材料科學與工程方法論—1方法論

1、四四一一三三五五六六二二要要 求求寫一篇包含下列內(nèi)容的報告寫一篇包含下列內(nèi)容的報告（1）什么）什么是方法論是方法論（2）材料材料科科學學與工程與工程方法論體系及其主要內(nèi)容方法論體系及其主要內(nèi)容（3）方法論在材料科學方法論在材料科學與工程與工程研究中的作用研究中的作用（4）如何使用方法論進行材料科學如何使用方法論進行材料科學與工程與工程研究工作研究工作（5）體會）體會（字數(shù)不少于（字數(shù)不少于6000字字，手寫，有參考文獻，手寫，有參考文獻） 一、方法論概述1. 方法與方法論方法與方法論世界觀世界觀方法論方法論世界觀與方法論的關(guān)系世界觀與方法論的關(guān)系 是人們對整個世界以及人和世界是人們對整個世界以

2、及人和世界關(guān)系的根本觀點，根本看法關(guān)系的根本觀點，根本看法 是人們認識世界和改造世界的根本原則是人們認識世界和改造世界的根本原則和根本方法和根本方法 世界觀是根本世界觀是根本世界觀與方法論是一致的，有什么樣的世界觀就有什么樣的方法論；世界觀與方法論是一致的，有什么樣的世界觀就有什么樣的方法論；世界觀決定方法論，方法論體現(xiàn)世界觀世界觀決定方法論，方法論體現(xiàn)世界觀(世界觀指導方法論，方法論貫徹世界觀世界觀指導方法論，方法論貫徹世界觀)不存在脫離世界觀的方法論，也不存在脫離方法論的世界觀不存在脫離世界觀的方法論，也不存在脫離方法論的世界觀哲學是世界觀與方法論的統(tǒng)一哲學是世界觀與方法論的統(tǒng)一1. 方法

3、與方法論方法與方法論方法方法方法論方法論方法與方法論的關(guān)系方法與方法論的關(guān)系 法子、法術(shù)，對于研究和寫作來法子、法術(shù)，對于研究和寫作來講，就是技巧、套路、經(jīng)驗講，就是技巧、套路、經(jīng)驗 人們認識世界及改造世界的思路、人們認識世界及改造世界的思路、途徑、方式及程序。途徑、方式及程序。 認識事物的一種途徑及手段認識事物的一種途徑及手段 關(guān)于某一事物的想法、說法及做關(guān)于某一事物的想法、說法及做法法 讓你知道知識是如何生產(chǎn)出來的讓你知道知識是如何生產(chǎn)出來的 讓你知道怎樣生產(chǎn)真正的知識、科學的讓你知道怎樣生產(chǎn)真正的知識、科學的知識知識 探索探索“法子化法子化”的理論的理論 探究科學規(guī)律、探求科學發(fā)現(xiàn)、探求

4、一探究科學規(guī)律、探求科學發(fā)現(xiàn)、探求一般化路子的科學理論般化路子的科學理論 知識生產(chǎn)的機制知識生產(chǎn)的機制 從哲學的高度總結(jié)人類創(chuàng)造和運用各種從哲學的高度總結(jié)人類創(chuàng)造和運用各種方法的經(jīng)驗，探求關(guān)于方法的規(guī)律性知識方法的經(jīng)驗，探求關(guān)于方法的規(guī)律性知識方法是方法論的基礎，方法是一些片面的、零散的、不系統(tǒng)的方法論，是方法論的基礎素材；方法是方法論的基礎，方法是一些片面的、零散的、不系統(tǒng)的方法論，是方法論的基礎素材；方法論是對眾多具體方法的總結(jié)和提升，方法論是對眾多具體方法的總結(jié)和提升， 是對具體方法進行高度抽象化、概括化及系統(tǒng)化的方法體系。是對具體方法進行高度抽象化、概括化及系統(tǒng)化的方法體系。 2. 原

5、理與方法論原理與方法論 2. 原理與方法論原理與方法論 性能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、過程、性能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、過程、能量能量2. 原理與方法論原理與方法論 2. 原理與方法論原理與方法論 2. 原理與方法論原理與方法論 2. 原理與方法論原理與方法論 2. 原理與方法論原理與方法論 （注：主次矛盾的關(guān)系原理和矛盾的主次方面的關(guān)系原理結(jié)合起來就是兩點論和重點論的統(tǒng)一，（注：主次矛盾的關(guān)系原理和矛盾的主次方面的關(guān)系原理結(jié)合起來就是兩點論和重點論的統(tǒng)一，兩點是有重點的兩點，重點是兩點之中的重點）兩點是有重點的兩點，重點是兩點之中的重點）2. 原理與方法論原理與方法論 2. 原理與方法論原理與方法論2. 原理與方

