本科熱學(xué)教學(xué)中唯物辯證法的展現(xiàn)

匡尚奇

(長(zhǎng)春理工大學(xué) 理學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022)

熱學(xué)是物理學(xué)的重要組成部分，是研究熱現(xiàn)象的理論，相應(yīng)知識(shí)也是構(gòu)建理科本科生物理基礎(chǔ)知識(shí)體系的重要組成部分。熱學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容包括熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)理論，其中熱力學(xué)是指由觀察和實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的熱現(xiàn)象規(guī)律，是熱現(xiàn)象的宏觀規(guī)律；統(tǒng)計(jì)物理學(xué)是從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，應(yīng)用分子、原子的運(yùn)動(dòng)及它們相互作用的微觀理論和統(tǒng)計(jì)方法研究物質(zhì)熱現(xiàn)象規(guī)律的方法。高等學(xué)校理科本科生的熱學(xué)教學(xué)的主要內(nèi)容包括熱學(xué)基本概念、氣體分子動(dòng)理論、熱力學(xué)第一定律和熱力學(xué)第二定律，相關(guān)知識(shí)是十九世紀(jì)資本主義工業(yè)革命時(shí)期物理學(xué)所取得的巨大成就，并且以熱機(jī)的改進(jìn)為代表的成果極大地推進(jìn)了資本主義的發(fā)展。熱學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)掌握是理科本科生進(jìn)一步學(xué)習(xí)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、固體物理、半導(dǎo)體物理等專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)，也是學(xué)生今后從事相關(guān)科學(xué)研究所不可或缺的基礎(chǔ)。

1873年至1886年間，在歸納總結(jié)當(dāng)時(shí)各學(xué)科領(lǐng)域研究成果的基礎(chǔ)上，恩格斯應(yīng)用唯物辯證法的規(guī)律與方法對(duì)當(dāng)時(shí)的科技成果進(jìn)行了分析與總結(jié)，撰寫(xiě)了《自然辯證法》一書(shū)，雖然該書(shū)沒(méi)有全部完成，但是恩格斯因此開(kāi)創(chuàng)了自然辯證法這一研究領(lǐng)域。自然辯證法是馬克思主義關(guān)于自然和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一般規(guī)律，人類認(rèn)識(shí)和改造自然的一般方法以及科學(xué)技術(shù)與人類社會(huì)相互作用的理論體系，體現(xiàn)出辯證唯物主義的強(qiáng)大力量。自然辯證法不僅是當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)的高度總結(jié)和概括，而且其給出的自然科學(xué)發(fā)展規(guī)律對(duì)后來(lái)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到重要的指導(dǎo)作用[1-3]，這其中最具代表性的是日本學(xué)術(shù)界對(duì)自然辯證法的研究與應(yīng)用，日本科學(xué)家湯川秀樹(shù)、武谷三男和坂田昌一等人將自然辯證法研究與理論物理研究結(jié)合起來(lái)，并運(yùn)用自然辯證法思想進(jìn)行科學(xué)研究[3]，湯川秀樹(shù)由于在核力的理論基礎(chǔ)上預(yù)言了介子的存在而榮獲1949年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

在以往熱學(xué)教學(xué)過(guò)程中，由于學(xué)生在高中階段很少學(xué)習(xí)熱學(xué)知識(shí)，基礎(chǔ)知識(shí)較為缺乏，加之熱學(xué)基礎(chǔ)理論性較強(qiáng)且比較抽象，很難激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和形成深刻的理解。針對(duì)這一問(wèn)題，考慮到熱學(xué)基礎(chǔ)的理論成果取得時(shí)期與恩格斯撰寫(xiě)《自然辯證法》處于同一歷史時(shí)期，恩格斯應(yīng)用唯物辯證法對(duì)當(dāng)時(shí)的熱學(xué)研究成果進(jìn)行了分析、總結(jié)與論述，而熱學(xué)研究成果等一系列自然科學(xué)的發(fā)展也印證了唯物辯證法的原理與規(guī)律同樣適用于自然界的發(fā)展?？紤]這一情況，本文探討在熱學(xué)教學(xué)中結(jié)合熱學(xué)發(fā)展史和唯物辯證法對(duì)熱學(xué)重點(diǎn)知識(shí)和科學(xué)研究的規(guī)律進(jìn)行綜合講授，以此提高教學(xué)的趣味性和深刻性，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

