶段。
第一代机器人：示教再现型机器人。1947年，为了搬运和处理核燃料，美国橡树岭国家实验室研发了世界上第一台遥控的机器人。1962年美国又研制成功PUMA通用示教再现型机器人，这种机器人通过一个计算机，来控制一个多自由度的一个机械，通过示教存储程序和信息，工作时把信息读取出来，然后发出指令，这样的话机器人可以重复的根据人当时示教的结果，再现出这种动作。比方说汽车的点焊机器人，它只要把这个点焊的过程示教完以后，它总是重复这样一种工作。
第二代机器人：感觉型机器人。示教再现型机器人对于外界的环境没有感知，这个操作力的大小，这个工件存在不存在，焊接的好与坏，它并不知道，因此，在20世纪70年代后期，人们开始研究第二代机器人，叫感觉型机器人，这种机器人拥有类似人在某种功能的感觉，如力觉、触觉、滑觉、视觉、听觉等，它能够通过感觉来感受和识别工件的形状、大小、颜色。
第三代机器人：情感识别与表达型机器人。20世纪90年代各国纷纷提出了“情感计算”、“感性工学”、“人工情感”与“人工心理”等理论，为情感识别与表达型机器人的产生奠定了理论基础。主要的技术成果有：基于图像或视频的人脸表情识别技术，基于情景的情感手势、动作识别与理解技术，表情合成和情感表达方法和理论，情感手势、动作生成算法和模型，基于概率图模型的情感状态理解技术，情感测量和表示技术，情感交互设计和模型等。这种机器人能够比较逼真地模拟人的许多种情感表达方式，能够较为准确地识别几种基本的情感模式。但是，这种机器人没有内在的情感逻辑系统，不能真正地进行情感思维与情感计算。
第四代机器人：情感理解型机器人。经过二十多年的潜心研究，仇德辉创立了“统一价值论”与“数理情感学”，为情感理解型机器人的产生奠定了理论基础。“数理情感学”建立在“统一价值论”的基础之上，揭示了情感的哲学本质就是人脑对于事物价值特性的主观反映，情感的客观目的在于引导人如何正确地识别价值、消费价值、创造价值和表达价值；首次提出了情感可以采用数学矩阵的方式来进行描述，推导出情感强度三大定律，并采用数学的方式来定义和计算情感的八大动力特性；“数理情感学”详细阐述了情感与意志运行的内在逻辑程序以及情感内部逻辑系统的基本结构；等等，基本上解决了情感机器人的主要理论问题，从而揭开了情感机器人真正登上历史舞台的序幕。
传统的人机交互，主要通过键盘、鼠标、屏幕等方式进行，只追求便利和准确，无法理解和适应人的情绪或心境。而如果缺乏这种情感理解和表达能力，就很难指望计算机具有类似人一样的智能，也很难期望人机交互做到真正的和谐与自然。由于人类之间的沟通与交流是自然而富有感情的，因此，在人机交互的过程中，人们也很自然地期望计算机具有情感能力。情感计算（Affective Computting）就是要赋予计算机类似于人一样的观察、理解和生成各种情感特征的能力，最终使计算机像人一样能进行自然、亲切和生动的交互。 有关人类情感的深入研究，早在19世纪末就进行了。然而，除了科幻小说当中，过去极少有人将“感情”和无生命的机器联系在一起。只有到了现代，随着数字信息技术的发展，人们才开始设想让机器（计算机）也具备“感情”。从感知信号中提取情感特征，分析人的情感与各种感知信号的关联，是国际上近几年刚刚兴起的研究方向（图1）。
人的情绪与心境状态的变化总是伴随着某些生理特征或行为特征的起伏，它受到所处环境、文化背景、人的个性等一系列因素的影响。要让机器处理情感，我们首先必须探讨人与人之间的交互过程。那么人是如何表达情感，又如何精确地觉察到它们的呢？人们通过一系列的面部表情、肢体动作和语音来表达情感，又通过视觉、听觉、触觉来感知情感的变化。视觉察觉则主要通过面部表情、姿态来进行；语音、音乐则是主要的听觉途径；触觉则包括对爱抚、冲击、汗液分泌、心跳等现象的处理。
情感计算研究的重点就在于通过各种传感器获取由人的情感所引起的生理及行为特征信号，建立“情感模型”，从而创建感知、识别和理解人类情感的能力，并能针对用户的情感做出智能、灵敏、友好反应的个人计算系统，缩短人机之间的距离，营造真正和谐的人机环境（图2）。 在生活中，人们很难保持一种僵硬的脸部表情，通过脸部表情来体现情感是人们常用的较自然的表现方式，其情感表现区域主要包括嘴、脸颊、眼睛、眉毛和前额等。人在表达情感时，只稍许改变一下面部的局部特征（譬如皱一下眉毛），便能反映一种心态。在1972年，著名的学者Ekman提出了脸部情感的表达方法（脸部运动编码系统FACS）。通过不同编码和运动单元的组合，即可以在脸部形成复杂的表情变化，譬如幸福、愤怒、悲伤等。该成果已经被大多数研究人员所接受，并被应用在人脸表情的自动识别与合成（图3）。
