近代科學(xué)論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了七篇近代科學(xué)論文范文，愿它們成為您寫作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

【關(guān)鍵詞】畢業(yè)論文；應(yīng)用物理專業(yè)；論文質(zhì)量

本科畢業(yè)論文是在大學(xué)四年級(jí)第二學(xué)期開(kāi)設(shè)的一門必修課，是本科生在四年教學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是培養(yǎng)大學(xué)生走向社會(huì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)撰寫畢業(yè)論文，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力，初步達(dá)到讓學(xué)生可以獨(dú)立分析和解決實(shí)際問(wèn)題的目的。近年來(lái)，由于各大高校進(jìn)行大幅擴(kuò)招學(xué)生，在校本科生人數(shù)逐年增加，結(jié)果導(dǎo)致學(xué)生整體素質(zhì)參差不齊，尤其是在一些非985、211的普通二本學(xué)校，此現(xiàn)象尤為明顯。此外，有些學(xué)校還存在師生比例嚴(yán)重失調(diào)、教學(xué)資源緊張的問(wèn)題，這些因素導(dǎo)致本科畢業(yè)論文質(zhì)量逐年下降[1]。對(duì)于本科畢業(yè)論文質(zhì)量問(wèn)題，已有部分報(bào)道[2-4]。本文根據(jù)作者所在學(xué)校的應(yīng)用物理專業(yè)為例，結(jié)合作者指導(dǎo)本科畢業(yè)論文的體會(huì)，對(duì)如何提高本科畢業(yè)論文質(zhì)量進(jìn)行初探。

1應(yīng)用物理專業(yè)畢業(yè)論文教學(xué)現(xiàn)狀

1．1完成畢業(yè)論文時(shí)間不足

我校應(yīng)用物理專業(yè)本科生畢業(yè)論文安排在大學(xué)四年級(jí)下學(xué)期3月至6月份進(jìn)行，短短的3個(gè)月時(shí)間學(xué)生要完成查閱大量的文獻(xiàn)資料、學(xué)習(xí)畢業(yè)學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用方法、實(shí)驗(yàn)、分析、撰寫論文。其間部分學(xué)生還要去找工作、面試（工作、考研面試等），真正完全投入實(shí)驗(yàn)的有效時(shí)間約為1個(gè)多月。因此，要想取得較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是比較困難的。

1．2對(duì)畢業(yè)論文課程了解不足

根據(jù)對(duì)2012級(jí)應(yīng)用物理專業(yè)學(xué)生的調(diào)查結(jié)果顯示，學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課程非常了解的為0，了解的為43.5%，不了解的為56.5%，占到一半以上。對(duì)畢業(yè)論文撰寫格式非常熟悉的為0，基本熟悉的為39.1%，不知道的占61.9%。對(duì)畢業(yè)論文考核標(biāo)準(zhǔn)不了解的高達(dá)73.9%。學(xué)生對(duì)畢業(yè)論文課程的認(rèn)識(shí)不足必然會(huì)影響撰寫論文質(zhì)量。此外，學(xué)生對(duì)畢業(yè)論文的重要性缺乏認(rèn)識(shí)。學(xué)生普遍認(rèn)為畢業(yè)論文與就業(yè)無(wú)關(guān)，沒(méi)有必要在畢業(yè)論文中投入過(guò)多的時(shí)間和精力，而把大部分時(shí)間都投入在考研和就業(yè)的事情上。甚至有的學(xué)生會(huì)認(rèn)為只要找到工作或考上研究生，學(xué)校在畢業(yè)論文上會(huì)為他們開(kāi)綠燈，完全忽略畢業(yè)論文的質(zhì)量問(wèn)題。因此，學(xué)生在撰寫畢業(yè)論文過(guò)程中，缺乏主動(dòng)性和創(chuàng)新精神，導(dǎo)致畢業(yè)論文質(zhì)量下降。

1．3學(xué)生撰寫論文能力差

大學(xué)生在學(xué)習(xí)期間很少、甚至沒(méi)有閱讀科學(xué)論文，也沒(méi)有系統(tǒng)的學(xué)習(xí)論文的撰寫方法，因此在撰寫畢業(yè)論文的時(shí)候必然會(huì)導(dǎo)致一些抄襲、語(yǔ)言表達(dá)不恰當(dāng)、格式不規(guī)范等問(wèn)題。

1.4學(xué)生對(duì)論文選題不感興趣

我校的畢業(yè)論文題目一般都是由指導(dǎo)老師擬定，然后讓學(xué)生選擇。有些題目擬的過(guò)大，超出了本科生研究的范圍；有的題目擬的過(guò)窄，無(wú)法開(kāi)展實(shí)際研究；有的選題與專業(yè)結(jié)合不緊密，學(xué)生對(duì)選題不感興趣。最終，學(xué)生為了畢業(yè)，隨便選取一個(gè)論文題目，應(yīng)付差事，結(jié)果導(dǎo)致畢業(yè)論文質(zhì)量降低。

2提高應(yīng)用物理專業(yè)畢業(yè)論文質(zhì)量的實(shí)踐與探索

我校是一所以工科為主的高等學(xué)校，致力于培養(yǎng)高級(jí)應(yīng)用型人才，學(xué)校注重對(duì)學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力的培養(yǎng)。針對(duì)我校應(yīng)用物理專業(yè)的畢業(yè)論文存在的以上問(wèn)題，我們主要開(kāi)展了一些實(shí)踐措施以期提高應(yīng)用物理專業(yè)畢業(yè)論文質(zhì)量。具體措施如下：

2．1鼓勵(lì)學(xué)生提前開(kāi)始畢業(yè)論文準(zhǔn)備工作

目前，我校應(yīng)用物理專業(yè)四年級(jí)上學(xué)期的必修課程只有《固體物理》和《近代物理實(shí)驗(yàn)（4）》兩門課程和其它選修課程。因此，通過(guò)鼓勵(lì)學(xué)生提前完成選修課程的學(xué)習(xí)，在四年級(jí)上學(xué)期有一定的空閑時(shí)間開(kāi)展畢業(yè)論文的前期工作，從而延長(zhǎng)畢業(yè)論文執(zhí)行時(shí)間，提高畢業(yè)論文質(zhì)量。

2．2提前開(kāi)展與畢業(yè)論文相關(guān)的宣傳工作

鼓勵(lì)各代課老師以及班主任提前對(duì)學(xué)生講解畢業(yè)論文課程的重要性，必要時(shí)可在三年級(jí)下學(xué)期末或四年級(jí)上學(xué)期初開(kāi)設(shè)關(guān)于畢業(yè)論文課程講解的課程或講座，讓學(xué)生提前認(rèn)識(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)課程的重要性、了解畢業(yè)論文的考核標(biāo)準(zhǔn)。使學(xué)生在做畢業(yè)論文時(shí)能夠有備而戰(zhàn)、進(jìn)而保證畢業(yè)論文的完成質(zhì)量。

2．3培養(yǎng)學(xué)生查找和閱讀論文的能力

學(xué)生在撰寫畢業(yè)論文之前，閱讀專業(yè)論文量少，僅限于課本教材。因此，學(xué)生對(duì)撰寫畢業(yè)論文的方法、結(jié)構(gòu)和格式等了解不足。針對(duì)這些問(wèn)題，有必要提前告知學(xué)生獲取文獻(xiàn)的途徑。例如，利用圖書館網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)（同方、知網(wǎng)、維普網(wǎng)、以及Elsevier等英文數(shù)據(jù)庫(kù)）查找相關(guān)的學(xué)術(shù)文章。通過(guò)閱讀文獻(xiàn)既可拓寬學(xué)生的知識(shí)面、彌補(bǔ)課堂教學(xué)信息量的不足，又可讓學(xué)生了解論文撰寫的結(jié)構(gòu)、格式等基本要求，為將來(lái)撰寫合格的、高質(zhì)量的畢業(yè)論文奠定基礎(chǔ)。

