惯性力学三定律解释论文范文第1篇
[摘 要]水力学课程内容知识点抽象、计算公式较多，对数学物理基础要求较高，工程应用性强，学生在学习的过程中对所学内容与工程实际的联系理解不够深刻，应用能力较弱。文章针对该课程授课过程中存在的上述问题，提出以工程实例为导向、以应用能力为主导的课程教学模式改革，引导学生从单纯理解所学知识向结合工程背景解决实际问题转变，以适应面向工程的应用型人才培养目标要求。
[关键词]水力学；工程实例；应用能力；教学模式改革
水力学是土木工程专业的一门重要的专业基础课，尤其是在农业水利工程、水利水电工程、交通工程、市政工程、桥梁隧道工程等专业的课程设置中，水力学都占有重要地位。对于宁夏大学土木与水利工程学院来说，水力学课程是4个专业8个教学班开设的专业基础平台课之一，选课学生达到200多人，其后续课程包括水力学及桥涵水文、水力学Ⅱ、水文及水力计算、乡镇供水工程等多门课程，是我院一门重要的专业基础课。
水力学的研究对象是以水为代表的液体，它没有一定的形状，且具有流动性；课程内容设置概念多、公式多、理论性强、知识点抽象，研究涉及力学问题，课程本身难度较大；研究方法与固体质点系法完全不一样，学生受惯性思维的影响，理解困难，学习难度大[1]。但同时该课程实用性、应用性又很强，而且与工程实际联系非常紧密，是后续很多专业课程水力计算的基础。目前，针对水力学课程的教学内容、方法、模式、实验设备等已开展了系统的改革，改革效果较好，教学手段也转变为以多媒体教学为主结合板书的混合教学模式，极大地克服了课时压缩及板书对图表显示、动画模拟的约束等问题，提高了课堂教学效率。但传统的从理论到理论、理论脱离实际的模式依然是授课的主导模式，受课程特点及多种因素的影响，目前的教学方式还远远不能适应学生实践创新能力培养的要求，同时对学生的工程背景及实际应用能力方面的培养及提升，以及与工程单位对人才实际操作能力的需求还不匹配。如何在双一流建设过程中，以培养学生能力为主导，加强课堂教学的改革，进一步适应工程类人才的工程背景及实操能力培养，是这门课程教学改革的重要目标。
一、课程的特点及存在问题
和其他力学课程类似，从教材内容来看，水力学课程大多数是公式、定理、推导等，学生感到枯燥难懂，学习积极性不高。水力学课程的力学“三大理论”、连续性方程、能量方程、动量方程、欧拉平衡微分、方程式、液体的平衡、静水总压力的计算、达西公式等内容对学生的高数和物理水平要求较高，有大量的理论公式及公式推导[2]，涉及高等数学、大学物理、理论力学和材料力学等相关的知识，且理论性、逻辑性强，需要学生在学习过程中紧跟教材内容及教师讲课思路，在深刻理解数学、物理、力学原理的基础上应用到水力学研究中，才能对整个课程知识体系有较好的掌握。但这一点往往受到学生基础数学、力学基础薄弱的影响，学生在学习过程中容易产生强烈的畏难情绪，从而影响这部分内容的课堂讲授效果。
教材上例题和习题偏理想化、学术化，一般只有对工程背景的简单介绍，而且前后知识的连贯性差，这就使学生的学习缺乏明确的工程目标。加上大二学生因自身工程常识的缺失而往往不知道所学知识能解决什么工程问题，于是认为力学没用，难以理解学习的目的和意义，这不仅不利于激发学生的学习兴趣，而且也不利于对学生分析解决实际问题能力的培养。个别学生即使考试成绩很高，但也不具备用所学力学知识分析、解决实际工程问题的能力，因为所学理论和实践是脱节的，不能学以致用[3]。
在目前的教学中，由于课时限制，还是由教师为主导，配合多媒体教学，采用课堂讲授的方式进行。教材版本较多，但基本编排体系不变，习题类型是配合章节内容进行单独设置，缺乏整体性。虽然有实验课作为实践环节，但课堂教学中却很少设置实践教学和创新教育环节，实验设计又不能完全结合实际工程展开，造成学生理论水平高于知识实际应用水平。
实验环节多年来一直是本课程培养学生创新能力和工程实践能力的重要环节，通过实验教学与操作，能够帮助学生更好地理解理论知识与培养实践动手能力。但是受课时及实验条件限制，大部分的实验教学依然是按照实验原理—目的—操作步骤—教师演示—学生操作—撰写实验报告的流程在开展，教师讲解示范，学生被动听，按实验指导书的要求做，实验报告及计算大家都一样，整个实验过程缺乏师生互动和学生积极思考，因此很多学生兴趣不浓，往往做完实验依然是知其然不知其所以然。