随着计算机技术的飞速发展，为了满足通信的需要，人们进一步将人脸识别和合成的工作融入到通信编码中。最典型的便是MPEG4 V2视觉标准，其中定义了3个重要的参数集：人脸定义参数、人脸内插变换和人脸动画参数。表情参数中具体数值的大小代表人激动的程度，可以组合多种表情以模拟混合表情。
在目前的人脸表情处理技术中，多侧重于对三维图像的更加细致的描述和建模。通常采用复杂的纹理和较细致的图形变换算法，达到生动的情感表达效果。在此基础上，不同的算法形成了不同水平的应用系统（图4，图5） 人的姿态一般伴随着交互过程而发生变化，它们表达着一些信息。例如手势的加强通常反映一种强调的心态，身体某一部位不停地摆动，则通常具有情绪紧张的倾向。相对于语音和人脸表情变化来说，姿态变化的规律性较难获取，但由于人的姿态变化会使表述更加生动，因而人们依然对其表示了强烈的关注。
科学家针对肢体运动，专门设计了一系列运动和身体信息捕获设备，例如运动捕获仪、数据手套、智能座椅等。国外一些著名的大学和跨国公司，例如麻省理工学院、IBM等则在这些设备的基础上构筑了智能空间。同时也有人将智能座椅应用于汽车的驾座上，用于动态监测驾驶人员的情绪状态，并提出适时警告。意大利的一些科学家还通过一系列的姿态分析，对办公室的工作人员进行情感自动分析，设计出更舒适的办公环境。 在人类的交互过程中，语音是人们最直接的交流通道，人们通过语音能够明显地感受到对方的情绪变化，例如通过特殊的语气词、语调发生变化等等。在人们通电话时，虽然彼此看不到，但能从语气中感觉到对方的情绪变化。例如同样一句话“你真行”，在运用不同语气时，可以使之成为一句赞赏的话，也可以使之成为讽刺或妒忌的话。
目前，国际上对情感语音的研究主要侧重于情感的声学特征的分析这一方面。一般来说，语音中的情感特征往往通过语音韵律的变化表现出来。例如，当一个人发怒的时候，讲话的速率会变快，音量会变大，音调会变高等，同时一些音素特征（共振峰、声道截面函数等）也能反映情感的变化。中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室的专家们针对语言中的焦点现象，首先提出了情感焦点生成模型。这为语音合成中情感状态的自动预测提供了依据，结合高质量的声学模型，使得情感语音合成和识别率先达到了实际应用水平。 虽然人脸、姿态和语音等均能独立地表示一定的情感，但人在相互交流的过程中却总是通过上面信息的综合表现来进行的。所以，惟有实现多通道的人机界面，才是人与计算机最为自然的交互方式，它集自然语言、语音、手语、人脸、唇读、头势、体势等多种交流通道为一体，并对这些通道信息进行编码、压缩、集成和融合，集中处理图像、音频、视频、文本等多媒体信息。
目前，多模态技术本身也正在成为人机交互的研究热点，而情感计算融合多模态处理技术，则可以实现情感的多特征融合，能够有力地提高情感计算的研究深度，并促使出现高质量、更和谐的人机交互系统。
在多模态情感计算研究中，一个很重要的研究分支就是情感机器人和情感虚拟人的研究。美国麻省理工学院、日本东京科技大学、美国卡内基·梅隆大学均在此领域做出了较好的演示系统。目前中科院自动化所模式识别国家重点实验室已将情感处理融入到了他们已有的语音和人脸的多模态交互平台中，使其结合情感语音合成、人脸建模、视位模型等一系列前沿技术，构筑了栩栩如生的情感虚拟头像，并正在积极转向嵌入式平台和游戏平台等实际应用（图6）。 情感状态的识别和理解，则是赋予计算机理解情感并做出恰如其分反应的关键步骤。这个步骤通常包括从人的情感信息中提取用于识别的特征，例如从一张笑脸中辨别出眉毛等，接着让计算机学习这些特征以便日后能够准确地识别其情感。
