人类认识世界是从测量开始，测量又是从建立标准开始，因此，人类科技文明的发展历史就是一部仪器科学的发展历史，从这条主线来展示仪器科学的内涵与外延，一定能够展示出仪器科学的飒爽英姿，也一定能够展示出仪器科学的欣欣向荣。
全书共分10章，第1章绪论对仪器科学与科技文明的基本概念，以及两者之间的相互作用关系进行了介绍；第2章对中西方科技文明的发展历史进行了概述，旨在启发大家思考中西方科技文明的特点和差异，并对世界全球化之后未来科技文明的发展能够有所思考；第3章和第4章旨在展示基础科学研究中，仪器科学发挥出的举足轻重的作用，第3章落脚点在数、理、化发展中的仪器科学，第4章则以天、地、生发展为切入点，触摸其中仪器科学婀娜的身影；第5章到第8章重在从工程科技的角度来感悟仪器科学的重要作用，第5章阐述仪器科学与能源、动力及矿业工程的联系，第6章介绍仪器科学与机械及运载工程的关系，第7章分析了仪器科学与化工、冶金及材料工程发展的关系，第8章将触角延伸到了蓝色的海洋，简要论述了仪器科学与海洋技术发展的关系；第9章讲视角拉回到我们身边，来感受一下，日常生活中无处不在的仪器是如何深刻影响和改变了我们的生活的，以医疗、环境、交通、食品为例，展现仪器科学的重要作用；最后一章则尝试回答三个问题：仪器科学为什么无处不在？仪器科学为什么不露锋芒？仪器科学为什么未来可期？借用大名鼎鼎的“灵魂三问”来提出这三个问题，进而给出自己思考和答案，虽然思考的深度非常有限，难如人意，但是重要的是走出了这一步，抛出了问题，大家可以去思考，思考的人多了，自然离最终的答案也就近了。
本课程全部内容面向仪器类专业的话，可以作为仪器类专业的导论课程；面向其他专业的本科及以上学生，核心章节部分摘录出来，可以作为通识类课程开设；面向中小学生及社会大众，学科发展史及支撑各学科发展的内容梳理出来后，可以作为普及仪器科学学科地位和重要性的科普类课程。

第1章 绪论
1.1 仪器与仪器科学
1.1.1 测量的基本定义
1.1.2 仪器的基本概念及发展历史
1.1.3 仪器科学的内涵与发展
1.2 文明与科技文明
1.2.1 文明的基本内涵
1.2.2 科学、技术与科技文明
1.3 仪器科学与科技文明的关系
1.3.1 仪器科学的进步促进了科技文明的发展
1.3.2 科学文明的发展推动了仪器科学的进步
1.3.3 仪器科学与科技文明相伴相生的关系
参考文献
第2章 科技文明发展概述
2.1 科学与科学精神的思考
2.1.1 科学精神的萌芽
2.1.2 科学精神的复兴与发展
2.1.3 中国古代有没有科学
2.1.4 中西方科学思想的融合
2.2 中国科技文明发展概述
2.2.1 史前时期的科技成就
2.2.2 夏商周时期的科技成就
2.2.3 秦汉时期的科技成就
2.2.4 魏晋南北朝时期的科技成就
2.2.5 隋唐时期的科技成就
2.2.6 宋辽夏金元时期的科技成就
2.2.7 明清时期的科技成就
2.2.8 总结
2.3 西方科技文明发展概述
2.3.1 文明初期世界各地的科技成就
2.3.2 中世纪时期的科技成就概述
2.3.3 文艺复兴之后的科技成就概述
2.4 中西方科技文明发展的比较
参考文献
第3章 仪器科学与数、理、化的发展
3.1 仪器科学与数学的发展
3.1.1 数学与测量的关系
3.1.2 测量是如何推动数学发展的
3.1.3 现代数学的发展是否需要测量
3.2 仪器科学与物理的发展
3.2.1 物理学概述
3.2.2 测量与经典物理学的发展
3.2.3 测量与现代物理学的发展
3.3 仪器科学与化学的发展
3.3.1 化学概述
3.3.2 测量与近代化学的发展
3.3.3 测量与现代化学的发展
参考文献
第4章 仪器科学与天、地、生的关系
4.1 仪器科学与天文学的关系
4.1.1 古代天文学发展概述
4.1.2 测量与近代天文学的发展
4.1.3 测量与现代天文学的发展
4.2 仪器科学与地球科学的关系
4.2.1 地球的起源及整体特征
4.2.2 地球的结构及内部特征
4.2.3 地质灾害的成因与预防
4.3 仪器科学与生命科学的关系
4.3.1 测量与古代生命科学的发展
4.3.2 测量与近代生命科学的发展
