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關(guān)鍵詞:機(jī)械傳動(dòng);傳動(dòng)系統(tǒng);機(jī)械制造
中圖分類號(hào):TH132 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1009-2374(2014)08-0004-02
1 機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展歷史
1.1 機(jī)械的主要傳動(dòng)方式介紹
機(jī)械的主要傳動(dòng)方式包括:機(jī)械傳動(dòng)、流體傳動(dòng)、電傳動(dòng)。目前,電磁軸承、電磁傳動(dòng)等非接觸式傳動(dòng)也逐漸出現(xiàn),將傳動(dòng)技術(shù)的范疇拓寬。但具備了機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)必須的要件的“機(jī)械傳動(dòng)”仍是最主要的傳動(dòng)形式,如恒功率輸出、速度影響、效率等都很好。
1.2 機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的特性
高效、高速、多功能、精密是機(jī)械逐漸達(dá)到的范圍,那么就必然要求傳動(dòng)機(jī)的功能和性能也達(dá)到一個(gè)高端和精準(zhǔn)的層面。在某種程度上,傳動(dòng)技術(shù)對(duì)機(jī)械的工作性能、壽命、能源的消耗、振動(dòng)的噪聲等影響很大。機(jī)械傳動(dòng)的形式包括齒輪傳動(dòng)、帶鏈傳動(dòng)、摩擦傳動(dòng)等。
1.3 機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展
在最近幾年,機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)得到了長(zhǎng)足發(fā)展,其作為組成機(jī)械設(shè)備的重要部分之一,與機(jī)械誕生及其進(jìn)步、更換有著緊密的聯(lián)系,它有助于推動(dòng)生產(chǎn)力的更新?lián)Q代,有助于解決一系列的生產(chǎn)難題。在我國(guó)早期,指南車有著類似于齒輪傳動(dòng)的裝置,美國(guó)在20世紀(jì)中期將指南車模型進(jìn)行展覽。戰(zhàn)國(guó)到西漢期間,機(jī)械傳動(dòng)的重要標(biāo)志就是齒輪已經(jīng)誕生,指南車的發(fā)明早于宋代,中國(guó)古代科技史學(xué)家王振鐸認(rèn)為,三國(guó)時(shí)期的馬鈞發(fā)明了指南車。
據(jù)相關(guān)文字記載,表明了機(jī)械傳動(dòng)裝置大約3000年的歷史。在羅馬時(shí)代,人類文明逐漸進(jìn)步,谷物碾磨的木制齒輪是在水力驅(qū)動(dòng)下運(yùn)作的,傳動(dòng)隨之出現(xiàn)在人們的視野。瑞典人在谷物磨中率先采用了傳動(dòng)技術(shù)史上稱得上是突破斜齒輪傳動(dòng),斜齒輪是由石頭制成的,在材料上稍為原始。
14世紀(jì),由于時(shí)鐘較為精細(xì),傳動(dòng)齒輪逐漸精密、小巧,人們開(kāi)始研究金屬齒輪,以減小尺寸。
18世紀(jì)初,蒸汽機(jī)進(jìn)入使用,相續(xù)在礦井排水、鐵路機(jī)車、加工制造等領(lǐng)域。蒸汽機(jī)本質(zhì)上是機(jī)械的動(dòng)力系統(tǒng),它的發(fā)展對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)提出更高的要求,高標(biāo)準(zhǔn)、高質(zhì)量的金屬齒輪傳動(dòng)在之后得到應(yīng)用。
19世紀(jì)末期,電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)出現(xiàn)。
20世紀(jì)初期,擺線、漸開(kāi)線齒形的齒輪傳動(dòng)先后出現(xiàn)。40年代左右,漸開(kāi)線和非漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)的齒形計(jì)算方法、齒輪刀具、被加工齒輪、相互嚙合的齒輪之間關(guān)系及齒形計(jì)算方法、空間三維齒形及其嚙合計(jì)算方法,逐漸發(fā)展開(kāi)來(lái)。20世紀(jì)50年代,初步形成了齒輪傳動(dòng)的表面接觸和輪齒彎曲強(qiáng)度,以及動(dòng)載荷的傳動(dòng)設(shè)計(jì)方法。20世紀(jì)60年代,宇航技術(shù)的發(fā)展要求機(jī)械傳動(dòng)更加精確。90年代,人們開(kāi)發(fā)了被廣泛用于冶金、船舶、電廠等關(guān)鍵設(shè)備及故障診斷的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控。這一開(kāi)發(fā)是基于傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究,并在故障診斷與失效預(yù)報(bào)兩個(gè)方面也開(kāi)發(fā)了相關(guān)的診斷系統(tǒng)。
2 機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的相關(guān)研究
2.1 機(jī)械傳動(dòng)的信息化與智能化
信息化和智能化作為現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)發(fā)展的重要特征,涉及生產(chǎn)和生活的多方面,機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域也如此。根據(jù)原動(dòng)力系統(tǒng)的效率特征和執(zhí)行系統(tǒng)的功能,結(jié)合了機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了信息化和智能化,通過(guò)計(jì)算機(jī)控制技術(shù),精確實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳動(dòng)功率和速比的實(shí)時(shí)控制,使原動(dòng)力系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)趨于融合,這一研究也成為機(jī)械裝備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化的重要基礎(chǔ)。
在科研人員的研究下,傳動(dòng)系統(tǒng)的信息化與智能化和機(jī)械裝備的信息化與智能化,已獲得了重大進(jìn)步,在汽車、工程機(jī)械和軍工機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域被廣泛使用。在結(jié)合了信息、計(jì)算機(jī)和控制技術(shù)與機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的基礎(chǔ)下,出現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)的信息化與智能化,使動(dòng)力傳動(dòng)功率和速比的實(shí)時(shí)控制出現(xiàn),在車輛中廣泛應(yīng)用,包括機(jī)械自動(dòng)變速傳動(dòng)、液力機(jī)械自動(dòng)變速傳動(dòng)和無(wú)級(jí)自動(dòng)變速傳動(dòng)三種形式。
2.1.1 液力機(jī)械自動(dòng)變速傳動(dòng)。由液力變矩器和行星齒輪傳動(dòng)構(gòu)成的液力機(jī)械自動(dòng)變速傳動(dòng)(AT),液力變速器不僅僅可增加扭矩、吸收沖擊振動(dòng),也可在較小的范圍內(nèi)將無(wú)級(jí)變速變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。機(jī)械自動(dòng)變速傳動(dòng)采用液力變矩器,使得車輛起步換檔平穩(wěn)、舒適。
2.1.2 無(wú)級(jí)自動(dòng)變速傳動(dòng)。實(shí)現(xiàn)“發(fā)動(dòng)機(jī)一變速器一道路負(fù)載”的最佳匹配和汽車動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的最佳燃油經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性,就是無(wú)級(jí)自動(dòng)變速傳動(dòng)(CVT),即帶式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速傳動(dòng)和牽引式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速傳動(dòng)。
20世紀(jì)90年代末期,和日產(chǎn)汽車公司與日本山一油有限公司合作,率先研究并成功開(kāi)發(fā)了牽引式無(wú)級(jí)自動(dòng)變速傳動(dòng),將裝車運(yùn)行實(shí)現(xiàn)。由于無(wú)級(jí)自動(dòng)變速傳動(dòng)的承載能力較大,被廣泛用于大排量的汽車、工程機(jī)械和重型裝甲車輛,作為未來(lái)日本和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家及部分地區(qū)的研究重點(diǎn)。
2.2 械傳動(dòng)裝置的高性能、低成本、小型輕量化
從傳動(dòng)原理和結(jié)構(gòu)出發(fā),采用高強(qiáng)度的新材料,噴丸、冷擠壓、表面涂層和表面復(fù)合處理,均可提高傳動(dòng)系統(tǒng)的承載能力和使用壽命,減小傳動(dòng)系統(tǒng)的體積和
重量。
顯示在誘導(dǎo)傳動(dòng)部件微點(diǎn)蝕的表面微缺陷和裂紋擴(kuò)展和熱處理交變應(yīng)力,微點(diǎn)蝕的影響下和裂紋擴(kuò)展;嚙合傳動(dòng)副分析負(fù)載條件下,負(fù)載分配和牙齒評(píng)價(jià)之間的關(guān)系壓力,牙齒牙齒表面改性和負(fù)載分布和應(yīng)力強(qiáng)度,傳動(dòng)部件,如每一個(gè)的實(shí)力,如壽命設(shè)計(jì),是提高承載能力和使用壽命,減少了重量和所需要的傳輸容量研究的傳輸系統(tǒng)主題。
現(xiàn)代機(jī)械工程的發(fā)展對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的要求也越來(lái)越高,比如,宇宙空間的真空高、重力微、溫差大,海洋環(huán)境下的海水腐蝕,強(qiáng)磁場(chǎng)或強(qiáng)強(qiáng)電場(chǎng)等特殊環(huán)境下的機(jī)械,就需要與該環(huán)境相適應(yīng)的傳動(dòng)系統(tǒng)。
3 傳動(dòng)系統(tǒng)新材料的突破
20世紀(jì)50年代,在蘇聯(lián)成功發(fā)射人造地球衛(wèi)星之后,先進(jìn)材料對(duì)高科技的發(fā)展影響很大。在機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域,性能特點(diǎn)鮮明且獨(dú)特,如梯度、納料、陶瓷、高分子聚合物、智能、表面涂層,以及自修復(fù)材料等,機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展和性能被這些獨(dú)特的性能推進(jìn)發(fā)展。作為多學(xué)科交叉與結(jié)合的結(jié)晶——材料科學(xué),與工程技術(shù)是密不可分的,并且在全世界的排名中也位居前列。
4 提升機(jī)械傳動(dòng)的適應(yīng)性
真空高,重力微,高溫,腐蝕性海水的海洋環(huán)境,以及強(qiáng)磁場(chǎng)或強(qiáng)電場(chǎng)作用下的空間特機(jī)械環(huán)境,我們需要適應(yīng)傳輸系統(tǒng)的環(huán)境。
此外,微型傳動(dòng)系統(tǒng)作為微機(jī)械中重要的研究方向。微型傳動(dòng)系統(tǒng)與普通機(jī)械傳動(dòng)的工作原理和性能特征受到尺度效應(yīng)的影響,存在一定的差異,當(dāng)傳輸系統(tǒng)的微米或納米級(jí)的小尺寸,這將是一個(gè)很大的新的科學(xué)問(wèn)題。表面積的傳輸副成分增大,表面力學(xué),表面物理效應(yīng),摩擦學(xué),傳輸和不同規(guī)模的常規(guī)熱傳導(dǎo)體積比,我們需要加大研究力度。
5 結(jié)語(yǔ)
進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái),科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,包括信息和控制、新材料、能源和環(huán)保以及先進(jìn)的制造技術(shù),已逐得到創(chuàng)新和發(fā)展,科學(xué)在這些領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步的一個(gè)重要領(lǐng)域,以促進(jìn)科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展的機(jī)械傳動(dòng)。在很大程度上機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)的發(fā)展與突破影響著機(jī)械傳動(dòng)的發(fā)展與振興,對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的研究必將更加深入。
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關(guān)鍵詞:機(jī)械傳動(dòng);科學(xué)技術(shù);發(fā)展歷史。
一、機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)研究的重要性
在機(jī)械系統(tǒng)中工作機(jī)、原動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)是其三大基本組成部分,機(jī)械系統(tǒng)的原動(dòng)機(jī)為機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)提供了基本的動(dòng)力,工作機(jī)是機(jī)械的具體功能執(zhí)行系統(tǒng),機(jī)械功能的種類有很多,這就使得工作機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和運(yùn)動(dòng)方式存在一定的差異。原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)具有單一性和簡(jiǎn)單性特征,工作機(jī)的運(yùn)動(dòng)具有多樣性和復(fù)雜性特征,二者之間存在矛盾,因此,在機(jī)械系統(tǒng)工作的過(guò)程中需要使用傳動(dòng)機(jī)將原動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力大小、方向進(jìn)行轉(zhuǎn)換,將其傳遞給工作機(jī),使得工作機(jī)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在機(jī)械系統(tǒng)中的原動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力輸出無(wú)法滿足工作機(jī)的工作要求時(shí),就必須將傳動(dòng)機(jī)應(yīng)用到其中。隨著科技的快速發(fā)展,機(jī)械系統(tǒng)開(kāi)始朝著高速、高效、精密、多功能的方向發(fā)展,因此,人們的生產(chǎn)生活中對(duì)傳動(dòng)機(jī)的功能要求越來(lái)越高,機(jī)械系統(tǒng)的工作性能、能源消耗和振動(dòng)噪聲大多取決與機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的性能,因此對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的研究是十分必要的。
二、機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷史