2．4指導(dǎo)教師提出高質(zhì)量畢業(yè)論文題目

指導(dǎo)教師應(yīng)該從自己在研課題中提出與學(xué)生專業(yè)課內(nèi)容相關(guān)或符合的題目作為畢業(yè)論文選題。只有指導(dǎo)教師提出高質(zhì)量的、學(xué)術(shù)性的、科學(xué)性強(qiáng)的、有理論價(jià)值的、應(yīng)用價(jià)值的題目，學(xué)生才會(huì)有完成其的興趣，才有可能寫出高質(zhì)量的論文。這樣不僅能把科研和教學(xué)相結(jié)合，而且還能提高畢業(yè)論文質(zhì)量，同時(shí)還有可能為學(xué)生在將來(lái)的進(jìn)一步深造或工作中提供有益幫助。

3結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)向?qū)W生講解畢業(yè)論文課程的重要性、鼓勵(lì)學(xué)生提前開(kāi)始畢業(yè)論文的準(zhǔn)備工作、培養(yǎng)學(xué)生查找和閱讀文獻(xiàn)的能力、提出高質(zhì)量的論文選題等措施，可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生創(chuàng)新的積極性、提高本科生畢業(yè)論文質(zhì)量。

【參考文獻(xiàn)】

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［3］熊科云，科技廣場(chǎng)[J]．8(2011)250．

篇(2)

【摘要】本文討論了歷史主義科學(xué)哲學(xué)的范式內(nèi)涵特點(diǎn)以及整個(gè)發(fā)展過(guò)程，在對(duì)邏輯經(jīng)驗(yàn)主義、批判理性主義的批判中，圍繞歷史主義以科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)史的結(jié)合為理論出發(fā)點(diǎn)，對(duì)科學(xué)的發(fā)展過(guò)程作進(jìn)一步的科學(xué)史分析，深入闡述歷史主義的范式特點(diǎn)，以及歷史主義范式對(duì)科學(xué)哲學(xué)的意義影響。

【關(guān)鍵詞】歷史主義；科學(xué)哲學(xué)；思想；范式

一、歷史主義科學(xué)哲學(xué)范式的內(nèi)涵

范式概念的首次提出者庫(kù)恩在其著作《科學(xué)革命的結(jié)構(gòu)》一書中作了初步的解釋，“它們的成就空前地吸引一批堅(jiān)定的擁護(hù)者，使他們脫離科學(xué)活動(dòng)的其他競(jìng)爭(zhēng)模式。同時(shí)，這些成就又足以無(wú)限制地為重新組成的一批實(shí)踐者留下有待解決的種種問(wèn)題”，[1]范式作為描述整體科學(xué)結(jié)構(gòu)的概念，包含科學(xué)共同體的信念、哲學(xué)觀點(diǎn)、公認(rèn)的科學(xué)成就、方法論準(zhǔn)則、共有的世界觀，乃至于教科書或經(jīng)典著作、實(shí)驗(yàn)儀器等等，具有極其復(fù)雜的內(nèi)涵，范式在科學(xué)研究中有著重要的地位，貫穿科學(xué)發(fā)展的始終，至今也已成為人文社會(huì)科學(xué)中的一個(gè)基本范疇。范式是一個(gè)具有多層次結(jié)構(gòu)的范疇，對(duì)于范式的運(yùn)用，在此，我們應(yīng)明確歷史主義科學(xué)哲學(xué)范式研究，是科學(xué)哲學(xué)研究的一個(gè)新視角的體現(xiàn)，也是一種新的研究模式。通過(guò)庫(kù)恩對(duì)“范式”的解釋我們可以看出，“范式”的運(yùn)用歷史地重現(xiàn)了科學(xué)發(fā)展的規(guī)律，庫(kù)恩用范式描述科學(xué)發(fā)展的模式，則體現(xiàn)出了科學(xué)發(fā)展模式的動(dòng)態(tài)性特征。

二、對(duì)傳統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)的批判

歷史主義不贊同邏輯經(jīng)驗(yàn)主義認(rèn)為科學(xué)研究的任務(wù)在于把作為研究對(duì)象的科學(xué)知識(shí)進(jìn)行語(yǔ)言的邏輯分析，科學(xué)知識(shí)的直線式積累看作是科學(xué)進(jìn)步的標(biāo)志。歷史主義認(rèn)為知識(shí)的增長(zhǎng)并不是一個(gè)累積的疊加過(guò)程，而是一個(gè)革命的漸進(jìn)的過(guò)程，這一結(jié)論是基于科學(xué)知識(shí)的動(dòng)態(tài)研究的結(jié)果，因?yàn)閯?dòng)態(tài)發(fā)展模式本身就是一個(gè)上下波動(dòng)的過(guò)程，簡(jiǎn)單的累積疊加體現(xiàn)不出跨越式的進(jìn)步，量變的漸變過(guò)程體現(xiàn)不出質(zhì)變的大飛躍，難以與科學(xué)的大發(fā)展相匹配。

針對(duì)批判理性主義的觀點(diǎn)，歷史主義是這樣批判的。波普爾曾指出：“科學(xué)應(yīng)該被看成是從問(wèn)題到問(wèn)題而進(jìn)步的。隨著這種進(jìn)步，問(wèn)題的深度也不斷地增加”。[2]從這個(gè)角度上看，證偽的科學(xué)知識(shí)增長(zhǎng)模式確實(shí)也說(shuō)得上是一種反歸納主義的模式，不斷的試錯(cuò)，不斷的證偽這個(gè)過(guò)程就是不斷的否定的過(guò)程，從辯證的觀點(diǎn)看來(lái)，就是僅僅只強(qiáng)調(diào)了質(zhì)變的飛躍，“所謂‘不斷推翻’的‘增長(zhǎng)’，這本身就是一種悖論”，[3]這種發(fā)展觀是片面的。歷史的發(fā)展具有不間斷性，在這個(gè)不間斷的過(guò)程中，總會(huì)存在著類似于常規(guī)科學(xué)的累積時(shí)期，雖然累積時(shí)期同樣蘊(yùn)含著新范式的萌芽，但是也確實(shí)是范式的不斷發(fā)展時(shí)期，波普爾卻“把科學(xué)事業(yè)中非經(jīng)常性的革命特點(diǎn)賦予了整個(gè)科學(xué)事業(yè)”。[4]

歷史主義與批判理性主義在研究對(duì)象所采取的角度也是不一樣的。批判理性主義從個(gè)人的理性的角度去研究科學(xué)的發(fā)展，其實(shí)蘊(yùn)含著諸多的主觀因素在內(nèi)，波普爾的建立在“科學(xué)發(fā)現(xiàn)的邏輯”之上的“理性的重建”，其實(shí)也就是一種制定知識(shí)產(chǎn)生的程序法則，科學(xué)研究只要以此法則為基準(zhǔn)，便會(huì)不斷獲得真理性知識(shí)，以個(gè)人的理性為基礎(chǔ)的建構(gòu)正是波普爾的理論出發(fā)點(diǎn)。但是，庫(kù)恩認(rèn)為：“科學(xué)盡管是由個(gè)人進(jìn)行的，科學(xué)知識(shí)本質(zhì)上卻是集團(tuán)的產(chǎn)物，如不考慮創(chuàng)造這種知識(shí)的集團(tuán)的特殊性，那就既無(wú)法理解科學(xué)知識(shí)的特有效能，也無(wú)法理解它的發(fā)展方式。從這一點(diǎn)說(shuō)，我的書本質(zhì)上是屬于社會(huì)學(xué)的，但也絕不容許這個(gè)問(wèn)題離開(kāi)認(rèn)識(shí)論”。[5]由此可看出，科學(xué)知識(shí)本質(zhì)上就屬于社會(huì)的產(chǎn)物，脫離了社會(huì)因素將會(huì)不能很好解釋科學(xué)的發(fā)展，科學(xué)研究的任務(wù)并不是像波普爾所說(shuō)的那樣理性的重建科學(xué)發(fā)展的歷程，而是“要充分傾聽(tīng)歷史的呼聲”。[6]在對(duì)批判理性主義進(jìn)行批判方面，庫(kù)恩曾經(jīng)指出：“我們都關(guān)心獲得科學(xué)知識(shí)的動(dòng)態(tài)過(guò)程，更甚于關(guān)心科學(xué)成品的邏輯結(jié)構(gòu)”，[7]歷史主義把社會(huì)歷史因素滲透于研究過(guò)程之中，得出該流派獨(dú)特的見(jiàn)解以及理論成果。