4.3.3 测量与现代生命科学的发展
参考文献
第5章 仪器科学与能源、动力及矿业的联系
5.1 仪器科学与能源的发展
5.1.1 电能发展简史
5.1.2 测量在电力设备健康状况评估中的应用
5.1.3 测量在电能质量分析中的应用
5.2 仪器科学与动力的发展
5.2.1 热力学发展简史
5.2.2 锅炉仪表及其作用
5.2.3 蒸汽轮机的状态监视及故障诊断
5.3 仪器科学与矿业工程的发展
5.3.1 矿业勘探中仪器科学的应用
5.3.2 矿物开采中仪器科学的应用
5.3.3 矿山安全中仪器科学的应用
参考文献
第6章 仪器科学与机械及运载工程的关系
6.1 仪器科学与机械工程的关系
6.1.1 古代机械的发展与仪器的应用
6.1.2 近代机械的发展与仪器的应用
6.1.3 现代机械的发展与仪器的应用
6.2 仪器科学与航空航天的关系
6.2.1 航空航天发展简史
6.2.2 航空科技发展中的仪器仪表
6.2.3 航天科技发展中的测量与仪器
6.3 仪器科学与车辆工程的关系
6.3.1 车辆工程发展概述
6.3.2 汽车中的仪器科学
6.3.3 高铁上的仪器科学
参考文献
第7章 仪器科学与化工、冶金及材料科学的发展
7.1 仪器科学与化学工业的发展
7.1.1 仪器科学与无机化工的发展
7.1.2 仪器科学与有机化工的发展
7.1.3 仪器科学与绿色化学的发展
7.2 仪器科学与冶金工业的发展
7.2.1 冶金工业发展简史
7.2.2 钢铁冶炼中仪器仪表的应用
7.2.3 有色金属冶炼中仪器仪表的应用
7.3 仪器科学与材料科学的发展
7.3.1 材料发展历程概述
7.3.2 测量促进了材料科学的形成与发展
7.3.3 现代材料科学研究中无处不在的测量与仪器
参考文献
第8章 仪器科学与海洋技术的发展
8.1 海洋调查中的仪器科学
8.1.1 海基探测的典型方法及应用
8.1.2 水下探测的典型方法及应用
8.1.3 天基探测的典型方法及应用
8.2 海洋环境保护中的仪器科学
8.2.1 海洋环境污染概述
8.2.2 海洋环境监测中仪器的应用
8.2.3 海洋环境保护立法概述
8.3 海洋资源开发中的仪器科学
8.3.1 海洋生物资源开发中仪器的应用
8.3.2 海底矿产资源开采中仪器的应用
8.3.3 海洋新能源开发中仪器的应用
参考文献
第9章 日常生活中无处不在的仪器
9.1 医疗行业中仪器的作用
9.1.1 医学发展史及科学性探讨
9.1.2 医学诊断仪器的应用
9.1.3 医学治疗仪器的应用
9.2 环境监测中仪器的作用

编著者长期从事仪器科学与技术学科的教学与科研工作，面向仪器类专业的学生开展了多年导论课程的教学，也长期面向社会大众及高等学校非仪器类专业的学生开展过与仪器科学与技术学科相关的科普工作，正是在长期的教学工作中，逐渐意识到：如果能够从仪器科学和科技文明的发展历史角度来介绍学科及对应专业的内涵、外延、地位及重要性，大家将能够更清晰地理解仪器科学与技术的发展脉络，对于其中关键概念和技术的理解也将更为清楚和透彻，这就是《仪器科学与科技文明》书名及相应课程开设的由来。课程于2014年正式开设，同年录制的6讲视频于爱课程网站上上线，并获得了教育部精品视频公开课的荣誉。之后，编著者也因为承担本课程的教学获得了2017年北京市高等教育首届青年教学名师奖，之后又相继获得了2018年北京市师德先锋、宝钢优秀教师奖，2018年因本课程的影响被中国仪器仪表学会推荐，获批中国科协首席科学传播专家。课程建设及思政建设的成果先后获邀在2016年和2019年全国仪器类教学研讨会上做了大会主题发言，得到了国内同行的广泛认可，课程也获批了北京航空航天大学首批思政示范课。

第3章 仪器科学与数、理、化的发展
第3章 彩图
人类认识客观世界是从自然科学开始的，自然界当中蕴含的规律通常是需要通过测量来揭示与证实的，因此在科学发现的过程中，处处可以看到测控技术与仪器的身影，本章将以数学、物理、化学三大基础学科为例，通过鲜活的实例，使学生对测控技术与仪器能够有更具象化的认识。
3．1仪器科学与数学的发展
3．1．1数学与测量的关系