6、法論原理與方法論 2. 原理與方法論原理與方法論 3. 科學研究方法論科學研究方法論 3. 科學研究方法論科學研究方法論 科學研究首先必須確定科研課題，而科研課題又來自于科科學研究首先必須確定科研課題，而科研課題又來自于科學問題。由于存在沒有解決的問題，才需要去從事研究工作學問題。由于存在沒有解決的問題，才需要去從事研究工作。 規(guī)定性：規(guī)定性：是一定時代的科學認識主體在當時的知識背景下提是一定時代的科學認識主體在當時的知識背景下提出的關(guān)于科學認識和科學實踐中需要解決而又未解決的矛盾。出的關(guān)于科學認識和科學實踐中需要解決而又未解決的矛盾。包含著一定的求解目標和應答域，但尚無確定的答案。包含著一定

7、的求解目標和應答域，但尚無確定的答案。 分類：分類：3. 科學研究方法論科學研究方法論 依據(jù)選題原則和主客觀條件，從眾多科學問題中選擇和確定符合一定要求的問題作為科研課題的活動。 重要性：重要性：3. 科學研究方法論科學研究方法論 選題的基本原則：選題的基本原則： 3. 科學研究方法論科學研究方法論 認識科學事實的特點和規(guī)律性，了解科學事實在科學認識認識科學事實的特點和規(guī)律性，了解科學事實在科學認識中的地位和作用，掌握搜集科學事實的各種方法，分析這些方中的地位和作用，掌握搜集科學事實的各種方法，分析這些方法的認識論意義及其問題，是科學方法論研究的重要內(nèi)容。法的認識論意義及其問題，是科學方法論研

8、究的重要內(nèi)容。 規(guī)定性：規(guī)定性： 我們所說的科學事實就是經(jīng)驗事實我們所說的科學事實就是經(jīng)驗事實23. 科學研究方法論科學研究方法論 可錯性：可錯性： 科學事實屬于認識論的范疇，存在著可錯性！科學事實屬于認識論的范疇，存在著可錯性！ 應該滿足的條件：應該滿足的條件：3. 科學研究方法論科學研究方法論 搜集科學事實的一般方法：搜集科學事實的一般方法：3. 科學研究方法論科學研究方法論 搜集科學事實的一般方法：搜集科學事實的一般方法： 3. 科學研究方法論科學研究方法論觀察方法的特點觀察方法的特點觀察方法的作用觀察方法的作用搜集科學事實搜集科學事實證明或反駁科學證明或反駁科學假說假說科學觀察的原則科

9、學觀察的原則自然發(fā)生的條件下自然發(fā)生的條件下 具有明確的目的性具有明確的目的性 有計劃的系統(tǒng)觀察有計劃的系統(tǒng)觀察客觀性原則客觀性原則 全面性原則全面性原則 典型性原則典型性原則 科學實驗方法是根據(jù)一定的科學研究目的，運用一定的物科學實驗方法是根據(jù)一定的科學研究目的，運用一定的物質(zhì)手段，在人為控制或模擬的條件下，排除干擾，突出主要因質(zhì)手段，在人為控制或模擬的條件下，排除干擾，突出主要因素，在有利情況下考察研究對象，探索研究其本質(zhì)和規(guī)律性的素，在有利情況下考察研究對象，探索研究其本質(zhì)和規(guī)律性的一種方法。一種方法。 3. 科學研究方法論科學研究方法論科學實驗的種類科學實驗的種類實驗方法的特點實驗方法

10、的特點 定量實驗：是測定研究對象某些數(shù)值，或在定量實驗：是測定研究對象某些數(shù)值，或在此基礎上求出某些因素間的經(jīng)驗公式、定律等此基礎上求出某些因素間的經(jīng)驗公式、定律等的實驗。如卡文迪什測定引力常數(shù)的實驗。的實驗。如卡文迪什測定引力常數(shù)的實驗。 定性實驗：是指用來測定并判定實驗對象是定性實驗：是指用來測定并判定實驗對象是否具有某種性質(zhì)、某種因素和因素間關(guān)系等的否具有某種性質(zhì)、某種因素和因素間關(guān)系等的實驗。如赫茲證明電磁波存在的實驗。實驗。如赫茲證明電磁波存在的實驗。 模擬實驗：是指根據(jù)相似理論，構(gòu)造出與自模擬實驗：是指根據(jù)相似理論，構(gòu)造出與自然現(xiàn)象或過程原型相似的模型，通過模型的實然現(xiàn)象或過程原型

