探究材料科学中的自然辩证法

《探究材料科学与工程专业中的哲学问题和主要方法》陈留根201421030410

摘要：材料科学既是一门学科，也是一种技术。自然辩证法是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。所以材料科学无时无刻不与自然辩证法来相联系。自然辩证法是马克思主义的自然观和自然科学观的反映。体现马克思主义哲学的世界观、认识论、方法论的统一，构成马克思主义哲学的一个组成部分。F.恩格斯的《自然辩证法》（Dialectics of Nature）所开创的研究领域。自然界本身的辩证法是通过自然科学和技术的发展日益被揭示出来的，两个方面的研究密切相联，不可分割。人类对材料的使用始于远古时期，而对材料进行系统的研究则始于19世纪中叶。随着物理、化学及相关学科理论体系的形成，以及X射线衍射、电子衍射和电子显微镜等技术的出现极大的促进了材料科学的发展；在种类上，由传统的金属和陶瓷材料派生出高分子、混凝土以及复合材料；在性能上，由结构向功能、智能以及结构、功能、智能复合的方向发展；在结构层次上，则由宏观进入微观纳米尺度。而这一系列的过程都是人们对材料规律探索和总结的过程，所以材料科学无时无刻不与自然辩证法相联系[1]

关键词：自然辩证法；材料科学；研究；应用

1材料科学与工程

人类社会的发展历程是以材料为标志的。人类对材料的使用始于远古时期，而对材料的进行系统的研究则始于19世纪中叶。人类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社会的影响—没有材料就是没有发展。现代科学技术的发展更离不开材料。支撑人类生存大厦的主要有材料科学技术、生物科学技术、能源科学技术、信息科学技术，这些技术支持者上到航天技术、下到海洋技术，而这些技术无一不是以材料物质为基础的，因此可以说，材料是人类物质文明的基础和支柱。

在21世纪里，材料科学技术会持续向前发展，复合化、功能化、智能化、低维化将成为材料开发的目标，新材料会不断涌现。尽管我们不能准确预测在什么领域会出现什么样的突破，但根据目前的发展趋势，至少会在两个领域出现大的进展。一是纳米材料领域，另一个是生物材料领域。

纳米材料通常定义为材料的纤维结构中，包括颗粒直径、晶粒大小、晶界、厚度等特征尺寸都处于纳米尺寸水平的材料。由于纳米材料中的晶粒的细化，晶界数量大幅度增加，可使材料的强度、韧性和超塑性大为提高，并对材料的电学、热学、磁学、光学等性能产生重要的影响。目前，纳米材料研究已成为材料科技研究的热点。纳米材料的出现和纳米科技的发展标志着人类认识自然达到了一个新层次，人类的科学技术进入了一个崭新的时代—纳米科技时代。这一认识过程体现了辩证唯物主义认识论认识运动是发展的基本规律，并依据这一规律对纳米科技的发展作了进一步预测。从认识论的意义上看，人类认识自然的能力又前进

[2]了一步。

生物材料是指与生物体相联系的，移植人生体起某种生体功能的材料。作为一个正在迅速崛起的新兴高科技产业，生物材料的研究开发具有很重要的科学意义和非常巨大的经济社会效益。人类对材料的认识与研制，经历了从使用天然材料到人工材料的过程。

2材料科学技术中的自然辩证法

《探究材料科学与工程专业中的哲学问题和主要方法》陈留根201421030410

（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）材料科学的研究方法来源于自然辩证法的科学技术方法论

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，进而影响性能[3]。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[4]。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。

（三）材料科研中的自然辩证法

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：

一、选课题必须着眼于社会实践和科学本身发展的需要；

二、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；

三、所选课题一定要有科学事实和科学理论为依据；

四、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[5]。

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

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的实践中。

3可持续发展的理论与理念

人类进入工业社会以来, 随着生产活动的增加和工业污染物的大量排放,已引起生态环境日益恶化。各种统计资料表明:材料及其制品是造成能源短缺,资源过度消耗乃至枯竭和环境污染的主要根源。人类既期望获得大量高性能或高功能的各种材料,又迫切要求有一个良好的生态环境,以提高人民的生存质量,并使文明社会可持续发展。因此,研究人类发展和生存所必需的材料及其工程技术与生态环境的关系,实现材料的可持续发展，对人类社会的可持续发展具有重大意义。

