北航自然辩证法概论论作业_自然辩证法在材料科学研究中的应用

北航自然辩证法概论论作业_自然辩证法在材料科学研究中的应用 2012-2013学年第二学期 《自然辩证法概论》期末课程论文 论自然辩证法在材料科学研究中的应用 ——以材料的发展历程为例 姓 名, 学 号, 任课教师, 完成时间, 1 摘要:材料科学是研究材料的组织结构、性质、生产和使用效能，以及它们之间相互关系的科学。作为多学科交叉与结合的结晶，其是一门与技术密不可分的应用科学，是人类社会发展进步的重要推动力量。该学科发展过程中，蕴涵着深刻的哲学原理，包括了自然辩证法的许多原理，如辩证唯物主义的世界观和论、质量互变规律、矛盾论、可持续发展论等。材料科学作为一门关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然和改造自然的一般方法的科学，其研究目的就是为了合理地处理人与自然的矛盾，从而得出对人类有益的方法与技术。本文通过思考，达到运用自然辩证法思维方式进一步指导新材料研究之目的。 关键词:自然辩证法;材料科学;研究应用 2 引言 科学技术属于哲学范畴，科学技术与哲学之间的关系不是两个事物之间相互外在的关系，而是事物自身内在的关系，即科学技术与哲学的其他构成因素之间的关系，以及作为部分的科学技术与作为整体的哲学的关系。科学技术与哲学之间的关系也不是一般的相互影响、相互作用的关系，而是决定与被决定、作用与反作用的关系。 材料科学技术是探索研究和制造新材料规律的科学，它不仅指出特殊材料研制的特殊方法，而且还揭示出各种不同材料研制的共同规律。同时，材料科学技术是一门技术科学，它介于基础科学和工程技术之间。与基础科学相比较，材料科学技术更接近于体实践;而与工程技术相比较，它则更接近于理论研究。它是基础科学研究中基础理论转化为应用技术的中间环节，它的主要特点是将具体技术中带有共同性的科学问题集中起来加以研究。 在材料科学研究中，探寻其中的自然辩证法原理对材料科学技术的发展很有必要。通过运用自然辩证法的原理可以帮助我们对材料自然科学有更深的理解和认识，使得我们在研究中抓住重点并有个清晰的思路，从而在科学研究中做出贡献。 一、自然辩证法的思想内涵 自然辩证法是马克思主义哲学的重要组成部分，是关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识和改造自然的一般方法的科学。它是马克思主义关于认识自然和改造自然已有成果的概括和，是随着科学技术的发展而不断丰富和发展着的开放的理论体系。 自然辩证法包括三部分:自然界发展的一般规律，即自然界发展的辩证法;科学技术发展的一般规律，即科学技术发展的辩证法;人类认识自然和改造自然的一般规律，即科学技术研究的辩证法，亦即辩证唯物主义的自然观、科学技术方法论和科学技术观。它和各门具体科学技术一样，都是研究自然界、科学技术及其研究方法的规律性探索，这表明了它具有科学技术特性。 自然辩证法是自然界和自然科学发展的普遍规律的科学，是人们认识自然和改造自然的方法论。学习自然辩证法有助于我们抵制和批判各种伪科学和反科学，有助于净化社会环境，推进社会主义精神文明建设。内容涉及自然观、自然科学观、自然科学方法论及各门自然科学中的哲学问题和科学技术思想史等广泛的领域。自然辩证法是马克思主义理论研究的一个组成部分，而不是马克思主义哲学的一个分支，因为自然辩证法不仅对人与自然关系进行哲学的考察，还要进 3 行经济学的、社会学的研究;科学技术的发展，不仅影响马克思主义哲学，而且还会影响马克思主义政治经济学和科学社会主义。恩格斯对自然辩证法的科学揭示把人对自然的认识从僵化的、神学的束缚中解放出来，被自然界发展的辩证图景展示在人们的面前，在此基础上它进一步阐述了辩证唯物主义自然观的一系列正确观点，揭示出辩证唯物法的基本规律和各种范畴在自然科学中的体现。 