機(jī)械傳動(dòng)是機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分,在機(jī)械誕生的同時(shí)就已經(jīng)出現(xiàn)了機(jī)械傳動(dòng)。早在中國(guó)古代,指南車這種早期的機(jī)械就安裝有累死齒輪傳動(dòng)的裝置。14世紀(jì),時(shí)鐘的發(fā)明促進(jìn)了齒輪傳動(dòng)的發(fā)展,人們開(kāi)始研究金屬齒輪傳動(dòng),并在排水裝置中采用大型機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng),將風(fēng)力機(jī)械傳動(dòng)裝置用于工廠生產(chǎn)中,推動(dòng)了制造業(yè)的迅速發(fā)展。18世紀(jì)初最早的蒸汽機(jī)誕生了,被運(yùn)用到礦井排水、鐵路機(jī)車和加工機(jī)械中,這就意味著機(jī)械傳動(dòng)的需求在極大程度上得到提升,此時(shí),以水能為動(dòng)力的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)在紡織和冶金工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。19世紀(jì)末,電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)誕生,這些原動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生促進(jìn)了機(jī)械傳動(dòng)的發(fā)展,并使機(jī)械傳動(dòng)在船舶、制造廠、發(fā)電站和鐵路機(jī)車中得到廣泛應(yīng)用,但是交通和工業(yè)的發(fā)展對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的需求也逐漸提升,實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)的可靠性成為機(jī)械工業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)。20世紀(jì)初期,擺線齒形和漸開(kāi)線齒形的齒輪傳動(dòng)誕生了,這些齒輪傳動(dòng)在船舶、鐵路機(jī)車中得到應(yīng)用,且對(duì)齒形機(jī)械傳動(dòng)的精度要求越來(lái)越高,齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)開(kāi)始受到重視和關(guān)注。20世紀(jì)40年代,漸開(kāi)線和非漸開(kāi)線齒輪傳動(dòng)的齒形計(jì)算方法得以問(wèn)世,多采用幾何學(xué)分析方法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。20世紀(jì)50年代,在大量機(jī)械傳動(dòng)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)更加精細(xì),齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)要充分考慮齒輪表面的接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和荷載,并將其應(yīng)用到汽輪發(fā)電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中,有效提高其承載能力。20世紀(jì)60年代,機(jī)械傳動(dòng)被應(yīng)用到宇航技術(shù)發(fā)展中,火箭推注系統(tǒng)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)裝置的要求很高,要求其具有體積小但、承載能力大的有點(diǎn),從宇航飛船安全性角度出發(fā),對(duì)宇航機(jī)械裝置的可靠性要求也更高,細(xì)致研究宇航飛船中的機(jī)械傳動(dòng)裝置和傳動(dòng)裝置材料性能,才能確保機(jī)械傳動(dòng)裝置在宇航技術(shù)中應(yīng)用良好。20世紀(jì)70年代,機(jī)械傳動(dòng)研究中的空間嚙合理論研究成為研究的熱點(diǎn),這些研究成果被應(yīng)用到新型傳動(dòng)裝置的開(kāi)發(fā)中,這在極大程度上推動(dòng)了機(jī)械傳動(dòng)的科學(xué)發(fā)展步伐。在不同工作條件下,使用齒輪油等添加劑能有效提高機(jī)械傳動(dòng)的使用性能,并延長(zhǎng)其使用壽命。20世紀(jì)80年代,空間嚙合理論的研究已經(jīng)取得了相當(dāng)可觀的成果,空間嚙合理論的研究已經(jīng)達(dá)到了很高的水平,空間嚙合齒輪受載接觸分析方法誕生出來(lái),在應(yīng)力分析中得到廣泛應(yīng)用。此時(shí),航空、船舶工業(yè)中的機(jī)械傳動(dòng)振動(dòng)噪聲問(wèn)題成為人們關(guān)注的重點(diǎn),在機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中以減振降噪為主要目的,航空、船舶機(jī)械齒輪傳動(dòng)材料質(zhì)量的控制更加嚴(yán)格,成本低、重量輕且性能良好的非金屬材料被運(yùn)用到齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)生產(chǎn)中。20世紀(jì)90年代,以齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)為主的力學(xué)機(jī)械傳動(dòng)成為業(yè)界研究的熱點(diǎn),研究的主要目的是減振降噪,對(duì)多種類型的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行拓展研究。
三、機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)技術(shù)的研究
21世紀(jì)時(shí)科技信息高速發(fā)展的時(shí)代,先進(jìn)的信息技術(shù)、能源技術(shù)、環(huán)境保護(hù)技術(shù)、新材料技術(shù)和制造技術(shù)成為科技發(fā)展的重要技術(shù)手段,這些科學(xué)研究成果和先進(jìn)的技術(shù)手段成為機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)。
1.機(jī)械傳動(dòng)具有信息化和智能化特征
目前,我國(guó)的機(jī)械傳動(dòng)呈現(xiàn)出信息化和智能化特征,機(jī)械傳動(dòng)研究中要將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、控制技術(shù)和機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)有效的結(jié)合起來(lái),根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)中原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)效率特征、功能要求的基本特征,使用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)的智能控制,并對(duì)機(jī)械傳動(dòng)功率和速比進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,實(shí)現(xiàn)原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的最佳匹配和有效協(xié)調(diào),才能使得現(xiàn)代化機(jī)械裝備呈現(xiàn)出自動(dòng)化、信息化和智能化特征,例如,汽車生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用到機(jī)械傳動(dòng)理論,并將機(jī)械傳動(dòng)的信息化和智能化應(yīng)用在汽車自動(dòng)變速傳動(dòng)中。
2.機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)具有節(jié)能和環(huán)保作用
機(jī)械傳動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)的節(jié)能和環(huán)保既包括傳動(dòng)系統(tǒng)本身的節(jié)能環(huán)保作用,還包括機(jī)械系統(tǒng)中原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的節(jié)能和環(huán)保,在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)節(jié)能環(huán)保設(shè)計(jì)上,使用無(wú)污染的劑能有效避免環(huán)境污染,并對(duì)以行星傳動(dòng)為代表的分流傳動(dòng)進(jìn)行研究,使用功率流程設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的分流傳動(dòng)功率流的均載和協(xié)調(diào)。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,充分考慮原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的節(jié)能和環(huán)保作用,根據(jù)原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)的功率和速度對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì),使原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)實(shí)現(xiàn)最佳匹配效果,確保原動(dòng)機(jī)擁有最高效率的同時(shí)排放的污染物最少。例如在汽車生產(chǎn)中采用多檔變速和無(wú)級(jí)變速實(shí)現(xiàn)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工作的有效調(diào)節(jié),將自動(dòng)離合器和變速器構(gòu)成的動(dòng)力裝置結(jié)合起來(lái),確保汽車在行駛中達(dá)到節(jié)能減排的目的?;旌蟿?dòng)力汽車具有良好的節(jié)能環(huán)保功能,汽車的混合驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使得汽車的使用性能更佳。
3.材料科學(xué)技術(shù)與機(jī)械傳動(dòng)的有效結(jié)合
21世紀(jì)的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)將材料科學(xué)應(yīng)用到其中,促進(jìn)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。隨著新材料的研發(fā),各種新材料在機(jī)械傳動(dòng)中的應(yīng)用得到促進(jìn),在極大程度上實(shí)現(xiàn)了機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和性能提高。梯度材料、高分子聚合物、智能材料等對(duì)機(jī)械傳動(dòng)的性能具有十分重要的影響。由表至里呈梯度變化的材料就是梯度材料,由于該類材料由表至里的變化很有規(guī)律,因此特別適合用作機(jī)械傳動(dòng)零件。高分子聚合物具有良好的耐磨損和性能,在機(jī)械傳動(dòng)中的應(yīng)用較廣,塑料齒輪被廣泛應(yīng)用到辦公設(shè)備中,并且在使用的過(guò)程中無(wú)需任何介質(zhì)。隨著高分子聚合物復(fù)合材料種類的增多,其性能也得到提升。智能材料是通過(guò)信息技術(shù)來(lái)控制的,能有效改變其服役性能,實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)智能可控性的材料。采用智能材料制作機(jī)械傳動(dòng)裝置,能通過(guò)智能材料適時(shí)控制實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)減振降噪的目的。
總結(jié)
通過(guò)對(duì)機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展歷史和研究的分析可知,機(jī)械傳動(dòng)是機(jī)械系統(tǒng)的重要組成部分,機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們的生產(chǎn)生活水平具有十分密切的關(guān)系。21世紀(jì)是科技信息高速發(fā)展的時(shí)代,各領(lǐng)域都應(yīng)用到機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)技術(shù),將先進(jìn)的新機(jī)技術(shù)、能源技術(shù)、環(huán)保技術(shù)和新材料技術(shù)應(yīng)用到機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域中,才能促進(jìn)機(jī)械傳動(dòng)科學(xué)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。
參考文獻(xiàn)
[1]顏鴻森.機(jī)械裝置的創(chuàng)造性設(shè)計(jì)[M],北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2002.
關(guān)鍵詞 發(fā)展 科學(xué)技術(shù)
中圖分類號(hào):K256.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
時(shí)期,西方科學(xué)技術(shù)的傳入對(duì)當(dāng)時(shí)清政府的社會(huì)、政治、經(jīng)濟(jì)發(fā)展起了重要作用。本文從科學(xué)技術(shù)與近代中國(guó)社會(huì)觀念的進(jìn)步、新式人才的培養(yǎng)、的發(fā)展、近代物質(zhì)文明的發(fā)展等方面進(jìn)行一定的探討,試圖從科技角度對(duì)西學(xué)東漸與晚清社會(huì)進(jìn)步關(guān)系的上分析與綜合。
1“科學(xué)主義”在中國(guó)的最初表現(xiàn)
科學(xué)主義思想源自啟蒙主義,成于實(shí)證主義。17世紀(jì)F.培根的名言“知識(shí)就是力量”成為后世科學(xué)主義者一個(gè)常用的口號(hào),其中“知識(shí)”被理解為科學(xué)。牛頓理論使人看到了科學(xué)在闡釋世界方面的理性力量,宗教對(duì)自然的闡釋逐漸讓位于科學(xué),使得科學(xué)獲得了宗教的部分神性??茖W(xué)逐漸被認(rèn)為反映了自然的本質(zhì)規(guī)律,是絕對(duì)正確的客觀真理,自然而然地成為最高的判斷標(biāo)準(zhǔn)。
中國(guó)的科學(xué)技術(shù)是20世紀(jì)初隨著現(xiàn)代科學(xué)的大規(guī)模進(jìn)入而建立起來(lái)的。嚴(yán)復(fù)第一個(gè)把西方社會(huì)的先進(jìn)性歸因于“科學(xué)”和“民主”,把科學(xué)從“術(shù)”的地位升為“道”。科學(xué)意味著理性、文明、進(jìn)步和效率,它不僅是一種外在的善,而且具有一種內(nèi)在的美。因此,科學(xué)既是知識(shí)合理性的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),又是知識(shí)合法性的衡量尺度,惟有進(jìn)入科學(xué)領(lǐng)域,知識(shí)才具有合理性并獲得存在的合法性。文學(xué)、藝術(shù)、宗教等人文知識(shí)因?yàn)椴痪邆淇茖W(xué)的特征而被排斥在外。實(shí)際上,科學(xué)主義要求科學(xué)具有話語(yǔ)霸權(quán),這就意味著科學(xué)所體現(xiàn)出來(lái)的功利主義與人們對(duì)終極價(jià)值的追求產(chǎn)生了難以填補(bǔ)的隔閡。
中國(guó)文化素來(lái)有重形上而輕形下、重道輕器、重理論輕實(shí)用的傳統(tǒng)。1840年以來(lái),由于在只講功利不講道義的戰(zhàn)爭(zhēng)中失敗,中國(guó)人感到有引進(jìn)西方科技的必要,可是這種引進(jìn)完全是出于“中體”層面的,仍然大談倫理名教,甚至說(shuō)出“外洋以富為富,中國(guó)以不貪得為富;外洋以強(qiáng)為強(qiáng),中國(guó)以不好勝為強(qiáng)”的昏話;與之同時(shí),在“西用”層面上,卻大造槍炮,大辦洋務(wù),試圖“師夷長(zhǎng)技以制夷”。這種文化內(nèi)雙重取向之間的沖突越來(lái)越明顯,而且互相摯肘,導(dǎo)致了嚴(yán)重的內(nèi)耗。最終倫理名教只剩下了一個(gè)空殼,而師夷長(zhǎng)技也只學(xué)了些皮毛。
2學(xué)習(xí)西方科學(xué)的主要方式
2.1開(kāi)設(shè)學(xué)堂,培養(yǎng)外事人才
后,開(kāi)放口岸成倍增加,外國(guó)公使允許駐京,各通商口岸設(shè)領(lǐng)事館,外事事務(wù)增多,急需翻譯人才。江南制造局、福州船政局和天津機(jī)器局等幾個(gè)大型局廠,開(kāi)設(shè)有學(xué)堂,聘請(qǐng)洋教習(xí)傳授知識(shí)技能,培養(yǎng)了一批現(xiàn)代化業(yè)的管理人才和科技人才。1862 年設(shè)立同文館培養(yǎng)了一批翻譯人才。恭親王奕 、李鴻章奏請(qǐng)成立語(yǔ)言文字關(guān)培養(yǎng)翻譯人才。1862 年,設(shè)立。設(shè)有英文館、俄文館、法文館、德文館、日文館,聘請(qǐng)外國(guó)人任教習(xí)。同時(shí),又增設(shè)了天文、算學(xué)、物理、化學(xué)、醫(yī)學(xué)、外國(guó)史地等課程。
2.2派遣留學(xué)生出國(guó)學(xué)習(xí)
在容閎的奔走下,1872-1875 年,選拔 120名留童赴美學(xué)習(xí),雖然這批留童由于頑固派的阻撓提前回國(guó),未完成預(yù)定的留學(xué)計(jì)劃。但是,他們中涌現(xiàn)了一批現(xiàn)代著名人物,成為現(xiàn)代化的實(shí)用人才,如修筑京張鐵路的詹天佑。 1877 年清政府又派出赴歐留學(xué)人員,1881 年派出第二批赴歐留學(xué)人員,1885 年派出第三批。19 世紀(jì)末培養(yǎng)了一批不同于封建士大夫知識(shí)結(jié)構(gòu)的翻譯人才、外交人才、科技人才達(dá)千人以上,成為現(xiàn)代化建設(shè)的骨干力量。
2.3建立各類新式學(xué)校二三十所
這些學(xué)校有專門的軍事學(xué)校和工藝學(xué)校,如上海電報(bào)學(xué)堂、天津武備學(xué)堂、廣東水師學(xué)堂、天津軍工學(xué)堂等一批專門化的學(xué)校。前傳統(tǒng)士子以八股選拔人才,但在西學(xué)的沖擊下,學(xué)習(xí)實(shí)用的技藝逐漸受到重視。
3時(shí)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步意義
(1)培養(yǎng)了現(xiàn)代化企業(yè)管理人才和科技人才。如經(jīng)辦福州船廠的丁日昌,經(jīng)辦漢陽(yáng)鐵廠的徐華封,原是江南制造局的局員。福州船政局、江南制造局及天津機(jī)器局等幾個(gè)大型軍工企業(yè)還附設(shè)各類學(xué)堂,聘請(qǐng)外籍教員講授數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、英文、法文等課程,培養(yǎng)了一批科技、外交、工程人才。同洋匠跟班實(shí)習(xí),培養(yǎng)一批掌握現(xiàn)代技術(shù)的工人。譯書(shū)館翻譯出版的各類書(shū)籍史地、社科、軍事工程、科技類推廣西方的先進(jìn)知識(shí),開(kāi)闊眼界極為重要。
(2)促進(jìn)了現(xiàn)代民用工業(yè)形成與發(fā)展。一方面,軍事企業(yè)所需的原料單靠進(jìn)口成本過(guò)高,需要建立民用企業(yè)由本國(guó)生產(chǎn)滿足需求。另一方面緩解政府資金的不足,這兩點(diǎn)刺激了民用企業(yè)的產(chǎn)生。“1872 年設(shè)立的上海輪船招商局;1877年設(shè)于灤州的開(kāi)平礦務(wù)局;1887年設(shè)立的漠河金礦;1882年設(shè)立的上海機(jī)器織布局;1889年設(shè)立的湖北織布官局。
(3)興辦中國(guó)第一批現(xiàn)代化軍事企業(yè)和民用工業(yè),為中國(guó)現(xiàn)代化奠定了物質(zhì)基礎(chǔ),使中國(guó)跨出了現(xiàn)代化的第一步。如 1866年閩浙總督左宗棠創(chuàng)辦福州船政局,開(kāi)始聘請(qǐng)法國(guó)人為監(jiān)督,引進(jìn)國(guó)外技術(shù),建造船只,后來(lái)自行設(shè)計(jì)制造,到甲午戰(zhàn)前,完成自主設(shè)計(jì)制造輪船 19艘。1867年三江通商大臣重厚創(chuàng)辦天津機(jī)器局,后由李鴻章接手,自主設(shè)計(jì)的機(jī)器占了很大的比例。此外,各省督撫自籌經(jīng)費(fèi)創(chuàng)辦的中小型的軍火工廠從模仿洋槍洋炮到自己生產(chǎn)制造。
參考文獻(xiàn)
[1] 馮桂芬.校廬抗議[M].中州古籍出版社,1998.
