自然辩证法在工程中的理论与应用

《自然辩证法》自然辩证法——在工程中的理论与应用教学重点与难点：针对工程硕士的特点，以科学发展观为指导，根据建设创新型国家的要求，突破传统自然辩证法教材的体系结构，在讨论一般科学技术问题基础上，突出关于工程问题的讨论。第一章科学、技术与工程的一般特点第一节科学的含义和特征第二节技术的含义和特征第三节工程的含义和特征第四节科学、技术、工程的联系与区别第一节科学的含义和特征科学的词源西方的古拉丁（公元前1千年前）语“scientia”是指“知识”，也就是将科学指向认识的“成果”，但是不涉及真理性、使用性乃至方法及表现形式的要求。古代中国没有科学一词，是19世纪下半叶由日本传来的外来语。将科学分开来讲的，是“科”“学”——即以分科的建制方法和研究方式去研究的学问。第一节科学的含义和特征科学的概念——科学是以认识自然的知识体系、认知活动和社会建制。1.知识体系—客观化、抽象化、系统化、理论化2.社会活动—主体、客体以及主客体间的中介3.社会建制—从业余兴趣→职业分工→社会工程4.研究方法—“理性+经验”、“实验+逻辑”5.价值判断—“不科学”、“科学化”科学的对象——自然、社会、思维科学的门类——自然科学、社会科学和工具性科学科学的形式——范畴、定理与定律（公理和假设）以逻辑的方式从基本概念和假设出发解释世界。第一节科学的含义和特征科学的特征解释性和预见性：实证主义精确性：可量化可验证性：经验主义可错性和可变性：历史主义系统性：辨证主义主体际性：主观与客观的统一、抽象上升到具体区别于经验知识、局部知识、个人知识、宗教知识。第一节科学的含义和特征科学的分类F·培根：记忆的科学、想象的科学、理智的科学圣西门：天文学、物理学、化学、生物学黑格尔：数学、力学、物理学、化学、地质学、植物学、动物学（加入运动变化、普遍联系观点）恩格尔：机械、物理、化学、生物、社会现代：基础研究、应用研究、开发研究当代：基础科学、技术科学、工程科学边缘科学、横断科学、综合科学第二节技术的含义和特征技术的词源古希腊（公元前3千年前）语“techne”，含义是指技艺、手艺、技能、本领。现在的“technology”,是十七世纪时将“techne”加上了“logos”（逻各斯：苏格拉底之前的哲学中，指支配宇宙的原则，此后被理解为理性、理念，被当作上帝一样的所有活动和产生的源泉，或存在于人类灵魂中的推理能力，圣经或基督教里之圣子，即神的属性中的智慧和创造力，以之与人沟通），“宇宙的律性”，加上“Techne”，直观的含义也就是在“技能中所包含的宇律性”的意思。我国战国（公元前四百年——公元前221）的“工巧”，排在“天时”“地气”“才美”之后，是使人造的器物得以为“良”的条件。第二节技术的含义和特征技术的概念——改造世界的知识体系及其物化载体、改造活动和社会建制。1.知识体系—主体性、技能性、多样性、具体性2.物化载体—工具、装置、工艺、程序3.社会活动—将自然转化为人工物，是目的（价值）与知识的结点4.社会建制—谋生手段→职业群体→人员体系5.体系存在—技术群落、连锁发展第一次技术革命—蒸汽-机器技术体系第二次技术革命—内燃机-电气技术体系现代技术革命—高新技术群第二节技术的含义和特征技术的特征1.自然属性和社会属性的统一2.主体要素和客体要素的统一3.物质因素和精神因素的统一4.潜在形态到显示形态的过程技术的分类1.按运动形式：机械、物理、化工、生物2.按劳作过程：采掘、材料、机械、建筑、交通、通讯、动力第三节工程的含义和特征工程的概念工程的词源Engineering：Engine（设计）+ingenious（创造能力）工程含义的历史发展：18世纪前：直觉与创意的彰显——军事与艺术19世纪：知识与技能的结合——工程师群体20世纪起：系统与组织的改造——社会工程学科运用科学理论与技术手段，有组织、系统化的改造（客观）世界的具体实践活动及取得成果。