教学学时的压缩导致理论教学学时欠缺，实践教学环节也没有充足时间开展。水力学课程学时的大量压缩，使学生对水力学知识的运用能力、实验动手能力都有所下降[4]，这是目前多数工科学校面临的普遍问题。从我校的情况来说，这门课程的学时从20年前的100左右压缩到10年前的40多，到现在基础部分只有30学时了。课程理论教学难度本身较大，教师花在理论教学上的时间本来就比较多，受学时大量压缩的影响，实践主要依靠常规实验课，根本无法设计较多的实践环节。
新技术、新计算手段、新的计算工具等知识的欠缺。随着社会发展进步，计算机技术及各种模拟分析软件的出现大大方便了工程应用中的力学计算，很多软件工程单位都已经在使用了，但现行的水力学课程还没有对其进行深入的介绍和结合，其教学内容依然是传统的计算方法和手段，严重滞后于工程单位的技术更新，缺乏创新性。因此，需要改变传统中只教授力学原理的内容安排，适当增添工程问题力学的数学模拟方法的原理和方法以及应用计算机技术来替代人工计算过程[5]。简单的问题，教师可以利用工程实例给学生做介绍，然后让他们自己动手去实践；复杂的数值模拟软件则介绍其原理及适用条件，给学生打开一扇门，开阔其眼界，引导其探索工程问题解决的先进方法及模式，以提升其对现代计算机工程分析技术的认识水平和能力。
二、课程教学改革思路
在基础理论教学学时大量压缩的情况下，教师要最大限度地调动学生的学习积极性，促进学生创造性思维能力、综合解决实际问题能力的提升。笔者结合这门课程的特点及自身多年的教学实践，将以工程为导向，以实际应用能力培养为主导的教学改革思路总结如下。
一是讲好绪论课，让学生树立工程应用的理念。从第一课开始，以各种工程实例为引子，先从认识基本工程建筑物入手，剖析工程实例中遇到的水力学问题及其与基础力学的联系，总结本课程中将要涉及的水力学问题的本质，点出该课程与前后课程的关联点和相关性，讲清楚该课程在本专业常见工程中的具体应用并简单举例，然后再介绍课程体系、学习方法、发展历程等。从第一堂课开始就引导学生了解该课程的地位，以及让“工程应用”理念成为本课程的关键词。
二是重视对水力学问题的物理意义及工程背景的讲解。由于学生的数学、力学、物理基础薄弱，教师在讲解公式推导及相应的基本概念过程中，除了要注意总体分析思路的阐述外，还要注重做好对这些现象物理意义、数学意义、力学意义的解释，帮助学生建立对本课程的研究内容与上述课程之间的联系，同时结合工程背景知识的加强和强化，更好地体现本课程承上启下的作用，使学生更有效地掌握从工程背景到认识水力学现象继而理解它们的数学、物理、力学本质的分析过程，并且能从力学本质来解释水力学现象，继而应用到工程实例中去。
三是教学的最终目的是培养学生的工程应用能力。
任课教师应该让学生看到力学在实际工程中的用处，并教会学生用力学知识与方法处理实际问题的思路，具备处理一些简单的实际问题的能力[4]。为此，将大纲内容进行细致梳理，对于特定知识点对应的工程问题则精心选择工程案例，在讲解理论之前，先分析工程案例中的问题，将问题抽象化后与知识点的关系理清楚，然后讲述理论，让学生在工程实例分析与讨论中能进一步加深对理论知识的理解，将抽象难懂的力学知识与直观形象的实际工程联系起来，直观地体会到本课程知识的用处，从而提高学生的学习兴趣、积极性，以及解决工程实际问题的能力。
四是将工程背景渗透到例题、小作业中。目前可以见到的大部分教材及参考书中的例题及习题基本上都是配合章节理论教学单独设计的，相关的工程背景没有介绍或者成为已知条件出现在习题中，相对较为理想化、学术化。学生要做的就是按照例题照猫画虎去计算，很多学生都会计算，也能和书中的知识点联系起来，但几乎很少去考虑该习题练习的目的和意义，也不知道该知识点与解决工程问题的联系，这种现象在毕业设计中表现得非常突出。学生常常拿到实际工程问题却不知道应该用书上的哪种方法、哪些知识来解决，甚至不知道应该如何分析工程问题并将其转换为力学问题。这反映出教学中工程背景介绍以及实践与理论相结合的缺失。考虑到课后习题及例题的经典性，加上教师的工程背景，可在教学过程中将一些工程中专业贴近度较高的实际计算事例（如毕业设计的部分计算、实际工程设计的部分内容）做一些处理，分解到各个知识点的教学当中，增强学生的感性认识。同时增强对例题和课后习题工程背景的介绍，进一步引导学生明确学习及练习的工程目标。