自然辩证法思想建构了科学时代的科学世界观，自然科学的迅猛发展使自然界各种现象的普遍联系和发展真切地呈现在人们的面前，历史的车轮已经把人类社会推进了科学的时代。科学代的到来不仅意味着人类面对外部世界的更多自由，而且意味着人类精神世界的丰富、智慧理性的提升，对待外部世界的观点和看法的改变，以往的世界观在科学发展的强劲势头之下受到了无法避免的冲击和挑战。恩格斯则顺应了时代发展的要求，从对自然科学的各项巨大成就的热切关注中提炼出了自然辩证法的科学思想，赋予了理论形态的世界观以坚实的自然科学基础。自然辩证法思想为科学地认识自然和人类社会提供了科学的方法论指导，也为我们认识自然和人类社会的发展规律提供了科学的方法论指导。在人们认识自然的活动中，自觉地遵循科学的理论思维—辩证思维—的指导，就可以避免不必要的主观臆测，减少盲目性，克服片面性。 恩格斯通过自然辩证法思想所建构出的科学世界观和方法论，无疑为科学精神的塑造和培养提供了科学的理论武器，也进一步为推进人的现代化，促进人类社会进步创造了思想条件。现代化是指在科技革命的推动下，人类社会不断告别愚昧落后走向文明进步的过程，是人类社会发展的必然趋势。人对现代科技的掌握与驾驭是决定社会现代化进程的归根结底之关键。恩格斯的自然辩证法思想正是为我们提供了与推进人的现代化，进而实现社会现代化的思想要求相契合的理论财富。在科学的世界观和方法论的理论指导下，现代化的进程将加速进行，科学精神将不断内化为人的思想意识和价值追求，科学和理性将擦拭人类智慧的蒙尘，去除人类精神的枷锁，唯灵论、伪科学等蒙昧主义思潮的反科学本质无需揭露自将暴露无遗，最终将无处藏身，直至退出历史舞台。 二、材料科学技术的发展历程 材料是人们用来制造工具和产品的物质，是人类生活和生产的物质基础。人类认识和使用材料的历史，和人类的文明同样古老。历史学家根据人类使用的主要材料，将人类社会的历史划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代。由此可见材料的发展对人类社会的影响。材料也是人类进化的标志之一，任何工程技术都离不开材料的设计和制造工艺，一种新材料的出现，必将支持和促进当时文明的发展和技术的进步。 从人类的出现到20世纪的今天，人类的文明程度不断提高，材料及材料科学 4 也在不断发展。在人类文明的进程中，材料大致经历了以下五个发展阶段。 使用纯天然材料的初级阶段 (一) 在原古时代，人类只能使用天然材料(如兽皮、甲骨、羽毛、树木、草叶、石块、泥土等)，相当于人们通常所说的旧石器时代，人类历史就此开始。这一阶段，人类所能利用的材料都是纯天然的，在这一阶段的后期，虽然人类文明的程度有了很大进步，在制造器物方面有了种种技巧，但是都只是纯天然材料的简单加工。 (二) 人类单纯利用火制造材料的阶段 这一阶段横跨人们通常所说的新石器时代、铜器时代和铁器时代，也就是距今约10000年前到20世纪初的一个漫长的时期，并且延续至今，它们分别以人类的三大人造材料为象征，即陶、铜和铁。这一阶段主要是人类利用火来对天然材料进行煅烧、冶炼和加工的时代。例如人类用天然的矿土烧制陶器、砖瓦和陶瓷，以后又制出玻璃、水泥，以及从各种天然矿石中提炼铜、铁等金属材料。 (三)利用物理与化学原理合成材料的阶段 20世纪初，随着物理学和化学等科学的发展以及各种检测技术的出现，人类一方面从化学角度出发，开始研究材料的化学组成、化学键、结构及合成方法，另一方面从物理学角度出发开始研究材料的物性，就是以凝聚态物理、晶体物理和固体物理等作为基础来说明材料组成、结构及性能间的关系，并研究材料制备和使用材料的有关工艺性问题。由于物理和化学等科学理论在材料技术中的应用，从而出现了材料科学。在此基础上，人类开始了人工合成材料的新阶段。