三、歷史主義科學(xué)哲學(xué)范式的內(nèi)部發(fā)展

隨著科學(xué)哲學(xué)不斷發(fā)展，歷史主義登上了科學(xué)哲學(xué)歷史的舞臺(tái)，歷史主義在自身的發(fā)展中形成了新、舊歷史主義兩個(gè)流派，他們都是在對(duì)邏輯經(jīng)驗(yàn)主義、批判理性主義批判基礎(chǔ)上將研究視角從科學(xué)理論邏輯分析轉(zhuǎn)移到特定的社會(huì)歷史領(lǐng)域，針對(duì)不同的范式建構(gòu)起科學(xué)理論，闡釋科學(xué)發(fā)展的動(dòng)態(tài)模型發(fā)展機(jī)制，都給科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)帶來(lái)了深遠(yuǎn)的影響。

舊歷史主義主要代表庫(kù)恩的范式研究，表明在不同范式條件下，對(duì)科學(xué)理論的理解應(yīng)采取不可通約性原則，要想達(dá)到對(duì)科學(xué)理論成果的清晰理解，就必須考慮當(dāng)時(shí)的歷史語(yǔ)境。庫(kù)恩還認(rèn)為，科學(xué)理論的產(chǎn)生脫離不了諸如頓悟與直覺(jué)等非理性因素的影響，非理性因素是科學(xué)所必需的重要因素，是科學(xué)產(chǎn)生的基礎(chǔ)，非理性因素對(duì)范式的產(chǎn)生與選擇起到了實(shí)質(zhì)的推動(dòng)作用。拉卡托斯的科學(xué)研究綱領(lǐng)的范式依然沒(méi)有脫離科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)史，還是處在歷史主義的大框架下進(jìn)行的科學(xué)研究，在理論思想發(fā)展的過(guò)程中還體現(xiàn)出了歷史與邏輯的有機(jī)統(tǒng)一，是一種開(kāi)創(chuàng)性的進(jìn)展，他的科學(xué)研究綱領(lǐng)實(shí)質(zhì)上指的是相互聯(lián)系的理論系統(tǒng)，單個(gè)理論并不能稱之為科學(xué)的單元，既然科學(xué)研究綱領(lǐng)實(shí)質(zhì)上指的是相互聯(lián)系的理論系統(tǒng)，那么其發(fā)展過(guò)程也是一個(gè)循序漸進(jìn)的不間斷過(guò)程，是一個(gè)歷史再現(xiàn)的過(guò)程，隨著經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的不斷增長(zhǎng)，那么相應(yīng)地科學(xué)理論也會(huì)不斷增長(zhǎng)。費(fèi)耶阿本德把庫(kù)恩的非理性主義不斷強(qiáng)化，認(rèn)為非理性是科學(xué)之所以成為科學(xué)的重要因素，任何把非理性因素排除在科學(xué)之外的做法，其最終的結(jié)果是“必將消滅科學(xué)”。[8]費(fèi)耶阿本德的范式研究方法我們可以把它說(shuō)成“怎么都行”，法無(wú)定法是其思想的重要體現(xiàn)，是對(duì)一元論的傳統(tǒng)挑戰(zhàn)，有利于多元理論間的競(jìng)爭(zhēng)與發(fā)展，使人們可以從更深一層視角研究科學(xué)發(fā)展模式，使科學(xué)發(fā)展不局限于單一方法原則，為思想進(jìn)一步繁榮奠定理論基礎(chǔ)。

新歷史主義的重要代表人物之一夏佩爾，夏佩爾的理論研究依然是從科學(xué)史出發(fā)來(lái)考察科學(xué)發(fā)展的問(wèn)題，他不認(rèn)同庫(kù)恩、費(fèi)耶阿本德的范式的不可通約性觀點(diǎn)，理由在于研究對(duì)象沒(méi)有脫離客觀世界范疇，同屬一個(gè)范圍的對(duì)象并不會(huì)有不可比的障礙，范式的不可通約將會(huì)帶來(lái)科學(xué)的進(jìn)步與合理性無(wú)法成立，這也是他們的相對(duì)主義與非理性主義產(chǎn)生的一個(gè)重要根源。而作為八十年代新歷史主義另一主要代表人物勞丹，與夏佩爾的思想理論方向則有所不同。勞丹關(guān)于“科學(xué)問(wèn)題”的范式認(rèn)為，科學(xué)的發(fā)展，理論的進(jìn)步主要在于問(wèn)題能夠得到不斷地解決，科學(xué)的目標(biāo)就是不斷增強(qiáng)解決問(wèn)題的能力，以問(wèn)題為導(dǎo)向，以解決問(wèn)題為突破的科學(xué)研究，問(wèn)題是會(huì)不斷發(fā)展變化的，解決方式也會(huì)隨著問(wèn)題發(fā)展與時(shí)俱進(jìn)，勞丹還在科學(xué)發(fā)展動(dòng)態(tài)模式理論的建構(gòu)中，闡釋科學(xué)發(fā)展的本質(zhì)是在于漸進(jìn)式的發(fā)展，科學(xué)內(nèi)部的各要素是處在一個(gè)相互聯(lián)系的有機(jī)系統(tǒng)之中，跨越式的革命進(jìn)程是不應(yīng)該存在于相互聯(lián)系的要素之間。

綜上，歷史主義的發(fā)展一個(gè)顯著的特點(diǎn)在于，把非理性因素的科學(xué)研究中的作用提到了一個(gè)高度，體現(xiàn)了歷史主義的創(chuàng)新性。非理性主義觀點(diǎn)出現(xiàn)之后，雖不可避免遭到攻擊與駁斥，但是，畢竟非理性主義還是有著歷史的因素包含其中，考慮到當(dāng)時(shí)理性主義指導(dǎo)下的科學(xué)對(duì)人類社會(huì)帶來(lái)的諸多負(fù)面效應(yīng)，單純理性原則似乎抵擋不了對(duì)科學(xué)的種種質(zhì)疑，一時(shí)也得不到理性主義的合理解釋，這樣的局面正好給了非理性一個(gè)很好的契機(jī)，給了科學(xué)哲學(xué)的新發(fā)展方向一個(gè)很好的機(jī)會(huì)，這也就是后來(lái)我們看到的，以庫(kù)恩為主要代表的舊歷史主義強(qiáng)調(diào)的非理性因素對(duì)科學(xué)的重要作用，后經(jīng)費(fèi)耶阿本德的繼承與發(fā)展，更留下了濃墨重彩的一筆。

四、歷史主義科學(xué)哲學(xué)范式的特點(diǎn)