關(guān)鍵詞:電氣工程技術(shù);電氣學(xué)科;發(fā)展史
中圖分類號(hào):F407文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
一、電氣工程技術(shù)的發(fā)展史
電氣工程(Electrical Engineering)是現(xiàn)代科技領(lǐng)域核心學(xué)科之一,傳統(tǒng)的電氣工程定義為用于創(chuàng)造產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關(guān)學(xué)科的總和。21世紀(jì)的電氣工程概念已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這一范疇,如今電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關(guān)的工程行為。電氣工程的發(fā)展程度直接體現(xiàn)了國(guó)家的科技進(jìn)步水平,因此,電氣工程的教育和科研在發(fā)達(dá)國(guó)家大學(xué)中始終占據(jù)重要地位。
1.電磁學(xué)理論的建立及通訊技術(shù)的發(fā)展
大自然中的雷電使人類對(duì)電有了最早、最樸素的認(rèn)識(shí),天然磁石吸鐵是人類對(duì)磁現(xiàn)象的最早觀察,然而,人類對(duì)電磁現(xiàn)象的研究始于16世紀(jì)的英國(guó),1663年德國(guó)科學(xué)家蓋利克發(fā)明了摩擦起電的儀器,1729年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電荷可以通過(guò)金屬傳導(dǎo)等等,這是人類對(duì)電的早期實(shí)驗(yàn),之后又出現(xiàn)了一系列具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明。
(1)庫(kù)侖定律。1785年法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鐾ㄟ^(guò)扭秤測(cè)量靜電力和磁力總結(jié)出:兩個(gè)電荷之間的作用力與它們間距離的平方成反比,與它們所帶電荷量的乘積成正比,這就是著名的庫(kù)侖定律。這一發(fā)現(xiàn)的歷史意義在于它標(biāo)志著人類對(duì)電磁現(xiàn)象的研究從定性階段進(jìn)入了定量階段。
(2)“伏打電池”。1799年意大利物理學(xué)家伏特經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)把任何潮濕物體放到兩個(gè)不同金屬之間都會(huì)產(chǎn)生電流,一年后伏特發(fā)明了世界上第一個(gè)電池,自此人類對(duì)電的研究由靜電擴(kuò)大到了動(dòng)電,開(kāi)辟了電學(xué)研究的新領(lǐng)域。
(3)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)和安培右手定則。1820年奧斯特偶然發(fā)現(xiàn)通電鉑絲周圍的小磁針發(fā)生輕微晃動(dòng),之后他經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。其后安培進(jìn)行了更深入的研究,提出了右手定則,發(fā)現(xiàn)了電流方向與磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向之間的關(guān)系。安培還通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)通電導(dǎo)體和兩個(gè)通電線圈之間相互作用的規(guī)律,從而奠定了電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。
(4)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)。英國(guó)科學(xué)家法拉第是第一個(gè)成功完成磁生電實(shí)驗(yàn)的人,并歸納出產(chǎn)生感應(yīng)電流的五種情況:一是變化著的電流;二是變化著的磁場(chǎng);三是運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定電流;四是運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng);五是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電線。法拉第把這一現(xiàn)象叫做“電磁感應(yīng)”。電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使生產(chǎn)電成為可能,至今,發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器都是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理工作的。
(5)麥克斯韋建立電磁場(chǎng)理論。英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家麥克斯韋總結(jié)了前人的一系列成果,用數(shù)學(xué)方程式表示電磁場(chǎng),建立了完整的電磁理論體系,揭示了光、電、磁本質(zhì)上的統(tǒng)一,并預(yù)言了電磁波的存在。1873年他出版的電磁場(chǎng)理論經(jīng)典著作《電磁學(xué)通論》是里程碑式的自然科學(xué)理論巨著。
任何科學(xué)發(fā)明與發(fā)現(xiàn)都是許許多多的科學(xué)家不懈努力的成果,德國(guó)物理學(xué)家歐姆、高斯、赫茲,美國(guó)物理學(xué)家亨利,俄國(guó)物理學(xué)家楞次等等都為電磁理論的形成作出過(guò)貢獻(xiàn),本文不在一一類舉。
電磁理論的建立為無(wú)線電通信揭示的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),19世紀(jì)通信技術(shù)取得了突破性成果,先后發(fā)明了有線電報(bào)、有線電話和無(wú)線通信。
2.電工技術(shù)的初期發(fā)展
人類社會(huì)發(fā)展歷程中經(jīng)歷了三次工業(yè)革命,對(duì)人類的進(jìn)步起到了巨大的作用。第一次工業(yè)革命從18世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉,以瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)為標(biāo)志,以機(jī)械化為特征,中心在英國(guó);第二次工業(yè)革命從19世紀(jì)后半期到20世紀(jì)中葉,以工業(yè)生產(chǎn)電氣化為主要標(biāo)志,其成果是電力、鋼鐵、化工“三大技術(shù)”與汽車、飛機(jī)和無(wú)線電通信“三大文明”,其中心在美國(guó)和德國(guó);第三次工業(yè)革命從20世紀(jì)中葉到21世紀(jì)初,以社會(huì)生產(chǎn)、生活信息化為特點(diǎn),又叫新技術(shù)革命。第二次工業(yè)革命就是從電工技術(shù)初創(chuàng)和應(yīng)用開(kāi)始的。
(1)直流發(fā)電機(jī)的誕生。1831年英國(guó)企業(yè)家研制出了史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)――蒸汽動(dòng)力永磁發(fā)電機(jī);1832年法國(guó)科學(xué)家匹克斯發(fā)明了世界上第一臺(tái)直流發(fā)動(dòng)機(jī);1866年西門子發(fā)明了自激式勵(lì)磁直流發(fā)電機(jī);1870年格拉姆發(fā)明了實(shí)用自激直流發(fā)電機(jī),結(jié)構(gòu)可靠,電流穩(wěn)定,輸出功率大,被各國(guó)廣泛采用作為照明燈電源。
(2)遠(yuǎn)距離輸電和電力工業(yè)技術(shù)體系的初步建立。1875年法國(guó)巴黎火車站建成世界上最早的一座火力發(fā)電廠。愛(ài)迪生不僅發(fā)明了燈泡,他還在1882年建立了美國(guó)第一家直流發(fā)電廠,裝有6臺(tái)直流發(fā)電機(jī),通過(guò)電纜輸送照明用電,不過(guò)當(dāng)時(shí)的最大輸送距離只有1.6km。之后愛(ài)迪生還建立了一座水電站,形成了電力工業(yè)體系的雛形。
(3)交流發(fā)電機(jī)電荷電動(dòng)機(jī)的誕生。1876~1878年俄國(guó)人亞布洛切科夫成功試驗(yàn)了單相交流輸電技術(shù)。1885年,英國(guó)工程師菲爾安基設(shè)計(jì)的第一座交流單相發(fā)電站建成。同年,美國(guó)人威斯汀豪率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了交流發(fā)電、供電系統(tǒng),并創(chuàng)建了交流配電網(wǎng)。1883年,美籍電氣工程師特斯拉發(fā)明了世界上第一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī),5年后他又發(fā)明了兩相異步電動(dòng)機(jī)和交流電傳輸系統(tǒng)。1888年,俄國(guó)工程師德布羅夫斯基和德?tīng)柗l(fā)明了三相交流制。1891年,德國(guó)安裝了世界上第一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī),并建成了第一條三相交流輸電線路。自此,三相異步電動(dòng)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用,電能逐步取代了蒸汽成為動(dòng)力源,電力工業(yè)得到了迅速發(fā)展。
3.電工理論的建立
(1)電路理論的建立。關(guān)于電路的早期研究有:1778年伏特提出了電容的概念,給出了導(dǎo)體上儲(chǔ)存電荷的計(jì)算方法Q=CU;1826年歐姆發(fā)表了歐姆定律;1831年法拉第提出了電磁感應(yīng)定律;1832年亨利提出了磁通量計(jì)算公式。
1845年德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫提出了關(guān)于任意電路中電流、電壓關(guān)系的基本定律:電流定律(任意時(shí)刻電路中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的各條支路電流的代數(shù)和為零);電壓定律(任何時(shí)刻電路中任意一個(gè)閉合回路的各元件電壓的代數(shù)和為零)。這兩個(gè)定律發(fā)展了歐姆定律,奠定了電路系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。
1853年英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜推導(dǎo)出了電路震蕩方程,并得出了萊頓瓶發(fā)電過(guò)程中電流在反復(fù)震蕩且不斷衰減的結(jié)論,并計(jì)算出震蕩頻率與R、L、C參數(shù)之間的關(guān)系,奠定了動(dòng)態(tài)電路分析的基礎(chǔ)。1855年,湯姆遜還建立了長(zhǎng)距離電纜的等效電路模型。
1893年美籍電氣學(xué)家施泰因梅茨提出了計(jì)算交流電路的方法――“相量法”,其實(shí)用、易懂,至今在分析正弦交流電路時(shí)依然沿用此法。
其間,赫爾姆霍茲提出的等效發(fā)電機(jī)原理、基爾霍夫建立的長(zhǎng)距離架空線路參數(shù)電路模型、亥維賽德找出的求解電路暫態(tài)過(guò)程運(yùn)算法、傅立葉用數(shù)學(xué)方法建立的熱傳導(dǎo)定律等等都對(duì)電工理論的豐富和完善起到了重要作用。
(2)電網(wǎng)絡(luò)理論的建立。通信技術(shù)的興起推動(dòng)了電網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展。1924年,福斯特給出了電感和電容二端網(wǎng)絡(luò)的電抗定理,建立了由給定頻率特性設(shè)計(jì)電路的電網(wǎng)絡(luò)理論。
1945年美國(guó)科學(xué)家伯德總結(jié)出了分析線性電路和控制系統(tǒng)的頻域分析方法。1953年梅森創(chuàng)建了采用信號(hào)流圖分析復(fù)雜回饋系統(tǒng)的方法,并被廣泛應(yīng)用。20世界50年代美國(guó)科學(xué)家達(dá)默制成了第一批集成電路,從此電路理論中增加了對(duì)含源器件的電路分析和綜合。20世紀(jì)70年代在L.O.Chua等科學(xué)家的努力下,器件建模理論逐漸日趨完善。20世紀(jì)中期計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使電網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)成為電路理論研究中的基本手段。
4.新技術(shù)革命對(duì)電氣工程技術(shù)的推動(dòng)
20世紀(jì)中葉開(kāi)始的第三次技術(shù)革命又稱為新技術(shù)革命,以核能、宇航和電子計(jì)算機(jī)這三大技術(shù)為主要標(biāo)志。這個(gè)時(shí)期的主要理論是信息論、系統(tǒng)論和控制論,這三大理論的創(chuàng)立為通信工程技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究提供了全新的科學(xué)方法。
(1)計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代對(duì)電氣工程技術(shù)的推動(dòng)。自19世紀(jì)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái),經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,計(jì)算機(jī)給人類社會(huì)帶來(lái)了翻天覆地的變化,人類社會(huì)從此走進(jìn)了信息時(shí)代。1952年出世的第一代計(jì)算機(jī)使用的是真空電子管,不僅體積巨大,而且耗電量驚人。1959年~1963年生產(chǎn)的第二代計(jì)算機(jī)用晶體管替代了真空電子管,大大提高了運(yùn)算速度,減少了耗電量,減小了體積,運(yùn)用在了軍事和科研領(lǐng)域。1964年~1970年生產(chǎn)的第三代計(jì)算機(jī)用集成電路替代了晶體管,不僅極大地提高了運(yùn)算速度而且降低了成本,計(jì)算機(jī)開(kāi)始進(jìn)入到了普及階段。1971年至今生產(chǎn)的第四代計(jì)算機(jī)使用了超大規(guī)模集成電路,實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化,計(jì)算機(jī)普及到了個(gè)人。計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代推動(dòng)了控制技術(shù)的發(fā)展,形成了計(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)系統(tǒng),提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
(2)電子信息技術(shù)的發(fā)展。電子信息技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和電信技術(shù)相結(jié)合而形成的技術(shù)手段。20世紀(jì)通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,人類社會(huì)生活也由此發(fā)生了巨大變革,人類從此進(jìn)入信息時(shí)代。
1920年人們發(fā)現(xiàn)電離層對(duì)無(wú)線電短波有反射作用。1935年人們發(fā)現(xiàn)了雷達(dá)并廣泛應(yīng)用于軍事和民用通信領(lǐng)域。1964年美國(guó)發(fā)射了第一顆地球同步靜止軌道通信衛(wèi)星,突破了大氣層對(duì)無(wú)線電波的屏蔽,實(shí)現(xiàn)了宇宙范圍的無(wú)線電通信。20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立使人們開(kāi)始通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取信息。20世紀(jì)80年代以后尋呼機(jī)和移動(dòng)電話逐步得到廣泛使用,現(xiàn)今信息服務(wù)業(yè)已成為世界上發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。
電氣工程技術(shù)發(fā)展史再次印證了這樣兩個(gè)真理:一是任何理論的創(chuàng)立和技術(shù)的進(jìn)步都要靠眾多科學(xué)家甚至一代代人的不懈努力而實(shí)現(xiàn),特別是在學(xué)科相互融合交叉的今天。二是科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展和人類社會(huì)的巨大進(jìn)步,科技是第一生產(chǎn)力,創(chuàng)新是社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)力。
五、電氣學(xué)科的形成與發(fā)展
按我國(guó)高等教育學(xué)科劃分,電氣信息學(xué)科類屬工學(xué)門類(門類編號(hào)08),其下設(shè)五個(gè)一級(jí)學(xué)科:電氣工程(一級(jí)學(xué)科編號(hào)0808)、電子科學(xué)與技術(shù)(0809)、信息與通信工程(0810)、控制科學(xué)與工程(0811)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(0812)。這五個(gè)學(xué)科有著相同的學(xué)科基礎(chǔ),都是研究電磁現(xiàn)象及其應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科與技術(shù)工程的綜合,電能的突出優(yōu)點(diǎn)在于:它既是易于傳輸?shù)墓I(yè)動(dòng)力,又是非??煽康男畔⑤d體。電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)都是從電類專業(yè)派生出來(lái)的弱電學(xué)科,在19世紀(jì)末電工科學(xué)技術(shù)已形成了電力與電信兩大分支。
我國(guó)電氣工程一級(jí)學(xué)科下設(shè)五個(gè)二級(jí)學(xué)科:電機(jī)與電器(二級(jí)學(xué)科編號(hào)080801)、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化(080802)、高電壓與絕緣技術(shù)(080803)、電力電子與電力傳動(dòng)(080804)、電工理論與新技術(shù)(080805),電氣工程包含的專業(yè)基礎(chǔ)理論有電路原理、模擬電子、數(shù)字電子、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、電磁理論、MATLAB仿真等。專業(yè)理論有電力系統(tǒng)及其暫態(tài)分析、電力電子、電機(jī)學(xué)、高電壓與絕緣、電力拖動(dòng)、輸配電、工廠企業(yè)供電、電力市場(chǎng)等。