（一）可持续发展内涵

可持续发展思想认为发展与环境是一个有机的整体。它主要涉及到人口、资源、生态、环境、经济、社会等方面,主要内容包括三个方面:资源与生态环境可持续发展、经济可持续发展、社会可持续发展。

一、可持续意义上的发展包括经济发展、 社会发展和生态环境的发展。

二、可持续发展以自然资源为基础, 同环境协调能力相适应。

三、可持续发展要求体现出环境资源的价值。

四、可持续发展以提高生活质量为目标, 同社会进步相适应。

五、可持续发展的实施以政策和法律体系为条件,强调“综合决策”和“公 众参与”。把可持续发展概念仅仅理解为经济(GNP)的持续增长是不全面的。

（二）可持续发展思想的实质

持续发展实质上是在多重因素的约束下,力求“发展”和“持续”两个相关变量和取最大值, 达到这一最大值的途径就是可持续发展模式。可持续发展概念可表示为：对于未来任意时刻t,社会生活指标体系各指标变化值之和或其速度均大于零[6]。

（三）可持续发展的理论的基本要求

一、可持续发展的核心是发展；

二、全人类的共同努力是实现可持续发展的关键；

三、生态文明是实现可持续发展的目标；

四、公平性是实现可持续发展的尺度；

五、社会的广泛参与是实现可持续发展的保证。

结合自然辩证法思想，不难看出可持续发展的定义包含两个基本要素: 需求 和对需要的限制发展是人类生存的基本需求，材料是人类赖以生存和发展的物质基础，人们生活过程是以不同形式大量消耗 改变和转化各种材料的过程，显然人们行为在各方面对环境造成的影响必将在一定程度上阻碍人类的可持续发展 随着社会的不断进步和人们生活水平的提高，接踵而至的是一系列的环境问题，如温室效应、全球变暖、能源锐减、资源枯竭等严重的环境危机，这些问题正在严重地威胁着人类的生存和发展，同时也引发了一场全球性的环境保护热潮。对于材料行业而言，更加关注材料的合理利用与人类社会发展的联系，更加关注人与自然对象的哲学思考，最终确立起和谐的自然发展观，也就是可持续的发展思想在行业内的最好体现[7]。

材料的发展应用是技术革命与创新的基础和社会前进的动力, 是社会经济可持续发展的有力保证。同时, 材料开发应用中所产生的创新性思想方法极大地丰富了马克思主义辩证思维的内容, 促进了人类思维方式的变革,加深了人类对大自然的认识。社会的可持续发展要求以高度发展的科学技术为后盾, 而新材料

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的发展适应了可持续发展的需求, 极大地改变了传统的经济增长方式和发展模式, 成为可持续发展的前提与保证。人类社会要实现可持续发展, 必须实施材料的可持续发展战略。

评述语

材料的发展应用是技术革命与创新的基础和社会前进的动力，是社会经济可持续发展的有力保证。同事，材料开发应用中所产生的创新思想方法极大地丰富了马克思主义辩证思想的内容，促进了人类思维方式的变革，加深了人类对大自然的认识。社会的可持续发展要求以高度发展的科学技术为后盾，而新材料的发展适应了可持续发展的需求，极大地改变了传统的经济增长方式和发展模式，成为可持续发展战略的前提与保证。人类社会要实现可持续发展，必须实施材料的可持续发展战略。将材料科学与技术的发展对人类社会的作用，对未来科技的发展和社会的进步有指导性的意义。

参考文献

[1] 杨水旸,自然辩证法概论[M],国防工业出版社，2008年版

[2] 严芷清，董玮，纳米技术带来的哲学思考，湖北成人教育学院学报[J]2006，

12（5）：33-34

[3] 杨水旸,自然辩证法概论[M],国防工业出版社，2008年版

[4] 杨水旸,自然辩证法概论[M],国防工业出版社，2008年版

[5] 杨水旸,自然辩证法概论[M],国防工业出版社，2008年版

[6] 王伯鲁,可持续发展的困难与现实出路[J].世界环境,1998(2):31—341

作者简介：

姓名：陈留根 性别：男 年龄：1989，11,7

籍贯：河南省商丘市民权县北关镇 身份：微电子与固体电子学院材料科学与工程硕士

联系方式：13028131505 电子邮箱：1028670167@http://wendang.chazidian.com