五是进一步增强实验教学中的实践环节。在信息时代，考虑到学生对新的教学手段的认同，教师可将知识点制作成微课或小视频，学生在上实验课前可以通过移动终端随时随地地了解和学习，完成自我学习在前、老师讲授补充在后的过程，提高自学能力。此外，实验课要增加提问环节，针对实验中涉及的基本理论设置问题，每个学生都要回答，教师对其回答打分并登记成绩。教师还可将近年来和水力学相关的创新实验获奖作品进行展示，并简述其涉及的水力学原理及理论，来引起学生的创新兴趣，然后引导学生创新。比如教师上实验课时可对现有实验设计、仪器设备的不足之处进行分析，引导学生开展实验方案设计；针对节水中的一些小问题提出节水创新方案等，提升学生的学习兴趣和解决实际问题的能力。
六是改革考核方式（注重过程性考核）。对于本课程的考核方式，应注重教学过程中的质量控制和考核，加大平时成绩所占比重（40%）。课堂考核主要包括工程案例分析大作业、课后习题、出勤和课堂提问等形式。实验考核包括学生动手能力、对实验涉及的理论知识的认知、学生的实际操作能力和创新能力。学生如能设计出工程方面的创新型实验装置或展示更有效的实验过程及改进措施等可以加分。期末考试采用卷面成绩加平时成绩按比例确定。改变学生过去只重视期末突击而不重视平时积累的学习风气，注重知识的融会贯通，将“教知识”转换为“提能力”，提升工科学生的实际工程应用能力。
七是针对学时压缩问题，结合各专业教学要求，对教学内容进行重点取舍，将和专业关系紧密度不是很高的内容以及理论性过强的公式推导进行简化，同时适当强化工程应用部分的分析过程。部分难度较低的内容则采取學生组成自学小组制作PPT并当堂讲述、学生教师提问题、教师总结三者相结合的方式开展，这样既可以节约课堂教学时间，也可以增加实践环节，锻炼学生的自主学习能力，巩固学习成果。
八是借助各种教学平台，结合核心课程建设，将教材、多媒体课件、视频文件、工程实例照片、习题、网络资源等进行整合，同时开展线上线下交互式专题讨论及课后教学延伸、提交作业、答疑等，跟上时代发展的信息化步伐，让学生可以随时随地学习。
三、结语
培养学生的工程应用能力是工科高等院校的重要目标。在水力学课程教学中，通过多种方式贯穿和加强工程导向，培养和提升学生学习该课程后解决相关工程问题的实际应用能力，可为本课程及其他理论性较强且有较好的工程应用背景的力学课程教学提供参考。
[[ 参 考 文 献 ]]
[1] 彭杨.微课教学在《水力学》课程中的应用浅析[J].教育教学论坛，2017（1）：70-71.
[2] 李娟.水力学课程教学关键环节思考与探索[J].中国教育技术装备，2017（20）：103-105.
[3] 屠冰冰.以工程应用为导向的《材料力学》教学内容改革与实践[J].当代教育实践与教学研究，2017（12）：101.
[4] 杨扬，刘海苹，丁剑霆.基于能力培养的水力学课程教学方式方法改革与实践[J].黑龙江工程学院学报2017（3）：68-71.
[5] 兰界.基于创新能力培养的工程力学教学改革与实践[J].建材与装饰，2017（10）：155-156.
[责任编辑：庞丹丹]
惯性力学三定律解释论文范文第2篇
[摘 要] 科学是历史范畴，其内涵与外延随历史进程而不断地发生着变化。顺着远古时期、由古希腊至20世纪上半叶、20世纪中叶至今的历史轨迹，可以从本体论、认识论和方法论，以及历史观三方面考察科学的内涵，并由此推知其经历了从混沌与混乱，到有序与分化直至今日的混沌与融合的变化。揭示科学是历史范畴这一客观事实，有助于辨别形形色色的科学真伪之争以及理解和把握科学在社会中的地位及其演变。
[关键词] 科学； 历史范畴； 本体论； 认识论； 方法论； 历史观
对于科学的定义不计其数。笔者认为，科学是历史范畴。科学的内涵与外延随历史进程而发生变化。可以从本体论、认识论和方法论、历史观三方面考察科学的内涵，并由此推知其外延的变化。揭示科学是历史范畴，有助于辨别形形色色的科学“真伪”之争，有助于理解和把握科学在社会中的地位及其演变。
一、原古时期：混沌与混乱
原初时分，先民的生活深深嵌入于特定的语境之中，洞悉周围的每一个细节及其变化，所有这些都与他的生命结合在一起。先民以全身心沉浸在语境之中，感悟天人合一，身心合一。科学与技术不分，以及科学、艺术和宗教不分。
