科学的发展模式

苏州大学研究生考试答卷封面考试科目：自然辩证法考试得分：院别:材化部专 业：分析化学学生姓名：吴怡亭学 号：20124209109授课教师：李继堂考试日期：2012年12月24日科学的发展模式—纳米材料的发展摘要：阐述了科学发展模式所包含的类型及其在哲学家不懈努力下的发展进程，由此讨论了当今热门材料纳米材料的发展，并运用科学发展模式的观点看待纳米材料的发展进程。关键字：科学发展模式、发展进程、纳米材料一、科学发展模式所谓的科学发展模式从动态上描述科学发展的主要特征和内在机理应包括两个方面:一、宏观上描述科学整体运动的规律有：指数增长律、汤浅现象、凯德洛夫：带头学科理论、积累模式、波普尔模式以及库恩模式；二、微观上阐述科学理论生长的过程：观察、实验-假说-检验-理论问题-尝试性答案-检验-理论⑴。科学与非科学不能完全分离，非理性与非科学的成分在科学中应占重要地位。科学的历史发展中，非理性是不可少的。科学其实并无特殊的普遍的科学方法，而且科学并不是神圣不可侵犯的。科学发展模式大致上有：因经验积累而进步的发展模式、通过证伪而增长的发展模式一不断革命模式、范式嬗替的科学革命模式、基于研究纲领进化的发展模式等。科学发现的模式包括：序曲、归纳和结局的三拍子的进行曲。19世纪以前科学界相信科学的发展是累积的，其原因是（1）科学研究只有一种模式（从观察开始）（2）大多数历史事实使学者领悟到的也是如此。惠威尔通过对科学史的研究发现，科学是在从事实出发，用概念去综合事实，使事实上升为定律；再通过综合上升为理论这个历史过程中进步的。休厄尔把科学进步看作是事实和观念的成功结合。他认为，我们平时称为感觉经验的报告那类事实，只是事实一类。广义地说，事实只是片段的，是提出定律和理论的原料。这样的事实和理论间只有相对的区别，如果一个理论被归并到另一个理论中去的话，那它本身就是事实。休厄尔把观念看作是事实结合在一起的理性原理。科学的进化发展一支流汇合成江河，强调科学通过把过去的成果逐渐合并到现在的理论中而不断进化。比如，牛顿的万有引力定律相对于伽利略定律、开普勒定律的研究体现为一种进步，是因为在牛顿理论中包含了伽利略的自由落体定律、开普勒的行星运动定律等。旧理论不论多么荒谬总会对科学的进步产生影响，如燃素说虽被氧化说所代替，但它把燃烧、酸化和呼吸归为一类来进行研究的见解却在化学史上起了积极作用。科学发展并不全是渐进的，期间曾经存在革命、有间断、无法用继承性加以说明；新理论的产生常开始于旧理论与观察事实的矛盾；累计模式把科学发展问题太简单化⑵。科学理论的发展过程就是大胆地提出假说，通过伪证然后再推翻理论的过程，科学知识的增长或科学理论的发展是通过不断地革命实现的。科学问题是科学理论演变的动力问题是认识的起点，也是认识的终点，由此推动着科学理论的演变或进步。科学理论本质上是一种猜想，为了解决问题，科学家通常会提出若干个尝试性的理论猜测，以便从中比较、选择出最有解释和预言的科学理论。科学之友在不断的伪证和批判中才能前进。科学理论的演变或进步表现为一个理论对另一个理论的替代，它不是积累式的，倒像是跳跃式的、不断革命的过程⑶。20世纪50年代末出现了新的情况：一方面，形成了一股自然科学奔向社会科学的洪流，科学社会学、科学学、科学史学、科学心理学等一系列新兴学科相继涌现，标志着自然科学与社会科学的相互联系与相互渗透；另一方面，科学成为社会的一项重要的事业，它广泛地深入到社会的各个领域，对生产方式、生活方式、思维方式以至价值观念都产生了极其深刻的影响。在新的形势下，对科学理论发展的研究不能孤立地、离开它所处的社会历史环境来进行，因此在科学哲学中出现了社会历史学派⑷。“思辨-实验-理论-实践”之流变，科学实验与科学理论之张力是科学活动的基本矛盾。科学实验最终是主要矛盾和决定性因素。但我们也要注意到实验与理论的交互影响与作用。科学发展的特征、规律和内在机理是科学哲学的重要研究范畴。二、科学发展模式与纳米材料的发展信息技术、生物技术以及材料科学与工程三大技术已经成为全球经济增长的主要驱动力。材料科学与工程使其它两个关键技术得已实现。材料科学与工程的发展从细分走向综合，通过学科相互交叉、渗透、移植，最终形成具有共同理论和技术基础的大材料科学。