自然辩证法在电气工程中的应用

2013-2014学年第二学期
《自然辩证法概论》期末课程论文
自然辩证法在电气工程中的应用——以电气工程的发展历程及前景为例
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完成时间：2014年4月7日
摘要
科学家进行具体科学的研究都是在某种世界观的方法论的指导下进行的，缺乏正确的世界观和方法论的指导，科学研究就会失去正确的方向。

电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，是以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术。

自然辩证法是自然界发展和科学技术发展的一般规律、人类认识和改造自然的一般方法以及科学技术在社会发展中的作用。

自然辩证法的思想和方法论不仅的电气工程发现和发明中得到了广泛应用，而且渗透到了电气工程实践，对电气工程的发展起到了无形的推动作用。

本文通过对电气工程学科技术的发展历程及前景进行分析和阐述，找到自然辩证法在其中的一些应用，以引起电气工程从业者对自然辩证法的重视，并给出一些电气工程技术教学的方法。

关键词：电气工程；自然辩证法；科学认识论；科学假说；电力系统
目录
引言 (1)
一、自然辩证法简述................................. 错误!未定义书签。

二、电气工程的发展历程及前景 (2)
(一) 电气工程技术发展分析 (2)
(二) 电气工程学科发展分析....................... 错误!未定义书签。

(三) 电气工程发展前景........................... 错误!未定义书签。

三、自然辨证法在电气工程中的应用举例及分析......... 错误!未定义书签。

(一) 科学认识论与电生磁、磁生电................. 错误!未定义书签。

(二) 科学假说与麦克斯韦方程组................... 错误!未定义书签。

(三) 技术预测与电力系统负荷预测 (5)
(四) 工程过程论与电力系统规划................... 错误!未定义书签。

(五)技术创新发展与电力新能源................... 错误!未定义书签。

结论与建议 ......................................... 错误!未定义书签。

参考文献 .. (9)
引言
科学技术工作者经常会对哲学不屑一顾，他们会认为哲学无非是一些抽象的空谈，并不具有多大的科学价值，与他们所从事的具体研究并无多少直接联系。

这种思想对科技工作者是十分有害的。

顶尖的科学家都会意识到他们取得成功的原因往往并不是那些具体专业中的直接性材料，而是对这些材料进行处理的方法。

爱因斯坦曾经说过：“如果把哲学理解为在最普遍和最广泛的表达式中对知识的追求，那么显然，哲学就可以被认为是全部科学研究之母。

”哲学为具体科学提供世界观和方法论的指导，科学家进行具体科学的研究都是在某种世界观的方法论的指导下进行的，缺乏正确的世界观和方法论的指导，科学研究就会失去正确的方向，甚至陷入混乱和失败。

电气工程是研究电磁领域的客观规律及其应用的科学技术，是以电工科学中的理论和方法为基础而形成的工程技术。

根据电气工程学科的发展现状，可将其分为相对独立的五个分学科：电机与电器、电力电子与电力传动、电力系统及其自动化、高电压与绝缘技术、电工理论与新技术。

电气工程学科除具有其各分支学科的专业理论外，还具有本学科的共性基础理论（电路理论、电磁场理论、电磁计量理论等），它与基础科学（物理、数学等）中的相应分支具有密切的联系，但有具有明显的差别。

因为基础科学的主要任务是认识客观世界的本质及其内在的规律，而技术科学的目的则在于改造客观世界以达到人们的预定要求。

所以，电气工程的基础理论所研究的对象是经过人类加工改造后出现的新现象，而不是自然界固有的现象；另外，不能只限于对现象的分析，还应包括实现所需现象的综合技术以及为此所需的代价，从而使其实现的方法和途径也占有很重要的地位。

本文通过对电气工程学科技术的发展历程及前景进行分析和阐述，找到自然辩证法在其中的一些应用，以期引起电气工程技术从业者对自然辩证法及哲学的指导作用的重视，并给出一些高校电气工程教学的方法。

一、自然辩证法简述
自然辩证法是马克思主义的重要组成部分，其研究对象是自然界发展和科学技术发展的一般规律、人类认识和改造自然的一般方法以及科学技术在社会发展中的作用。

自然界生存和演化的一般规律是自然辩证法的根本研究对象；科学技术活动和发展的一般规律，是自然辩证法的基本研究对象；科学技术在社会发展中的作用，是当代自然辩证法的主要研究对象。