19世紀(jì)末歐美大學(xué)先后設(shè)立了電氣工程(Electrical Engineering)專業(yè),100多年來(lái),其名稱雖然沒(méi)變,但內(nèi)涵已隨著科技的飛速發(fā)展有了非常大的變化。過(guò)去歐美的電氣工程專業(yè)是以電力工程為主,現(xiàn)在電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)已成為該專業(yè)的核心,美國(guó)一些著名高校甚至已不開(kāi)設(shè)電力工程研究方向。有些大學(xué)把計(jì)算機(jī)技術(shù)從電氣工程系分離了出去,單獨(dú)成立了計(jì)算機(jī)科學(xué)系。
我國(guó)的電氣工程始于1908年上海南洋公學(xué)的電機(jī)電工學(xué)科,就是上海交大的前身,距今也有100多年的歷史了。1917年該校的電機(jī)??圃O(shè)立了電訊門,即我國(guó)最早的無(wú)線電專業(yè),如今的電子信息及計(jì)算機(jī)專業(yè)群都是由此發(fā)展演化而來(lái)的。1932年,清華大學(xué)設(shè)置了電機(jī)系。建國(guó)后,我國(guó)建立了一大批以工科為主的多科性大學(xué),其中大多設(shè)立了電機(jī)工程系。1977年以后,大部分高校的“電機(jī)工程系”陸續(xù)更名為“電氣工程系”,近幾年來(lái),部分高校又把“電氣工程系”發(fā)展成為“電氣工程學(xué)院”。我國(guó)的電氣工程雖然與國(guó)外名稱相同,但內(nèi)涵有很大區(qū)別,我國(guó)大學(xué)一般都是強(qiáng)弱電分開(kāi),即電氣類與電信類分設(shè)在不同的學(xué)院。
100多年以來(lái),電氣工程學(xué)科已發(fā)展成為覆蓋多門類交叉學(xué)科、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊的完善的學(xué)科,形成了強(qiáng)弱電結(jié)合、軟硬件結(jié)合、機(jī)電結(jié)合的學(xué)科特點(diǎn)。
六.國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家電氣工程學(xué)科的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢(shì):
(1)在學(xué)科中融入大量信息技術(shù)知識(shí)。在全球信息化的當(dāng)今,信息技術(shù)以指數(shù)速度進(jìn)步,它曾對(duì)電氣工程學(xué)科的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用,還將為電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供工具與技術(shù)支持,對(duì)電氣學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了決定性作用。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的著名大學(xué)(如耶魯大學(xué)、麻省理工學(xué)院等)大都把電氣工程、通信工程、計(jì)算機(jī)工程放在同一學(xué)院,以利于在電氣工程學(xué)科中融入大量的信息技術(shù)知識(shí)。
(2)與其他學(xué)科不斷交叉融合,拓展了研究領(lǐng)域,大量的研究都是在跨學(xué)科領(lǐng)域開(kāi)展的。
(3)與企業(yè)聯(lián)系密切,科技成果轉(zhuǎn)換能力強(qiáng),引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)更新。
七.電氣技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
與電氣工程學(xué)科相關(guān)的產(chǎn)業(yè)主要有電力工業(yè)、電氣裝備制造業(yè)以及幾乎所有使用電力的行業(yè),電氣技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也主要集中在這些行業(yè)。
1.可再生能源技術(shù)
1995年全球可再生能源僅占一次能源的18%,預(yù)測(cè)到2050年可再生能源要占一次能源的22%,21世紀(jì),光伏技術(shù)、風(fēng)電技術(shù)、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)等得到了快速發(fā)展。下面著重介紹人類的未來(lái)能源――氫能??茖W(xué)家們一直致力于研究把氫能作為人類未來(lái)的能源,氫能有其他能源無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì):
(1)清潔。其反應(yīng)后的生成物為水和氮化氫,對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。
(2)儲(chǔ)量豐富。地球上的海水所含的氫用來(lái)發(fā)電就夠人類用數(shù)億年。
(3)熱值高。單位重量的發(fā)熱量叫熱值,氫的熱值是汽油的3倍,煤炭的4倍?,F(xiàn)在世界上很多國(guó)家正在斥巨資研究這一能源,但目前還處在實(shí)驗(yàn)室階段,距工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。
2.輸電信技術(shù)
超導(dǎo)技術(shù)在電氣工程中的廣泛應(yīng)用已成為發(fā)展趨勢(shì)。
(1)超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)。將電能轉(zhuǎn)換為電磁能,利用超導(dǎo)線圈儲(chǔ)存起來(lái)。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)是除電池儲(chǔ)能系統(tǒng)之外的又一儲(chǔ)能系統(tǒng),其使用將提高電網(wǎng)的安全性。
(2)超導(dǎo)故障限流器。利用超導(dǎo)體超導(dǎo)與正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)變特性,快速限制電力系統(tǒng)故障短路電流,保障電網(wǎng)安全。
(3)超導(dǎo)大容量電纜??纱蟠蠼档洼旊娺^(guò)程中的電耗,提高能源效率。
論文關(guān)鍵詞:電氣工程技術(shù);電氣學(xué)科;發(fā)展史
一、電氣工程技術(shù)的發(fā)展史
電氣工程(Electrical Engineering)是現(xiàn)代科技領(lǐng)域核心學(xué)科之一,傳統(tǒng)的電氣工程定義為用于創(chuàng)造產(chǎn)生電氣與電子系統(tǒng)的有關(guān)學(xué)科的總和。21世紀(jì)的電氣工程概念已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這一范疇,如今電氣工程涵蓋了幾乎所有與電子、光子有關(guān)的工程行為。電氣工程的發(fā)展程度直接體現(xiàn)了國(guó)家的科技進(jìn)步水平,因此,電氣工程的教育和科研在發(fā)達(dá)國(guó)家大學(xué)中始終占據(jù)重要地位。
1.電磁學(xué)理論的建立及通訊技術(shù)的發(fā)展
大自然中的雷電使人類對(duì)電有了最早、最樸素的認(rèn)識(shí),天然磁石吸鐵是人類對(duì)磁現(xiàn)象的最早觀察,然而,人類對(duì)電磁現(xiàn)象的研究始于16世紀(jì)的英國(guó),1663年德國(guó)科學(xué)家蓋利克發(fā)明了摩擦起電的儀器,1729年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電荷可以通過(guò)金屬傳導(dǎo)等等,這是人類對(duì)電的早期實(shí)驗(yàn),之后又出現(xiàn)了一系列具有里程碑意義的發(fā)現(xiàn)與發(fā)明。
(1)庫(kù)侖定律。1785年法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵鐾ㄟ^(guò)扭秤測(cè)量靜電力和磁力總結(jié)出:兩個(gè)電荷之間的作用力與它們間距離的平方成反比,與它們所帶電荷量的乘積成正比,這就是著名的庫(kù)侖定律。這一發(fā)現(xiàn)的歷史意義在于它標(biāo)志著人類對(duì)電磁現(xiàn)象的研究從定性階段進(jìn)入了定量階段。
(2)“伏打電池”。1799年意大利物理學(xué)家伏特經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)把任何潮濕物體放到兩個(gè)不同金屬之間都會(huì)產(chǎn)生電流,一年后伏特發(fā)明了世界上第一個(gè)電池,自此人類對(duì)電的研究由靜電擴(kuò)大到了動(dòng)電,開(kāi)辟了電學(xué)研究的新領(lǐng)域。
(3)奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)和安培右手定則。1820年奧斯特偶然發(fā)現(xiàn)通電鉑絲周圍的小磁針發(fā)生輕微晃動(dòng),之后他經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。其后安培進(jìn)行了更深入的研究,提出了右手定則,發(fā)現(xiàn)了電流方向與磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向之間的關(guān)系。安培還通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)通電導(dǎo)體和兩個(gè)通電線圈之間相互作用的規(guī)律,從而奠定了電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)。
(4)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)。英國(guó)科學(xué)家法拉第是第一個(gè)成功完成磁生電實(shí)驗(yàn)的人,并歸納出產(chǎn)生感應(yīng)電流的五種情況:一是變化著的電流;二是變化著的磁場(chǎng);三是運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定電流;四是運(yùn)動(dòng)的磁場(chǎng);五是在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電線。法拉第把這一現(xiàn)象叫做“電磁感應(yīng)”。電磁感應(yīng)的發(fā)現(xiàn)使生產(chǎn)電成為可能,至今,發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、變壓器都是運(yùn)用電磁感應(yīng)原理工作的。
(5)麥克斯韋建立電磁場(chǎng)理論。英國(guó)數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家麥克斯韋總結(jié)了前人的一系列成果,用數(shù)學(xué)方程式表示電磁場(chǎng),建立了完整的電磁理論體系,揭示了光、電、磁本質(zhì)上的統(tǒng)一,并預(yù)言了電磁波的存在。1873年他出版的電磁場(chǎng)理論經(jīng)典著作《電磁學(xué)通論》是里程碑式的自然科學(xué)理論巨著。
任何科學(xué)發(fā)明與發(fā)現(xiàn)都是許許多多的科學(xué)家不懈努力的成果,德國(guó)物理學(xué)家歐姆、高斯、赫茲,美國(guó)物理學(xué)家亨利,俄國(guó)物理學(xué)家楞次等等都為電磁理論的形成作出過(guò)貢獻(xiàn),本文不在一一類舉。
電磁理論的建立為無(wú)線電通信揭示的發(fā)展奠定了基礎(chǔ),19世紀(jì)通信技術(shù)取得了突破性成果,先后發(fā)明了有線電報(bào)、有線電話和無(wú)線通信。
2.電工技術(shù)的初期發(fā)展
人類社會(huì)發(fā)展歷程中經(jīng)歷了三次工業(yè)革命,對(duì)人類的進(jìn)步起到了巨大的作用。第一次工業(yè)革命從18世紀(jì)中葉到19世紀(jì)中葉,以瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)為標(biāo)志,以機(jī)械化為特征,中心在英國(guó);第二次工業(yè)革命從19世紀(jì)后半期到20世紀(jì)中葉,以工業(yè)生產(chǎn)電氣化為主要標(biāo)志,其成果是電力、鋼鐵、化工“三大技術(shù)”與汽車、飛機(jī)和無(wú)線電通信“三大文明”,其中心在美國(guó)和德國(guó);第三次工業(yè)革命從20世紀(jì)中葉到21世紀(jì)初,以社會(huì)生產(chǎn)、生活信息化為特點(diǎn),又叫新技術(shù)革命。第二次工業(yè)革命就是從電工技術(shù)初創(chuàng)和應(yīng)用開(kāi)始的。
(1)直流發(fā)電機(jī)的誕生。1831年英國(guó)企業(yè)家研制出了史上第一臺(tái)發(fā)電機(jī)——蒸汽動(dòng)力永磁發(fā)電機(jī);1832年法國(guó)科學(xué)家匹克斯發(fā)明了世界上第一臺(tái)直流發(fā)動(dòng)機(jī);1866年西門子發(fā)明了自激式勵(lì)磁直流發(fā)電機(jī);1870年格拉姆發(fā)明了實(shí)用自激直流發(fā)電機(jī),結(jié)構(gòu)可靠,電流穩(wěn)定,輸出功率大,被各國(guó)廣泛采用作為照明燈電源。
(2)遠(yuǎn)距離輸電和電力工業(yè)技術(shù)體系的初步建立。1875年法國(guó)巴黎火車站建成世界上最早的一座火力發(fā)電廠。愛(ài)迪生不僅發(fā)明了燈泡,他還在1882年建立了美國(guó)第一家直流發(fā)電廠,裝有6臺(tái)直流發(fā)電機(jī),通過(guò)電纜輸送照明用電,不過(guò)當(dāng)時(shí)的最大輸送距離只有1.6km。之后愛(ài)迪生還建立了一座水電站,形成了電力工業(yè)體系的雛形。
(3)交流發(fā)電機(jī)電荷電動(dòng)機(jī)的誕生。1876~1878年俄國(guó)人亞布洛切科夫成功試驗(yàn)了單相交流輸電技術(shù)。1885年,英國(guó)工程師菲爾安基設(shè)計(jì)的第一座交流單相發(fā)電站建成。同年,美國(guó)人威斯汀豪率領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了交流發(fā)電、供電系統(tǒng),并創(chuàng)建了交流配電網(wǎng)。1883年,美籍電氣工程師特斯拉發(fā)明了世界上第一臺(tái)感應(yīng)電動(dòng)機(jī),5年后他又發(fā)明了兩相異步電動(dòng)機(jī)和交流電傳輸系統(tǒng)。1888年,俄國(guó)工程師德布羅夫斯基和德?tīng)柗l(fā)明了三相交流制。1891年,德國(guó)安裝了世界上第一臺(tái)三相交流發(fā)電機(jī),并建成了第一條三相交流輸電線路。自此,三相異步電動(dòng)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用,電能逐步取代了蒸汽成為動(dòng)力源,電力工業(yè)得到了迅速發(fā)展。
3.電工理論的建立
(1)電路理論的建立。關(guān)于電路的早期研究有:1778年伏特提出了電容的概念,給出了導(dǎo)體上儲(chǔ)存電荷的計(jì)算方法Q=CU;1826年歐姆發(fā)表了歐姆定律;1831年法拉第提出了電磁感應(yīng)定律;1832年亨利提出了磁通量計(jì)算公式。
1845年德國(guó)物理學(xué)家基爾霍夫提出了關(guān)于任意電路中電流、電壓關(guān)系的基本定律:電流定律(任意時(shí)刻電路中任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)的各條支路電流的代數(shù)和為零);電壓定律(任何時(shí)刻電路中任意一個(gè)閉合回路的各元件電壓的代數(shù)和為零)。這兩個(gè)定律發(fā)展了歐姆定律,奠定了電路系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。
1853年英國(guó)物理學(xué)家湯姆遜推導(dǎo)出了電路震蕩方程,并得出了萊頓瓶發(fā)電過(guò)程中電流在反復(fù)震蕩且不斷衰減的結(jié)論,并計(jì)算出震蕩頻率與R、L、C參數(shù)之間的關(guān)系,奠定了動(dòng)態(tài)電路分析的基礎(chǔ)。1855年,湯姆遜還建立了長(zhǎng)距離電纜的等效電路模型。
1893年美籍電氣學(xué)家施泰因梅茨提出了計(jì)算交流電路的方法——“相量法”,其實(shí)用、易懂,至今在分析正弦交流電路時(shí)依然沿用此法。
其間,赫爾姆霍茲提出的等效發(fā)電機(jī)原理、基爾霍夫建立的長(zhǎng)距離架空線路參數(shù)電路模型、亥維賽德找出的求解電路暫態(tài)過(guò)程運(yùn)算法、傅立葉用數(shù)學(xué)方法建立的熱傳導(dǎo)定律等等都對(duì)電工理論的豐富和完善起到了重要作用。
(2)電網(wǎng)絡(luò)理論的建立。通信技術(shù)的興起推動(dòng)了電網(wǎng)絡(luò)理論的發(fā)展。1924年,福斯特給出了電感和電容二端網(wǎng)絡(luò)的電抗定理,建立了由給定頻率特性設(shè)計(jì)電路的電網(wǎng)絡(luò)理論。
1945年美國(guó)科學(xué)家伯德總結(jié)出了分析線性電路和控制系統(tǒng)的頻域分析方法。1953年梅森創(chuàng)建了采用信號(hào)流圖分析復(fù)雜回饋系統(tǒng)的方法,并被廣泛應(yīng)用。20世界50年代美國(guó)科學(xué)家達(dá)默制成了第一批集成電路,從此電路理論中增加了對(duì)含源器件的電路分析和綜合。20世紀(jì)70年代在L.O.Chua等科學(xué)家的努力下,器件建模理論逐漸日趨完善。20世紀(jì)中期計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使電網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)成為電路理論研究中的基本手段。
4.新技術(shù)革命對(duì)電氣工程技術(shù)的推動(dòng)
20世紀(jì)中葉開(kāi)始的第三次技術(shù)革命又稱為新技術(shù)革命,以核能、宇航和電子計(jì)算機(jī)這三大技術(shù)為主要標(biāo)志。這個(gè)時(shí)期的主要理論是信息論、系統(tǒng)論和控制論,這三大理論的創(chuàng)立為通信工程技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的研究提供了全新的科學(xué)方法。