为了使计算机更好地完成情感识别任务，科学家已经对人类的情感状态进行了合理而清晰的分类，提出了几类基本情感。目前，在情感识别和理解的方法上运用了模式识别、人工智能、语音和图像技术的大量研究成果。例如：在情感语音的声学分析的基础上，运用线性统计方法和神经网络模型，实现了基于语音的情感识别原型；通过对面部运动区域进行编码，采用HMM等不同模型，建立了面部情感特征的识别方法；通过对人姿态和运动的分析，探索肢体运动的情感类别等等。
不过，受到情感信息的捕获技术的影响，并缺乏大规模的情感数据资源，有关多特征融合的情感理解模型的研究还有待深入。随着未来的技术进展，还将提出更有效的机器学习机制。 情感计算与智能交互技术试图在人和计算机之间建立精确的自然交互方式，将会是计算技术向人类社会全面渗透的重要手段。未来随着技术的不断突破，情感计算的应用势在必行，其对未来日常生活的影响将是方方面面的，目前我们可以预见的有：
情感计算将有效地改变过去计算机呆板的交互服务，提高人机交互的亲切性和准确性。一个拥有情感能力的计算机，能够对人类的情感进行获取、分类、识别和响应，进而帮助使用者获得高效而又亲切的感觉，并有效减轻人们使用电脑的挫败感，甚至帮助人们便于理解自己和他人的情感世界。
它还能帮助我们增加使用设备的安全性（例如当采用此类技术的系统探测到司机精力不集中时可以及时改变车的状态和反应）、使经验人性化、使计算机作为媒介进行学习的功能达到最佳化，并从我们身上收集反馈信息。例如，一个研究项目在汽车中用电脑来测量驾车者感受到的压力水平，以帮助解决所谓驾驶者的“道路狂暴症”问题。
情感计算和相关研究还能够给涉及电子商务领域的企业带来实惠。已经有研究显示，不同的图像可以唤起人类不同的情感。例如，蛇、蜘蛛和枪的能引起恐惧，而有大量美元现金和金块的则可以使人产生非常强烈的积极反应。如果购物网站和股票交易网站在设计时研究和考虑这些因素的意义，将对客流量的上升产生非常积极的影响。
在信息家电和智能仪器中，增加自动感知人们的情绪状态的功能，可以提供更好的服务。
在信息检索应用中，通过情感分析的概念解析功能，可以提高智能信息检索的精度和效率。
在远程教育平台中，情感计算技术的应用能增加教学效果。
利用多模式的情感交互技术，可以构筑更贴近人们生活的智能空间或虚拟场景等等。
情感计算还能应用在机器人、智能玩具、游戏等相关产业中，以构筑更加拟人化的风格和更加逼真的场景。 由于缺乏较大规模的情感数据资源，情感计算的发展受到一定的限制，而且多局限在语音、身体语言等具体而零散的研究领域，仅仅依靠这些还难以准确地推断和生成一个人的情感状态，并进行有效的情感交互。目前，科学家们正在积极地探索多特征融合的情感计算理论模型。很多人认为，今后几年情感计算将在这些方面需要取得突破：
更加细致和准确的情感信息获取、描述及参数化建模。
多模态的情感识别、理解和表达（图像、语音、生理特征等）。
自然场景对生理和行为特征的影响。
更加适用的机器学习算法。
海量的情感数据资源库。 不久前，为了推动我国在这一领域的研究，探讨情感计算和智能交互技术的发展动态与趋势，促进我国科研人员在此领域的交流与合作，中国科学院自动化研究所、中国自动化学会、中国计算机学会、中国图象图形学会、中国中文信息学会、国家自然科学基金委员会和国家863计划计算机软硬件技术主题作为主办单位，在北京主办了第一届中国情感计算与智能交互学术会议。
事实证明，情感计算的概念尽管诞生不久，但已受到学术界和产业界的高度重视，相关领域的研究和应用正方兴未艾，国家自然科学基金委也将其列入重点项目的指南中。值得注意的是，近几年来，与情感计算有密切关系的普适计算和可穿戴式计算机的研究也已获得了蓬勃发展，并同样得到了国家的大力支持。这为情感信息的实时获取提供了极大的便利条件，也为情感计算在国内的发展提供了更好的发展平台。
作为一种治疗方法，沙盘游戏受荣格积极想象技术及其理论的启发，经由洛温菲尔德(MargaretLowenfeld) 和多拉·卡尔夫(Dora Kalff)等人的不断努力，再加上古代传统的启迪和儿童天性的自发表现，在二十世纪六十年代最终形成并得以问世。一开始，它的治疗对象主要是儿童,已逐渐扩展到对成年人的心理分析与治疗。