远古时期，虽然无所谓本体论、认识论与历史观之分，但大致可以认为，处于萌芽状态的科学在内涵上具有三个相应的特点：
其一，对象与主体不分，与语境不分，知识没有从对象、主体和语境中分离出来，既无本体论可言，又隐含着本体论。波普尔的“三个世界”合一。事实与神话不分，是审美，也是宗教，可以说，有多少种人类的活动，就有多少种科学（同理，也就是有多少种艺术，多少种宗教）。主体向外界的种种投射，它们本来相通，隶属于同一个主体。后来有些人以科学的方式，有些人以宗教，有些人以诗歌或艺术的途径去认识或领悟世界。人的内心世界随人类活动的不断分化而走上各自的发展道路，以至发生科学与文化及其他方面的对峙。
其二，认识与实践不分。一些学者认为，古代是先有技术，再有科学。实际上，古代的技术中包含了科学。真实与想象甚至梦境不分。“知识”，往往用图像、音乐、格言、隐喻的方式表达出来。《野性的思维》和《原始思维》详细考察了先民的思维方式，其主要特征是集体表象、互渗与整合。野性的思维是未驯化状态的思维。
其三，既是动机和期望，也是结果，譬如学蛙鸣以求雨，还有咒语、灵符、偈语、禅机等，甚至就是巫术。远古时期，人类的各项活动没有分离，无所谓“科学”，实然与应然不分，也无所谓“规范”。一切都充满特殊的价值，具有神圣的魅力。《金枝集》是今人理解，实际上也是“感悟”原始部落生存方式的一把钥匙。
一言以蔽之，处于混沌状态，这就是原始科学的内涵，由此也必然导致混沌的外延。
然而原始科学又确实具有另类的“外延”，这里的“外延”不是概念所指的一类事物，而是各部落生存的边界。居住于不同自然环境，从事不同活动，具有不同生存方式，必然形成部落所特有的意会知识。在特定实践活动的基础上形成各自的图腾。所谓图腾，其本意即“他的亲属”，当然因“他”而异。鄂伦春人的巫术与尼罗河畔的古埃及人的巫术相去甚远。在某种宗教观念的影响下，尼安德特人并不猎杀所有动物，只是特定地猎杀熊和鹿。在古代艺术中，希腊人作品上的线条多为线段，中国人的作品上则喜用曲线。即使乘法表和历法，各地仍有自己的烙印。印度人发明了“0”，几何学诞生于古埃及人丈量土地的基础之上，如此等等。可以说，在远古时期，有n个部落就有n种科学形态。这些知识嵌入于特定的部落，嵌入于特定部落所生存的特定环境之中。原始的天人合一，不是人类与自然界的合一，而是特定的人与特定的自然界合一。
各民族的科学深深嵌入于特定的历史和语境之中。生活在热带雨林，冰天雪地，大洋中的岛屿，或是大河上下，在日常生活——也就是生产实践活动，所得到的经验教训千差万别，是典型的“地方性科学”，彼此间不可通约，因而处于混乱状态。
混沌与混乱，前者是原始科学内涵和外延所处的状态，后者涉及原始科学的外延。科学的原始阶段延续几十万年或更长时期。
二、由古希腊至20世纪上半叶：分化与有序
科学由古希腊直至20世纪上半叶的发展基本上就是分化和有序的阶段。分化，人的知行分化，内心的各种意向与能力分化，核心是本体独立于主体，物我两分。科学与技术分离，事实与神话分离，认识与实践分离，现象与本质分离，以及科学、宗教和艺术，真善美渐次分离。有序，洒落在各民族乃至各部落内涵不一的科学因素开始归拢起来，寻找其间的共同之处。其一，本体具有规律。无论是目的论、因果论，还是循环，强调的都是秩序和规律。以科学为代表，这一期间的知识（还有启蒙运动理念和市场经济）基本上都是以非嵌入编码知识的形式表达出来，处于混乱中的民族在彼此间有了共同的内容；其二，科学方法——马克思概括为“两条道路”：得到普遍应用；其三，科学成为人类的事业，科学家是人类的英雄。
这前后两千年又可以区分为三个环节。在古代，科学与自然史原始的一致，近代是回溯，20世纪后再度与自然史一致。其中的两次转折，即是发生于17世纪与20世纪的两次科学革命。
（一）自然哲学
之所以往往诸事均“言必称希腊”，是因为由第一阶段的混沌到第二阶段的分化肇端于希腊，从混乱到有序也源于希腊。
古希腊人为第二阶段确立了目标和规范——探寻不变的存在。有一个独立于人的存在，物我两分，自然开始成为认识的对象，形成初步的对象性关系，这就是分化。“自然哲学”这一称谓即说明这一点。“不变”，即发现事实和规律，在自然哲学中就是始基演化说。在众多学说学派中，始基演化说显示出在本体论上的共性，从而走出原始的混乱；尤其是欧氏几何与阿基米德力学，放之四海而皆准。科学“应当从经验客体的现象上去寻找背后的本体，从而达到认识自然界本质规律性的目标。这正是亚里士多德的本体论之作为古希腊本体论最高成就的最重要之点所在”。[1 ]