一、熱學(xué)教學(xué)中唯物辯證法的融入與應(yīng)用

十九世紀(jì)是科學(xué)大發(fā)展的時(shí)代，恩格斯以其敏銳的洞察力和深刻認(rèn)識(shí)能力，應(yīng)用唯物辯證法的基本規(guī)律——對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律、質(zhì)量互變規(guī)律和否定之否定規(guī)律對(duì)當(dāng)時(shí)科學(xué)研究成果進(jìn)行了歸納總結(jié)，特別對(duì)熱學(xué)領(lǐng)域的研究進(jìn)展和成果進(jìn)行了深入的分析和論述。恩格斯在《自然辯證法》中對(duì)熱學(xué)相關(guān)的論述體現(xiàn)出唯物辯證法的巨大力量，并且他給出的相關(guān)規(guī)律對(duì)其后的熱學(xué)乃至其它領(lǐng)域的科學(xué)研究起到了深刻的影響。恩格斯基于辯證唯物主義對(duì)當(dāng)時(shí)熱學(xué)研究成果的論述幾乎涵蓋了本科熱學(xué)教學(xué)的全部核心內(nèi)容，教師可以在相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的講授中加入唯物辯證法的分析以及恩格斯的論述，具體表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

(一) 分子動(dòng)理論發(fā)展及理論中唯物辯證法的體現(xiàn)

分子動(dòng)理論是熱學(xué)的一種微觀理論，其以分子的運(yùn)動(dòng)來(lái)解釋宏觀氣體的熱性質(zhì)，其表述為：“物質(zhì)是由大量分子和原子構(gòu)成的，熱現(xiàn)象是分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式”[4]。

早在17世紀(jì)，法國(guó)學(xué)者笛卡爾從自然哲學(xué)出發(fā)猜想熱是物質(zhì)粒子的一種機(jī)械運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)，并產(chǎn)生了分子動(dòng)理論的基本概念，當(dāng)時(shí)該理論能夠定性地解釋一些熱學(xué)現(xiàn)象。但是在18世紀(jì)，由于熱質(zhì)說(shuō)的發(fā)展，分子運(yùn)動(dòng)論受到抑制，其發(fā)展進(jìn)程非常緩慢。熱質(zhì)說(shuō)認(rèn)為熱是一種看不見(jiàn)的、沒(méi)有重量的物質(zhì)，熱的物體含有較多的熱質(zhì)，冷的物體含有較少的熱質(zhì)；熱質(zhì)既不能產(chǎn)生也不能消滅，只能從較熱的物體傳到較冷的物體，在熱傳遞過(guò)程中熱質(zhì)的量守恒。1789年，倫福德觀察用鉆頭加工炮筒時(shí)摩擦生熱現(xiàn)象揭示了熱質(zhì)不守恒；從1840年到1879年，焦耳進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，精確求得功和熱量相互轉(zhuǎn)化的數(shù)值關(guān)系，全面否認(rèn)了熱質(zhì)說(shuō)。熱質(zhì)說(shuō)衰落后，分子運(yùn)動(dòng)論得以復(fù)活。1856年，德國(guó)化學(xué)家克里尼希在《物理學(xué)年鑒》上發(fā)表論文《氣體理論的特征》，這一工作激發(fā)了克勞修斯和麥克斯韋進(jìn)一步發(fā)展這個(gè)理論。1858年，克勞修斯發(fā)表《氣體分子的平均自由程》一文，其中提出了分子運(yùn)動(dòng)速率無(wú)規(guī)則分布的概念；1859年，麥克斯韋發(fā)表《氣體動(dòng)力理論的說(shuō)明》，初步給出了氣體分子運(yùn)動(dòng)的速度分布率——麥克斯韋速度分布率；1868年玻爾茲曼在麥克斯韋工作的基礎(chǔ)上，發(fā)表題為《運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)平衡的研究》，其中明確指出，研究分子運(yùn)動(dòng)論必須引進(jìn)統(tǒng)計(jì)學(xué)，進(jìn)而奠定了分子動(dòng)理論的理論基礎(chǔ)。針對(duì)熱的本質(zhì)的研究從熱質(zhì)說(shuō)回歸到分子動(dòng)理論在熱學(xué)發(fā)展史上是一個(gè)巨大的飛躍，恩格斯對(duì)此評(píng)價(jià)道：“發(fā)現(xiàn)熱是一種分子運(yùn)動(dòng)，這時(shí)劃時(shí)代的，但是，如果我除了說(shuō)熱是分子的某種位置移動(dòng)之外再也不知道說(shuō)些別的什么，那么我還不如閉口不談為妙”[5]。恩格斯當(dāng)時(shí)對(duì)分子動(dòng)理論進(jìn)行了精辟評(píng)價(jià)，同時(shí)預(yù)見(jiàn)該理論還有更加豐富的內(nèi)容，這也體現(xiàn)了唯物辯證法強(qiáng)調(diào)的要用一種運(yùn)動(dòng)、變化、發(fā)展的眼光看待問(wèn)題，而不是孤立、片面、靜止的眼光看待問(wèn)題。1900年底，普朗克用一個(gè)能量不連續(xù)的諧振子假設(shè)，按照玻爾茲曼的統(tǒng)計(jì)方法，推導(dǎo)了黑體輻射公式，進(jìn)而敲開(kāi)了量子時(shí)代的大門(mén)，這一成果正驗(yàn)證了恩格斯的預(yù)見(jiàn)。

