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系统科学方法在专业中的应用

二十世纪以来,随着科学技术的迅速发展,各种新理论、新方法不断涌现,系统论的出现,进一步深化了人类对客观世界的认识,并以其特有的新颖思想改变了人们的思维方式,为科学研究提供了一种崭新的方法。实际上,系统思想早在古代就有了萌芽和具体应用,战国时期(公元前250年)由李冰父子主持修建的四川都江堰水利工程就是一个典范.都江堰的3大主体工程(“鱼嘴”分水、“飞沙堰”分洪排沙和“宝瓶口”引水)和120个附属渠堰工程,形成了一个相互联系缺一不可的有机整体,是我国古代朴素的系统思想和方法用于工程建设的一大杰作。现代系统论是在本世纪40年代产生、发展起来的,至今仍在发展、完善之中。目前,人们普遍接受的关于系统及系统方法的观点是:所谓系统,是一个有机整体,由若干个具有相互作用的要素构成,具有一定的层次结构、目的和功能。它具有有机整体性、要素相互性、结构层次性、对外开放性、动态有序性等基本特征。采用上述观点思考间题、处理问题的方法,就是系统方法。现代系统方法在自然科学、社会科学和思维科学各个领域中得到了广泛的应用美国阿波罗登月计划的实施充分说明了这一点。

目前,关于系统的研究已形成了一个庞大的科学理论体系。本文仅就系统的结构与功能原理展开讨论,并结合材料科学中的一些事实以及社会现象进行分析,以一个科研实例对结构方法的原理及其应用予以论证。

1系统结构与系统功能的辩证关系

系统的结构与功能相互关系的原理表明:结构决定了功能,功能反作用于结构,结构与功能在一定的条件下又会相互转化。系统的结构是系统内诸要素构成、结合和相互关联的形式,即系统内诸要素之间稳定的联系方式。而系统的功能是指系统与外部环境相互联系和作用过程的秩序和能力,它体现了一个系统与环境之间的物质、能量和信息的输入与输出的交换关系。系统结构与功能的上述定义及其相互关系决定了它们是一对辩证统一的哲学范畴,二者互不可分,既没有无功能的结构,也没有无结构的功能。

结构对功能的决定作用体现在以下3个方面:(l)一定的结构是产生相应的功能的基础,这一点在晶体材料X射线研究中得到了很好的验证。晶体材料X射线结构分析就是利用X射线衍射图确定晶体的空间群、晶胞参数的方法,每一种晶体物质都具有一定的内部结构,而结构则决定了晶体对X射线的衍射图案,这些衍射图案便体现了晶体的性质(功能)。如衍射角的大小体现了晶胞的形状和大小,而衍射强度则反映了原子在晶胞中的空间位置。非晶态物质由于其内部没有使X射线产生衍射的空间结构,也就不会产生晶体般的功能;(2)不同的结构产生不同的性能。恩格斯在他的哲学名著《自然辨证法》和《反杜林论》中,都曾以物质的各种同分异构体、同素异性状态和聚集状态为例解释了这个问题。无机非金属材料金刚石和石墨就是同素异性状态的典型例子,它们的化学成分都是由相同的碳元素构成,然而其物理性质却截然不同。金刚石是目前已知自然界中最硬的矿物,等轴晶系,硬度为10,不导电,不易传热,但透明;而石墨则为六方晶系,具典型的层状结构,硬度为l,导热性和导电性良好,不透明。这是由于碳原子在两种物质中空间排列和组合的结构形式不同所致;(3)由于系统的整体性质是由要素的性质r、数量q和要素间的结合方式,即结构S三个因素所决定的,S~F(r、q、:),所以在系统的结构稳定不变情况下,改变系统中的个别要素乃至全部其整体性能可以保持不变晶体生长过程中由于内因或外因的干扰作用形成部分缺陷,如部分格点离子被其它离子取代或置换,但由于晶体结构本身没有根本变化,故其宏观性能不变。

系统的功能由其结构所决定,但功能反作用于结构。根据系统观点,当系统的微小涨落影响了系统的功能,系统的结构会将这种涨落平息下去;当系统的微小涨落经过放大形成宏观上的巨涨落,改变了系统的功能时,系统的结构便无力平息这种涨落,必须根据新功能,改变、调整原有结构。也就是说,系统功能要求系统具有相应的结构,而功能又随环境的变化而变化,从这一点来讲,系统的外部环境可以改变系统的结构。因而,人们就有可能根据功能的要求,适当地调整结构,形成新的功能。这一原理近年来在科学技术领域得到充分地利用,

喷雾热解法

喷雾热解法(SprayPyrohysis：SP法)又称溶剂蒸发法、(EDS)。其主要制备过程是将金属盐溶液喷入低压高温品气氛中,形成微小液滴行,直接制得超细粉。这种方法操作较简单,可连续生产.制备能力强,因而在工业生产中广泛应用。

溶胶一凝胶法

溶胶一凝胶法是以液体化学试剂配制成金