《自然辯證法概論》期末課程論文

1、2012-2013學(xué)年第二學(xué)期自然辯證法概論期末課程論文結(jié)合計(jì)算機(jī)發(fā)展看科技科學(xué)、技術(shù)、工程的有機(jī)結(jié)合摘要現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系在縱向結(jié)構(gòu)上應(yīng)分成基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)、工程技術(shù)三個層次，本文從計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程出發(fā)，試圖說明基礎(chǔ)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)、工程技術(shù)的有機(jī)結(jié)合與相互促進(jìn)，使科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步與發(fā)展?？茖W(xué)、技術(shù)、工程在計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史上都起了重要的作用，但每個方面又具有它們自身的特點(diǎn)。正因?yàn)檫@三者對科學(xué)技術(shù)發(fā)展至關(guān)重要，所以搞清楚它們之間的關(guān)系就顯得十分有必要。關(guān)鍵詞 自然辯證法; 科技進(jìn)步; 科學(xué); 技術(shù); 工程;引言在科學(xué)、技術(shù)、工程三元論的構(gòu)架下，從生活實(shí)踐的類型來看，科學(xué)是認(rèn)識世界的活動，技術(shù)是改造

2、世界的認(rèn)識活動，而工程則是改造世界的造物實(shí)踐活動。它們可以看做是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不同方面，從表現(xiàn)形式上來看，科學(xué)是在理論上進(jìn)行完善和創(chuàng)新，技術(shù)是科學(xué)和工程的橋梁，工程是為了達(dá)到某種目的做出的切實(shí)行動。三者的側(cè)重點(diǎn)有所不同，但它們之間相互聯(lián)系、互相促進(jìn)。計(jì)算機(jī)對人類的生產(chǎn)活動和社會活動產(chǎn)生了極其重要的影響，并以強(qiáng)大的生命力飛速發(fā)展。計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)作為應(yīng)用性很強(qiáng)的一門學(xué)科，科學(xué)、技術(shù)、工程這三者都在其發(fā)展歷程中得到了體現(xiàn)，所以本文選擇計(jì)算機(jī)的發(fā)展史作為實(shí)例，力圖對它們?nèi)咧g的關(guān)系和作用進(jìn)行說明，并用計(jì)算機(jī)發(fā)展史中的事例對它們進(jìn)一步闡述和例證。討論科學(xué)、技術(shù)、工程的相互關(guān)系，無疑將會突出從科學(xué)向技

3、術(shù)的“轉(zhuǎn)化”和從技術(shù)向工程的“轉(zhuǎn)化”問題，有助于正確地制定相應(yīng)的政策，從而促進(jìn)這兩種“轉(zhuǎn)化”。這兩種轉(zhuǎn)化的促進(jìn)不論是對計(jì)算機(jī)的發(fā)展來說，還是對其他學(xué)科，都是十分有用的。正文一、 科學(xué)發(fā)展對計(jì)算機(jī)學(xué)科的作用科學(xué)是認(rèn)識客觀世界的知識體系，它的表現(xiàn)形式往往是理論、思想層面的，可能在一開始出現(xiàn)的時候不會直接對現(xiàn)實(shí)世界有實(shí)際的推動作用，他的作用需要通過技術(shù)和工程的作用表現(xiàn)出來。但從總體上來說，科學(xué)的發(fā)展往往能對其他方面帶來突破性的進(jìn)展?？茖W(xué)的發(fā)展也有助于人們對現(xiàn)實(shí)世界更好地認(rèn)識，但它的研究對象一般都是經(jīng)過簡化的理想情況下，需要對其進(jìn)行進(jìn)一步地引申。通過科學(xué)認(rèn)知的過程，人們往往都會對某個具體事物和現(xiàn)象進(jìn)行

4、建模，然后在模型的假設(shè)框架里面進(jìn)行推導(dǎo)和討論。這些模型可以看做是現(xiàn)實(shí)的一個簡化，這樣便于我們進(jìn)行分析，并且抓住主要矛盾，方便對最本質(zhì)的性質(zhì)進(jìn)行研究?？茖W(xué)就是綜合提煉具體學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)各種現(xiàn)象的性質(zhì)和較為普遍的原理、原則、規(guī)律等而形成的基本理論。這些基本理論存在著延續(xù)性，往往能指導(dǎo)現(xiàn)實(shí)世界的探索和發(fā)現(xiàn)。計(jì)算機(jī)已遍及學(xué)校、企事業(yè)單位，進(jìn)入尋常百姓家，成為信息社會中必不可少的工具，它是人類進(jìn)入信息時代的重要標(biāo)志之一。計(jì)算機(jī)對人類的生產(chǎn)活動和社會活動產(chǎn)生了極其重要的影響，并以強(qiáng)大的生命力飛速發(fā)展。在最初，人們并沒有對通用的計(jì)算機(jī)有清楚的認(rèn)識，人們使用的也都是機(jī)械計(jì)算器，并不能成為現(xiàn)代意義上的計(jì)算機(jī)。193