11、相似的模型，通過模型的實驗研究，間接地研究原型規(guī)律性的實驗。驗研究，間接地研究原型規(guī)律性的實驗。 讓簡化和純化研究對象；讓簡化和純化研究對象； 強化研究對象；強化研究對象； 加速或延緩自然過程；加速或延緩自然過程； 模擬或重演自然過程模擬或重演自然過程 所謂機遇，就是科學實踐中由于意外的偶然事件而導致科所謂機遇，就是科學實踐中由于意外的偶然事件而導致科學上的新發(fā)現(xiàn)。學上的新發(fā)現(xiàn)。 同向機遇：意外的偶然發(fā)現(xiàn)使遇到的難題迎刃而解，從而加同向機遇：意外的偶然發(fā)現(xiàn)使遇到的難題迎刃而解，從而加快科研進程，達到預期的目的?？炜蒲羞M程，達到預期的目的。 異向機遇：本來為了探索某一現(xiàn)象異向機遇：本來為了探索某

12、一現(xiàn)象 ，但在實驗過程中，偏離，但在實驗過程中，偏離了原來的方向和目的，意外地得到了新的發(fā)現(xiàn)。了原來的方向和目的，意外地得到了新的發(fā)現(xiàn)。 機遇的表現(xiàn)形式是偶然性，但是這種偶然性是內(nèi)在必然性的機遇的表現(xiàn)形式是偶然性，但是這種偶然性是內(nèi)在必然性的表現(xiàn)。表現(xiàn)。 3. 科學研究方法論科學研究方法論 微觀材料學：著眼于材料（單個的或集體的）在外界自然微觀材料學：著眼于材料（單個的或集體的）在外界自然環(huán)境作用下，所表現(xiàn)的各種行為，以及這些行為與材料內(nèi)部結(jié)環(huán)境作用下，所表現(xiàn)的各種行為，以及這些行為與材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系和改變這些結(jié)構(gòu)的工藝。構(gòu)之間的關(guān)系和改變這些結(jié)構(gòu)的工藝。 宏觀材料學：著眼于從整體上分析

13、材料問題，即將材料宏觀材料學：著眼于從整體上分析材料問題，即將材料整體為研究對象（系統(tǒng)），考察它與社會環(huán)境之間的交互作用，整體為研究對象（系統(tǒng)），考察它與社會環(huán)境之間的交互作用，分析在環(huán)境的影響下材料內(nèi)部宏觀組元（各種材料）的自組織分析在環(huán)境的影響下材料內(nèi)部宏觀組元（各種材料）的自組織問題。問題。 因此，宏觀材料學研究材料的社會現(xiàn)象，是微觀材料學因此，宏觀材料學研究材料的社會現(xiàn)象，是微觀材料學與社會學之間的交叉學科。與社會學之間的交叉學科。4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論宏觀材料學的結(jié)構(gòu)宏觀材料學的結(jié)構(gòu)宏觀材料學各組

14、元和它們之間宏觀材料學各組元和它們之間的關(guān)系，以及各組元的有關(guān)學的關(guān)系，以及各組元的有關(guān)學科如圖?？迫鐖D。宏觀材料學應該以方法論為指導，宏觀材料學應該以方法論為指導，材料教育為基礎，材料經(jīng)濟為核心。材料教育為基礎，材料經(jīng)濟為核心。 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論微觀微觀材料學的結(jié)構(gòu)材料學的結(jié)構(gòu) 下表給出了微觀材料學中的組元。下表給出了微觀材料學中的組元。 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論微觀微觀材料學的結(jié)構(gòu)材料學的結(jié)構(gòu) 上述的點和聯(lián)線的組合，便構(gòu)成線型、面型、體型的微觀材料學的結(jié)構(gòu)圖上述的點和聯(lián)線的組合，便構(gòu)成線型、面型、體型的微觀材料學的結(jié)構(gòu)圖。