(1)計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代對(duì)電氣工程技術(shù)的推動(dòng)。自19世紀(jì)第一臺(tái)計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái),經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,計(jì)算機(jī)給人類社會(huì)帶來(lái)了翻天覆地的變化,人類社會(huì)從此走進(jìn)了信息時(shí)代。1952年出世的第一代計(jì)算機(jī)使用的是真空電子管,不僅體積巨大,而且耗電量驚人。1959年~1963年生產(chǎn)的第二代計(jì)算機(jī)用晶體管替代了真空電子管,大大提高了運(yùn)算速度,減少了耗電量,減小了體積,運(yùn)用在了軍事和科研領(lǐng)域。1964年~1970年生產(chǎn)的第三代計(jì)算機(jī)用集成電路替代了晶體管,不僅極大地提高了運(yùn)算速度而且降低了成本,計(jì)算機(jī)開(kāi)始進(jìn)入到了普及階段。1971年至今生產(chǎn)的第四代計(jì)算機(jī)使用了超大規(guī)模集成電路,實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化,計(jì)算機(jī)普及到了個(gè)人。計(jì)算機(jī)的升級(jí)換代推動(dòng)了控制技術(shù)的發(fā)展,形成了計(jì)算機(jī)管理生產(chǎn)系統(tǒng),提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
(2)電子信息技術(shù)的發(fā)展。電子信息技術(shù)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和電信技術(shù)相結(jié)合而形成的技術(shù)手段。20世紀(jì)通信技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,人類社會(huì)生活也由此發(fā)生了巨大變革,人類從此進(jìn)入信息時(shí)代。
1920年人們發(fā)現(xiàn)電離層對(duì)無(wú)線電短波有反射作用。1935年人們發(fā)現(xiàn)了雷達(dá)并廣泛應(yīng)用于軍事和民用通信領(lǐng)域。1964年美國(guó)發(fā)射了第一顆地球同步靜止軌道通信衛(wèi)星,突破了大氣層對(duì)無(wú)線電波的屏蔽,實(shí)現(xiàn)了宇宙范圍的無(wú)線電通信。20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建立使人們開(kāi)始通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲取信息。20世紀(jì)80年代以后尋呼機(jī)和移動(dòng)電話逐步得到廣泛使用,現(xiàn)今信息服務(wù)業(yè)已成為世界上發(fā)展最快的新興行業(yè)之一。
電氣工程技術(shù)發(fā)展史再次印證了這樣兩個(gè)真理:一是任何理論的創(chuàng)立和技術(shù)的進(jìn)步都要靠眾多科學(xué)家甚至一代代人的不懈努力而實(shí)現(xiàn),特別是在學(xué)科相互融合交叉的今天。二是科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破都會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展和人類社會(huì)的巨大進(jìn)步,科技是第一生產(chǎn)力,創(chuàng)新是社會(huì)發(fā)展的推動(dòng)力。
二、電氣學(xué)科的形成與發(fā)展
按我國(guó)高等教育學(xué)科劃分,電氣信息學(xué)科類屬工學(xué)門類(門類編號(hào)08),其下設(shè)五個(gè)一級(jí)學(xué)科:電氣工程(一級(jí)學(xué)科編號(hào)0808)、電子科學(xué)與技術(shù)(0809)、信息與通信工程(0810)、控制科學(xué)與工程(0811)和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)(0812)。這五個(gè)學(xué)科有著相同的學(xué)科基礎(chǔ),都是研究電磁現(xiàn)象及其應(yīng)用的基礎(chǔ)學(xué)科與技術(shù)工程的綜合,電能的突出優(yōu)點(diǎn)在于:它既是易于傳輸?shù)墓I(yè)動(dòng)力,又是非??煽康男畔⑤d體。電子科學(xué)與技術(shù)、信息與通信工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)都是從電類專業(yè)派生出來(lái)的弱電學(xué)科,在19世紀(jì)末電工科學(xué)技術(shù)已形成了電力與電信兩大分支。
我國(guó)電氣工程一級(jí)學(xué)科下設(shè)五個(gè)二級(jí)學(xué)科:電機(jī)與電器(二級(jí)學(xué)科編號(hào)080801)、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化(080802)、高電壓與絕緣技術(shù)(080803)、電力電子與電力傳動(dòng)(080804)、電工理論與新技術(shù)(080805),電氣工程包含的專業(yè)基礎(chǔ)理論有電路原理、模擬電子、數(shù)字電子、微機(jī)原理與接口技術(shù)、單片機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、電磁理論、MATLAB仿真等。專業(yè)理論有電力系統(tǒng)及其暫態(tài)分析、電力電子、電機(jī)學(xué)、高電壓與絕緣、電力拖動(dòng)、輸配電、工廠企業(yè)供電、電力市場(chǎng)等。
19世紀(jì)末歐美大學(xué)先后設(shè)立了電氣工程(Electrical Engineering)專業(yè),100多年來(lái),其名稱雖然沒(méi)變,但內(nèi)涵已隨著科技的飛速發(fā)展有了非常大的變化。過(guò)去歐美的電氣工程專業(yè)是以電力工程為主,現(xiàn)在電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)已成為該專業(yè)的核心,美國(guó)一些著名高校甚至已不開(kāi)設(shè)電力工程研究方向。有些大學(xué)把計(jì)算機(jī)技術(shù)從電氣工程系分離了出去,單獨(dú)成立了計(jì)算機(jī)科學(xué)系。
我國(guó)的電氣工程始于1908年上海南洋公學(xué)的電機(jī)電工學(xué)科,就是上海交大的前身,距今也有100多年的歷史了。1917年該校的電機(jī)??圃O(shè)立了電訊門,即我國(guó)最早的無(wú)線電專業(yè),如今的電子信息及計(jì)算機(jī)專業(yè)群都是由此發(fā)展演化而來(lái)的。1932年,清華大學(xué)設(shè)置了電機(jī)系。建國(guó)后,我國(guó)建立了一大批以工科為主的多科性大學(xué),其中大多設(shè)立了電機(jī)工程系。1977年以后,大部分高校的“電機(jī)工程系”陸續(xù)更名為“電氣工程系”,近幾年來(lái),部分高校又把“電氣工程系”發(fā)展成為“電氣工程學(xué)院”。我國(guó)的電氣工程雖然與國(guó)外名稱相同,但內(nèi)涵有很大區(qū)別,我國(guó)大學(xué)一般都是強(qiáng)弱電分開(kāi),即電氣類與電信類分設(shè)在不同的學(xué)院。
100多年以來(lái),電氣工程學(xué)科已發(fā)展成為覆蓋多門類交叉學(xué)科、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊的完善的學(xué)科,形成了強(qiáng)弱電結(jié)合、軟硬件結(jié)合、機(jī)電結(jié)合的學(xué)科特點(diǎn)。
國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家電氣工程學(xué)科的發(fā)展呈現(xiàn)以下趨勢(shì):
(1)在學(xué)科中融入大量信息技術(shù)知識(shí)。在全球信息化的當(dāng)今,信息技術(shù)以指數(shù)速度進(jìn)步,它曾對(duì)電氣工程學(xué)科的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用,還將為電氣工程領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供工具與技術(shù)支持,對(duì)電氣學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了決定性作用。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的著名大學(xué)(如耶魯大學(xué)、麻省理工學(xué)院等)大都把電氣工程、通信工程、計(jì)算機(jī)工程放在同一學(xué)院,以利于在電氣工程學(xué)科中融入大量的信息技術(shù)知識(shí)。
(2)與其他學(xué)科不斷交叉融合,拓展了研究領(lǐng)域,大量的研究都是在跨學(xué)科領(lǐng)域開(kāi)展的。
(3)與企業(yè)聯(lián)系密切,科技成果轉(zhuǎn)換能力強(qiáng),引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)更新。
三、電氣技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
與電氣工程學(xué)科相關(guān)的產(chǎn)業(yè)主要有電力工業(yè)、電氣裝備制造業(yè)以及幾乎所有使用電力的行業(yè),電氣技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用也主要集中在這些行業(yè)。
1.可再生能源技術(shù)
1995年全球可再生能源僅占一次能源的18%,預(yù)測(cè)到2050年可再生能源要占一次能源的22%,21世紀(jì),光伏技術(shù)、風(fēng)電技術(shù)、生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)等得到了快速發(fā)展。下面著重介紹人類的未來(lái)能源——?dú)淠???茖W(xué)家們一直致力于研究把氫能作為人類未來(lái)的能源,氫能有其他能源無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì):
(1)清潔。其反應(yīng)后的生成物為水和氮化氫,對(duì)環(huán)境沒(méi)有污染。
(2)儲(chǔ)量豐富。地球上的海水所含的氫用來(lái)發(fā)電就夠人類用數(shù)億年。
(3)熱值高。單位重量的發(fā)熱量叫熱值,氫的熱值是汽油的3倍,煤炭的4倍?,F(xiàn)在世界上很多國(guó)家正在斥巨資研究這一能源,但目前還處在實(shí)驗(yàn)室階段,距工業(yè)應(yīng)用還有一段距離。
2.輸電信技術(shù)
超導(dǎo)技術(shù)在電氣工程中的廣泛應(yīng)用已成為發(fā)展趨勢(shì)。
(1)超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)。將電能轉(zhuǎn)換為電磁能,利用超導(dǎo)線圈儲(chǔ)存起來(lái)。超導(dǎo)儲(chǔ)能系統(tǒng)是除電池儲(chǔ)能系統(tǒng)之外的又一儲(chǔ)能系統(tǒng),其使用將提高電網(wǎng)的安全性。
(2)超導(dǎo)故障限流器。利用超導(dǎo)體超導(dǎo)與正常狀態(tài)的轉(zhuǎn)變特性,快速限制電力系統(tǒng)故障短路電流,保障電網(wǎng)安全。
(3)超導(dǎo)大容量電纜??纱蟠蠼档洼旊娺^(guò)程中的電耗,提高能源效率。
靈活交流輸電技術(shù)(FACTS)。用大功率電子器實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)電壓、參數(shù)、功率、相位角等的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制,以實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性和輸電過(guò)程中的能耗。
關(guān)鍵詞:地理?xiàng)l件 市場(chǎng)規(guī)模 技術(shù)進(jìn)步 科學(xué)發(fā)展 經(jīng)濟(jì)興起
李約瑟博士(Joseph Needham,1900—1995年)是英國(guó)人,中國(guó)科學(xué)技術(shù)史專家,宏篇巨著《中國(guó)科學(xué)技術(shù)史》撰寫(xiě)者。1943年,李約瑟任英國(guó)文化委員會(huì)駐華代表和英國(guó)駐華大使館科學(xué)參贊,在華工作的三年多期間,萌發(fā)了撰寫(xiě)《中國(guó)科技史》的想法,提出了為什么中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位而到近代卻落后了的問(wèn)題。這一問(wèn)題后來(lái)被稱為“李約瑟難題”。
李約瑟把問(wèn)題的答案歸結(jié)為兩點(diǎn):一是中國(guó)官僚封建制度對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的阻礙,二是中國(guó)地理環(huán)境造成了這種情況。下面我們先介紹李約瑟的研究,并嘗試對(duì)“李約瑟難題”給予解答。
一、“李約瑟難題”和李約瑟本人的解答
李約瑟說(shuō):“西方人似乎通常認(rèn)為中國(guó)是一個(gè)純粹的農(nóng)業(yè)與藝術(shù)文明,其實(shí)不然。中國(guó)人對(duì)世界科學(xué)技術(shù)也做出了重大貢獻(xiàn)。他們?cè)谌澜缡紫劝l(fā)明了磁性指南針、炸藥、造紙術(shù)和印刷術(shù),以及接種牛痘。他們是世界上最先認(rèn)識(shí)到營(yíng)養(yǎng)缺乏癥的國(guó)家,最先發(fā)明冶煉鑄鐵的國(guó)家。在他們的傳統(tǒng)藥物中,在今天仍有幾種具有巨大的價(jià)值和用處?!?/p>
李約瑟認(rèn)為:中國(guó)人是有能力發(fā)展出世界一流的科學(xué)技術(shù)的。中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)是世界領(lǐng)先的,但是近代卻落后了。他認(rèn)為近代中國(guó)科學(xué)技術(shù)落后的根本原因有兩點(diǎn):
第一,在中國(guó),大統(tǒng)一以后的封建制度是一種“官僚封建制度”,束縛了中國(guó)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。在西方,從腓尼基人和希臘人早期的城邦(statecity)到現(xiàn)代城市,如安特衛(wèi)普和里昂,西方的歷史根本離不開(kāi)城市國(guó)家。而在中國(guó)和印度,根本沒(méi)有什么東西可以與之對(duì)應(yīng)。與西方的城市國(guó)家即“城邦”或自由城市相比,中國(guó)古代的城市,主要是農(nóng)業(yè)地區(qū)的中心,這些城市沒(méi)有與礦山或航行活動(dòng)相聯(lián)系;沒(méi)有選舉的市長(zhǎng)和高級(jí)市政官、市議員,其官員都由中央政府任命,也只對(duì)朝廷負(fù)責(zé)。這是中國(guó)文明與歐洲文明的根本不同。 古代中國(guó)在實(shí)現(xiàn)首次統(tǒng)一(可能指的是秦的統(tǒng)一)后,不是實(shí)行商業(yè)資本主義,而是實(shí)行“官僚封建制度”,官僚思想深刻地滲透到整個(gè)中國(guó)人的復(fù)雜思想中,甚至在民間傳說(shuō)中,也充滿了這種思想。在西方,科學(xué)技術(shù)的興起與商業(yè)階級(jí)的興起相聯(lián)系。但在中國(guó),商業(yè)階級(jí)從未獲得歐洲商人所獲得的那種權(quán)利。中國(guó)有許多短語(yǔ),如“重農(nóng)輕商”等,表明了在那些年代的官僚政府的指導(dǎo)性政策。在中國(guó),反對(duì)科技發(fā)展的阻力太大。而在歐洲,科技的發(fā)展卻能沖破這些阻力,取得現(xiàn)在的成就。
第二,中國(guó)所處的地理環(huán)境決定了上述情況的發(fā)生。 李約瑟問(wèn):“為什么在中國(guó)真正的封建主義并不存在?”他認(rèn)為,答案可能與極其重要的水利網(wǎng)有關(guān)。歐洲沒(méi)有季風(fēng)氣候,也沒(méi)有中國(guó)那些特別的河流與山脈,因此歐洲人不需要建造巨大的水利網(wǎng)。而中國(guó)人從很早的時(shí)候起就得去修建水利網(wǎng),而且必須從整體治理,才能解決水患問(wèn)題。水利網(wǎng)超出了任何一個(gè)封建領(lǐng)主的領(lǐng)地,所以就必須建立大一統(tǒng)的官僚封建國(guó)家。李約瑟從氣候、雨量、地理、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)環(huán)境等因素分析了中國(guó)文明不同于歐洲文明的原因,最后得出結(jié)論:“如果中國(guó)人有歐美的具體環(huán)境,而不是處于一個(gè)廣大的、北面被沙漠切斷,西面是寒冷的雪山,南面是叢林,東面是寬廣的海洋的這樣一個(gè)地區(qū),那情況將會(huì)完全不同。我將大膽斷言,情況將完全改變。那將是中國(guó)人,而不是歐洲人發(fā)明科學(xué)技術(shù)和資本主義。歷史上偉大人物的名字將是中國(guó)人的名字,而不是伽利略、牛頓和哈維等人的名字?!崩罴s瑟甚至說(shuō),如果那樣,將是歐洲人學(xué)習(xí)中國(guó)的象形文字,以便學(xué)習(xí)科學(xué)技術(shù),而不是中國(guó)人學(xué)習(xí)西方的按字母順序排列的語(yǔ)言。
對(duì)中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)的高度評(píng)價(jià),使李約瑟贏得了大部分中國(guó)人的敬重。許多中國(guó)人認(rèn)為,李約瑟把中國(guó)古代輝煌的文明重新發(fā)掘了出來(lái)。他提出的“李約瑟問(wèn)難題”,也吸引了中國(guó)學(xué)者的廣泛注意。但是絕大多數(shù)學(xué)者對(duì)李約瑟的解答并不滿意(如果滿意,也就沒(méi)有所謂“李約瑟難題”了),仍然有許多人致力于這一問(wèn)題的研究。不過(guò)直至現(xiàn)在,中國(guó)學(xué)者的解答并不比李約瑟本人的答案有多大進(jìn)展。在筆者看來(lái),在解答問(wèn)題之前,首先要弄清需要解答的問(wèn)題“是什么”,只有正確地提出了問(wèn)題,才能準(zhǔn)確地解答問(wèn)題。
二、李約瑟問(wèn)題的準(zhǔn)確表述
李約瑟并沒(méi)有把所謂的“李約瑟難題”表述清楚。
有人把這一問(wèn)題表述為,“古代中國(guó)科學(xué)技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位,為什么沒(méi)有發(fā)展出近代科學(xué)?”