近年来，美国与欧洲在材料教育方面的最显著特点就是把材料科学与工程看作是一门学科。在大学不再需要专门的材料主题。这些材料不再是冶金、陶瓷或电子材料学，而统称为材料，材料教育涉及的范围包括金属、陶瓷、高分子、半导体以及其他所有类型的材料。今天，纳米材料作为21世纪最有前途的材料已受到越来越多的重视。纳米材料是指尺度为(1〜100)nm的超微粒经压制烧结或溅射而成的凝聚态固体。它断裂强度高、韧性好、耐高温，纳米复合同时也提高材料的硬度、弹性模量，并对热膨胀系数、热导率、抗热震性产生影响。对材料独特性能的追求和对其进行控制的渴望促使人们不断研究新的纳米材料，微粒尺寸由100m减少到几个纳米，材料性能也随之提高。纳米材料的特殊结构使它具有许多与传统材料不同的物理、化学性能，具有更高的强度、韧性纳米铁材料的断裂应力比一般铁材料高12倍，气体通过纳米材料的扩散速度为通过其他材料的上千倍，此点应用于催化可使催化效率大大提高。纳米材料按成分划分可是金属、陶瓷、高分子等；按几何条件分可以是球状、片状、柱状、甚至纳米丝、纳米管、纳米膜等；按相结构分可以是单相、多相；根据原子排列的对称性和有序程度，有晶态、非晶态、准晶态涉及范围很广。纳米材料是凝聚态物理、胶体化学、配位化学、化学反应动力学、表面、界面等学科的交叉学科，是现代材料科学的重要组成部分纳米材料在结构、物理和化学性质等方面的诱人特征，引起材料学家的浓厚兴趣，使之成为材料科学领域研究的热点。纳米材料对新材料的设计和发展以及人们对固体材料本质结构性能的认识都具有十分重要的价值，被科学家们誉为“21世纪虽有前途的材料”（5）。目前普遍认为纳米技术研究的内容主要有以下四个方面：（1）、纳米材料：指由纳米单元构成的任何类型的材料，如金属、陶瓷、聚合物、半导体、玻璃和复合材料等。这些纳米级的结构单元，如纳米粒子（0维）、碳纳米管（1维）和纳米层（2维）等又是由原子和分子组成的。通过改变纳米结构单元的大小，控制内部和表面的化学性质及它们的组合，就能设计材料的特性和功能。（2）、纳米动力学：主要研究微机械和微电机，或总称为微型电动机械系统。主要用于有传动机械的微型传感器和执行器、光通信系统、特种电子设备、医疗和诊断仪器等。（3）、纳米生物学和纳米医药学：主要研究生物分子之间的相互作用，磷脂、脂肪酸双层平面生物膜和DNA的精细结构等。此外，还包括用自组装方法在细胞内放入零件或组件构成新的材料等。（4）、纳米电子学：主要研究包括基于量子效应的纳米电子器件、纳米结构的光性质与电性质、纳米电子材料的表征以及原子操纵和原子组装等，它将掀起微型化和分子化的高潮⑹。金属纳米材料是指三维空间中至少有一维处于纳米尺度或由它们作为基本单元构成的金属材料。若按维数，纳米材料的基本单元可分为3类：一是零维，指在空间三维尺度均在纳米尺度，如纳米粉体、原子团簇等；二是一维，指在空间有两维处于纳米尺度，如纳米丝、纳米棒、纳米管等；三是二维，指在三维空间中有一维处于纳米尺度，如超薄膜、多层膜及超晶格等。因为这些单元往往具有量子性质，所以对零维、一维及二维的基本单元分别又有量子点、量子线和量子阱之称。其不同于体材料性质产生的主要原因是电子在小尺寸窖中表现出的量子限制效应。纳米材料特别是金属纳米材料之所以在未来高新技术发展中占有重要地位，是因为其奇异特性及产业化的大好前景7）。纳米技术和纳米材料特别是金属纳米材料自诞生10余年以来所取得的巨大成就和对科学及社会各个领域的影响和渗透一直引人注目，主要原因之一即因为它具有奇异的特性。因纳米体系既非典型的微观系统亦非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当将宏观物体细分成纳米级颗粒后，其光学、热学、电学、磁学、力学及化学方面的性质将和大块固体时显著不同。金属纳米材料的奇异特性正引起世界各国科学家浓厚的研究热情。总之，我们把科学的发展看作一个辨证的、联系的发展过程，即看作一个从有较多错误到较少错误，从有较多片面性到较少片面性的发展过程。我们应由此吸收和借鉴这些科学哲学家的成果和教训，使科学的发展模式在功能和结构上走向综合化，不断丰富和发展科学哲学。参考文献：沈铭贤，王淼洋.科学哲学导论[M].上海：上海教育出版社，1991.（英）卡尔.波普尔.科学发现的逻辑[M].北京