自然辩证法具有哲学性质，但又不局限于哲学。

它主要研究自然界和科学技
术发展中较为普遍的一般规律，具有哲学特点；它既不同于自然科学和技术的各门具体科学，也不同于对整个世界作更高度概括的一般哲学原理。

自然辨证法是整个马克思主义的重要组成部分，涉及马克思主义哲学、政治经济学和科学社会主义三大组成。

它坚持用辩证唯物主义和历史唯物主义的基本观点，探讨自然观和认识论、方法论问题，也进一步探讨科学技术与自然、经济、社会的互动发展规律，形成相应的价值论和历史论。

自然辩证法与西方科学技术哲学都以科学技术为基本研究对象，但二者有原则性区别。

（1）前者把自然观作为理论基础和根本对象，后者则把自然观放在自然哲学、科学实在论或本体论中了；（2）前者从活动及成果等多方面考察科学技术，后者着重从成果上考察；（3）前者从历史唯物主义观点看待科技与社会关系，后者多将局限于从资本主义制度下考察。

自然辩证法的研究方法是广泛而多样的，它涉及和应用各种自然科学、技术科学、社会科学、思维科学中的许多方法以及哲学等人文学科的研究方法，它们共同体现出一些基本的思想方法特征：
第一，坚持辩证唯物主义和历史唯物主义的基本思想方法。

辩证唯物主义和历史唯物主义是马克思主义哲学的基本思想，是整个马克思主义的理论基础。

作为马克思主义重要组成部分的自然辩证法，必然要以这些思想方法作基点，来研究各种理论与现实问题。

第二，以科学技术活动实践为基础。

对自然界的认识和改造离不开科学技术。

研究和掌握自然辩证法，必须把握科学技术的历史发展，结合科学技术的最新成就，来深化和发展自然辩证法。

第三，吸收人类思想文明成果。

自然辩证法是具有哲学性质的交叉学科。

哲学思想的成就及各门社会科学的理论方法上的成果，都可丰富和深化自然辩证法的研究。

应当充分自由地借鉴不同理论和观点的学术前沿思想。

第四，紧密联系社会生活实际。

理论联系实际是马克思主义的精神气质，也是中国自然辩证法研究的一大基本特色。

结合当代国际国内社会历史进程的重大现实问题和热点问题，进行深入的实际分析和深刻的理论探讨，是当代自然辩证法研究主要特征。

二、电气工程的发展历程及前景
（一）电气工程技术发展分析
100 多年前，电能的发明利用，开创了人类文明的新纪元引发第二次产业革命，使人类金融了电气时代。

创造了电力、电气装备、汽车、石油化工等一大批
新兴产业，同时大幅提升了机械、冶金等产业的发展水平，工业文明成为世界发展的主流。

电气化被美国工程院评为20世纪20项最伟大的工程技术成就之首。

电力工业是国民经济中重要的基础产业与支柱产业，是国民经济的先行官。

在全球经济高速发展的今天，能源安全、能源与环境问题已上升到世界各国国家战略的高度，电气工程学科在保证国家能源安全、促进节能减排、推进可持续发展等战略层面而必须将继续发挥不可替代的重要作用。

随着工业化和信息化进程的推进和高新技术的不断应用，许多专业需要的电气知识越来越多，理工科院校几乎所有的非电类专业都开始电工学等课程，电气化、自动化、数字化、智能化的生产流程、工作模式及基础装备是各行各业必然的选择。

电气工程经过一个多世纪的持续高速发展，已成长壮大为重要的技术科学与工程领域，当代高新技术都与电能密切相关，从探索物质的粒子加速器到发射宇宙飞船和卫星，从研究微型电机、机器人到可作为未来能源技术的受控核聚变装置，都需要电气科学与技术的制裁。