5、7年，年僅21歲的麻省理工學(xué)院研究生克勞德·香農(nóng)發(fā)表了他的偉大論文對繼電器和開關(guān)電路中的符號分析，他向人們展示了如何使用開關(guān)來實(shí)現(xiàn)邏輯和數(shù)學(xué)運(yùn)算。這個思想是日后計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)，提出了使用0、1來進(jìn)行邏輯運(yùn)算和數(shù)學(xué)運(yùn)算，這個科學(xué)思想看起來非常簡單，但卻是一個能力很強(qiáng)的模型，給計(jì)算機(jī)的發(fā)展指明了方向。英國數(shù)學(xué)家阿蘭·圖靈于1936年提出的圖靈機(jī)是一種抽象計(jì)算模型，其更抽象的意義為一種數(shù)學(xué)邏輯機(jī)，可以看作等價于任何有限邏輯數(shù)學(xué)過程的終極強(qiáng)大邏輯機(jī)器。圖靈的基本思想是用機(jī)器來模擬人們用紙筆進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的過程，他把這樣的過程看作兩種簡單的動作：在紙上寫上或擦除某個符號，把讀寫頭從紙

6、的一個位置移動到下一個位置。圖靈構(gòu)造出了一臺假想的機(jī)器來執(zhí)行上面的操作，這個機(jī)器的每一部分都是有限的，但它有一個潛在的無限長的紙帶，因此這種機(jī)器只是一個理想的設(shè)備。圖靈認(rèn)為這樣的一臺機(jī)器就能模擬人類所能進(jìn)行的任何計(jì)算過程。它足夠簡單，簡單得顯然能造出實(shí)物，也可以用一目了然的邏輯公式描述它的行為；它又必須足夠復(fù)雜，有潛力完成任何機(jī)械能完成的計(jì)算。這并非易事，但圖靈做到了，據(jù)說這是他某次長跑過后，在某塊草坪上發(fā)呆的成果。他設(shè)計(jì)了一類機(jī)器，然后定義“機(jī)械計(jì)算”為“這類機(jī)器可以完成的計(jì)算”。他設(shè)計(jì)的這類機(jī)器，正是日后以他名字命名的圖靈機(jī)。在沒有計(jì)算機(jī)的時代，圖靈不但探索了計(jì)算機(jī)能做的事，還指出了計(jì)算機(jī)

7、永遠(yuǎn)不能做到的事。計(jì)算機(jī)誕生以后，出現(xiàn)了五花八門的高級編程語言，一個比一個帥氣，但它們的表達(dá)能力實(shí)際上都沒有超過圖靈機(jī)。事實(shí)上，再龐大的流程圖，再復(fù)雜的數(shù)學(xué)關(guān)系，再怪異的語法規(guī)則，最終都可以用圖靈機(jī)來描述。圖靈機(jī)似乎是一個終極工具，它似乎能夠表達(dá)一切形式的計(jì)算方法，可以描述一切事物背后的規(guī)律。從上面舉的例子可以看出，科學(xué)理論創(chuàng)新的力量是非常強(qiáng)大的，一方面理論模型往往有巨大的表達(dá)力，另一方面對實(shí)踐有明確的指引作用?？此坪唵巍⒚撾x實(shí)際的假設(shè)，往往能夠排除干擾，使真正重要的本質(zhì)凸現(xiàn)出來，這樣方便我們進(jìn)一步對事物進(jìn)行認(rèn)識，明白實(shí)踐活動的方向和范圍。二、 技術(shù)發(fā)展對計(jì)算機(jī)學(xué)科的作用技術(shù)科學(xué)是 20世紀(jì)初