另有人把這一問(wèn)題表述為,“為什么近代科學(xué)產(chǎn)生于西歐而不是中國(guó)、印度等文明古國(guó)?”
還有人把這一問(wèn)題表述為,“為什么古代中國(guó)應(yīng)用技術(shù)發(fā)達(dá),但卻沒(méi)有創(chuàng)立出理論科學(xué)?”
這幾種表述看起來(lái)似乎差別不大,但它們的側(cè)重點(diǎn)顯著不同,這就導(dǎo)致不同的探測(cè)方向。第一種表述首先確認(rèn)“古代中國(guó)科學(xué)技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位”,只是對(duì)中國(guó)沒(méi)有象西歐一樣“發(fā)展出近代科學(xué)”感到奇怪。按照這一表述,既然中國(guó)科學(xué)技術(shù)前期發(fā)達(dá)而近代落后,那么我們就應(yīng)當(dāng)在近代中國(guó)的特殊情況中尋找落后的原因。第二種表述的前提大不相同,它認(rèn)識(shí)到,不只是中國(guó)沒(méi)有發(fā)展出近代科學(xué),甚至比中國(guó)更早進(jìn)入文明社會(huì)的印度、埃及、巴比倫等文明古國(guó)(所在的地域),也都沒(méi)有產(chǎn)生近代科學(xué)。既然文明古國(guó)都沒(méi)有產(chǎn)生近代科學(xué),那就說(shuō)明文明古國(guó)陷于落后狀態(tài)具有普遍性,西歐后來(lái)居上產(chǎn)生了近代科學(xué),說(shuō)明西歐科學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有特殊性。如果要尋找近代科學(xué)產(chǎn)生的原因,那就必須研究西歐的特殊情況。第三種表述看到,古代中國(guó)令人矚目的成就主要在“應(yīng)用技術(shù)”方面,而在理論科學(xué)的歸納和創(chuàng)新上卻幾乎沒(méi)有什么成就,例如邏輯上的三段論推理和探求因果關(guān)系四法等簡(jiǎn)單的理論成果都沒(méi)有歸納出來(lái)。這一看法區(qū)分了“應(yīng)用技術(shù)”和“理論科學(xué)”,引導(dǎo)人們探討中國(guó)何以缺乏理論歸納成果的問(wèn)題。
歷史事實(shí)是,中國(guó)和其它文明古國(guó)都出現(xiàn)了許多簡(jiǎn)單的應(yīng)用技術(shù)(但無(wú)法比較誰(shuí)處于領(lǐng)先地位),近代生產(chǎn)技術(shù)的重大突破(例如蒸汽機(jī))出現(xiàn)在西歐,近論科學(xué)也在西歐建立和發(fā)展起來(lái),是西歐的經(jīng)濟(jì)成就和社會(huì)發(fā)展都遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在了世界的前列。對(duì)于這些現(xiàn)象,人們頭腦中的問(wèn)題可以歸結(jié)為:
1、文明古國(guó)為什么只出現(xiàn)一些簡(jiǎn)單的應(yīng)用技術(shù)?
2、生產(chǎn)技術(shù)的重大突破何以出現(xiàn)在西歐?
3、理論科學(xué)何以都被歐洲人總結(jié)歸納出來(lái)?
闡明這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,也就解答了所謂的“李約瑟難題”。
三、文明古國(guó)為什么只出現(xiàn)了簡(jiǎn)單的應(yīng)用技術(shù)?
根據(jù)“經(jīng)濟(jì)人行為原理”,利益追求是人類行為的永恒動(dòng)機(jī),發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)也是如此,只有那些預(yù)期收益顯然高于預(yù)期成本的發(fā)明項(xiàng)目,才會(huì)有人花費(fèi)時(shí)間和精力去進(jìn)行研制。人類發(fā)明計(jì)時(shí)鐘的過(guò)程可以很好地說(shuō)明這一原理。
15世紀(jì)時(shí),為確定遠(yuǎn)洋航行中輪船在海洋中的位置需要測(cè)算經(jīng)度,而測(cè)算經(jīng)度需要精確的計(jì)時(shí)鐘。為發(fā)明計(jì)時(shí)鐘,西班牙、荷蘭、英國(guó)都宣布給予巨額懸賞。但直到18世紀(jì),英國(guó)的哈里森幾乎耗費(fèi)了半生精力才完成計(jì)時(shí)鐘的研制,獲得了這筆賞金?,F(xiàn)在看來(lái),即使哈里森未研制成功而突然患病死亡,計(jì)時(shí)鐘也會(huì)被其他人發(fā)明出來(lái),因?yàn)楦哳~賞金是刺激人們進(jìn)行研制的基本動(dòng)力。如果沒(méi)有賞金,發(fā)明人因成果被人仿制,所獲收益就會(huì)大大低于他所付出的代價(jià),所以就不會(huì)去進(jìn)行這種研制。仿制別人的發(fā)明成果具有一種“白搭車”的利益。受“白搭車”利益的刺激,人們都想等待別人發(fā)明出來(lái)之后直接進(jìn)行仿制,所以社會(huì)只可能出現(xiàn)一些像魯班發(fā)明鋸子那樣的幾乎不需要什么成本的簡(jiǎn)單的或偶然性的發(fā)明創(chuàng)造。
高額賞金是刺激發(fā)明創(chuàng)造的好辦法。但政府懸賞的只能是重大而又緊迫的項(xiàng)目,事事都靠政府懸賞是不現(xiàn)實(shí)的,于是對(duì)發(fā)明創(chuàng)造活動(dòng)給予經(jīng)常性刺激的專利制度被人類發(fā)明出來(lái)了。假如沒(méi)有賞金和專利制度的保護(hù),許多發(fā)明創(chuàng)造項(xiàng)目的預(yù)期收益是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期成本的,因而根本不會(huì)有人去進(jìn)行研制。由于古代中國(guó)沒(méi)有形成保護(hù)發(fā)明者利益的制度,所以出現(xiàn)的發(fā)明創(chuàng)造大都具有簡(jiǎn)單和偶然的性質(zhì)。
四、技術(shù)突破受制于市場(chǎng)
不過(guò),西歐一系列技術(shù)突破出現(xiàn)時(shí),專利制度還沒(méi)有形成,所以技術(shù)突破并不是專利制度刺激的結(jié)果。美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家道格拉斯·諾思(1993年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者)在《西方世界的興起》一書(shū)中闡明,西歐生產(chǎn)技術(shù)的突破來(lái)自生產(chǎn)中精細(xì)的分工,分工來(lái)自生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大,而生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大則是人們利用市場(chǎng)興起所造成的盈利機(jī)會(huì)的結(jié)果。
中世紀(jì)前期的西歐,大部分地區(qū)還是人口稀少的廣袤的荒野。中心地區(qū)人口的自然增長(zhǎng)導(dǎo)致邊遠(yuǎn)地區(qū)的開(kāi)墾。西歐小范圍內(nèi)氣候差異大,新區(qū)之間以及新老地區(qū)之間生產(chǎn)了不同的產(chǎn)品,引起對(duì)交換的需求,于是在地區(qū)內(nèi)和地區(qū)間首先形成了小范圍的商品交換市場(chǎng);廣泛的水陸運(yùn)輸運(yùn)費(fèi)低廉,糧食、木材、羊毛、咸魚(yú)、酒類等基本產(chǎn)品(低值笨重貨物)也能夠承受遠(yuǎn)距離的運(yùn)輸費(fèi)用,逐漸形成了輻射范圍廣闊的大市場(chǎng)。市場(chǎng)擴(kuò)大刺激了制造業(yè)的發(fā)展??拷袌?chǎng)地區(qū)信息靈通,人們根據(jù)市場(chǎng)需求及時(shí)調(diào)整生產(chǎn),逐步形成了專業(yè)化的生產(chǎn)中心。制造業(yè)的專業(yè)化刺激了生產(chǎn)中的分工。羊毛織品是當(dāng)時(shí)西歐主要的制造品,其制造過(guò)程可以分解為許多細(xì)小的工序,精細(xì)的分工使人們只需要重復(fù)簡(jiǎn)單的操作,簡(jiǎn)單的操作“將人們天生的發(fā)明欲集中在 有限的一些難題上”,促使人們考慮用機(jī)械代替手工,用自然力(水力和風(fēng)力)代替人力和畜力。發(fā)明那些從事簡(jiǎn)單操作的機(jī)械,研制成本大大降低,而創(chuàng)新收益則因產(chǎn)品具有廣闊的銷路而十分可觀,吸引不少人進(jìn)行研制,于是西歐出現(xiàn)了一系列技術(shù)突破。這樣,輻射范圍廣闊的市場(chǎng)既通過(guò)生產(chǎn)中精細(xì)的分工間接降低了技術(shù)創(chuàng)新的成本,又因大量銷售產(chǎn)品而直接提高了創(chuàng)新收益。沒(méi)有市場(chǎng)發(fā)展帶來(lái)的技術(shù)創(chuàng)新收益的提高,是不可能出現(xiàn)生產(chǎn)技術(shù)突破的。
五、中國(guó)商品市場(chǎng)對(duì)生產(chǎn)技術(shù)的制約
長(zhǎng)期以來(lái),中國(guó)市場(chǎng)一直沒(méi)有發(fā)展到帶動(dòng)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的程度,因而并沒(méi)有引起精細(xì)的分工,制造業(yè)還必須進(jìn)行復(fù)雜的手工操作。直接研制和發(fā)明那些進(jìn)行復(fù)雜操作的機(jī)械裝置難度很大,發(fā)明成功的可能性很小,加上沒(méi)有利用市場(chǎng)獲利的前景,預(yù)期收益顯然大大低于預(yù)期成本,所以根本不會(huì)有人去從事研制,于是生產(chǎn)技術(shù)就陷于停滯狀態(tài)??梢?jiàn),中國(guó)生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期未出現(xiàn)突破,根本原因就在于市場(chǎng)長(zhǎng)期不發(fā)展。
喜歡追根究底的讀者會(huì)問(wèn),中國(guó)市場(chǎng)為何長(zhǎng)期不發(fā)展呢?
不少人把中國(guó)商品經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)期不發(fā)展歸咎于小農(nóng)傳統(tǒng)觀念的影響、儒家保守思想的禁錮以及歷代統(tǒng)治者的重農(nóng)抑商政策。其實(shí),小農(nóng)觀念、儒家思想和抑商政策都產(chǎn)生于社會(huì)經(jīng)濟(jì)生活,用它們來(lái)解釋市場(chǎng)發(fā)展的狀況正好顛倒了其中的因果關(guān)系。根據(jù)“經(jīng)濟(jì)人行為原理”,中國(guó)商品市場(chǎng)長(zhǎng)期不發(fā)展,也應(yīng)當(dāng)是人們?cè)谔囟ㄙY源環(huán)境下“合理選擇”的結(jié)果。
中國(guó)文明本部黃河流域的一個(gè)重要特點(diǎn)是等溫線、等降水量線都是東西方向。從現(xiàn)今陜甘交界向東一直走到山東半島大致1500公里范圍內(nèi),所經(jīng)各地的氣溫和降水都相同,所以基本產(chǎn)品相同,沒(méi)有交換必要;雖說(shuō)南北方向氣候差異較大,引起基本產(chǎn)品差異較大,但南北方向沒(méi)有天然河道可供通航,陸路運(yùn)費(fèi)又太高,南北之間不同的產(chǎn)品無(wú)法實(shí)現(xiàn)交換。由陸路運(yùn)輸形成的農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng),輻射范圍不超過(guò)10公里。農(nóng)民把產(chǎn)品運(yùn)到有差異的地區(qū)交換自己所需要的產(chǎn)品,比自己直接生產(chǎn)它們花費(fèi)的代價(jià)更高,農(nóng)民的“合理選擇”只能是調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來(lái)滿足需求,于是社會(huì)就長(zhǎng)期維持自給自足的小農(nóng)經(jīng)濟(jì)狀態(tài)。在古代中國(guó)的自然地理和交通條件下,任何兩地農(nóng)、林、牧、漁等基本產(chǎn)品(低值笨重貨物)生產(chǎn)成本的差額,都抵償不了兩地之間的運(yùn)輸費(fèi)用,所以中國(guó)不可能自發(fā)形成大規(guī)模的基本物品的交易市場(chǎng)。
從經(jīng)濟(jì)上看,能夠承受遠(yuǎn)距離運(yùn)輸費(fèi)用的商品是有限的。黃金、珠寶等貴重物品當(dāng)然能夠承受遠(yuǎn)距離的運(yùn)費(fèi)。除黃金、珠寶等貴重物品外,中國(guó)古代市場(chǎng)上交易的物品還有瓷器、絲綢、香料、茶葉等本身價(jià)值不高但產(chǎn)地有限的特殊物品,但由于運(yùn)輸費(fèi)用很高,它們到達(dá)最終消費(fèi)地時(shí)都成了普通百姓消費(fèi)不起的“奢侈品”,所以對(duì)市場(chǎng)發(fā)展的刺激作用并不大。在中國(guó),也許只有經(jīng)銷百姓日常生活所必需的鹽、鐵這兩種商品才有利可圖,但從春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代起國(guó)家就逐漸壟斷了鹽鐵的經(jīng)營(yíng),對(duì)私自經(jīng)銷鹽鐵者要進(jìn)行嚴(yán)厲制裁。由于經(jīng)銷基本產(chǎn)品難以致富,所以商人只能依靠行奸弄巧或者販賣違禁物品發(fā)財(cái),結(jié)果“奸商”和“私販”幾乎成了中國(guó)商人的代名詞。在統(tǒng)治者看來(lái),商人對(duì)社會(huì)的積極作用還抵償不了他們對(duì)社會(huì)造成的危害(商業(yè)稅收不能補(bǔ)償管理費(fèi)用),所以直到時(shí)代,國(guó)家仍然采取重農(nóng)抑商政策。抑商政策當(dāng)然會(huì)對(duì)市場(chǎng)發(fā)展更為不利。但由于上面已分析的原因,即使沒(méi)有抑商政策,中國(guó)市場(chǎng)也不可能自發(fā)發(fā)展起來(lái)。
六、技術(shù)發(fā)明與理論科學(xué)
在英語(yǔ)中,“科學(xué)”和“技術(shù)”完全是兩個(gè)概念,技術(shù)是指實(shí)用技術(shù)、應(yīng)用技術(shù),它能夠直接應(yīng)用于生產(chǎn),創(chuàng)造出新的產(chǎn)品或者提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,簡(jiǎn)單地說(shuō)就是能夠直接獲得利益,科學(xué)則不同,它是人們認(rèn)識(shí)世界的產(chǎn)物,所以往往稱為“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”,在形式上主要表現(xiàn)為理論的東西??茖W(xué)和技術(shù)的關(guān)系頗為復(fù)雜。有的科學(xué)發(fā)現(xiàn)(理論)容易轉(zhuǎn)化成應(yīng)用技術(shù),使人獲得具體利益,例如科法拉第發(fā)現(xiàn)并歸納出電磁感應(yīng)定律,這屬于科學(xué)(發(fā)現(xiàn))。當(dāng)人們利用這一定律制造出發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)時(shí),科學(xué)就轉(zhuǎn)化為技術(shù),直接應(yīng)用于生產(chǎn)造福于人類了。有的科學(xué)雖然不能直接轉(zhuǎn)化為技術(shù),但對(duì)基本生產(chǎn)活動(dòng)可以作出指導(dǎo)性貢獻(xiàn),例如牛頓的力學(xué)定律;還有的科學(xué)則不容易轉(zhuǎn)化為應(yīng)用技術(shù)或者根本不能服務(wù)生產(chǎn),例如四色原理的證明、費(fèi)爾馬定理的證明、哥德巴赫猜想的論證等,它們與應(yīng)用技術(shù)相差很遠(yuǎn),很難把它們應(yīng)用到生產(chǎn)中創(chuàng)造財(cái)富。
歐洲科學(xué)興起的歷史表明,理論科學(xué)是由技術(shù)發(fā)展推動(dòng)的。如果技術(shù)發(fā)展沒(méi)有提出需要給予理論解答的問(wèn)題,也就根本不會(huì)有理論科學(xué)的出現(xiàn)。關(guān)鍵問(wèn)題在于,既然理論科學(xué)并不直接服務(wù)于生產(chǎn),不能使理論發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新者獲得利益,何以會(huì)有人去從事理論研究呢?