电气工程技术广泛用于国民经济、国防建设、科学实验、日常生活的方方面面，其水平已成为衡量一个国家现代化程度的重要标志。

近几十年来，电气学科与信息科学、生命科学、物理学、材料科学、化学、环境科学、军事科学等学科领域存在广泛的交叉，形成了诸多新的学科生长点。

学科交叉和相互渗透是电器科学保持长期生命力的重要因素。

（二）电气工程学科发展分析
电气工程学科大约起始于19 世纪中、后期，经历了一个半世纪的发展，已壮大成为有众多分支学科的重要技术科学领域。

19 世纪上半夜，安培发现电流的磁效应、法拉第发现电磁感应定律。

19 世纪下半叶，麦克斯韦的电磁理论为电气工程奠定了理论基础。

电气工程是理工科院校历史最悠久的专业之一，1878 年英国帝国理工学院率先设立了电气工程原因。

19 世纪末到20 世纪初，西方国家的大学陆续设置了电气工程专业。

最初的专业学习都是从研究电能的产生、传输和利用开始的，而电报作为通信的主要形式，在电气工程专业高等教育中也占有一席之地。

电气工程学科具有很强的学科交叉和派生能力，如今的通信工程专业、电子信息工程专业、自动化专业、计算机科学与技术专业乃至生物医学工程专业都是从电气工程专业派生或再派生而形成，这些专业统称为电子与信息类专业，而它们和电气工程专业一起又被称为电类专业。

自20 世纪中叶以来，欧美传统的以电力工程为主的电气工程专业已发生
了很大的变化，电子技术和计算机技术等新兴技术逐渐占据了“电气工程”专业的核心地位，而传统的电力工程办事电气时代的高速发展渐趋成熟，只是众多的研究方向之一。

从近年来世纪各地赴美留学生所青睐的热门专业来看，美国一些著名高效的电气工程系的主要专业方向是通信与网络、信号处理、电子集成电路、计算机工程与科学、图像处理、系统控制、光学与光子学、电力技术、等离子体物理学、电磁学、微/纳米系统、固体材料与设备及生物医学工程等，其学科交叉和融合程度日益提高。

我国的电气工程始于1908 年上海南洋公学的电机电工学科，就是上海交大的前身，距今也有100 多年的历史了。

1917 年该校的电机专科设立了电讯门，即我国最早的无线电专业，如今的电子信息及计算机专业群都是由此发展演化而来的。

1932 年，清华大学设置了电机系。

建国后，我国建立了一大批以工科为主的多科性大学，其中大多设立了电机工程系。

1977 年以后，大部分高校的“电机工程系”陆续更名为“电气工程系”，近几年来，部分高校又把“电气工程系”发展成为“电气工程学院”。

我国的电气工程虽然与国外名称相同，但内涵有很大区别，我国大学一般都是强弱电分开，即电气类与电信类分设在不同的学院。

（三）电气技术发展前景
电气技术的未来发展前景是非常广阔的，其影响着电力工业及其相关电力行业发展，可以说电气技术的应用发展，是国家经济建设的重要环节。

电气技术的发展，也推动了可再生能源技术的深化应用，满足了国家经济的健康可持续发展，实现了对风电技术、光伏技术及其氢能的有效应用，这符合未来电气工程的发展需要，满足低碳经济的发展需要。

特别是氢能技术的应用，氢能有其他能源无与伦比的优势，其反应后的生成物为水和氮化氢，对环境没有污染。

地球上的海水所含的氢用来发电就够人类用数亿年。

单位重量的发热量叫热值，氢的热值是汽油的3倍，煤炭的4倍。

现在世界上很多国家正在斥巨资研究这一能源，但目前还处在实验室阶段，距工业应用还有一段距离。

超导技术的深化，满足了电气工程的发展需要，促进其综合社会效益的提升，通过对其超导储能系统的深化应用，实现对其电能的有效转换，实现对其电磁能的应用。

它是一种高效的储能系统，能够实现对电网的安全性的提升，满足了实际工作的需要。

保障电网安全。

超导大容量电缆，可大大降低输电过程中的电耗，提高能源效率。

灵活交流输电技术，用大功率电子器实现对电力系统电压、参数、功率、相位角等的实时调节控制，以实现电力系统的安全稳定性和输电过程中的能耗。

三、自然辨证法在电气工程中的应用举例及分析
（一）科学认识论与电生磁、磁生电
十九世纪电磁学的大发展是从认识到电与磁的内在统一性开始的。

丹麦物理学家奥斯特一直坚信电与磁之间一定有某种关系，电一定可以转化为磁。

富兰克林莱顿瓶放电磁化钢针现象给他很大启发，他认识到电向磁转化不是可能不可能的问题，而是如何将这种可能性转化为现实，即转化的条件才是问题的关键。

经过无数次的失败，1820年4月某天晚上，奥斯特在讲课时发现通电导线能使与其平行放置的小磁针发生偏转。

奥斯特惊喜万分，有反复试验，三个月做了360多个实验，终于在当年7月21日发表了《关于磁针上电流碰撞实验》的论文，向科学界宣布了“电流的磁效应”，轰动了整个欧洲科学界。