8、至第二次世界大戰(zhàn)前，才在科學(xué)與技術(shù)之間涌現(xiàn)出的一個中間層次。它側(cè)重揭示現(xiàn)象的機(jī)理、層次、關(guān)系，并提煉出工程技術(shù)中普遍適用的原則、規(guī)律和方法。技術(shù)科學(xué)作為科學(xué)發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展之間的橋梁，推動工程技術(shù)的迅速進(jìn)步。工程技術(shù)側(cè)重將基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)知識應(yīng)用于工程實(shí)踐，并在具體的實(shí)踐過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造新技術(shù)、新方法，使科學(xué)技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力。技術(shù)科學(xué)，一方面，它把自然科學(xué)的基礎(chǔ)理論應(yīng)用于工程實(shí)踐，另一方面，它常常是選擇好幾門工程技術(shù)里面帶共性的一些問題作深入的處理。計(jì)算機(jī)在今天越做越小、越做越快，計(jì)算精度和存儲容量比以前也有了非常大的進(jìn)步，以前要用整個大屋子才能裝下的計(jì)算機(jī)甚至不如現(xiàn)在手機(jī)的計(jì)算能

9、力，這和技術(shù)科學(xué)的發(fā)展密不可分。具體舉例來說，1946年2月14日，由美國軍方定制的世界上第一臺電子計(jì)算機(jī)“電子數(shù)字積分計(jì)算機(jī)”在美國賓夕法尼亞大學(xué)問世, 這臺計(jì)算器使用了17840支電子管，大小為80英尺×8英尺，重達(dá)28噸，功耗為170kW，其運(yùn)算速度只有每秒5000次的加法運(yùn)算。這時的計(jì)算機(jī)使用的是真空電子管，主存儲器采用汞延遲線、陰極射線示波管靜電存儲器、磁鼓、磁芯，外存儲器采用磁帶。這些元器件價格昂貴，速度慢，并且在容易出現(xiàn)故障。第二代計(jì)算機(jī)使用晶體管，主存儲器采用磁芯，外存儲器采用磁盤。第三代計(jì)算機(jī)使用中、小規(guī)模集成電路，主存儲器仍采用磁芯。第四代計(jì)算機(jī)使用大規(guī)模和超大規(guī)

10、模集成電路，應(yīng)用范圍從科學(xué)計(jì)算、事務(wù)管理、過程控制逐步走向家庭。隨著技術(shù)科學(xué)的不斷發(fā)展，人們制作電子元器件的方法越來越多，它們的性能和指標(biāo)也不斷提高，這才是計(jì)算機(jī)的制造越來越高端，同時價格也越來越便宜。英特爾創(chuàng)始人之一戈登·摩爾提出摩爾定律，其內(nèi)容為：當(dāng)價格不變時，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，約每隔18個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。換言之，每一美元所能買到的電腦性能，將每隔18個月翻兩倍以上，這一定律揭示了技術(shù)進(jìn)步給計(jì)算機(jī)發(fā)展帶來的高速增長。通過從科學(xué)理論中汲取營養(yǎng)，結(jié)合技術(shù)的發(fā)展，能將這些理論變成現(xiàn)實(shí)。從技術(shù)的角度看，隨著硅片上線路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯率也將呈指數(shù)增長

11、，同時也使全面而徹底的芯片測試幾乎成為不可能。一旦芯片上線條的寬度達(dá)到納米數(shù)量級時，相當(dāng)于只有幾個分子的大小，這種情況下材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作，也就讓計(jì)算機(jī)界的摩爾定律走到了它的盡頭，從這個制約來看更能看出技術(shù)科學(xué)對計(jì)算機(jī)發(fā)展至關(guān)重要的作用。三、 工程發(fā)展對計(jì)算機(jī)學(xué)科的作用工程技術(shù)側(cè)重將基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)知識應(yīng)用于工程實(shí)踐，并在具體的實(shí)踐過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造新技術(shù)、新方法，使科學(xué)技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力，是在生產(chǎn)建設(shè)第一線直接用以創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的手段。以嵌入式計(jì)算機(jī)來說，在很多情況下因?yàn)槟芎?、體積等資源有限的情況下，無法使用比較大型的計(jì)算機(jī)