歷史主義科學(xué)哲學(xué)范式的一大特點(diǎn)就是突出主體性，在西方科學(xué)哲學(xué)在從客觀主義、絕對(duì)主義到主體主義、相對(duì)主義的根本性轉(zhuǎn)變過(guò)程中，歷史主義扮演了關(guān)鍵的角色。在歷史主義之前，無(wú)論是邏輯經(jīng)驗(yàn)主義還是批判理性主義，都主張把主體性排除在科學(xué)研究之外，認(rèn)為主體性會(huì)造成科學(xué)知識(shí)認(rèn)知的偏差，通過(guò)排除主體性的歸納與演繹的結(jié)果是得到絕對(duì)客觀的科學(xué)知識(shí)理論的前提。歷史主義充分肯定主體性因素在科學(xué)認(rèn)識(shí)中的作用，科學(xué)知識(shí)的普遍必然性并不是直接來(lái)源于經(jīng)驗(yàn)事實(shí)，也不是直接來(lái)源于對(duì)先驗(yàn)公理的演繹，人的主體性對(duì)科學(xué)知識(shí)的產(chǎn)生也占據(jù)著重要的影響，科學(xué)共同體發(fā)揮主體性的作用把科學(xué)與客觀外部世界聯(lián)系起來(lái)，科學(xué)知識(shí)最終還是由主體的能動(dòng)性所做出的非邏輯、非理性所決定的，這種主體性是有著積極的意義，充滿著創(chuàng)造性，并不局限在狹隘的觀念和框架之中。

歷史主義把科學(xué)哲學(xué)與科學(xué)史相結(jié)合，重視科學(xué)史的研究，與歷史史實(shí)的聯(lián)系，科學(xué)研究以科學(xué)史為指導(dǎo)，是區(qū)別于早期科學(xué)哲學(xué)將科學(xué)研究聚焦于邏輯方法的一大進(jìn)步。歷史主義在考察新事實(shí)與新理論在科學(xué)發(fā)現(xiàn)的關(guān)系中就很好地體現(xiàn)出了對(duì)歷史事實(shí)的重視，在氧的發(fā)現(xiàn)的例子考察中，對(duì)C.W.舍勒、約瑟夫·普利斯特列以及拉瓦錫的研究成果都做了細(xì)致的分析，但是究竟誰(shuí)是氧的最初發(fā)現(xiàn)者，由于沒(méi)有確定權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)作為判斷的依據(jù)，所以最終難以定斷。氧被發(fā)現(xiàn)了的歷史事實(shí)，給予我們這樣的啟示，科學(xué)發(fā)現(xiàn)不同于類似于看見(jiàn)這樣一種瞬間性的行為，把科學(xué)發(fā)現(xiàn)單純歸屬于某一時(shí)刻、某一人，科學(xué)發(fā)現(xiàn)是一個(gè)過(guò)程，脫離歷史發(fā)展的過(guò)程性，是不符合歷史與現(xiàn)實(shí)的，歷史發(fā)展的過(guò)程性，不僅有類似于量變的積累，還有類似于質(zhì)變的飛躍，蘊(yùn)含著量質(zhì)變的辯證關(guān)系，把科學(xué)的發(fā)展與歷史緊密結(jié)合。由此可見(jiàn)，科學(xué)史對(duì)科學(xué)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。

歷史主義探究科學(xué)發(fā)展強(qiáng)調(diào)歷史性思維。研究科學(xué)哲學(xué)的目的應(yīng)該在于重現(xiàn)科學(xué)的歷史，這一重現(xiàn)的過(guò)程不必遵循著正統(tǒng)派“邏輯重建”的原則。然而，歷史重現(xiàn)與邏輯重建是背道而馳的，這倒不是說(shuō)明歷史主義在科學(xué)發(fā)展的歷程中偏離了方向，而是恰恰說(shuō)明了這是對(duì)正統(tǒng)派中的闡釋科學(xué)合理性的片面說(shuō)法進(jìn)行的修正，指出純粹的邏輯分析的缺陷。在對(duì)新舊理論的邏輯分析上，歷史主義從歷史學(xué)的角度出發(fā)，指出了新范式理論與舊范式理論在邏輯上存在著不一致的方面。

歷史主義范式的特點(diǎn)還體現(xiàn)在以動(dòng)態(tài)發(fā)展模型來(lái)研究科學(xué)發(fā)展的歷程。在范式基礎(chǔ)上把科學(xué)發(fā)展模式解釋為前科學(xué)時(shí)期、常規(guī)科學(xué)時(shí)期、反常與危機(jī)、科學(xué)革命直至新的常規(guī)科學(xué)時(shí)期這樣循環(huán)往復(fù)的過(guò)程，體現(xiàn)出了歷史發(fā)展的過(guò)程性，符合科學(xué)發(fā)展史的實(shí)際情況，常規(guī)科學(xué)時(shí)期可以把科學(xué)的進(jìn)步看成以累積的方式不斷發(fā)展著，而科學(xué)革命時(shí)期，新范式的建立標(biāo)志著新的科學(xué)共同體取代舊的科學(xué)共同體的過(guò)程，這是一個(gè)質(zhì)變的跨越過(guò)程，因此，這一具有歷史性、社會(huì)性動(dòng)態(tài)發(fā)展模式開(kāi)創(chuàng)了詮釋科學(xué)發(fā)展的新視野。

歷史主義范式還十分注重理論間的不可通約性來(lái)進(jìn)行科學(xué)哲學(xué)的研究?！安豢赏s性”術(shù)語(yǔ)的由來(lái)在庫(kù)恩的《結(jié)構(gòu)之后的路》一書中有這樣的說(shuō)明，“等腰直角三角形的斜邊與直角邊不可通約，圓的周長(zhǎng)與半徑不可通約，這意味著不存在一個(gè)長(zhǎng)度單位可以將一組數(shù)中的兩個(gè)數(shù)都整除而沒(méi)有余數(shù)。即不存在公約數(shù)”。[9]在后來(lái)的發(fā)展中，“不可通約性”便被用來(lái)說(shuō)明科學(xué)理論間以及其詞匯、概念間的不可比較性，不過(guò)，這里的不可通約性并不是絕對(duì)的，等腰直角三角形的斜邊與直角邊不可通約，但是斜邊與直角邊的長(zhǎng)度還是可以比較的，這僅是一種局部的不可通約性。人們往往習(xí)慣于運(yùn)用現(xiàn)實(shí)的理論原則審視過(guò)去的理論，簡(jiǎn)單地把過(guò)去的科學(xué)成分剔除出科學(xué)的范疇，然而，過(guò)去的理論并不是它們被取代就不科學(xué)了。

五、歷史主義范式對(duì)科學(xué)哲學(xué)的意義

歷史主義范式代表著一種典型歷史觀的歷史方法論，歷史主義科學(xué)哲學(xué)流派把研究對(duì)象聚焦于“過(guò)程”，歷史主義中的代表人物之間的理論有批判與繼承，一定程度上推動(dòng)了辯證思維的發(fā)展，對(duì)歷史主義范式的探索，無(wú)論是在理論的參考價(jià)值，還是在研究視角的啟發(fā)，對(duì)未來(lái)的科學(xué)發(fā)展模式的研究都有其重要的借鑒意義，對(duì)后繼發(fā)展的理論具有重要的參考價(jià)值，還提供給人們一種新的思維方式，讓人們更好的理解科學(xué)哲學(xué)的發(fā)展史，對(duì)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展作深刻的哲學(xué)反思，體現(xiàn)出特定的社會(huì)歷史背景并彰顯時(shí)代特征。