简单的地板游戏在孩子们的手中反反复复摆弄了千百年，而第一个在这不起眼的游戏中发现光芒的幸运儿，却是著名的英国作家威尔斯。威尔斯以其对幼儿自发游戏和创造性想象的热情以及细致而敏锐的观察，记述并撰写了两个儿子在家中的游戏过程，并评论说这些游戏可以为孩子建立一种广阔、激励人心的思维模式。在他所著的《地板游戏》和《小小战争：男孩的游戏》两本书中，威尔斯首次发现与描述了这影响沙盘游戏疗法产生的自然游戏中所包含的心灵创造的力量。
人类的苦难也会同时带来某种幸运，饱受疾病与战争折磨的心理治疗师莱温菲尔德便是这样的一位幸运儿。1928年，富有智慧和同情心的她把地板游戏引进了儿童心理诊所，没过多久，孩子们就自发地把诊所中的沙盘和地板游戏结合起来，并称其为“游戏王国”，这便是后来被心理治疗师所称的“世界技术”，同时，也是沙盘游戏心理治疗的雏形。
今天的沙盘游戏治疗最终来自于瑞士心理分析家多拉·卡尔夫，她跟随荣格学习心理分析，同时也深受莱温菲尔德世界技术的启发，最终结合荣格分析心理学的基本理论和中国文化中的哲学思想，在简易的沙-水-容器世界中寻找到了一条心灵治愈的有效途径。
引领多拉·卡尔夫发现此路径的是两个梦。在第一个梦中，她来到了西藏，高山上两个和尚送给她一个金色的矩形工具。当她舞动这工具时，顿时大地开裂，呈现两边的世界，并在西方出现了太阳。第二个梦发生在荣格去世的当天，梦中荣格请她吃饭，其间荣格指着餐桌上的一堆大米说，你应该追寻中国文化的智慧和启迪。卡尔夫确实遵照了梦的指引，在1966年，她出版了生平唯一的著作《沙盘游戏》，书中结合心理分析自性发展的理论和中国哲学家周敦颐的太极图思想，把沙盘游戏看作是表现自性发展的无意识过程，并认为太极图与沙盘游戏治疗的思想是相互应和的。
自沙盘游戏从产生几十年中，沙盘游戏疗法的实践已经有了飞速的发展,除了可得到的缩微模型的数量及种类越来越多外，沙盘游戏疗法的对象也开始逐渐从儿童转向成年人，从病人转向所有的正常人。另外，沙盘治疗师们在沙盘游戏中对出现的古代象征符号的价值的兴趣也在日益增加。这些象征有上帝和女神，荒野中的生物，以及关于英雄的传说。它们对沙盘治疗师的价值在于,通过认识到沙盘布景的物象和象征与古代世界中的原型之间有某种关联，可获得关于治疗过程的更深一层的知识。可见,沙盘游戏治疗的过程不仅触及了我们情感的核心，即心理情结，还触及到深不可测的集体无意识领域,即各种心理原型。因此，沙盘游戏疗法本身不但可以起到心理诊断与治疗的作用,同时还可以起到心理辅导与教育的作用。运用沙盘游戏及其治疗方法于正常的教育过程,尤其是关于想象力和创造力的教育过程,正被看做是沙盘游戏疗法的一种新的发展。
人的情绪控制事关人的一生，一定意义上说关乎长大后事业的成败。人的情绪往往由人的气质决定，分先天和后天，尤其是儿童情绪控制培养是从自然人向社会人过渡的关键阶段。有些家长很重视孩子情商的提高，其实情商就是情绪和行为的培养。一般来说情绪和行为的塑造要在孩子五岁前完成，一直到成年都是巩固和提高的过程，到了成人情绪和行为就很难改变了。所以，从心理发展学观点看是非常强调后天教育的重要性的。
第一，是非观的初步建立。儿童期孩子的父母要以身作则，以示范作用影响孩子，让孩子时时处处看到什么是对的什么是错的，为什么事情父母高兴，为什么事情父母不高兴，做了什么事情受表扬和批评。最忌讳父母对孩子不分青红皂白的批评、表扬，甚至溺爱纵容。第二，爱憎建立。让孩子看到什么人和事不能做，什么人和事该同情、援助，培养善良的心和批评的态度。第三，尊长之心建立。把尊老爱幼贯穿于日常，如吃东西能先给爷爷奶奶爸爸妈妈等。第四，合众习惯建立。尤其是在幼儿园共用玩具、协作游戏等。出现分歧时要分清对错，不拉偏架，孩子受到委屈多安慰，多鼓励和疏导。
情绪培养是从一点一滴做起的，是从小事上体现的。只知占便宜，只知道以我为中心，社会化情绪能好吗？有一句都难以接受的话叫“龙生龙凤生凤”，如果换个思路考虑，自家孩子情绪的好坏养成，主动权不是在父母手中吗？最后，我想说，不管宝宝情商怎么样，我最希望的就是她可以成长为一个做事有担当，有恒心有毅力，并且能坚持不懈为目标努力奋斗的人。愿每一个宝宝都能健康快乐地长大。
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