这一阶段以合成高分子材料的出现为开端，一直延续到现在，而且仍将继续下去。人工合成塑料、合成纤维及合成橡胶等合成高分子材料的出现，加上已有的金属材料和陶瓷材料(无机非金属材料)构成了现代材料的三大支柱。除合成高分子材料以外，人类也合成了一系列的合金材料和无机非金属材料。超导材料、半导体材料、光纤等材料都是这一阶段的杰出代表。 从这一阶段开始，人们不再是单纯地采用天然矿石和原料，经过简单的煅烧或冶炼来制造材料，而且能利用一系列物理与化学原理及现象来创造新的材料。并且根据需要，人们可以在对以往材料组成、结构及性能间关系的研究基础上，进行材料设计。使用的原料本身有可能是天然原料，也有可能是合成原料，而材料合成及制造方法更是多种多样。 (四)材料的复合化阶段 20世纪50年代金属陶瓷的出现标志着复合材料时代的到来。随后又出现了玻璃钢、铝塑薄膜、梯度功能材料以及最近出现的抗菌材料的热潮，都是复合材料 5 的典型实例。它们都是为了适应高新技术的发展以及人类文明程度的提高而产生的。到这时，人类已经可以利用新的物理、化学方法，根据实际需要设计独特性能的材料。 现代复合材料最根本的思想不只是要使两种材料的性能变成3加3等于6，而是要想办法使他们变成3乘以3等于9，乃至更大。严格来说，复合材料并不只限于两类材料的复合。只要是由两种不同的相组成的材料都可以称为复合材料。 (五)材料的智能化阶段 自然界中的材料都具有自适应、自诊断合资修复的功能。如所有的动物或植物都能在没有受到绝对破坏的情况下进行自诊断和修复。人工材料目前还不能做到这一点。但是近三四十年研制出的一些材料已经具备了其中的部分功能。这就是目前最吸引人们注意的智能材料，如形状记忆合金、光致变色玻璃等等。尽管近10余年来，智能材料的研究取得了重大进展，但是离理想智能材料的目标还相距甚远，而且严格来讲，目前研制成功的智能材料还只是一种智能结构。 三、材料科学技术研究中的自然辩证法 材料科学技术的发展历程当中可以总结出，其发展的每个阶段中都或多或少蕴涵一定的自然辩证法原理。这是因为反映自然客体本质规律性知识的自然科学理论，与反映社会科学的某种思想理论因素之间存在联系。自然科学理论中自然知识与社会知识的潜在联系终将导致科学与社会科学的知识大统一，从而增强人类认识和改造世界的能力。 马克思曾经说过:“自然不能建造任何机器，任何火车头、铁路、电报机、纺织机等等。这些东西都是人类在自然中活动的工具的自然物质。它们是人的手所制造成的人的大脑工具。”逐渐形成了以技术作为对象，研究它的一般规律和方法的自然辨证哲学技术学科。 (一)材料具有自然属性 自从远古时期，人类就开始使用材料，从石器时代—青铜器时代—钢铁时代—信息时代。在漫长的人类活动过程中，我们从来没有离开过材料，在我们现在生活的环境中，材料随处可见，桌子、椅子、房子、汽车，一切的一切都是由材料制造而成的。而这些材料都来源于自然，制造桌椅的木头来源于森林，房子用的砖头来源于大地，汽车用的钢铁，铝等来源于矿场。虽然我们的现代社会飞速发展，进入了信息时代，现在用的很多都是高科技的产品，但无论产品多么先进，原材料都来源于自然。所以说材料具有自然属性。 (二)材料科学技术与辩证唯物主义 6 人们进行任何科学研究工作，都会自觉或不自觉地以辩证唯物主义的世界观和方法论为指导。科学的进步和人类知识的迅速增加，必然伴随着研究方法和思维方法的变革，尤其是在新材料的研究、开发、应用过程中。人们综合运用各种研究手段和思维方法，从而衍生出许多新的构思、概念和认知方法。这些都为辩证唯物主义的认识论与方法论提供了生动的素材，极大地丰富了辩证唯物主义认识论与方法论的内容。 以纳米材料为例，从纳米技术发展的历史可以看出，它经历了一个由不自觉到自觉，由预测到实际研究，由分散研究到系统地整体研究的转变。这种转变反映出了纳米技术体系从形成到进一步发展的系统框架。