繼歷史主義之后，范式理論得到了廣泛的應(yīng)用，歷史性地融入了科學(xué)哲學(xué)的研究中，對(duì)科學(xué)共同體的科學(xué)觀產(chǎn)生重大的影響，科學(xué)共同體科學(xué)觀的形成以及思維方式的發(fā)展都是以范式的形成為基礎(chǔ)的，現(xiàn)代科學(xué)家的任務(wù)在于對(duì)前范式進(jìn)行整合，把不符合范式的發(fā)展要求的內(nèi)容進(jìn)行修正，不斷擴(kuò)大范式的作用范疇。雖然歷史主義的時(shí)代使命在當(dāng)時(shí)的歷史背景下已經(jīng)完成，但是它對(duì)后繼發(fā)展的科學(xué)觀有著深遠(yuǎn)的影響，我們現(xiàn)在應(yīng)該思考的并不是實(shí)質(zhì)的對(duì)與錯(cuò)的關(guān)系，應(yīng)該是把范式理論的背景、經(jīng)過(guò)及影響做深入分析，簡(jiǎn)單的做出對(duì)錯(cuò)劃分最終對(duì)科學(xué)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展并沒(méi)有什么實(shí)質(zhì)的意義，沒(méi)有無(wú)懈可擊的科學(xué)理論，只有隨時(shí)展而不斷涌現(xiàn)出更加符合歷史發(fā)展客觀現(xiàn)實(shí)的理論。理性主義占統(tǒng)治地位的時(shí)代背景下，后現(xiàn)代哲學(xué)雖然不能完全顛覆理性主義的位置，但是，歷史主義奠基者還是充當(dāng)了時(shí)代思想的先鋒，對(duì)理性主義進(jìn)行有力的批判，突破傳統(tǒng)的理論創(chuàng)新以及時(shí)代創(chuàng)新精神，是值得無(wú)數(shù)后繼者的學(xué)習(xí)的。

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篇(3)

摘要：

通過(guò)詳細(xì)介紹仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了石油工程仿生學(xué)的概念，指出了建立石油工程仿生學(xué)的必要性，概括了石油工程仿生學(xué)的特點(diǎn)和研究方法，并梳理了其發(fā)展趨勢(shì)。目前，仿生學(xué)在鉆井、管道、井筒等領(lǐng)域取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。未來(lái)石油工程仿生學(xué)研究應(yīng)遵循科學(xué)的研究方法，按生物原型階段、數(shù)學(xué)模型階段和工程實(shí)現(xiàn)階段循序漸進(jìn)地加深研究成果，盡可能避免模仿的復(fù)雜性；同時(shí)加強(qiáng)在模仿中的創(chuàng)造與創(chuàng)新。石油工程仿生學(xué)發(fā)展應(yīng)以生產(chǎn)中的技術(shù)需求為根本出發(fā)點(diǎn)，以改善現(xiàn)有的或創(chuàng)造嶄新的技術(shù)系統(tǒng)為目的，有層次、分階段地開(kāi)展應(yīng)用研究，在功能材料、表面性能、信息獲取與處理、工程實(shí)現(xiàn)等方面為關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的突破提供創(chuàng)新性解決方案和技術(shù)手段，經(jīng)知識(shí)積累、成果轉(zhuǎn)化和工業(yè)化應(yīng)用3個(gè)階段，逐漸形成涵蓋勘探、開(kāi)發(fā)、工程的仿生技術(shù)體系。

關(guān)鍵詞：

仿生學(xué)；石油工程仿生學(xué)；仿生技術(shù)體系；材料仿生；表面仿生；信息仿生；工程仿生

為了適應(yīng)環(huán)境、延續(xù)生命，自然界中的生物經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的進(jìn)化和優(yōu)勝劣汰，造就了近乎完美的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能。五彩繽紛的自然界一直是人類產(chǎn)生各種技術(shù)思想和發(fā)明創(chuàng)造靈感的不竭源泉，從千百年前模仿蜘蛛織網(wǎng)發(fā)明漁網(wǎng)，到近代模仿鳥類飛翔發(fā)明飛機(jī)，再到21世紀(jì)模仿鯊魚皮結(jié)構(gòu)發(fā)明鯊魚皮泳衣，人類一直在向大自然學(xué)習(xí)，利用仿生原理和思想推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步，對(duì)仿生學(xué)的使用也從無(wú)意識(shí)向有意識(shí)轉(zhuǎn)變。仿生學(xué)是研究生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、性狀、原理、行為以及相互作用，從而為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)思想、工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成的技術(shù)科學(xué)［1］。自仿生學(xué)誕生到20世紀(jì)末，科研工作者經(jīng)過(guò)幾十年的探索，逐步加深了對(duì)仿生學(xué)的認(rèn)識(shí)和理解，初步掌握了仿生學(xué)研究方法，完成了基礎(chǔ)知識(shí)的積累。進(jìn)入21世紀(jì)，仿生學(xué)的思維和方法迅速滲透到各個(gè)學(xué)科和行業(yè)，研究成果大量涌現(xiàn)，根據(jù)發(fā)表科學(xué)論文數(shù)量推斷，這一階段的成果占了總數(shù)量的近90％。在這一時(shí)期，仿生學(xué)在石油工程中也出現(xiàn)了應(yīng)用案例，不僅利用仿生學(xué)理論解決了鉆井、管道防護(hù)等技術(shù)難題，并且對(duì)石油工業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新理念和思維也產(chǎn)生了日益重要的影響。本文介紹了仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域的一些重要研究成果，在對(duì)仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域發(fā)展歷程深入分析的基礎(chǔ)上，提出了建立石油工程仿生學(xué)的必要性，并概括了石油工程仿生學(xué)的研究特點(diǎn)和方法，梳理了其發(fā)展方向。

1仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

仿生學(xué)的本質(zhì)是模擬生命系統(tǒng)，其學(xué)科結(jié)合和行業(yè)結(jié)合的特點(diǎn)促進(jìn)了優(yōu)秀的仿生研究成果從科學(xué)研究走向生產(chǎn)實(shí)踐，最終投入實(shí)際應(yīng)用。仿生學(xué)和石油工程的交叉在鉆井、管道、井筒、油藏等領(lǐng)域也產(chǎn)生了一些研究成果。

1．1鉆井領(lǐng)域

1．1．1仿生鉆井液井壁穩(wěn)定問(wèn)題一直是困擾國(guó)內(nèi)外鉆井的難題，水平井比直井的井壁失穩(wěn)問(wèn)題更加突出［2］。中國(guó)石油大學(xué)（北京）根據(jù)海洋生物貽貝足絲蛋白的超強(qiáng)黏附能力，研制了仿生強(qiáng)固壁鉆井液體系［3］。該技術(shù)在聚合物主鏈上接枝類似貽貝足絲蛋白中的一種關(guān)鍵基團(tuán)，合成類似貽貝蛋白質(zhì)的水溶性聚合物。仿生鉆井液體系在巖石表面自發(fā)固化形成致密且具有黏附性的“仿生殼”，起到維持井壁穩(wěn)定的作用。試驗(yàn)井現(xiàn)場(chǎng)鉆井試驗(yàn)表明，該仿生鉆井液體系在抑制鉆屑分散、穩(wěn)定井壁、攜屑等方面效果顯著［4］。此外，模仿細(xì)菌結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)了含仿生絨囊的鉆井液［5］，在鉆井過(guò)程中無(wú)需固相即可暫堵漏失儲(chǔ)層。目前，仿生絨囊鉆井液已在煤層氣欠平衡鉆井、空氣鉆井、防漏堵漏、快速鉆進(jìn)等方面發(fā)揮了作用。