大多數(shù)情況下,基本原理的歸納者都是實(shí)踐者,他們需要在實(shí)踐中應(yīng)用理論,這就使他們直接獲得了收益。但復(fù)雜、高深的理論卻不能由實(shí)踐者發(fā)現(xiàn)和提出,往往來(lái)自于大學(xué)任教的學(xué)者或國(guó)家的研究機(jī)構(gòu),因?yàn)檫@些高深、復(fù)雜的理論無(wú)法直接獲得利益,所以也只能夠由國(guó)家資助。
古代中國(guó)沒(méi)有創(chuàng)造出理論科學(xué),道理可以從兩個(gè)方面去理解。從容易轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)技術(shù)的理論科學(xué)上說(shuō),中國(guó)市場(chǎng)發(fā)展(更正確些說(shuō)是不發(fā)展)的狀況制約了生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和操作中的分工,導(dǎo)致生產(chǎn)技術(shù)陷于停滯,根本提不出需要解決的理論問(wèn)題。從這一方面說(shuō),中國(guó)人沒(méi)有創(chuàng)立理論科學(xué),實(shí)在是順理成章的事情。從無(wú)法轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)技術(shù)的復(fù)雜、高深的理論創(chuàng)新來(lái)說(shuō),它們都建立在對(duì)基本原理進(jìn)行科學(xué)歸納的基礎(chǔ)上。中國(guó)在理論創(chuàng)新上沒(méi)有多大貢獻(xiàn),是因?yàn)闆](méi)有人去進(jìn)行基本原理的歸納;之所以沒(méi)有人去進(jìn)行歸納,是由于長(zhǎng)期停滯于自給自足狀態(tài)的經(jīng)濟(jì)生活沒(méi)有產(chǎn)生出對(duì)科學(xué)原理進(jìn)行理論歸納的“需求”。邏輯上的三段論和探求因果關(guān)系四法(求同法、求異法、共變法、剩余法)都是如此。中國(guó)人也早已使用這些方法進(jìn)行推理,探求事物的因果關(guān)系。之所以沒(méi)有人對(duì)其進(jìn)行歸納,是因?yàn)檫@種歸納對(duì)當(dāng)時(shí)的中國(guó)社會(huì)沒(méi)有作用——不但終生活動(dòng)在幾公里范圍內(nèi)的農(nóng)民不需要它們,而且統(tǒng)治國(guó)家的軍政官僚和文人學(xué)者也都不需要它們,所以歸納出來(lái)寫(xiě)成書(shū)也沒(méi)有人看,寫(xiě)書(shū)人將得不到任何補(bǔ)償,所以沒(méi)有人進(jìn)行歸納就是沒(méi)有人去做對(duì)人對(duì)己都無(wú)用的工作。這一歸納工作之所以由英國(guó)哲學(xué)家穆勒完成,是由于英國(guó)經(jīng)濟(jì)生活的發(fā)展已經(jīng)產(chǎn)生出對(duì)這些方法進(jìn)行總結(jié)歸納的“需求”,為滿足社會(huì)需求而進(jìn)行的這一歸納工作也能夠使個(gè)人獲得實(shí)際利益。
可以認(rèn)為,中國(guó)歷史上理論創(chuàng)新成果很少,是因?yàn)橹袊?guó)的經(jīng)濟(jì)生活沒(méi)有為中國(guó)人的創(chuàng)新精神創(chuàng)造出獲利的空間。
七、李約瑟評(píng)價(jià)
許多中國(guó)人以為李約瑟在“科學(xué)技術(shù)史”學(xué)界占有很高地位,其實(shí)不然,即使在他的母校英國(guó)劍橋大學(xué),他也不具有多高的學(xué)術(shù)地位??梢哉J(rèn)為,中國(guó)人推崇李約瑟博士,不是由于他在學(xué)術(shù)上的造詣,而是由于他對(duì)中國(guó)人的感情。
作為把中國(guó)古代科學(xué)技術(shù)成就介紹給全世界的“科學(xué)技術(shù)史專家”,李約瑟博士理所當(dāng)然地贏得了中國(guó)人的愛(ài)戴和尊敬。但是他關(guān)于“古代中國(guó)科學(xué)技術(shù)一直處于世界領(lǐng)先地位”的論斷,他把“科學(xué)”和“技術(shù)”混為一談的做法,他關(guān)于近代科學(xué)技術(shù)落后原因的探討,都表明他根本不懂得科學(xué)技術(shù)發(fā)展的原理。
首先,關(guān)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)先于世界的說(shuō)法,完全是李約瑟博士的主觀臆斷。如前所述,一般應(yīng)用技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明具有偶然性,所以根本無(wú)法比較誰(shuí)先進(jìn)誰(shuí)落后。從理論科學(xué)說(shuō),古希臘的歐幾里德早在兩千多年前就創(chuàng)立了平面幾何的公理體系,用邏輯方法推導(dǎo)出幾何學(xué)大廈。初學(xué)幾何的人往往瞧不起“兩點(diǎn)之間線段最短”這樣的道理,因?yàn)檫@樣的道理不僅童叟皆知,而且連狗都知道(跑近路),所以關(guān)鍵問(wèn)題并不在于知道不知道一些道理,而在于能不能把它用理論科學(xué)的形式歸納出來(lái)。直至19世紀(jì)人們才認(rèn)識(shí)到到,任何科學(xué)都必須建立在公理體系的基礎(chǔ)上,人們因而更感到歐幾里德的偉大。古代中國(guó)根本不存在理論科學(xué),怎么能夠硬說(shuō)“古代中國(guó)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)先于世界”呢?
李約瑟之所以認(rèn)為“古代中國(guó)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)先于世界”,也許正與他不能把“科學(xué)”和“技術(shù)”嚴(yán)格區(qū)分有關(guān)。由于古代中國(guó)并不存在真正的“科學(xué)”(這一說(shuō)法往往使過(guò)分推崇中華文明的人難以接受),所以近代以來(lái)的翻譯家就把科學(xué)和技術(shù)連帶統(tǒng)稱為“科學(xué)技術(shù)”,導(dǎo)致許多中國(guó)人把“科學(xué)”和“技術(shù)”混同理解,這是可以理解的。但李約瑟博士是英國(guó)人,把英語(yǔ)中差別很大的兩個(gè)概念混同理解,則是難以原諒的。
其次,李約瑟解答“難題”的方向,與問(wèn)題本身的提法也自相矛盾,違背了最起碼的邏輯。他提出問(wèn)題前提是,古代中國(guó)科學(xué)技術(shù)一直走在世界前列,只是在近代(15世紀(jì)以后)才落后了。既然古代中國(guó)近代科學(xué)技術(shù)處于世界領(lǐng)先地位,那就不能到形成古代社會(huì)的情況中探討原因。但是李約瑟(的回答)卻正好立足于遙遠(yuǎn)的古代,他把原因追溯到中國(guó)古代的官僚政治,這一制度至遲在公元前221年就已經(jīng)形成了。他在探討形成官僚政治的原因時(shí),又談到了中國(guó)地理環(huán)境導(dǎo)致的治理水患的必要,這一探討實(shí)際上又追溯到大禹治水時(shí)代。就地理環(huán)境來(lái)說(shuō),它從中華民族誕生時(shí)起就一直在起作用。既然它們能夠促使中國(guó)“古代”科學(xué)技術(shù)“居于世界領(lǐng)先地位”,那就根本不可能用它們解釋近中國(guó)代科學(xué)技術(shù)的落后。
李約瑟關(guān)于中國(guó)建立水利網(wǎng)的材料及其分析,最早見(jiàn)于19世紀(jì)英國(guó)東印度公司向英國(guó)政府的報(bào)告,這一材料和分析與歷史事實(shí)相差很遠(yuǎn)。中國(guó)文明本部的黃河流域,農(nóng)業(yè)基本上靠天然降雨,從來(lái)就沒(méi)有修建抗旱水利網(wǎng)。按照材料中治理水患的說(shuō)法,都是指在洪澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)組織人力疏通洪水使之流入大海(大禹治水),但黃河泥沙含量大,下游經(jīng)常淤積改道,直至現(xiàn)在也沒(méi)有形成水利網(wǎng),治理水患與中國(guó)統(tǒng)一政權(quán)的建立根本沒(méi)有關(guān)系,用它解釋中國(guó)統(tǒng)一政權(quán)的建立甚至沒(méi)有道理。
最后,李約瑟所談到的中國(guó)近代科學(xué)技術(shù)落后的兩個(gè)原因,在邏輯上根本不能并列。按照他的看法,官僚制度的阻礙應(yīng)是直接原因,而地理?xiàng)l件則是形成官僚制度的原因,所以可以看作是科學(xué)技術(shù)落后的根本原因。李約瑟把它們并列為兩個(gè)原因,邏輯上陷于的混亂。
關(guān)鍵詞:教育技術(shù)學(xué);歷史研究;發(fā)展脈絡(luò)
中圖分類號(hào):G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-8454(2016)04-0020-04
一、引言
對(duì)歷史的研究通常能幫助我們尋找規(guī)律以更好地預(yù)知未來(lái),科學(xué)研究同樣如此,要把握任何學(xué)科的未來(lái),最好途徑就是先了解其歷史。因此學(xué)科歷史研究是非常重要的一種學(xué)術(shù)方法。從某種意義來(lái)說(shuō),對(duì)學(xué)科歷史研究和反思的重要性甚至不亞于學(xué)科基礎(chǔ)理論的研究,這種反思的深度廣度,對(duì)該學(xué)科理論體系的形成和發(fā)展都是非常重要的。
學(xué)科史研究服務(wù)于該學(xué)科的需要,通常關(guān)注本學(xué)科領(lǐng)域里主要理論問(wèn)題的來(lái)源、解決情況以及解決方法等。通過(guò)研究學(xué)科的起源及發(fā)展歷程,梳理出學(xué)科發(fā)展的清晰脈絡(luò),確保該學(xué)科的理論體系的自主性和基本價(jià)值,是所有學(xué)科發(fā)展的重要前提,對(duì)于教育技術(shù)學(xué)這一年輕學(xué)科來(lái)說(shuō)同樣如此。通過(guò)對(duì)教育技術(shù)/教育技術(shù)學(xué)發(fā)展歷史中重大事件、重要人物以及重要思想體系產(chǎn)生過(guò)程的研究,有助于我們深入分析領(lǐng)會(huì)教育技術(shù)學(xué)的學(xué)科理論體系的形成及其發(fā)展演變過(guò)程。這種歷史研究的方法和分析角度對(duì)我們梳理教育技術(shù)學(xué)科,尋找學(xué)科自身發(fā)展演變規(guī)律,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)都是非常重要的。
二、科學(xué)史主要研究方法對(duì)比分析
目前,科學(xué)史的研究主要有三種方法,分別是以科學(xué)史學(xué)科創(chuàng)始人薩頓為代表的實(shí)證主義編年史方法,以柯瓦雷為代表的思想史編史方法以及以默頓和貝爾納為代表的社會(huì)學(xué)方法。
以科學(xué)史學(xué)科的主要?jiǎng)?chuàng)始人喬治?薩頓為代表的實(shí)證主義史學(xué)觀認(rèn)為科學(xué)是實(shí)證知識(shí),而科學(xué)史則是實(shí)證知識(shí)的積累史,其研究方法通常采用以大事年表的方法記錄歷史上出現(xiàn)的所有科學(xué)知識(shí)和技術(shù)知識(shí)。由法國(guó)科學(xué)史家柯瓦雷開(kāi)創(chuàng)的思想史編史家們則認(rèn)為:科學(xué)本質(zhì)上是觀念,科學(xué)觀念的發(fā)展是內(nèi)在的和自主的,科學(xué)史是觀念內(nèi)在更替的思想史。與編年史研究方法相比,思想史研究方法既能從某個(gè)特定學(xué)術(shù)領(lǐng)域中尋找和選擇能夠代表其不同發(fā)展階段的代表性科學(xué)事實(shí)和關(guān)鍵技術(shù),又能深入分析這些科學(xué)事實(shí)和技術(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系和演變規(guī)律,在科學(xué)研究的系統(tǒng)性上面有了一定的進(jìn)步。以默頓和貝爾納為代表的科學(xué)社會(huì)史家們則認(rèn)為:科學(xué)本質(zhì)上是一種社會(huì)活動(dòng),因而科學(xué)史可以而且應(yīng)該寫(xiě)成科學(xué)與其它社會(huì)文化因素的互動(dòng)史??茖W(xué)社會(huì)史研究方法的主要特點(diǎn)在于其主張?jiān)谘芯靠茖W(xué)發(fā)展的同時(shí)結(jié)合對(duì)應(yīng)時(shí)代的社會(huì)背景。
實(shí)證主義編年史研究有助于人們快速而清晰地了解某一科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展歷程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和主要脈絡(luò),但對(duì)重大科學(xué)事件背后隱藏的科學(xué)演變規(guī)律卻未作過(guò)多探究??茖W(xué)思想史和科學(xué)社會(huì)史的研究者們?cè)趯?duì)科學(xué)人物、科學(xué)事件和科學(xué)成果進(jìn)行記錄和總結(jié)的同時(shí),還試圖通過(guò)歷史解釋的方式來(lái)尋找其產(chǎn)生的根本原因以及發(fā)展規(guī)律。在學(xué)科史研究過(guò)程中,如果想找出蘊(yùn)含于其中的歷史規(guī)律,最好的方法是對(duì)上述幾種方法取長(zhǎng)補(bǔ)短,結(jié)合學(xué)科自身特點(diǎn)加以綜合運(yùn)用,我們?cè)谶M(jìn)行教育技術(shù)和教育技術(shù)學(xué)的歷史研究時(shí)同樣需要如此。
三、教育技術(shù)學(xué)歷史研究的主要方法
在充分借鑒了科學(xué)史的主要研究方法后,教育技術(shù)學(xué)歷史研究者們最終形成了關(guān)鍵事件編年史研究、范式研究和學(xué)術(shù)人物思想研究等三種不同方法,由此也分別形成了不同視角下的教育技術(shù)/教育技術(shù)學(xué)發(fā)展史。
1. 教育技術(shù)學(xué)的編年史研究
與其他科學(xué)編年史相同,教育技術(shù)編年史研究也是對(duì)教育技術(shù)領(lǐng)域曾經(jīng)發(fā)生的各類事件進(jìn)行整理,通過(guò)分析其對(duì)本領(lǐng)域的影響程度來(lái)進(jìn)行選擇,最終形成不同時(shí)間點(diǎn)具有代表性的教育技術(shù)重大事件列表。