分子動(dòng)理論的上述發(fā)展歷史充分證明科研成果的取得不可能是直線性的，從熱質(zhì)說(shuō)到分子運(yùn)動(dòng)論，再到分子動(dòng)理論的統(tǒng)計(jì)規(guī)律的建立，其發(fā)展是前進(jìn)性與曲折性的對(duì)立統(tǒng)一，是唯物辯證法中否定之否定規(guī)律的體現(xiàn)。同時(shí)，對(duì)熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)的認(rèn)識(shí)是熱學(xué)發(fā)展史中的一次質(zhì)的飛躍，而這一質(zhì)的轉(zhuǎn)變必須以大量的研究的量變?yōu)榛A(chǔ)，其中典型事例就是焦耳為了精確地測(cè)定所作機(jī)械功和所產(chǎn)生的熱量所進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)，如槳葉攪拌水摩擦生熱、壓縮空氣做功和水銀中鐵環(huán)摩擦生熱等等，正是這些富有創(chuàng)造性的獨(dú)特設(shè)計(jì)和精確實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)量的積累實(shí)現(xiàn)了質(zhì)變，全面否認(rèn)了熱質(zhì)說(shuō)，為分子動(dòng)理論開(kāi)辟了道路。焦耳的事跡給我們以啟示，科學(xué)研究的發(fā)展必須以量變開(kāi)始，在學(xué)習(xí)和實(shí)踐中必須首先作艱苦的量的積累工作，要有腳踏實(shí)地、埋頭苦干的精神。同時(shí)，由于質(zhì)變是量變的必然結(jié)果，因此在進(jìn)行量的積累時(shí)要有信心和信念，不能因量變的漫長(zhǎng)和艱辛而放棄。與之同時(shí)，分子動(dòng)理論本身就是唯物辯證法規(guī)律的體現(xiàn)，其體現(xiàn)出矛盾的普遍性和特殊性這一對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律。首先，分子動(dòng)理論研究表明，構(gòu)成物質(zhì)的微觀粒子均處在大量的無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)之中，完全靜止即達(dá)到絕對(duì)零度的微觀粒子是不存在的，運(yùn)動(dòng)本身就是矛盾，這就說(shuō)明在分子層面矛盾規(guī)律也是普遍存在的。其次，分子動(dòng)理論指出，構(gòu)成物質(zhì)的大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的、偶然的，大量分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果變現(xiàn)為宏觀物質(zhì)的確定的物理量(如溫度或壓強(qiáng))，而大量無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的分子的速度滿足一定的統(tǒng)計(jì)分布。這一理論就體現(xiàn)了唯物辯證法中關(guān)于必然性與偶然性關(guān)系的論斷：“必然性存在于偶然性之中，沒(méi)有脫離偶然性的純粹的必然性，必然性通過(guò)大量偶然性表現(xiàn)出來(lái)；偶然性體現(xiàn)必然性，并受制于必然性，沒(méi)有脫離必然性的純粹的偶然性?！?/p>