希腊自然哲学的标准形式是“始基演化说”，由水、火、原子、数等始基演化出万物。中国古代的哲人构想出道、元气，由阴阳和五行的运行生成万物。这些想法虽然缺乏依据，但在总体上反映了试图在思想上再现宇宙的演化图景。普林尼在纪元初写了《自然史》，虽然在实际上是博物史，但其次序却是顺着宇宙的演化次序：先是“宇宙理论”，一直到地球、地理，最后才是植物、动物和人。这就是第二阶段的第一个环节，科学在本体论和认识过程上与自然史原始的一致。
希腊由哲人从事认识，奴隶从事实践，二者分离。有一个独立的存在，这个存在一定有规可循，否则就难以理解，以及可以通过理性和一定的程序，来发现这些规律，譬如始基及其演化。在方法中，重要的是演绎，由直觉得出的始基、本原推出万物。亚里士多德的《工具论》、苏格拉底的辩论术，柏拉图的“不懂数学者不得入我门”，特别是欧几里得几何学的公理化方法等都说明了这一点。亚里士多德后期也开始注重归纳，普林尼的《自然史》主要是记录。实际上，自然史常常被称为“博物史”，是科学在第二阶段初期的一种形态。
古希腊哲人的价值观集中体现“知识至上”，亚里士多德的名言“吾爱吾师，吾更爱真理”流传至今。
（二）近代科学
经过千年的中世纪，经历文艺复兴运动人的解放和自然的解放，以及宗教改革，近代人又回到对自然的探索上来，与古希腊人一样，旨在揭示事实与规律。区别是，科学家们不再构造体系，构思宇宙的演化过程，而是从演化的结果回溯，从当下缤纷的现象揭示本质。
近代科学革命，摒弃动辄作全面概括构造体系的方法，走上了分析之路，并由此获得巨大成功。首先是区分第一性和第二性，物我两分，确立对象性关系。培根表示：“目的因，除了涉及人的行动的那些之外，并不能推动科学而只足以破坏科学。” [2 ]1616年在罗马法庭上，伽利略为自己辩护：“从事实验科学的教授们并无力量可以随意更改他们的见解，以及左右摇摆”，可以改变契约、合同、票证或商业的见解，“但不能以同样的力量去改变关于自然与天体事项的实验结论”。[3 ]经过牛顿的工作，人成为“一个庞大的数学体系的不相干的旁观者，而这个体系的符合机械原理的有规则运动，便构成了这个世界……一个冷、硬、无色、无声的死沉世界，一个量的世界，一个服从机械规律性，可用数学计算运动的世界”。[4 ]
从古希腊开始，科学的各个分支，从几何学、力学，到近代兴起的化学、地质学和生物学，由简单到复杂，在量子阶梯上由低到高，逐一与文化相分离。与人的关系越近，越是嵌入于文化之中，分离的时间越迟，难度越大。在17到19世纪生物学的发展中，各种意识形态，如传统的宗教、时兴的浪漫主义、复古的自然哲学，以及启蒙运动等，都从不同角度介入，试图从中得到对自己有利的解释。
走出古希腊的自然哲学，走出中世纪盲目的信仰和神秘主义，笛卡尔开始了“认识论转向”。近代科学在革命之初并未发现新的现象，天体、单摆、落体自古至今依然这样运动，“革命”，在于认识的视角和方法发生了转变。其核心是笛卡尔的理性和培根的归纳，以及二者的结合。而后，不仅科学成果是由概念组成的理论体系，而且方法也日益成熟，有规可循。在马克思的“两条道路上”，实验方法肩负重任，促使认识进一步远离日常生活和生产实践，通过重复博弈揭示本质，通过演进博弈推进发展。
近代科学革命的另一项成果是，科学成为一项相对独立的人类的活动。到近代后期，科学与政治、经济、艺术、宗教等其他活动相分离，成为一项人类的事业，其标志是“小科学”或“为科学而科学”，科学家也成为独立的社会角色，乃至人类的英雄。《从黎明到衰落》一书的作者巴尔赞把“一个沉浸在研究中的科学家”奉为“资产阶级美德的楷模”。[5 ]
第二阶段中间环节总的特点是马克思“两条道路”上的“第一条道路”，经由抽象、分析等方法，“完整的表象蒸发为抽象的规定”，也就是由现象揭示本质，由现状回溯到起源，得到独立于对象、主体和语境的非嵌入编码知识。默顿规范提出后之所以在学术界存在争议，是因为默顿在20世纪40年代所概括的，主要是处于第二阶段第二环节，也就是马克思第一条道路上的科学活动，其目标指向是唯一的“最贴近的规定”；因而具有公有性、普遍性和诚实性等规范。默顿规范并不适用于科学发展的其他阶段，甚至也不完全适用于第二阶段的其他环节。