简而言之，纳米技术的诞生和发展开辟了人类认识世界的新层次。使人类改造自然的能力直接延伸到原子和分子，实现生产方式的质的飞跃，同时也标志着人类的科学技术又进入一个崭新的时代。物质始终标志客观实在，并且能被反映。人们对于纳米材料的研究和进一步利用，首先就是符合物质的客观实在性及能为人们所反映的原理。无论它多么深奥复杂，均不能超越这一理论。 (三)材料科学的研究方法来源于自然辩证法中的科学技术方法论 科学技术的发展促进了对材料的需求，人们不断地发展创造各种各样的材料以满足各种各样的性能要求。材料的性能取决于材料的成分、结构、微观组织和缺陷等，任何一种材料的宏观性能或行为，都是由材料的成分和微观组织结构决定的。材料在制备、加工、运输和使用的过程中都可能受到自身成分、组织和外部环境(温度、压力等)的共同作用而产生成分与组织结构的变化，进而影响性[4]能。要获得满足性能要求的材料，就需要对成分—结构—组织—性能之间的规律进行研究。同其他科学一样，其研究方法主要有三种:归纳法，演绎法，实验法。 归纳和演绎是自然辩证法中科学技术方法论的科学思维方法，实验法是科学抽象中重要的思想模型。材料科学中的一切事物都是现象和本质的统一。材料科学是一门以实验为基础的学科，它需要通过试验获得数据，经验。但这只是科学认识的基础，我们要通过归纳和演绎将它上升到理性认识——规律、理论，这样就可以反过用理论来指导实践，从而将其应用到生产生活中去。 综上所述，材料科学的研究方法也是自然辩证法的科学技术方法论的应用，是科学抽象和科学思维对科学事实价值性的提升。正因为有了自然辩证法，材料科学才能够从中借鉴并加以运用，形成自己的研究体系，也因此才能使材料科学成为一门合格的学问、一门真正的学科。 (四)材料科研选题中的自然辨证法 材料科学是一门以实验为基础的学科，产品需要经过实验阶段，然后再投放 7 生产。这个实验过程也称为科研过程，在科研的过程中，很重要的一步就是选题。这是因为:科研选题是科学研究的起始步骤，它关系到科研的方向，目标和内容，直接影响到科研的途径和方法，课题选择是否恰当决定了科研工作进度的快慢以及科研成果的水平，价值和发展前途，科研选题是决定科研工作成败的关键和首要环节。所以我们需要遵循以下几条基本原则: ? 选课题必须着眼于社会实践和科学本身发展的需要; ? 所选课题应具有创新性，应是前人和他人未解决或未完全解决并预期能出成 果的科技问题; ? 所选课题一定要有科学事实和科学理论为依据; ? 选题时必须考虑完成课题的主客观条件，根据实际具备或经过努力可以具备 的件来选择科研课题。 此外，在接下来的试验过程中、整理数据和分析数据以及得出结论的过程中都需要遵循科学，实事求是的原则，把经验上升为理论，用于以后的实践中。 (五)用自然辩证法的思维研发新材料 自然辨证思维是指人们认识、改造客观世界时所运用的具有哲学特征的思维方法。所谓新材料，主要是指最近发展或正在发展的具有特殊功能和效用的材料。近二三十年来, 在生产力发展和高技术产业需求的推动下，新材料的种类正以每年5%的速度增长，规模不断扩大。新材料的发展应用不仅是技术革命与创新的基础和社会前进的动力，也成为社会经济可持续发展的有力保证。用哲学思维研究新材料，会对实际的研究工作起到不可估量的作用。常用的哲学思维方式有相似法、相反法、宏微对比法、扩展缩微法等。 相似法 现实世界中，从宇宙星系到原子内部运动都存在着种种相似之处。但是，相似不等于相同。相似是客观事物存在的相同和变异的矛盾的统一。因此，在学习过程中，既可以通过相似法中的相同部分看到事物前后之间的承袭关系，又可以通过变异部分看到事物前后之间的差异及发展关系。 纳米材料与自然界的水在某些方面具有相似性，最新研究出的“纳米水”不是普通的水，它是纳米燃油添加剂的俗称。