第三节工程的含义和特征工程的特征1.工程的追求目标是社会实现2.工程是科学、技术与社会的动态整合3.工程活动是通过技术集成实现创新的过程4.工程本身是一个复杂系统工程的分类1.按（技术）生产过程：采掘、材料、机械、建筑、交通、通讯、动力2.按产业类型：第一产业部类：农业、林业、水利第二产业部类：能源动力、材料、制造、建筑与土木、海洋第三产业部类：信息与通讯、交通工程、环境、保健、管理第四节科学技术工程的联系与区别科学的本质是发现——由外及内将存在的世界变为“科学”的世界，实质上是将世界以特定方式在人类意识中重现和预演技术的灵魂是发明——由内及外将“科学”的世界变为“技术”的世界，实质上就是将可认知的世界变为可改变+可如何改变的世界工程的核心是建造——内外作用循环的实现将科学与技术连接起来，通过反馈与重设使内外作用实现持续的循环。第四节科学技术工程的联系与区别科学技术工程任务和目的认识自然是什么为什么改造自然做什么怎么做建构人工自然过程和方法经验到理论理论与经验逻辑与试验理论到实践设计试验实践的系统化和组织化综合方法系统科学成果性质和评价标准理论知识真伪判别实践方法和物化载体好坏判别环境与社会变化预期与协调研究取向和价值观念精神实现价值中立物质价值工具价值综合价值价值权衡研究规范普遍、公有、无私、创造、怀疑功利目的、保密、专利（知识变为权利）团结、协作第二章科学、技术与工程的历史及发展趋势第一节科学的历史发展第二节技术的历史发展第三节工程的历史发展第四节现代科学、技术与工程的特点和发展趋势第一节科学的历史发展科学技术的起源科学和技术作为两种密切联系又根本区别的社会存在，其起源上的分别尤其明显。一个民族没有科学是可以生存的，但没有技术是不可能生存的，从这个意义上说，技术比科学更贴近人的本质，技术和劳动一起构成人类产生的条件。技术的起源人的产生1200万年前——猿800—400万年前——猿人（“猿”？“人”？）300万年前起——“智人”人与动物的区别——觅食方式人从动物界分化的标志劳动、语言、工具伴随着劳动活动的出现、工具的产生，技术也就随之而来了。科学的起源脑体分工——阶级出现是科学诞生的前提有食、有闲、兴趣、自由——奴隶主阶级古代文明兴起：集群生活中的实践基础四大流域文明——四大古文明古埃及、古巴比伦、古中国、古印度海域文明——古希腊、古罗马农民和商人：职业群体塑造科学形态古代科学的形态之一自然哲学自公元前8世纪以后，古代科学是以自然哲学的形式存在和发展的。整个古代的科学实际上只限于天文、气象、力学、数学以及建筑、航海、医学等。没有形成独立的、系统的分门别类的知识体系，一切有关自然的知识几乎都包含在自然哲学中。西方：“原子论”“万物皆火（水、气）”分解的、无机的“物学”东方：道家学说；儒家“天人感应”；墨家实验；还原的、有机的“人学”古代科学的形态之二实用知识（科学）体系中医——中国式自然科学与意识形态的关系官科技——中国式自然科学与政治的关系三大发明——中国式科技与社会的关系古代科学的形态之三理论自然科学萌芽亚里士多德：证明传统源流欧几里得的《几何原本》：几何学传统源流阿基米德：科学研究中实验方法的尝试古代技术的形式手工技术以工具、身体和经验为构成要素，而且后两者更为关键。思考：古代科学对古代技术为什么没有明显的推动或帮助？古代工程的起源公元前3000年—古印度、古巴比伦冶炼工程铜——青铜——铁公元前700年—古希腊、古巴比伦市政工程公元前250年—中国水利工程、长城文艺复兴时期—工程师为主导的工程活动古代工程趋于规模化、职业化、理论化近代自然科学革命的起点以争取自然科学的独立为目的，从哥白尼（1473-1543）的“日心说”、维萨留斯（1514－1564）的“血液循环理论”开始，经伽利略的力学研究延续，以牛顿力学建立为标志科学革命。