时至21世纪，在大多数人的心目中，所谓科学，实际上只是第二阶段第二环节的科学。其内涵是铁的事实和普遍必然的规律，严格的方法，以及默顿规范，从而把千差万别和瞬息万变的现象提炼、抽象、收敛到“最贴近的规定”；其外延明晰，界限分明。
（三）现代科学
20世纪，在大部分领域的大部分科学家依然在孜孜不倦寻找规律，把规律扩展到宇观和微观领域，延伸到生命世界。爱因斯坦对上帝掷骰子感到不满，对决定性怀有坚定的信念。这些成果主要体现在以下方面：
其一，现代科学革命开启了马克思的“第二条道路”，随后，“抽象的规定在思维行程中导致具体的再现”。由第一条道路到第二条道路，由此而区分第二阶段的第二、第三环节。化学、生物学、地质学等学科结合物理学，开始在以本质解释现象，由组成的要素说明整体，重现对象的生成过程。30年代由原子上升到分子，50年代由分子上升到生物大分子—核酸与蛋白质。生物学与物理学、化学、地质学、天文学，以及生态学等结合起来，成为生命科学。在“第二条道路上”，科学的发展方向和学科体系与自然史相一致。“第二条道路”还表现在抽象的概念与个别的对象，以及与特定的语境相结合。
现代科学革命以来，往日分离的主体与对象之间的关系发生了变化。相对论表明，时空与观察者的状态有关，不确定原理同样说明，观察者影响测量结果。在“第二条道路”主要采用综合与演绎等方法，公理化方法重新受到关注，着眼于整体与全局的系统论、控制论与信息论应运而生。“整体”进而把主体包含在内，既关系到本体论，也涉及到认识论与方法论。
其二，物理学结合天文学，继续在“第一条道路”上，沿自然史回溯，由原子到核与电子，到质子和中子，到夸克……。这样的努力至今不渝。
20世纪上半叶，科学开始由“小科学”扩展到“大科学”。贝尔纳出版于1936年的《科学的社会功能》表明，经历数百年的分离之后，科学与社会重新融合的必要性和由此发挥的强大功能。
从古希腊到20世纪上半叶，经历了近代与现代两次科学革命，形成了三个环节，总体而言，科学与人类其他活动的边界相对清晰，科学提供了普遍一致的非嵌入编码知识，科学在社会中承担了求真的职能，成为社会的基础。
三、20世纪中叶至今：混沌与融合
相对而言，科学发展的第二阶段始于希腊的自然哲学和希腊化时期，第二阶段中三个环节间的两次科学革命，这些转折都较为清晰；科学发展的第三阶段则可以认为由第二阶段的第三个环节悄然转化而来。当然，在漫长的岁月中，以往数十年甚至数百年的变化看起来只是一个点，此刻，科学发展的第三阶段看似没有转折，放到未来历史的长河中也可能只是一个点。
第三阶段的根本特点是混沌与融合。混沌，知识的确定性、普遍性和必然性淡化；融合，科学活动与人类的其他活动，与宗教、艺术相融合，科学与技术融合，知行合一。
在沿第二条道路推进之时，第二阶段科学的主旨，“有序” “分化”受到越来越大的挑战。
其一，生命科学领域的“可重复”难以实现，实验对象与条件难以精确复制，生命所涉及的领域之庞杂难以想象，不仅是传统的物理和化学，而且涉及地质学、生态学、天文学，甚至考古学。生命科学与其他学科的关系越来越模糊。至于脑科学和意识运动，至今没有清晰的头绪。
“第二条道路”上的更大挑战在于，由“第一条道路”的收敛转为发散，回到个性、特殊性，以及特定的语境之中。早在第二阶段的中后期，庞加勒在19世纪末发现了非线性现象。由非平衡热力学提出的耗散结构理论，由“随机涨落”和分岔图等建构一种“新的世界观”。非对称创造世界。分形理论认为，数千年来被树为科学之典范的欧氏几何是“呆滞”的，协同学和突变论研究不可预测之“涌现”，混沌现象的覆盖面越来越广泛。
其二，物理学在沿第一条道路继续深入的过程中，同样日益为不确定所扰。这种状况始于第二阶段后期海森堡的工作，威尔逊云雾室的实验能否重复，以及今日正在纠缠着物理学家的量子纠缠，还有显得玄而又玄的弦理论。
科学两千年来的本体论地基正在动摇。有序、确定、必然、普遍等概念，被一连串的否定性概念取而代之：非有序、非线性、不确定、偶然、地方性、非平衡、对称性破缺……。
所有这些都与特定的语境——初始条件和边界条件不可分割，与特定的主体不可分割，这就是“嵌入”。科学不再提供普遍和必然的知识，各种“嵌入”的“地方性科学”涌现。科学原理和科学活动将在一定程度上失去默顿规范所强调的普遍性，科学内部的分支互相渗透，外部的界线变得模糊。