目前已有很多各具特點(diǎn)的教育技術(shù)/教育技術(shù)學(xué)大事年表,如美國(guó)佐治亞大學(xué)Julie Moore 主講的《教育技術(shù)學(xué)導(dǎo)論》課程中,學(xué)生Saeid Roushanzamir和 Emily Giles 創(chuàng)建并維護(hù)了一個(gè)教育技術(shù)學(xué)大事年表(表1),該表的時(shí)間段基本上是從1920年代前后一直到2000年前后。針對(duì)每個(gè)時(shí)段里的重要事件都有較詳細(xì)的說(shuō)明和分析,其中列出每個(gè)年代出現(xiàn)的重要理論,如20世紀(jì)50年代的行為主義理論,20世紀(jì)60年代的系統(tǒng)方法,20世紀(jì)70年代行為主義理論開(kāi)始向認(rèn)知主義理論轉(zhuǎn)化,20世紀(jì)80年代微型計(jì)算機(jī)的普及所帶來(lái)的對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的巨大影響以及績(jī)效技術(shù)的出現(xiàn),20世紀(jì)90年代建構(gòu)主義理論的出現(xiàn)等。從這個(gè)大事年表中,我們可以通過(guò)那些對(duì)教育技術(shù)學(xué)科發(fā)展有重大影響的事件來(lái)把握教育技術(shù)基礎(chǔ)理論的發(fā)展歷程。
2. 教育技術(shù)學(xué)的范式研究
美國(guó)科學(xué)史家、科學(xué)哲學(xué)家托馬斯?庫(kù)恩在其代表作《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》中首次提出了范式的概念,為當(dāng)代科學(xué)思想研究建立了一個(gè)重要討論基礎(chǔ)。范式實(shí)際上就是在某個(gè)科學(xué)領(lǐng)域內(nèi),研究者們遵循的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)理論、思想觀念以及相應(yīng)的研究方法的總和,也就是研究者們對(duì)于特定對(duì)象所使用的各種研究工具和方法構(gòu)成的體系。
在教育技術(shù)學(xué)研究領(lǐng)域,以庫(kù)恩范式理論為指導(dǎo)來(lái)解讀和詮釋教育技術(shù)學(xué)發(fā)展歷史成為一種重要思路。不少學(xué)者根據(jù)自己的思考,分別提出了不同的教育技術(shù)范式體系,其中比較有代表性和影響力的范式體系如賽特勒的教學(xué)技術(shù)四范式理論,即:媒體范式、傳播與系統(tǒng)范式、行為科學(xué)范式、認(rèn)知科學(xué)范式,蒂莫西?克詩(shī)曼提出的包括計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)范式、智能導(dǎo)師系統(tǒng)(ITS)范式、(Logo-as-Latin)范式以及計(jì)算機(jī)支持的合作學(xué)習(xí)(CSCL)范式等。運(yùn)用科學(xué)范式理論研究教育技術(shù)學(xué)既有積極的推動(dòng)意義也有消極影響,因?yàn)榉妒嚼碚撍珜?dǎo)的多元化既能有助于從不同研究角度推進(jìn)教育技術(shù)學(xué)發(fā)展,也可能影響教育技術(shù)學(xué)統(tǒng)一規(guī)范的理論體系的形成。
3.教育技術(shù)學(xué)的學(xué)術(shù)人物思想研究
學(xué)科基礎(chǔ)理論的最終形成通??梢钥醋髟搶W(xué)術(shù)領(lǐng)域大師們的理論思想與實(shí)踐研究的積累和沉淀。運(yùn)用思想史研究方法,研讀和分析教育技術(shù)學(xué)科發(fā)展過(guò)程中的關(guān)鍵學(xué)術(shù)論著及其包含的觀念和思想,既能從中梳理出引導(dǎo)學(xué)科發(fā)展方向的線索,研究成果最終也可以構(gòu)成學(xué)科基礎(chǔ)理論體系的基石。
雖然教育技術(shù)學(xué)的歷史比較短暫,但在其產(chǎn)生和發(fā)展過(guò)程中,本學(xué)科和相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)無(wú)數(shù)學(xué)識(shí)卓越的大師通過(guò)智慧和努力,為學(xué)科的誕生與發(fā)展壯大提供了寶貴的思想。例如世界上第一部系統(tǒng)的教育學(xué)理論巨著――夸美紐斯的《大教學(xué)論》,給出了很多教育基本理論的界定,成為教育學(xué)及其分支學(xué)科教育技術(shù)學(xué)的理論基石。心理學(xué)家桑代克、斯金納將行為反射理論應(yīng)用于教育心理學(xué);此外,皮亞杰的認(rèn)知理論,香農(nóng)的信息理論和拉斯韋爾、施拉姆對(duì)信息傳播模式的定義對(duì)教育傳播學(xué)后續(xù)發(fā)展的影響。皮亞杰、布魯納、維果斯基、格拉斯菲爾德等人對(duì)于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的體系形成和發(fā)展的影響等。這些例子都說(shuō)明不同歷史階段代表性人物的學(xué)術(shù)思想對(duì)教育技術(shù)學(xué)科的巨大推動(dòng)作用。
對(duì)教育技術(shù)學(xué)界重要人物的學(xué)術(shù)思想史進(jìn)行追溯與解讀,系統(tǒng)介紹、分析研究和評(píng)價(jià)大師們的學(xué)術(shù)思想,是教育技術(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論問(wèn)題研究以及學(xué)科理論體系建設(shè)的重要內(nèi)容,有助于理清教育技術(shù)重要理論的發(fā)展及沿革規(guī)律。
四、不同視角結(jié)合的教育技術(shù)學(xué)發(fā)展線索
教育技術(shù)學(xué)歷史研究的上述三種方法各有優(yōu)點(diǎn)和不足。例如僅關(guān)注教育技術(shù)學(xué)的歷史事件,往往容易迷失于其中,難以從中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。同樣,如果脫離歷史事件進(jìn)行范式研究或是學(xué)術(shù)人物思想研究同樣無(wú)法真正把握教育技術(shù)學(xué)的歷史脈絡(luò),我們必須融匯和綜合運(yùn)用各種歷史研究方法,結(jié)合教育技術(shù)歷史研究三種方法的優(yōu)缺點(diǎn),分別通過(guò)關(guān)鍵事件年表、研究主題和范式的演變以及主要學(xué)術(shù)人物思想演變的過(guò)程梳理出多視角下的教育技術(shù)歷史發(fā)展脈絡(luò)。
1.理論與技術(shù)視角下教育技術(shù)學(xué)歷史發(fā)展演化線索
各種理論與技術(shù)隨時(shí)間逐漸引入教育,使得教育技術(shù)學(xué)研究的主題與研究對(duì)象也經(jīng)歷了不斷的演變,如果以各類技術(shù)發(fā)展對(duì)教育技術(shù)學(xué)及其研究主題的影響作為分析線索,可以清晰地看出歷史演進(jìn)線索,如圖1所示。
針對(duì)上述教育技術(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)、技術(shù)及研究主題的歷史演變,可以借鑒塞特勒范式概念來(lái)解讀和綜合研究其發(fā)展線索,可以綜合應(yīng)用媒體范式和傳播與系統(tǒng)范式來(lái)研究直觀教學(xué)到視聽(tīng)傳播這條線索,綜合應(yīng)用行為主義范式和認(rèn)知科學(xué)范式來(lái)研究個(gè)別化學(xué)習(xí)演化這條線索,這能夠在一定程度上反映理論基礎(chǔ)與技術(shù)進(jìn)步影響下的教育技術(shù)學(xué)演進(jìn)規(guī)律。
2.基礎(chǔ)理論與學(xué)術(shù)思想視角下的教育技術(shù)學(xué)發(fā)展線索
教育技術(shù)學(xué)發(fā)展歷程的關(guān)鍵階段,往往都是隨著技術(shù)進(jìn)步的影響及其他相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科理論的發(fā)展,對(duì)本學(xué)科重要學(xué)術(shù)人物產(chǎn)生了較大影響,令其深入思考后提出帶有突破性的觀點(diǎn)和理論而推動(dòng)的。如美國(guó)教育技術(shù)學(xué)發(fā)展過(guò)程中,以戴爾、芬恩為代表的早期媒體派教學(xué)專家的研究工作;二十世紀(jì)五十年代傳播學(xué)的影響和行為主義心理學(xué)發(fā)起的程序教學(xué)和教學(xué)機(jī)器運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的從媒體研究向整體教學(xué)過(guò)程研究的發(fā)展,使系統(tǒng)科學(xué)研究方法逐漸開(kāi)始成為教育技術(shù)學(xué)科重要的理論基礎(chǔ)和研究方法;此后學(xué)習(xí)心理學(xué)發(fā)展推動(dòng)學(xué)習(xí)科學(xué)逐漸成為教育技術(shù)學(xué)基礎(chǔ)理論,使系統(tǒng)化的教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)開(kāi)發(fā)成為教育技術(shù)學(xué)研究的主戰(zhàn)場(chǎng)。相關(guān)學(xué)術(shù)思想和研究成果不斷開(kāi)拓著教育技術(shù)學(xué)研究視野,逐步形成和完善了學(xué)科研究的理論基礎(chǔ)。因此,不同學(xué)術(shù)人物之間的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)和研究方法的溝通交流與融合貫通,在一定程度上促進(jìn)了學(xué)科理論體系的不斷充實(shí)和完善。
五、多視角結(jié)合的教育技術(shù)學(xué)歷史發(fā)展脈絡(luò)
結(jié)合上面所說(shuō)的教育技術(shù)歷史關(guān)鍵事件、研究范式的演變以及學(xué)術(shù)人物思想的碰撞與交互過(guò)程,我們可以嘗試著綜合運(yùn)用這些方法來(lái)梳理出一條清晰而易于理解的教育技術(shù)學(xué)發(fā)展脈絡(luò)。例如,可以應(yīng)用賽特勒四范式結(jié)合歷史事件、理論發(fā)展及代表學(xué)術(shù)人物思想影響來(lái)梳理出20世紀(jì)30年代至目前的教育技術(shù)學(xué)發(fā)展脈絡(luò)和演進(jìn)關(guān)系。
從上圖中不難看出,在教育技術(shù)的演變過(guò)程中,在不同歷史時(shí)期,所產(chǎn)生的關(guān)鍵事件,能夠帶來(lái)教育技術(shù)研究視野和角度的變化,對(duì)于相應(yīng)時(shí)期的學(xué)術(shù)人物的學(xué)術(shù)觀念會(huì)帶來(lái)很大的影響,由此推動(dòng)其學(xué)術(shù)思想的變化和豐富完善,這種多因素的共同影響,在大多數(shù)情況下,構(gòu)成了推動(dòng)教育技術(shù)學(xué)科發(fā)展的全部動(dòng)力。
六、結(jié)語(yǔ)
教育技術(shù)學(xué)作為真正意義的學(xué)科的出現(xiàn)和發(fā)展實(shí)際上都與現(xiàn)代教育技術(shù)自身的出現(xiàn)和發(fā)展息息相關(guān)、相輔相承,而教育技術(shù)的發(fā)展是科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與教育實(shí)踐的需求相結(jié)合的產(chǎn)物。不同階段的教育技術(shù)發(fā)展都受到社會(huì)發(fā)展的影響,從不同角度的教育技術(shù)學(xué)發(fā)展史中,都能明顯的看出這一點(diǎn)。
在教育技術(shù)與教育技術(shù)學(xué)的歷史發(fā)展進(jìn)程中,教育技術(shù)學(xué)的研究對(duì)象在不斷發(fā)展開(kāi)拓,從主要注重視覺(jué)媒體及其教育應(yīng)用,到視聽(tīng)媒體、再到視聽(tīng)傳播、教育制度,從只關(guān)注學(xué)校教育本身到關(guān)注學(xué)校以外的政治、經(jīng)濟(jì)、文化等隱性因素,從注重借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家的教育經(jīng)驗(yàn)到注重國(guó)際教育和發(fā)展教育等,教育技術(shù)學(xué)的研究對(duì)象在不斷向縱橫方向深入發(fā)展,這種研究的深入也在不斷推動(dòng)教育技術(shù)學(xué)的學(xué)科體系自身的不斷深入和完善。
在教育技術(shù)研究中綜合運(yùn)用多種研究方法,能夠幫助我們克服單一視角和單一研究方法所帶來(lái)的局限性,有助于梳理出更加清晰、完整和易于理解的教育技術(shù)學(xué)發(fā)展脈絡(luò)。在研究中應(yīng)堅(jiān)持歷史與邏輯的同一原則,既注重對(duì)事實(shí)的敘述,也注重對(duì)事實(shí)背后影響因素的邏輯分析,應(yīng)將教育技術(shù)學(xué)的發(fā)展過(guò)程置身于科學(xué)、技術(shù)以及教育發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中進(jìn)行考察,在不同歷史時(shí)期、不同國(guó)家間進(jìn)行比較研究,同時(shí)要結(jié)合我國(guó)特定歷史時(shí)期社會(huì)狀況來(lái)做研究和分析。
作為比較年輕的學(xué)科,現(xiàn)代教育技術(shù)誕生和發(fā)展還不到一百年,在基礎(chǔ)理論建設(shè)上還很不成熟。對(duì)于這樣發(fā)展迅速的新興交叉學(xué)科,對(duì)其歷史和理論的總結(jié)、研究和反思就顯得更加重要。為解決學(xué)科高速發(fā)展同時(shí)帶來(lái)的一系列需要正視和解決的問(wèn)題,所有教育技術(shù)理論工作者需要做的是冷靜總結(jié)學(xué)科發(fā)展歷史,尋找客觀規(guī)律,分析和預(yù)測(cè)變化趨勢(shì),探尋保證本學(xué)科可持續(xù)性發(fā)展的正確道路!
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