1．1．2仿生PDC鉆頭機(jī)械鉆速與使用壽命是衡量鉆頭性能的兩個(gè)重要指標(biāo)［6］，聚晶金剛石復(fù)合片（PDC）鉆頭因其出色的切削巖石速度和較長(zhǎng)的使用壽命已成為最常用的破巖工具之一。然而，常規(guī)PDC鉆頭依然存在金剛石與硬質(zhì)合金結(jié)合力不足、防黏效果不明顯、磨損較快等缺點(diǎn)，為此，吉林大學(xué)開(kāi)展了仿生鉆頭研究工作，研發(fā)的仿生鉆頭已從最初的單一功能仿生，發(fā)展到目前的耦合仿生，鉆頭性能也由單一的減黏脫附發(fā)展到減阻、耐磨、切削效率等指標(biāo)的綜合提升［7－9］。仿生耦合PDC鉆頭借鑒了竹子中纖維素和木質(zhì)素的分布方式，牙齒中有機(jī)／無(wú)機(jī)2種不同材料的梯度復(fù)合形式，樹(shù)木的年輪排布，貝殼表面的非光滑形態(tài)，以及螻蛄前足的快速挖掘特點(diǎn)等多種生物特性，并將其進(jìn)行耦合設(shè)計(jì)，如圖1所示?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，仿生耦合PDC鉆頭比常規(guī)PDC鉆頭鉆進(jìn)速度提高1．5倍，縮短了施工周期，降低了鉆井成本。

1．2管道防護(hù)

1．2．1仿生水草海底防沖刷技術(shù)海底管道是海上石油輸送上岸的主要方式［10］，然而，海底復(fù)雜流場(chǎng)所引起的海底沖刷造成了管道懸空，給海洋采油安全和海洋環(huán)保帶來(lái)重大風(fēng)險(xiǎn)。由于常規(guī)水下拋石、砂包堆壘、混凝土沉排墊等方法效果不理想，中國(guó)石油大學(xué)（華東）和中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司提出了一種模擬海草黏滯阻尼作用的仿生水草海底防沖刷技術(shù)［11，12］，原理如圖2所示。當(dāng)海底水流經(jīng)過(guò)仿生水草時(shí)，其流速降低，減小了對(duì)海床的沖刷；同時(shí)，仿生水草促進(jìn)海流攜沙的沉降淤積，逐漸形成被仿生水草加強(qiáng)的海底沙洲，達(dá)到了埋管目的。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，防沖刷仿生水草施工1年后泥沙淤積厚度達(dá)20～50cm，防護(hù)效果良好。該技術(shù)在海管懸空治理中得到了大范圍推廣應(yīng)用。

1．2．2仿生血小板管道修復(fù)技術(shù)英國(guó)Brinker公司模仿血小板在傷口處凝結(jié)的原理，開(kāi)發(fā)了一種管道修復(fù)技術(shù)［13］。在管道流體中加入Platelets微粒，當(dāng)其流至裂縫處時(shí)，流體壓力迫使其進(jìn)入裂縫，達(dá)到阻止泄漏的目的，如圖3所示。該技術(shù)已應(yīng)用在BP公司Foinaven油田的注水管道和阿帕奇公司在Forties油田超期服役的原油集輸管道上，為管道安全運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。

1．3井筒領(lǐng)域

1．3．1仿生泡沫金屬防砂技術(shù)中國(guó)疏松砂巖油藏分布范圍廣、儲(chǔ)量大，開(kāi)采過(guò)程中必須采取防砂措施。根據(jù)骨松質(zhì)的三維立體結(jié)構(gòu)，提出了一種仿生泡沫金屬防砂技術(shù)［14］。泡沫金屬內(nèi)部為三維孔隙結(jié)構(gòu)［圖4（a）］，砂體進(jìn)入孔隙后沉積在其中，但流通孔道不會(huì)被堵死，實(shí)現(xiàn)了常規(guī)平面防砂到三維立體防砂的轉(zhuǎn)變［圖4（b）］?；诜律菽饘俚膹?fù)合防砂管［圖4（c）］，由不同孔隙度的多個(gè)泡沫金屬防砂層、導(dǎo)流層、保護(hù)層等組成，該結(jié)構(gòu)不僅擴(kuò)大了防砂的粒徑范圍，還保障了防砂管的滲流能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。目前，已發(fā)展出防砂粒徑0．15mm、0．25mm、0．35mm的系列化仿生泡沫金屬防砂工具，在油田應(yīng)用5口井，對(duì)于出砂嚴(yán)重的井，防砂效果顯著，大幅延長(zhǎng)了檢泵周期。

1．3．2仿生非光滑表面膨脹錐技術(shù)膨脹管作業(yè)過(guò)程中，膨脹錐與膨脹管內(nèi)壁間存在巨大的摩擦阻力。為了降低摩擦阻力，提高膨脹錐的耐磨損性能，以穿山甲為仿生對(duì)象，模擬其體表的高強(qiáng)度保護(hù)鱗片結(jié)構(gòu)，研發(fā)了仿生非光滑表面膨脹錐［15］（圖5）。仿生膨脹錐變徑段采用激光刻蝕、超音速火焰噴涂、離子束沉積等方式進(jìn)行表面織構(gòu)蝕刻以及表面硬質(zhì)涂層涂覆。仿生膨脹錐在中國(guó)石油大慶油田進(jìn)行了4井次的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)脹錐相比，仿生膨脹錐降低膨脹壓力15％以上，表面無(wú)明顯磨損痕跡，延長(zhǎng)了使用壽命，降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

1．3．3仿生振動(dòng)波通訊技術(shù)自然界中，沙蝎、大象等動(dòng)物能感受由固體介質(zhì)即大地所傳導(dǎo)的振動(dòng)波，據(jù)此進(jìn)行信息傳遞。受此啟發(fā)，研發(fā)了一種仿生振動(dòng)通訊技術(shù)［16］，該技術(shù)在井口安裝大功率振動(dòng)信號(hào)發(fā)生器作為波源，油管或套管為傳輸介質(zhì)，將振動(dòng)信號(hào)傳輸?shù)骄?，井下工具接收到振?dòng)信號(hào)并進(jìn)行解調(diào)處理，實(shí)現(xiàn)地面和井下無(wú)線傳輸，技術(shù)原理和振動(dòng)信號(hào)發(fā)生器如圖6所示。

1．4油藏領(lǐng)域納米機(jī)器人是仿生信息感知和傳遞的典型代表。納米級(jí)機(jī)器人隨著注入流體進(jìn)入油藏中，記錄分析油藏壓力、溫度以及流體形態(tài)，并將這些信息儲(chǔ)存在隨身內(nèi)存中，之后納米級(jí)機(jī)器人從產(chǎn)出流體中被分選出來(lái)，進(jìn)而提供了在油藏旅途中提取的重要信息。沙特石油公司已經(jīng)對(duì)納米機(jī)器人的尺寸進(jìn)行了評(píng)估，對(duì)加瓦爾油田阿拉伯－D油藏中的850塊巖心進(jìn)行了分析，得到了孔隙－喉道尺寸分布圖，大多數(shù)孔隙喉道尺寸大于5μm。為了避免橋堵，納米機(jī)器人的尺寸應(yīng)為孔隙喉道的約1／4。目前，納米顆粒注入試驗(yàn)以及軟件模擬等工作已在進(jìn)行中［17－19］。此外，國(guó)內(nèi)外近年來(lái)提出了仿生形狀記憶聚合物材料（ShapeMemoryPolymer，簡(jiǎn)稱SMP）［20，21］，利用SMP材料能夠在轉(zhuǎn)變溫度控制下隨意變形的特性，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、座封可控的仿生封隔器，座封過(guò)程不受井下流體性質(zhì)影響，膠筒尺寸可定制，并且通過(guò)調(diào)節(jié)SMP的轉(zhuǎn)變溫度，可適應(yīng)不同井下溫度，以滿足不同井深條件下的完井需求。除了硬件，還出現(xiàn)了“軟性”仿生研究成果。例如，中國(guó)科學(xué)院王守覺(jué)院士提出了“仿生模式識(shí)別”的概念，將傳統(tǒng)模式識(shí)別的“區(qū)分”事物轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢J(rèn)識(shí)”事物，使之更接近人類“認(rèn)識(shí)”事物的特性［22］。石油工作者將這一理論應(yīng)用到了油氣管道工況識(shí)別中，在樣本較少的情況下取得了較高的識(shí)別準(zhǔn)確率［23］。