生命科学、生态学和环境科学、脑科学等，无不与相应的技术捆绑在一起；从埃舍尔的画，可以看到科学与艺术相通，而当科学登上量子纠缠之峰顶时，发现佛教已恭候多时。
科学的第三阶段正在否定自古希腊以来第二阶段以有序和分化为标志的科学，奔向原始时期的混沌。第三阶段科学主张的混沌与原始的混沌有两点区别，其一，原始的混沌同时是混乱，各部落之间不可通约；后现代的混沌在建立在有序和规律的基础之上，拥有共同的平台，因而在个性之间可以交流和兼容。其二，原始的混沌嵌入于特定的自然环境之中，后现代科学所嵌入的语境还涵盖特定社会，所以既与自然协调一致，又是一种“社会”的混沌。
对本体理解的变化必然涉及认识论和方法论。首先涉及的是主客体的关系。“两条道路”不是从零开始，而是带有历史的惯性和当下的认识，这就是科研始于问题、观察负载理论。特定的主体，研究处于特殊语境下的特殊个体，必然带有价值判断。第二阶段那样基本上在思维中进行的认识过程，在第三阶段必然带有越来越多的实践因素，这就是眼下所强调的“实践转向”。波兰尼的隐性知识（tacit knowledge）说明认识过程的实践性；反过来，虚拟现实技术则让人可以在虚拟的实践中认识，“虚拟吃一堑，现实长一智”。科学的第三阶段渐次模糊认识与实践的界线。
第二阶段的科学方法，如归纳演绎、分析综合等难以适用于复杂和不确定的对象，以至“怎么都行”。需要发展直觉能力和“悟性”，以远古那样的“全身心”去感悟。严密的逻辑思维正在松弛，隐喻正成为交往中不可或缺的途径。
在历史观方面，研究团队“不是一个人在战斗”，彼此爱好和价值观有相互影响，而且还会有社会的烙印。即使在实验室里，人员之间，乃至实验室的氛围都会影响到实验结果及对此的理解，所有的“行动者”之间形成“网络”，知识就是这样“建构”起来。
以第二阶段，特别是其中第二环节的科学活动为模版的默顿规范，在第三个阶段受到挑战。首当其冲的是普遍性和公有性。既然是“地方性知识”，如何要求“普遍”，怎样“公有”？如果各有各的知识，彼此间又如何“竞争”？在生命科学领域，关于DNA的知识既关系到隐私，也涉及知识产权。如果实验结果不能重复，诚实性规范就得不到保障。至于“合理的怀疑性”，如果大家的研究领域各异，研究方法和途径各有千秋，各个学术共同体有自己的特定语境，又凭什么去怀疑？以及在所“建构”的知识中，意会知识的成分越来越多，还有众多隐喻，如何去怀疑“意会知识”？
然而，科学并非走向相对主义。其一，第三阶段的科学是以马克思“两条道路”转折点“最贴近的规定”为共同的出发点，只是在第二条道路上与特殊的对象、主体和语境相结合。其二，虽然可重复性下降，但各地的“地方性科学”终究要彼此协调而形成一幅大的拼图。由一处到另一处，可以有平滑的过渡。在地方性知识之间可以互相支撑，彼此兼容，这就是“他律”的含义。虽然实验难以重复，但诚实性规范不可或缺。维特根斯坦的“游戏规则”固然会有差异，但终究归在同一种游戏的名下。
随着从小科学到大科学的潮流在科学发展的第三阶段愈演愈烈，科学越来越深地融入到社会之中，与技术、伦理、终极关怀，与艺术、宗教等人类的其他活动相融合。
什么是第三阶段科学活动的规范？[6 ]宽容、理解与协作，这是在普遍性和公有性基础上对个体、复杂性、地方性等的认可；创新，创新是对默顿规范合理的怀疑性的拓展；以及自律和他律，这是对诚实性规范的延伸。宽容、理解与协作，创新，以及自律和他律，既是第三阶段科学活动的规范，在某种程度上也可以说是宗教、艺术等人类其他活动的规范，共同通往人的内心世界。
科学如一团星云，早期由杂乱无章收缩，中期稳定界限分明，后期膨胀。其内部变得松散而变动不居，其边界日益模糊。
什么是科学？科学是历史范畴，从原始时期的混沌与混乱，经自古希腊到20世纪中叶的有序与分化，至今日之混沌与融合。
参考文献：
[1]周昌忠.西方科学的文化精神[M].上海：上海人民出版社，1995：15.
[2]索科洛夫.文艺复兴时期哲学概论[M].北京：北京大学出版社，1983：161.
[3]吕乃基.科学与文化足迹[M].北京：中国科学文化出版社，2007：52.
[4]丹皮尔.科学史[M].北京：商务印书馆，1989：249.
[5]雅克·巴尔赞.从黎明到衰落[M].林华，译.北京：世界知识出版社，2002：209.
[6]吕乃基.论后现代科学[J].自然辩证法研究，2000（7）.