数学，顾名思义，就是研究“数”的科学。那么，人类历史上数的概念是从什么时候开始的呢？简单来讲，当抽象出符号化的数字后，应该讲数学就出现了，那么数学包括了什么？又能够用在哪里呢？
数的概念源于何时，由于年代久远已经很难考证了。不过可以肯定的是，史前时期的人类由于采集、狩猎等社会活动的需要，很早就开始接触并思考数的问题了。采集带回的实物有多有少，有时绰绰有余，有时不足果腹，慢慢产生了有和无的概念，多和少的差别，在知识积累和思考问题的过程中，逐渐出现了数目的概念，进而发展出计数的方法，石子记数、结绳记数以及刻痕记数等方法在不同地区得到了应用。但是无论采用哪种记数方法，在遇到较大数量的时候，都会变得比较复杂。为了解决这些问题，先人们发明了表示数字的记号以及数制，人类的早期文明都有自己的数字记号，也有像五进制、十进制、六十进制等不同的数制。现在国际上最常用的阿拉伯数系是由0~9这10个记号及其组成表达出来的十进制体系，其源头可以追溯到古印度文明，中世纪时由阿拉伯人改造后传到西方，数字记号的出现以及数制的应用标志着数学的开始，加减乘除的运算以及埃及分数等早期数学研究工作也可以抽象出数学表达式，进而在实际生活中得以应用。
随着人类文明的进步，数学的另外一个重要分支——几何出现了。大约在公元前14世纪，古埃及国王将土地平均分封给了国民，每个人根据得到的土地进行纳税，分封时或者尼罗河泛滥冲毁土地的时候都会涉及土地面积的测量问题，这就是最初的几何。几何学的英文单词geometry就是这样来的，geo是指土地，metron则是指测量。据考证，古巴比伦人的几何学也是源于实际的测量，早在公元前1600年，他们已经熟悉长方形、直角三角形等常见几何形状的面积计算方法。而在古代中国，几何学的起源更多则是与天文观测相关，在中国最古老的天文学和数学著作《周髀算经》中，就讨论了很多天文测量中遇到的几何问题。
数学发展到16世纪，包括算术、初等代数、初等几何和三角的初等数学体系已经大体完备。进入17世纪之后，生产力的发展推动了科学与技术的进步，出现了变量的概念，因而进入变量数学时代，人们开始研究变化中的量与量之间的制约关系，以及图形间的相互变换等问题，解析几何、微积分、高等代数等数学分支相继出现并不断完善，数学的内涵与外延日益丰富。18世纪与19世纪之交，主流观点认为数学宝藏已经挖掘殆尽，没有发展空间了。但是非欧几何与近世代数的出现则掀起了几何学和代数学的革命，以给数学分析注入严密性为目标的“分析算术化”也推动了数学研究的纵深发展。到了20世纪下半叶，计算机的出现又将数学的应用推进到人类社会生活的方方面面，以计算数学为代表的应用数学发展如火如荼。现代数学已经不再是简简单单的几何、代数和分析这几门传统学科了，而是一个分支众多、结构庞杂的知识体系。数学的特点也不仅仅只有严密的逻辑性，而是新增了高度的抽象性和广泛的应用性，从而使得现代数学被划分为两大领域： 纯粹数学和应用数学。
纵观数学的发展历史，数学的理论往往具有非常抽象的形式，但其实质却是现实世界中空间形式和数量关系的深刻反映，因此可以广泛地应用于自然科学、社会科学和技术的各个领域，对于人类认识自然和改造自然起着重要的作用。
之所以要对数学的发展历史进行概要介绍，主要是希望大家能够意识到数学是什么，并进一步去思考数学的本质。在这个思考的过程中，去理解和感悟数学与其他学科的关系，而具体到本书，则是感悟数学和测量的关系。
一方面测量是推动数学发展的原动力之一。根据前面的介绍，人类早期的几何学发展其实就是源于土地面积的测量需求，而且当几何面积的数学模型建立之后，也是需要通过测量结果进行证实的。代数学的早期发展也是这样的，英国哲学家罗素曾经说过： “当人们发现一对雏鸡和两天之间有某种共同的东西(数字2)时，数学就诞生了。”这句话的前提，就是人们对一对雏鸡和两天都进行了测量与分析，才能抽象出两者之间的共性所在。而且，加减乘除四则运算的出现也离不开测量的支撑，“2+3=5”这样的公式的建立，需要测量并且只有测量结果才能够证实其成立。
另一方面数学是解决测量问题的有效手段。以德国数学家高斯提出并应用最小二乘法为例，其当时是为了解决天文学测量的问题。1801年，意大利天文学家皮亚齐发现了小行星带中最大的那颗——谷神星，他在持续观测了一段时间之后生病