15、 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論微觀微觀材料學的結(jié)構(gòu)材料學的結(jié)構(gòu) P性能；S結(jié)構(gòu)；Z工藝；Q設備 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論微觀微觀材料學的結(jié)構(gòu)材料學的結(jié)構(gòu) 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論微觀微觀材料學的結(jié)構(gòu)材料學的結(jié)構(gòu) 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論微觀微觀材料學的結(jié)構(gòu)材料學的結(jié)構(gòu) 兩種兩種材料材料工作工作者者： 材料科學家材料科學家研究材料的現(xiàn)象，探尋內(nèi)部存在的規(guī)律。研究材料的現(xiàn)象，探尋內(nèi)部存在的規(guī)律。 材料工程師材料工程師 分析材料生產(chǎn)和應用過程的工程問題，提出解決問題的措施。分析材料生產(chǎn)

16、和應用過程的工程問題，提出解決問題的措施。 工程師和科學家的要求：工程師和科學家的要求： 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 兩種兩種材料材料工作工作者者： 工程師和科學家的工作目的、工作進度及對他們的品質(zhì)要工程師和科學家的工作目的、工作進度及對他們的品質(zhì)要求和工作要求：求和工作要求： 工程師側(cè)重于工程師側(cè)重于“守法守法”規(guī)范；工程方案必須有經(jīng)濟判據(jù)。規(guī)范；工程方案必須有經(jīng)濟判據(jù)。 科學家側(cè)重于科學家側(cè)重于“講理講理”道理；科學論文本身不一定有經(jīng)濟評價。道理；科學論文本身不一定有經(jīng)濟評價。4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論科學科學(家家)與工程與工程(師

17、師)的關(guān)系：的關(guān)系：沒有實用的背景和目的，科學（家）只沒有實用的背景和目的，科學（家）只會是點綴品；得不到社會重視；會是點綴品；得不到社會重視；工業(yè)界沒有科學繼續(xù)提供營養(yǎng)，只會停工業(yè)界沒有科學繼續(xù)提供營養(yǎng)，只會停留在現(xiàn)有水平，只能靠廉價勞動力、精留在現(xiàn)有水平，只能靠廉價勞動力、精細的成本分析，甚至行政措施來維持生細的成本分析，甚至行政措施來維持生命。命。因此，科學與工程的結(jié)合是目的，只有因此，科學與工程的結(jié)合是目的，只有在分工的基礎上，通過匯合的方式，才在分工的基礎上，通過匯合的方式，才能達到此目的。一方面，要看到科學與能達到此目的。一方面，要看到科學與工程的區(qū)別；另一方面，也要強調(diào)結(jié)合工程的

18、區(qū)別；另一方面，也要強調(diào)結(jié)合的重要性和尋求恰當?shù)慕Y(jié)合方式。的重要性和尋求恰當?shù)慕Y(jié)合方式。 工作種類：工作種類：生產(chǎn)；科研；教育。生產(chǎn)；科研；教育。這里僅討論科研和教育問題。這里僅討論科研和教育問題。 材料科研：材料科研：類型、選題及戰(zhàn)略決策類型、選題及戰(zhàn)略決策3個問題。個問題。 科研類型：科研類型：基礎研究、引用研究、開發(fā)?；A研究、引用研究、開發(fā)。4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 3種類型科研與知識、產(chǎn)業(yè)間的關(guān)系種類型科研與知識、產(chǎn)業(yè)間的關(guān)系:基礎研究與應用基礎研究統(tǒng)稱為基礎研究與應用基礎研究統(tǒng)稱為“基礎性研究基礎

19、性研究”，其產(chǎn)品是知識，其產(chǎn)品是知識，存于存于“知識寶庫知識寶庫”，內(nèi)容可更新。，內(nèi)容可更新。“開發(fā)開發(fā)”一方面要善于打開知識寶庫，一方面要善于打開知識寶庫，應用人類已有的知識進行工作；另一應用人類已有的知識進行工作；另一方面也為應用基礎研究提供選題基礎。方面也為應用基礎研究提供選題基礎?！盎A性研究基礎性研究”是知識工業(yè)，生產(chǎn)知識；是知識工業(yè)，生產(chǎn)知識；“開發(fā)開發(fā)”知識商業(yè)，轉(zhuǎn)移和知識商業(yè)，轉(zhuǎn)移和“知識知識”；而新的物質(zhì)產(chǎn)品則是由開發(fā)結(jié)果注入而新的物質(zhì)產(chǎn)品則是由開發(fā)結(jié)果注入“企業(yè)企業(yè)”才能獲得。才能獲得。 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論材料教育材料教育 材料工程材料工