[责任编辑：杨 彧]
惯性力学三定律解释论文范文第3篇
关键词：力学定律;独立性;一致性
力学是一门古老的学科，它的发展与人类生产实践密切相关，虽然微观客体遵从量子力学规律，描述物体高速运动则是用相对论力学，但是，对于日常生产和生活中的大多数力学现象，经典力学仍然是适用的。力学定律是构成力学体系的重要组成部分，它揭示了物体运动时的变化规律。研究和探讨力学定律的内在关系，对我们学习力学和指导力学教学有着积极的意义。
1 牛顿三定律及其独立性分析
1.1 牛顿第一定律的独立性
牛顿第一定律的内容是：任何物体都要保持匀速直线运动或静止状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。牛顿第一定律是牛顿第二定律的基础，首先牛顿第一定律为牛顿第二定律准备了概念(力、惯性质量、惯性系)，并定性阐明力和运动的关系;其次牛顿第一定律主要说明物体不受外力作用时的运动状态，不受外力作用和物体所受外力矢量和为零(合力为零)不是一码事，不能把牛顿第一定律当成牛顿第二定律在F=0时的特殊情况，F=0肯定导出加速度a=0，但加速度等于零的运动是什么运动，牛顿第二定律不能回答，还是得由牛顿第一定律本身彻底阐明惯性运动(静止或匀速直线运动)。
显然，牛顿第一定律确实是完全独立的基本定律，用其解决的问题，别的任何规律都无法解决，牛顿第二定律、牛顿第三定律根本不能取代牛顿第一定律。
1.2 牛顿第二定律的独立性
牛顿第二定律的内容：物体加速度的大小跟作用力成正比，跟物体的质量成反比，且与物体质量的倒数成正比;加速度的方向跟作用力的方向相同。用公式表达是F=ma。牛顿第二定律定量阐明了力与运动的关系，具体说是力、惯性质量和加速度的定量关系。牛顿第二定律揭示了物体质量的惯性本质，质量是物体惯性大小的定量量度，物体的质量越大，物体的惯性就越大，物体的质量是维持物体惯性运动的根本原因;力是改变物体运动状态的原因，即产生加速度的原因，力的作用产生加速度大小的难易程度取决于物体的惯性、质量。牛顿第二定律进一步表明：相同力作用于不同物体上，质量大的物体获得的加速度小，质量小的物体获得的加速大，即加速度大小与质量成反比;不同力作用于同一物体上，大力产生大的加速度，即加速度大小与外力成正比。牛顿第二定律同时给出了力的独立作用原理(叠加原理)，即当存在多个力共同作用于同一物体时，物体获得的加速度是每个力单独作用时产生的加速度的矢量和，这为解决复杂力作用产生的运动效果提供了保障，能实现已知受力情况求解全部运动信息;反之，也可以由运动分析决定受力总效果，也即复杂运动可以分解简单运动的矢量叠加。总之，牛顿第二定律引入惯性、质量和全面完整刻画物体因受力作用而产生加速度中，加速度与外力及质量的定量关系F=ma，构成了牛顿第二定律独立于其他两条定律的深刻内涵和根本原因。
1.3 牛顿第三定律的独立性
牛顿第三定律的内容：两个物体之间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在同一直线上。公式表达式为F=-F'。牛顿第三定律研究的是物体之间相互作用制约联系的机制，研究对象至少是两个物体，两个以上的物体之间的相互作用，总可以区分成若干两两相互作用的物体对，于是由仅关注单一物体(只研究一个物体)的牛顿第一定律和牛顿第二定律出发，结合牛顿第三定律扩展了研究对象，就自然而然地解决了全部不论多么复杂的系统的动力学问题了。牛顿第三定律确实是完全独立的基本规律，它不能由牛顿第二定律推演得出，牛顿第二定律也代替不了牛顿第三定律，牛顿第一定律更不能取代牛顿第三定律。牛顿第三定律的正确性要靠大量实践来检验，牛顿第三定律其实是用力的语言表达的动量守恒定律，而动量守恒定律是自然界中普遍成立的少量几条基本物理规律之一，动量守恒定律在任何物理领域中均成立。
2 牛顿运动三定律内在一致性
牛頓运动三定律的内在一致性是指三定律不互相矛盾，均承前启后，一条龙逻辑相容构成有机整体。具体表现为：
(1)牛顿运动三定律在研究对象上呈递进关系。牛顿第一定律、牛顿第二定律只研究单一物体，可以只有一个物体，也可以是从众多物体中隔离出一个物体来作为研究对象，它们要解决的是这么一个物体，不受力作用或受很多力作用后的运动问题——静止或匀速直线运动，又或者获得多大加速度;牛顿第三定律扩展了研究对象，它研究的至少是两个以上的物体之间的相互作用，这种相互作用制约或影响了研究对象或研究对象以外的其他物体的运动。可见只有把牛顿第一定律、牛顿第二定律和牛顿第三定律有机结合才能顺理成章地解决全部复杂的动力学问题。由质点的动力学出发去解决质点组的力学问题、刚体的力学问题、振动的波动的力学问题、流体的力学问题。
(2)牛顿运动三定律都只在牛顿第一定律确定的惯性参考系成立。牛顿绝对时空中的惯性系虽然存在逻辑循环或称逻辑同一之难，但在动力学的力的语言表达中惯性系是理论体系必不可少的，确定了惯性参考系一切动力学问题迎刃而解了。此外，任何科学都不可能做到绝对真理，力学也是一门近似程度比较高的科学，不受力的物体不存在，绝对静止的物体不存在，宇宙中的引力不可避免，都要说明绝对的惯性系不存在，但近似的惯性系是始终存在的。地球是近似惯性系，太阳是近似程度更高的惯性系。牛顿运动三定律只在惯性系中适用，说明了三定律的一致性。
牛顿运动三定律只适用范围于实物物体、宏观、低速运动范围内，并且只能在惯性参考系中使用。非惯性系(加速系)中必须引入惯性力，才能使用牛顿定律，高速领域必须采用爱因斯坦相对论，微观领域必须使用量子力学。
参考文献
[1]张汉军，李进普.牛顿三定律是一个完整的理论体系——《工程力学》教材问题之一[J].承德民族职业技术学院学报，2003(2)：13-14.
[2]王兰芳，邓家干.重新认识牛顿力学[J].陕西工学院学报，2003(4)：38-41.
[3]冯浩，杨洋.牛顿力学在物理学中的地位[J].张家口师专学报，2003(6)：57-61.