目前主要针对车用柴汽油和燃料油使用，可实现用物理方法解决燃油燃烧的化学问题，进而实现环境保护和节能减排的目的。 相反法 事物之间不仅存在着相似现象，而且还存在着相反现象。有大必有小;有强必有弱;有虚必有实;有吸收必有排泄;有吸引必有排斥;有聚合必有分离;有守恒必有不守恒等等。在学习过程中，许多问题都可以从反面去剖析、反证、推 8 理、理解、概括、设想、加深、巩固和扩展对下面知识领域的认识与把握。 科学技术的发展需要越来越多的新材料，单一结构的材料往往不能满足人们的需要。于是，科技工作者就开动脑筋研制出各种复合材料。所谓复合材料就是把两种或两种以上的材料结合在一起，也许这几种组合材料之间有着完全相反的特性，但正确的使用能使之充分发挥特长而避开其各自的缺点。这样，就诞生了许许多多性能优异的新材料。 在严寒的冬天，你穿上几件单衣仍会感到刺骨的寒冷。这时，你如果穿一件棉衣便会感到全身上下暖烘烘的。这是因为棉花、中空纤维、羽绒等具有蓬松的特点，内部藏有大量的空气，具有良好的保温作用。但是，如果不用布只用这些材料做棉衣，干脆做不成衣服。只有用不能保温的布把这些能保温的材料裹起来，才能做成既结实美观又保暖的棉衣。所以说，棉衣大概是人类最早开发利用的复合材料了。 宏微对比法 许多事物在宏观上几乎完全一样，但由于微观上的点点差异，往往是性质完全不同的两码事。在学习时，就要时刻注意将它们进行宏观与微观的对比，才能牢固地掌握其词义及形态特征。在创造性思维过程中，宏微对比往往是发现新的科研专题征的最好契机。 损坏的物品能够自我修复，这本是一件不可能的事情。然而，美国伊利诺斯大学的工程师发明了一种装有化学试剂和催化剂的小胶囊，在材料发生断裂时，可通过两者的化学反应填补裂缝。德国科学家发明的新材料是一种透明塑料，这种塑料在受热后能自动修复裂痕，这种修复裂痕的反应是可逆的。 扩展缩微法 扩展是将已学过的知识作基础，向纵横两个方法延伸，以加深与巩固原有知识，并创造新的知识。其具体实施方法就是扩展法的具体化——类推法。微缩是将已学过的宏观知识作显微验证。其具体实施方法是还原法。 德国科学家日前开发出一种新型织布材料，用这种布料缝制内衣可以治疗皮肤病。这项成果为许多皮肤病患者解除了频繁换药的痛苦。据介绍，科学家利用自然纤维和人造纤维中都含有的一种名为"环式糊精"的糖分子使织布拥有了医疗功能。该分子化合物能在织布内形成微小的孔状空间，并具有吸收不渗水物质的性能。科学家介绍说，通过特殊方法处理，他们将一些外敷药物的有效成分添加进新型纺织品内，从而使这种织布内部那些微孔能够较好地保存这些药物而不“流失”。在织布与人体接触时，极少量汗液“刺激”使药物被“激活”，有效成分会慢慢渗出被人体吸收，达到与外敷药物同样的疗效。 9 结论与建议 关于自然界和科学技术发展的一般规律以及人类认识自然和改造自然的一般方法的科学自然辩证法，在材料研究中得到了广泛的应用，这一点是毋庸质疑的。从材料的自然属性到自然辩证法的科学方法论与材料科学的研究方法的联系，再到自然辩证法在材料科研中的应用，每个方面都折射出自然辩证法的影子。所以说，材料科学的发展离不开自然辩证法。一部材料科学的发展进步史，就是自然辩证法在其中的应用史。 今后我也会把这些应用在专业课的学习上。首先，通过对材料结构和物性的深入研究，从而对材料本质进行研究和了解;同时对材料的制备、结构和性能，以及它们之间的相互关系也进行深入地研究，这为材料科学的形成打下了比较坚实的基础。另一方面，研究通过材料成型、加工、表面处理技术、热处理及复合等材料工程技术的发展，要求不同类型的材料之间能相互代替，充分发挥各类材料的优越性，以达到物尽其用的目的。 10 参考文献 [1] 曲远方. 现代陶瓷材料及技术[M]. 华东理工大学出版社，2008年版，序. 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