2石油工程仿生學(xué)發(fā)展展望

目前，仿生學(xué)雖然已經(jīng)在石油工程領(lǐng)域取得了一定的研究成果，有些甚至已經(jīng)在油田現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，但仿生學(xué)與石油工業(yè)的結(jié)合依然只是“星星之火”，沒(méi)有達(dá)到燎原之勢(shì)。為了系統(tǒng)、全面地推動(dòng)仿生學(xué)與石油工程的融合，向自然界尋找推動(dòng)石油工業(yè)進(jìn)步的靈感和啟發(fā)，2009年中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院成立了中國(guó)第一個(gè)石油工程仿生研究部門，開(kāi)展仿生學(xué)在石油工程中的應(yīng)用研究。

2．1建立石油工程仿生學(xué)的必要性經(jīng)過(guò)幾年探索，筆者所在的石油工程仿生研究部門開(kāi)展了仿生泡沫金屬防砂、非光滑表面、仿生振動(dòng)波傳輸?shù)榷囗?xiàng)研究，取得了階段性成果，部分已進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用階段。總體來(lái)說(shuō)，通過(guò)專項(xiàng)研究迅速找到了石油工程和仿生學(xué)的結(jié)合點(diǎn)，并從最初的研究思路轉(zhuǎn)化為研究成果，成功應(yīng)用于石油工程現(xiàn)場(chǎng)，解決了油田技術(shù)需求。這充分說(shuō)明了開(kāi)展石油工程和仿生學(xué)的結(jié)合研究是合理的、可行的，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，建立“石油工程仿生學(xué)”是非常有必要的?！笆凸こ谭律鷮W(xué)”是借鑒生物系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理、功能等特征為石油工程技術(shù)難題提供解決方案的應(yīng)用科學(xué)。建立“石油工程仿生學(xué)”意味著更加系統(tǒng)地開(kāi)展仿生學(xué)在石油工程領(lǐng)域的應(yīng)用研究，有利于更有針對(duì)性地發(fā)掘石油工程的仿生創(chuàng)新源頭，有利于更有目的性地開(kāi)展仿生基礎(chǔ)研究，有利于加速仿生學(xué)科研成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，有利于仿生學(xué)思維和方法在石油工程領(lǐng)域的普及與傳播，以點(diǎn)帶面，促進(jìn)石油工程與仿生學(xué)的全面結(jié)合。

2．2石油工程仿生學(xué)的研究特點(diǎn)石油仿生學(xué)研究可以分為3個(gè)階段：生物原型階段，數(shù)學(xué)模型階段和工程實(shí)現(xiàn)階段。首先研究生物某種功能的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；然后研究并簡(jiǎn)化其結(jié)構(gòu)，抽象出物理模型，進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型；最后采用技術(shù)手段，制備實(shí)物模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物系統(tǒng)的工程模擬［24，25］。仿生學(xué)作為前沿領(lǐng)域，研究成果大多屬探索類，注重理論性和超前性，而石油工程作為應(yīng)用行業(yè)，以現(xiàn)場(chǎng)需求為驅(qū)動(dòng)力，更加注重科研成果的實(shí)用性和推廣性。因此，在科研實(shí)踐中，石油工程仿生學(xué)應(yīng)以滿足生產(chǎn)中的技術(shù)需求為根本出發(fā)點(diǎn)，以改善現(xiàn)有的或創(chuàng)造嶄新的技術(shù)系統(tǒng)為目的，有層次、分階段地進(jìn)行單元仿生或多元耦合（協(xié)同）仿生［26］研究。同時(shí)，石油工程仿生學(xué)在模仿生物的特性或功能時(shí)，要盡可能避免模仿的復(fù)雜性，要在模仿中創(chuàng)造（創(chuàng)新），研究成果與仿生原型并不一定完全相同，以期最快地解決生產(chǎn)實(shí)踐難題，然后循序漸進(jìn)地加深研究成果的仿生特性，由研究成果實(shí)用化向仿生最優(yōu)化分階段推進(jìn)。根據(jù)這一特點(diǎn)，確定了石油工程仿生學(xué)研究和應(yīng)用的2種主要方式：①需求驅(qū)動(dòng)型，在石油工業(yè)的科研和生產(chǎn)實(shí)踐中提出技術(shù)問(wèn)題或功能需求，有針對(duì)性尋找并借鑒生物的同類或相似功能，經(jīng)過(guò)可行性研究后開(kāi)展仿生學(xué)三階段研究工作；②源頭驅(qū)動(dòng)型，加強(qiáng)與世界仿生學(xué)研究機(jī)構(gòu)之間的交流與合作，密切關(guān)注仿生學(xué)或生命科學(xué)研究的最新成果，找準(zhǔn)其與石油工業(yè)技術(shù)需求的結(jié)合點(diǎn)，開(kāi)展應(yīng)用研究。筆者研究團(tuán)隊(duì)的研究成果充分體現(xiàn)了石油工程仿生學(xué)研究特點(diǎn)的適用性，驗(yàn)證了研究方法的合理性與可行性。例如，泡沫金屬研發(fā)之初采用泡沫鎳作為基材，雖然在技術(shù)上具有明顯優(yōu)勢(shì)，但高昂的價(jià)格阻礙了推廣應(yīng)用，為此，繼續(xù)開(kāi)展研發(fā)工作，開(kāi)發(fā)出不銹鋼泡沫技術(shù)，使其具有了推廣應(yīng)用的條件；仿生非光滑表面膨脹錐技術(shù)則是充分借鑒了其他研究機(jī)構(gòu)的成果，優(yōu)化改進(jìn)之后應(yīng)用于膨脹錐，不僅解決了油田生產(chǎn)難題，還促進(jìn)了仿生研究成果的應(yīng)用轉(zhuǎn)化；仿生振動(dòng)波通訊技術(shù)則是在原理上借鑒了動(dòng)物的通訊方式，但在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中通過(guò)大幅提高信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度的方式避免了高靈敏度、小信號(hào)接收器開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性，從而在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)井指令由地面到井下的無(wú)線傳輸。

2．3石油工程仿生學(xué)的發(fā)展方向

隨著石油工程仿生學(xué)系統(tǒng)性研究的啟動(dòng)，研究?jī)?nèi)容體現(xiàn)出了明顯的方向性，但研究的深度和廣度依然不足。根據(jù)石油工業(yè)的技術(shù)現(xiàn)狀、需求和特點(diǎn)，以及仿生學(xué)的整體發(fā)展水平，未來(lái)石油工程仿生學(xué)應(yīng)注重材料仿生、表面仿生、信息仿生和工程仿生4個(gè)方面的系統(tǒng)性研究，以點(diǎn)帶面，形成涵蓋勘探、開(kāi)發(fā)、工程的仿生技術(shù)體系。