奥斯特发现电流磁效应后，英国物理学家法拉第认为既然电能转化为磁，磁一定也能转化为电，在这种思想的指导下，1831年8月法拉第发现了电磁感应定律。

奥斯特实验和法拉第电磁感应定律均体现了科学认识的过程。

科学认识和科学方法是人类认识自然和改造自然的基本过程及其手段，其目的在于求得关于自然界及食物本质、规律的正确认识。

科学认识是主体对自然信息进行接收、选择、存储、加工和输出的过程。

科学认识的具体过程可分为五个阶段：选题阶段、观察实验阶段、思维加工阶段、检验阶段、理论体系建立阶段。

（二）科学假说与麦克斯韦方程组
科学假说是根据已知的科学事实和科学原理，对待解的科学问题所作出的一种假定性或试探性解决方案的说明，是有待进一步检验的科学知识。

假说是自然科学理论思维的一种重要形式，是通往真理的必经之路。

恩格斯曾经精辟地指出：“只要自然科学在思维着，它的发现形式就是假说。

”科学假说有两个基本特点：科学性和假定性。

科学假说的主要作用表现在：（1）科学假说是通向科学理论的桥梁。

（2）科学假说是激发创造性思维的媒介。

（3）科学假说为科学研究指明方向。

（4）科学假说的争论有利于科学认识的发展。

纵观电磁学发展史，不难发现科学假说起到的的重要作用。

麦克斯韦是继法拉第之后集电磁学大成的伟大科学家。

他全面总结了电磁学研究的全部成果，并在此基础上提出了“感生电场”和“位移电流”的假说，建立了麦克斯韦方程组。

不仅科学预言了电磁波的存在，而且揭示了光、电、磁现象的内在联系及统一性，完成了电磁学的一次大综合。

（三）技术预测与电力系统负荷预测
科学的预测是正确决策的依据和保证。

电力系统负荷预测实际上是对电力市场需求的预测。

在商业化的运行体制下，做好负荷预测工作直接关系到电网运行的成本和供电公司的切身利益。

电力系统负荷预测是从已知的经济，社会发展和电力系统需求情况出发，在正确的指导下，通过调查研究掌握大量翔实的历史数据并加以分析的基础上，运用可靠的方法与手段，探索事物间的内在联系和发展规律，以未来年份经济，社会发展情况的预测结果为依据，对电力负荷的发展趋势做出科学合理的估计和预测。