1543年《天体运行论》和《人体构造》从宇宙结构、天体运行的大循环角度和人体内部血液的小循环角度消除了神的位置，以太阳和心脏为中心的两种循环（圆周）宣告了神与神国的特权的终结。近代自然科学革命的发展伽利略的贡献近代实验科学的奠基人，将实践操作、数学和逻辑同科学研究结合起来。一、天文学观察——神的宇宙有瑕疵、拥护“日心说”；二、创建动力学——落体定律、惯性运动；三、科学方法的创新——实验观测证实和数理逻辑推理相结合近代自然科学革命的发展开普勒的行星三定律是牛顿万有引力定律最重要的前提。第一定律：行星轨道为椭圆，太阳在椭圆的一个焦点上；（轨道定律）第二定律：同时间内，行星与太阳联线扫过的面积相同；（面积定律）第三定律：太阳系内任意两颗行星的公转周期的平方与他们的轨道半主轴长的立方成正比。（周期定律）第谷•布拉赫——开普勒——滕格纳尔近代自然科学革命的发展新哲学的激励弗朗西斯·培根——”归纳法”“实验科学方法”“知识就是力量”“经验和理性职能的真正的合法婚配”笛卡尔——”演绎法”“实验方法的基础””我思故我在”解析几何学近代自然科学革命的完成牛顿（公元1642－1727年）“牛顿因为发明了万有定律而创立了科学的天文学，由于进行了光的分解而创立了科学的光学，由于创立了二项式定理和无限理论而创立了科学的数学。”——恩格斯伊萨克•牛顿爵士安葬在这里。他以近于超人的智力第一个证明了行星的运动与形状，彗星的轨道，海洋的潮汐。他孜孜不倦地研究光线的各种不同的屈折角，颜色所生成的种种性质。对于自然、考古和圣经，他是一个勤勉、敏锐和忠实的诠释者。在他的哲学中确认上帝的尊严，并在他的举止中表现了福音的纯朴。让人类欢呼曾经存在过这样伟大的一位人类之光。——牛顿墓前铭文近代自然科学革命的完成《自然哲学的数学原理》牛顿力学三定律、万有引力定律第一定律：F=0第二定律：F=ma第三定律：F=F’万有引力定律重要的刚体物理学概念：质点、（绝对）时间、绝对空间、质量、动量、力等近代自然科学革命的完成牛顿力学获得接受——实证主义胜利1.哈雷彗星（返地周期）的发现（1759）2.地球形状的证实（1740）3.行星摄动现象的证实——海王星的发现（1846年法国的勒维烈和1845年英国的亚当斯）力学的新分支——弹性力学、流体力学、材料力学等纷纷建立缺陷——”绝对时间”、“绝对空间”、“质量恒定”同神学的妥协——完美机械的“第一推动”“关于上帝在七天中创造世界的考证”“关于圣父、圣子、圣灵三位一体的研究”“关于圣经史和自然史年表的一致性”近代自然科学革命的成果微积分的建立：牛顿和莱布尼兹光学的发展：微粒说和波动说热学：温度与热量区分、热质说磁学：扭秤实验静电：静电电容器、雷电研究、库仑定律化学的初期成果：波义耳的元素概念、氧的发现、拉瓦锡的氧化燃烧理论、一系列气体的发现和吹管分析、事发分析等一系列化学分析方法的使用生物学：毛细血管的发现、显微镜的发明改进、细胞学和微生物研究、预成论和渐成论、动植物分法、早期的物种演化观念古代和近代思维方式的特征古代自然哲学思维方式直观性辩证性思辨性近代科学思维方式形而上学机械论唯心主义现代性的伏笔倡导理性主义和经验主义主客二分的思维方式演绎和归纳方法的结合还原论、机械论宗教世界模型——“终极粒子”“绝对客体”“完美机械”人类中心主义第二节技术的历史发展近代第一次技术革命和产业革命机器系统的产生一、工作机的发明和改进凯伊飞梭、哈格里夫斯的手摇纺纱机、阿克莱特水利纺纱机、克伦普顿“骡机”、卡特赖特自动织布机二、动力机的发明萨弗里的“矿山之友”纽可门的活塞式大蒸汽机瓦特发明冷凝器、连杆和飞轮，改进蒸汽机三、传动机的发明：离心调速器、传动装置近代第一次技术革命和产业革命以机器制造机器机床的发明和应用威尔金斯的“镗床”、莫兹利的“移动刀架”蒸汽—机器时代的技术体系蒸汽动力的推动轮船、火车的发明和交通运输技术的变革工业体系的形成：采煤业（炸药）