12、，在滿足計(jì)算速度的條件下，一般會在工程實(shí)現(xiàn)的時候?qū)τ?jì)算機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)夭眉簦瑢⒂?jì)算機(jī)進(jìn)行微型化，做成“麻雀雖小五臟俱全”的嵌入式計(jì)算機(jī)。這樣既能滿足計(jì)算要求，又能滿足資源要求，雖然用的技術(shù)和原理是相同的，但是從具體制作時用到的工程手段是不同的，這里可以把工程看成在具體環(huán)境下對技術(shù)和原理的綜合應(yīng)用。上面舉的例子是硬件方面的，而軟件也是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)中一個重要的方面。從軟件的角度來看，工程科學(xué)也是十分關(guān)鍵的，現(xiàn)代的軟件開發(fā)已經(jīng)從單一人工開發(fā)轉(zhuǎn)換為集團(tuán)化大規(guī)模開發(fā)，并形成了軟件工程這門工程學(xué)科。在計(jì)算機(jī)編程剛剛興起的時候，許多軟件最后都得到了一個悲慘的結(jié)局，軟件項(xiàng)目開發(fā)時間大大超出了規(guī)劃的時間表。一些

13、項(xiàng)目導(dǎo)致了財(cái)產(chǎn)的流失，甚至某些軟件導(dǎo)致了人員傷亡，同時軟件開發(fā)人員也發(fā)現(xiàn)軟件開發(fā)的難度越來越大。軟件工程是研究和應(yīng)用如何以系統(tǒng)性的、規(guī)范化的、可定量的過程化方法去開發(fā)和維護(hù)軟件，以及如何把經(jīng)過時間考驗(yàn)而證明正確的管理技術(shù)和當(dāng)前能夠得到的最好的技術(shù)方法結(jié)合起來的學(xué)科。軟件工程包括項(xiàng)目管理，分析，設(shè)計(jì)，程序的編寫，測試和質(zhì)量控制，這一系列的過程和方法運(yùn)用使軟件的開發(fā)更加專業(yè)、可靠。從計(jì)算機(jī)發(fā)展歷史中的硬件和軟件可以看出，有了原理和技術(shù)后，還需要在特定現(xiàn)實(shí)條件與目標(biāo)的約束下，采用一定的工程科學(xué)方法，才能使最終的現(xiàn)實(shí)改造活動變得更加順利并達(dá)到最初設(shè)定的目標(biāo)。在工程實(shí)現(xiàn)時也需要從原理假設(shè)的理想條件中加上

14、更多的約束，還有在眾多的技術(shù)中選擇適合整個系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)施。四、 科學(xué)、技術(shù)、工程之間的關(guān)系科學(xué)、技術(shù)、工程它們?nèi)齻€之間的關(guān)系應(yīng)該是即相互促進(jìn)，同時又相互制約的。人首先要認(rèn)識客觀世界，進(jìn)而才能改造客觀世界，從這一基本觀點(diǎn)出發(fā)認(rèn)識客觀世界的學(xué)問就是科學(xué)，改造客觀世界的具體過程是工程，在科學(xué)和工程之間的橋梁就是技術(shù)。所以，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)體系內(nèi)各學(xué)科、各層次之間也存在著相互補(bǔ)充、相互促進(jìn)的內(nèi)在關(guān)系?；A(chǔ)科學(xué)是技術(shù)科學(xué)、工程技術(shù)的先導(dǎo)，往往只有有了基礎(chǔ)科學(xué)的突破，才能讓人們更清晰地認(rèn)識問題，從而提出新的技術(shù)和工程實(shí)踐方法。結(jié)合計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以看出，有了最開始在理論上對計(jì)算機(jī)表達(dá)能力的形式化推導(dǎo)和對計(jì)算機(jī)的抽

15、象表現(xiàn)，才會有后來人們利用各種電子元器件實(shí)現(xiàn)出電子計(jì)算機(jī)。有了更好的理論分析，也能呢個指引人們?nèi)ふ腋玫募夹g(shù)手段，從而能讓理論中的存在的模型變成現(xiàn)實(shí)。對技術(shù)這個方面來說，它是工程的基礎(chǔ)，技術(shù)進(jìn)步會使工程實(shí)踐的選擇更加多樣化。反過來講，工程也對技術(shù)有明顯的選擇、引導(dǎo)和支持作用。工程技術(shù)側(cè)重將基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)知識應(yīng)用于工程實(shí)踐，并在具體的實(shí)踐過程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造新技術(shù)、新方法，使科學(xué)技術(shù)迅速轉(zhuǎn)化為社會生產(chǎn)力。工程技術(shù)的發(fā)展，必將豐富、完善技術(shù)科學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)，因?yàn)樗羌夹g(shù)科學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展的根本動力。工程師們面臨的是多因素、較復(fù)雜的實(shí)際問題，而技術(shù)科學(xué)家必須善于從這些實(shí)際問題中找到主要矛盾，創(chuàng)立