20、程培養(yǎng)工程師的胚子，加強基礎訓練，只是為了培養(yǎng)工程師的胚子，加強基礎訓練，只是為了提高工程師的分析能力；提高工程師的分析能力； 材料科學材料科學培養(yǎng)科學家的胚子，要一些實際知識，只是為培養(yǎng)科學家的胚子，要一些實際知識，只是為了使科學家不要遠離實際。了使科學家不要遠離實際。 總之，材料科學與工程之間，有它分工的一面，也有結(jié)合的一總之，材料科學與工程之間，有它分工的一面，也有結(jié)合的一面。具體問題要具體分析，既不要嚴格劃分，也不要強行結(jié)合。在分面。具體問題要具體分析，既不要嚴格劃分，也不要強行結(jié)合。在分工的基礎上，通過匯合，是達到結(jié)合的一種較好的方式。工的基礎上，通過匯合，是達到結(jié)合的一種較好的方式

21、。 性能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、過程、能量是材料的五個基礎環(huán)節(jié)。性能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、過程、能量是材料的五個基礎環(huán)節(jié)。各種環(huán)境作用于結(jié)構(gòu)，發(fā)生過程，導致結(jié)果，或產(chǎn)生新結(jié)構(gòu)，各種環(huán)境作用于結(jié)構(gòu)，發(fā)生過程，導致結(jié)果，或產(chǎn)生新結(jié)構(gòu)，或表現(xiàn)為性能；新結(jié)構(gòu)又返回到原結(jié)構(gòu)；某些性能如韌性、鐵或表現(xiàn)為性能；新結(jié)構(gòu)又返回到原結(jié)構(gòu)；某些性能如韌性、鐵損等又是能量參量；過程的結(jié)果也會影響環(huán)境；環(huán)境與結(jié)構(gòu)之損等又是能量參量；過程的結(jié)果也會影響環(huán)境；環(huán)境與結(jié)構(gòu)之間又可交換能量。能量控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和過程的進行，運用間又可交換能量。能量控制結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和過程的進行，運用各類基礎科學，可從結(jié)構(gòu)計算能量。從哲學的角度看：過程是各類基礎科

22、學，可從結(jié)構(gòu)計算能量。從哲學的角度看：過程是變化；環(huán)境是變化的外因，是變化的條件；結(jié)構(gòu)是變化的內(nèi)因，變化；環(huán)境是變化的外因，是變化的條件；結(jié)構(gòu)是變化的內(nèi)因，是變化的根據(jù)；外因通過內(nèi)因而起作用，新結(jié)構(gòu)或性能都是變是變化的根據(jù)；外因通過內(nèi)因而起作用，新結(jié)構(gòu)或性能都是變化的結(jié)果?；慕Y(jié)果。4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 內(nèi)涵：內(nèi)涵：4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 材料性能的分析方法：材料性能的分析方法： 若不知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，則系統(tǒng)是黑箱，因而有黑箱法；若系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已知，若不知系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，則系統(tǒng)是黑箱，因而有黑箱法；若系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)已知，則有相關(guān)法和過程法；考

23、慮環(huán)境的有害和有益作用，則有環(huán)境法。則有相關(guān)法和過程法；考慮環(huán)境的有害和有益作用，則有環(huán)境法。 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 材料性能的分析方法：材料性能的分析方法： 4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是它的組元及組元間關(guān)系的總和。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是它的組元及組元間關(guān)系的總和。 材料的組元：材料的組元： 材料組元間的關(guān)系：材料組元間的關(guān)系：4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 研究的對象叫做系統(tǒng)，宇宙中系統(tǒng)以外的部分叫做環(huán)境。若研究的對象叫做系統(tǒng)，宇宙中系統(tǒng)以外的部分叫做環(huán)境。若系統(tǒng)、環(huán)境和宇宙分別用系統(tǒng)、環(huán)境和宇宙分別用s、e和和u表示，則表示，則u=s+e。 環(huán)境的劃分：環(huán)境的劃分： 性能與環(huán)境的關(guān)系：性能與環(huán)境的關(guān)系：4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 事物的過程表明在給定外界條件下從始態(tài)到終態(tài)的變化。事物的過程表明在給定外界條件下從始態(tài)到終態(tài)的變化。 過程的組合類型：過程的組合類型： 過程的共性問題：過程的共性問題：4. 材料科學與工程研究方法論材料科學與工程研究方法論 材料的能量既包括內(nèi)能，也包括材料與環(huán)境交換的能量。材料的能量既包括內(nèi)能，也包括材料與環(huán)境交換的能量。 能量的傳遞方向：能量的傳遞方向： 運用能量分析材料結(jié)構(gòu)、過程、性能問題運用能量分