2．3．1材料仿生材料仿生的目的是仿制天然材料或利用生物學(xué)原理設(shè)計(jì)和制造具有生物功能，甚至是具有真正生物活性的材料。石油工程領(lǐng)域的材料仿生主要分為2類：①在機(jī)械、電學(xué)、化學(xué)、物理等方面具有仿生特性的主體材料，此類材料或在宏觀上體現(xiàn)出明顯的仿生特征，或通過(guò)外場(chǎng)刺激可調(diào)控其分子的長(zhǎng)度、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成、表面形貌等，進(jìn)而調(diào)控材料性能，如輕質(zhì)高強(qiáng)材料、仿生記憶材料、壓電材料、可降解材料等，該類仿生材料主要用來(lái)替代石油工業(yè)中常用的鋼鐵、橡膠、陶瓷等，作為其核心功能部件，或作為傳感器敏感元件，大幅提升現(xiàn)有材料、工具以及傳感器的性能指標(biāo)；②具有強(qiáng)化、修復(fù)、、保護(hù)等作用的微觀仿生材料，提高現(xiàn)有制劑性能、界面結(jié)合效果等，此類仿生材料多以添加劑的方式應(yīng)用。

2．3．2表面仿生自然界許多生物體的表面結(jié)構(gòu)是非光滑的，無(wú)論是陸地、海洋或是天空中的生物，其表面的不同形貌往往都是為適應(yīng)不同的生活環(huán)境經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化而來(lái)的，而表面仿生是在仿生對(duì)象表面實(shí)現(xiàn)類似生物的表面結(jié)構(gòu)，從而表現(xiàn)出更好的表面性能。未來(lái)，石油領(lǐng)域的表面仿生多是對(duì)機(jī)械部件表面進(jìn)行處理，重點(diǎn)應(yīng)集中在仿生非光滑表面和仿生浸潤(rùn)性兩個(gè)方面。加強(qiáng)對(duì)不同生物功能表面結(jié)構(gòu)的研究和模仿，將仿生非光滑功能表面應(yīng)用到大量處于惡劣環(huán)境中的設(shè)備、管線、平臺(tái)中，提高運(yùn)動(dòng)組件的減阻、耐磨、脫附等性能，以及非動(dòng)組件的防腐、防垢等特性，延長(zhǎng)裝備壽命，提高作業(yè)效率，降低安全風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)材料表面進(jìn)行仿生浸潤(rùn)性處理，使其具有自清潔、親油、疏油、親水、疏水等不同浸潤(rùn)性特征組合，從而衍生出新的功能特性。目前正在利用表面仿生技術(shù)對(duì)前文提到的仿生泡沫金屬進(jìn)行處理，利用低溫等離子體表面處理技術(shù)，在泡沫金屬表面涂覆一層厚度為30～40nm的聚全氟烷基硅氧烷薄膜，使其具有新的表面浸潤(rùn)性特征，根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)疏水、親水、疏油、親油等不同特性組合，在工礦、石化、冶金、機(jī)械、環(huán)保等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景［27］。

2．3．3信息仿生信息仿生主要是對(duì)生物信息獲取、大數(shù)據(jù)處理以及生物間信息溝通、協(xié)同等特性的模擬與實(shí)現(xiàn)。石油工程領(lǐng)域的信息仿生主要可分為2類：①借鑒生物在信息感知和傳遞方面的特性，研制新型傳感或信息傳遞裝置，提高信號(hào)采集的精度、廣度及適用范圍，此類信息仿生技術(shù)可用于油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)的精確采集，以及信息的高效傳遞，從而提高油田生產(chǎn)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制水平；②在信息處理方面借鑒生物的大數(shù)據(jù)處理機(jī)理和方法，提高大數(shù)據(jù)處理能力和智能化水平，建立決策機(jī)制，并將其應(yīng)用在地震解釋、油藏認(rèn)識(shí)、開(kāi)發(fā)方案制定以及油田綜合管理等方面，促進(jìn)油田勘探開(kāi)發(fā)高效運(yùn)行。

2．3．4工程仿生目前，工程仿生是對(duì)生物某種功能的模仿，注重仿生功能的實(shí)現(xiàn)，不強(qiáng)調(diào)機(jī)理相似：①對(duì)生物功能的模仿和實(shí)現(xiàn)，此類仿生多是受某種生物功能啟發(fā)，注重結(jié)構(gòu)相似或生物功能的工程實(shí)現(xiàn)，體現(xiàn)生物功能的智能性，并能夠滿足生產(chǎn)實(shí)踐需求。目前，石油工程領(lǐng)域的控制方式正在由傳統(tǒng)的機(jī)械方式向自動(dòng)化和智能化方向轉(zhuǎn)變，在這一轉(zhuǎn)變過(guò)程中引入工程仿生，不僅能夠優(yōu)化功能結(jié)構(gòu)和控制方式，還能夠促進(jìn)功能拓展，提高作業(yè)效率和便捷化程度。②材料仿生、表面仿生、信息仿生等方面的工程實(shí)踐方法?，F(xiàn)有的諸多仿生學(xué)研究成果還局限在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，在其向工業(yè)應(yīng)用轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，一方面要解決成果本身的適用性問(wèn)題，另一方面需要具備切實(shí)可行的工程實(shí)踐手段。

2．4發(fā)展展望石油工程與仿生學(xué)的結(jié)合依然處于初級(jí)階段，大多數(shù)研究成果為“形似”仿生。隨著生命科學(xué)研究水平的提高以及技術(shù)手段的完備，生命科學(xué)從生物結(jié)構(gòu)、功能、特性等研究，逐漸深入到生命活動(dòng)規(guī)律、發(fā)育規(guī)律、生命本質(zhì)、生物之間和生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系等研究。生命科學(xué)的發(fā)展加深了對(duì)生命本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，不僅能夠拓寬石油工程仿生研究的廣度，更加深了研究深度；反之，石油工程仿生學(xué)的發(fā)展也使得人們?cè)诰唧w的科研實(shí)踐中深化了對(duì)生物本身及其活動(dòng)的理解，進(jìn)一步促進(jìn)生命科學(xué)研究，并將研究成果有形化［28］。此外，電子、材料、控制等學(xué)科的技術(shù)進(jìn)步也將促使石油工程仿生研究成果越來(lái)越“神似”。石油工程仿生學(xué)未來(lái)發(fā)展大概可以分為3個(gè)階段，即知識(shí)積累、成果轉(zhuǎn)化和工業(yè)化應(yīng)用（圖7）。2020年前，為知識(shí)積累階段，任何一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展，都需要長(zhǎng)期的知識(shí)積累，其中既包括仿生學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)的積累與儲(chǔ)備，也包括石油工程仿生學(xué)研究人才和研究方法的積累，這一階段要不斷加深對(duì)仿生學(xué)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)與理解，探索并逐漸形成石油工業(yè)與仿生學(xué)的結(jié)合模式；2020年到2025年為成果轉(zhuǎn)化階段，對(duì)實(shí)驗(yàn)室研究成果進(jìn)行簡(jiǎn)化和魯棒研究，使之在性能或功能上能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的要求，形成基本完備的工程實(shí)現(xiàn)技術(shù)和手段；2025年后，部分研究成果在生產(chǎn)、成本、效率、能耗、作業(yè)工藝等方面能夠滿足大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的要求。2008年提出的仿生井概念是未來(lái)石油工程仿生發(fā)展的集中體現(xiàn)［17］，代表了未來(lái)石油工程仿生研究成果的高度融合。未來(lái)的油井會(huì)像植物一樣“生長(zhǎng)”，像植物尋找土壤中濕潤(rùn)的地方一樣尋找油氣，一旦鉆好垂直井（種植井）后，井將會(huì)“按自己的方式生長(zhǎng)”。一個(gè)智能的分支會(huì)延伸到一塊含油區(qū)域，一旦該區(qū)域水淹后，就將這個(gè)分支“砍掉”，并在另一個(gè)含油區(qū)域“長(zhǎng)出”另一個(gè)分支，如此反復(fù)。

3結(jié)語(yǔ)