符合预测的目的是得到合理的电力负荷预测结果，核心是根据预测对象的历史资料，建立数学模型来表述其发展变化的规律。

这显然体现了自然辩证法中技术预测的方法论。

技术预测就是根据社会与经济发展目标的设定，预测那些在国民经济发展中必须解决的技术和科学技术问题。

技术预测是由预测者、预测对象、预测方法以及预测结果构成的有机系统，技术预测具有两个明显的特性：过程性和导向性。

按照不同的标准，从不同的视角，可以把技术预测分为不同的类型：（1）定量预测和定性预测。

（2）探索性预测和规范性预测。

（3）短期、中期、长期预测。

（四）工程过程论与电力系统规划
技术的现实活动体现为技术的工程化创造。

工程是创造和建构新的社会存在物的人类实践活动。

工程活动的基本标志是创造新的存在物。

工程包含着技术与非技术的系统集成过程与系统集成产物，它有着自己的基本特征。

工程设计是在工程理念指导下的思维和智力活动，它负载着工程理念而贯穿于工程全过程，具有约束性、多解性和相对性。

工程活动过程涉及人与自然、人与人的辩证关系。

整个过程包括工程理念与工程决策、工程规划与设计、工程组织与调控和实施，以及工程运行、评估与更新等环节。

电力系统规划分为扩展规划和运行规划。

电力系统扩展规划是在预测未来负荷发展水平的基础上制定电力系统扩展规划，以解决电力系统中发电机组和输配电网络在规划期内的发展和扩充问题。

即在满足负荷增长需求和电力系统可靠性、技术、能源、环境等约束条件下，使规划期内基建投资与运行费用的总和为最小。

电力系统运行规划用来寻找系统最优运行方案，即在满足系统可靠性的条件下，使整个系统的运行费用最少。

学习工程过程论将会电力系统规划起到指导作用。

（五）技术创新发展与电力新能源
技术在工程化过程中不断地创新，技术自身也在历史的进程中向前发展着。

技术发展呈现出一定的模式。

这种发展模式可以从微观及宏观上考察其机制。

技
术创新把技术发明与社会应用密切地结合起来，并且突出了技术的经济化过程和经济发展意义。

技术发展是技术系统内、外部矛盾共同作用的结果。

技术本身的基本矛盾是技术发展的一种内在的动力。

但是，技术发展最大量的动力却是来自于社会需求的拉动。

只有社会需求才为技术的发展提供了最根本、持久和强大的动力。

根据联合国能源统计分析，目前全球人类获得电能的方式主要是以燃煤为主的火电（占39.1%），其余依次是水电（占18.4%），核电（占17.5%），气电（占13.3%），油电（占11.4%），新能源（占0.3%）。

就火电而言，存在着环境污染、资源分布不均、储量有限等问题，即使采用高效洁净煤燃烧技术，也要消耗氧气、产生二氧化碳，同时还有一个成本较高的除尘、脱氮和脱硫问题；对于水电，存在着土地淹没、水库移民、生态保护等问题；至于核电，在美欧一些国家有减少发展的可能性；而石油、天然气发电，也存在温室效应问题。

另外，这些资源的蕴藏量是有限的。

解决人类面临的日益严重的环保和能源危机这两个世界性问题的唯一出路，就是探索和开发新的替代能源，即电力新能源。

电力新能源主要指风能、太阳能、地热能、海洋能（潮汐能、波浪能、海流动能、海洋热能、海洋生态物能）以及生物质能等都是蕴藏量极大，取之不尽，用之不竭，不需开采和运输，洁净无污染的可再生能源。

由于新能源发电技术方面不断提高，造价不断降低，使新能源发电在技术方面和经济方面已逐渐具备了与常规能源发电进行挑战的条件，此外，新能源发电站的建设还具有附加条件少，施工周期段的优点。

因此，新能源发电作为一种新兴的产业正在得到迅速的发展。

结论与建议
纵观电气工程史，自然辩证法的思想和方法论不仅的电气工程发现和发明中得到了广泛应用，而且渗透到了电气工程实践，对电气工程的发展起到了无形的推动作用。

因此，学习研究电气工程技术的师生、科技工作者及管理人员，决不能忽视自然辩证法的学习。

对此笔者提出几条高校电气工程学科教学的建议：（1）以综合素质、创新能力及实践能力为培养目标，以人文社科教育和自然科学教育为根本，重视理论基础（数学、物理、化学、力学等）和应用基础（电工、电子技术、机械原理、计算机等）的学习，既保证基础知识的全面性，也要保持应用知识的实用性及创新性，全面提高学生的综合素质。

（2）教学内容是教学体系中的重要环节，因而在教学内容方面应做到如下要求：首先，变革理论教学的内容，必须突出理论教学内容的创新性，与国际接轨；其次，实践教学方面应该以突出工程实践能力培养的特点，即优化整体课程，加强综合型人才培养各个教学环节的目标意识，在课程安排上做到全面而不累
赘，并结合电气工程学科的前沿领域知识及课本的基本内容、科研成果来增强学生的专业兴趣，促发学生的好学精神，增强教学效果，达到提高学生专业基础能力的目标；最后，还可以将相关的技术职业能力考试内容渗透到教学内容中，进而提高学生的工程实践能力。

（3）在工程实验方面，应提高设计性实验的数目，以此锻炼学生的综合动手、动脑能力。

根据电气工程专业的特点，结合本专业的专业基础课程及专业课设置实验课程，增加具有综合性的实验课程。

一方面，还应该相应增加技能培训的项目，提高学生的实践能力；另一方面，可以适当设置相应的技能训练，使得专业技能和技术应用能力的学习能够贯穿于整个人才培养的过程中，将专业理论和工程实践相结合，提高学生的职业适应能力。