16、有充分基礎(chǔ)科學(xué)依據(jù)的、能被工程師用于設(shè)計(jì)的、有預(yù)測能力的定量理論。當(dāng)發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)科學(xué)的已有成果不夠用時，也需要吸收和運(yùn)用工程中經(jīng)驗(yàn)性的規(guī)律和判斷。比如在軟件工程的例子中可以清楚地看到，因?yàn)樵诠こ虒?shí)踐的過程中，小作坊式的軟件開發(fā)模式越來越不適應(yīng)需求日益復(fù)雜的大型系統(tǒng)開發(fā)，所以就在此基礎(chǔ)上總結(jié)出了一整套的方法論，并對編程語言、開發(fā)環(huán)境這些技術(shù)層面提出了新的需求，在理論層面上也提出了諸如軟件形式化自動驗(yàn)證等新的科學(xué)需求。從相互制約的角度來看，科學(xué)理論的創(chuàng)新進(jìn)步制約著技術(shù)和工程的發(fā)展，如果沒有理論的形式化建模，只靠人工試錯的話，那整個進(jìn)步的過程將會是非常緩慢的。技術(shù)也對工程有著明顯的約束，從計(jì)算機(jī)的發(fā)展來

17、看，如果沒有電子元器件技術(shù)的不斷進(jìn)步，很難讓計(jì)算機(jī)變得越來越快、越來越小，若是沒有電子元器件的普及，就只能使用機(jī)械結(jié)構(gòu)去模擬計(jì)算機(jī)，那今天的計(jì)算機(jī)恐怕就不會如此普及和通用了。從工程的角度來看，如果一個理論和技術(shù)無法在工程中實(shí)現(xiàn)，那對這個理論和技術(shù)的持續(xù)性發(fā)展是致命的，沒有工程實(shí)現(xiàn)提供的反饋和探索來指引發(fā)展，科學(xué)理論和技術(shù)就大都只能停留在空想和探索階段，無法快速發(fā)展。五、 結(jié)論與建議結(jié)合計(jì)算機(jī)發(fā)展史的實(shí)例，可以看出科學(xué)、技術(shù)、工程的發(fā)展對某個學(xué)科的推動作用，以及它們之間相互推動、相互制約的關(guān)系。明白了它們的重要性和影響關(guān)系，就應(yīng)該運(yùn)用它們來指導(dǎo)科技更好地發(fā)展。科學(xué)是認(rèn)識客觀世界的知識體系，屬于潛

18、在生產(chǎn)力，在工程科學(xué)的推動下，科學(xué)發(fā)展為工程技術(shù)，將知識創(chuàng)新轉(zhuǎn)化為技術(shù)創(chuàng)新，從而推動現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的發(fā)展。在這個相互促進(jìn)迭代的過程中，技術(shù)、工程上遇到的問題也能夠促進(jìn)理論上的不斷創(chuàng)新，來解決現(xiàn)實(shí)中遇到的實(shí)際問題。同時，明白了它們之間的約束關(guān)系，就能夠在發(fā)展阻礙出現(xiàn)前著力對當(dāng)前或未來遇到的問題進(jìn)行推進(jìn)，這樣使科技的整個發(fā)展形成良性循環(huán)，從而讓我們更好地對現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行改造活動。參考文獻(xiàn)1 錢學(xué)森. 論技術(shù)科學(xué). 科學(xué)通報(bào)J. 1957, (4).2 沈珠江. 論科學(xué)、技術(shù)與工程之間的關(guān)系J. 科學(xué)技術(shù)與辯證法,2006,(3).3 秦書生. 科技哲學(xué)視閾中的科學(xué)發(fā)展觀解析J. 理論探討,2006,(3).4 鄧波,賀凱. 試論科學(xué)知識、技術(shù)知識與工程知識J. 自然辯證法研究,2007,(10).5 黃志澄. 關(guān)于科學(xué)、技術(shù)、工程的相互關(guān)系J. 西安交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, (26).6 楊水旸.論科學(xué)、技術(shù)和工程的相互關(guān)系J.南京理工大學(xué)學(xué)報(bào),2009,22(3):84-88.7 巨乃岐.技術(shù)高于科學(xué)關(guān)于技術(shù)與科學(xué)關(guān)系的新思考J.哈爾濱學(xué)院學(xué)報(bào)