分子動(dòng)理論是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的基礎(chǔ)，是本科生在學(xué)習(xí)生涯中最先接觸的從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)，闡明宏觀熱現(xiàn)象規(guī)律的分析方法，相關(guān)內(nèi)容較為抽象，教學(xué)難度較高。針對(duì)這一問(wèn)題，在教學(xué)過(guò)程中結(jié)合相關(guān)史實(shí)和唯物辯證法進(jìn)行講授，可以起到提升知識(shí)認(rèn)識(shí)層次的作用。

(二) 熱力學(xué)第一定律發(fā)展中唯物辯證法的體現(xiàn)

熱力學(xué)第一定律就是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。能量轉(zhuǎn)化和守恒定律為：“自然界一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，能夠從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)物體傳遞給另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化和傳遞中能量的數(shù)量不變”[6]。

17世紀(jì)法國(guó)哲學(xué)家笛卡爾明確提出了運(yùn)動(dòng)不滅的思想，而機(jī)械能守恒是能量守恒定律在機(jī)械運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)特殊情況。同期，人們?cè)孟胫圃煲环N機(jī)器，其不需要任何動(dòng)力和燃料，但可以不斷對(duì)外做有用功，這類機(jī)器被稱為“第一類永動(dòng)機(jī)”。在經(jīng)過(guò)不斷的失敗之后，人們總結(jié)出規(guī)律：“不消耗能量而作功的機(jī)器是不可能制作成功的”。永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)從反面提供了能量守恒的例證，成為導(dǎo)致建立能量守恒原理的重要線索。對(duì)能量守恒定律做出明確敘述的，最為重要的科學(xué)家為德國(guó)的邁爾、赫姆霍茲和英國(guó)的焦耳。能量守恒定律的提出在十九世紀(jì)是物理學(xué)界所取得的驚人成就，但是恩格斯從唯物辯證法的觀點(diǎn)出發(fā)，深刻地指出，能量守恒定律只表明了運(yùn)動(dòng)在量上的不滅性，沒(méi)有體現(xiàn)運(yùn)動(dòng)在質(zhì)上的不滅性，即一種形式的運(yùn)動(dòng)可以向其它形式的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化，而運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化才是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最核心的內(nèi)容。因此，恩格斯首先提出將“能量守恒定律”表述為“能量轉(zhuǎn)化和守恒定律”，這使得人們對(duì)熱力學(xué)第一定律的深刻理解大大推進(jìn)了一步。在此基礎(chǔ)上，恩格斯進(jìn)一步歸納總結(jié)了當(dāng)時(shí)的自然科學(xué)成果，指出能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是自然界基本規(guī)律之一，其和達(dá)爾文進(jìn)化論、細(xì)胞學(xué)說(shuō)并稱為十九世紀(jì)三大自然發(fā)現(xiàn)。同時(shí)，恩格斯縱觀能量轉(zhuǎn)化和守恒定律提出的歷史，進(jìn)一步指出：“如果物理學(xué)家先生們記得笛卡爾早就提出了這一原理，那么它還能作為某種絕對(duì)新的東西出現(xiàn)嗎？”，恩格斯指出笛卡爾應(yīng)用辯證法早已提出了運(yùn)動(dòng)不滅原理，闡明了運(yùn)動(dòng)形式只能相互轉(zhuǎn)化而不能無(wú)中生有，因此早已預(yù)見(jiàn)第一類永動(dòng)機(jī)不可能制作成功，而物理學(xué)家受形而上學(xué)思想的束縛，忽視了辯證法的力量，在近百年的反復(fù)研究和失敗后才提出相近的結(jié)論。事實(shí)說(shuō)明，自然辯證法對(duì)自然科學(xué)具有指導(dǎo)作用，自然科學(xué)只有在辯證唯物主義哲學(xué)的指導(dǎo)下，才能沿著正確的方向發(fā)展，否則就要多走彎路，甚至?xí)`入歧途[3]。

針對(duì)熱力學(xué)第一定律的知識(shí)點(diǎn)，如果教師僅對(duì)知識(shí)進(jìn)行講授極易造成枯燥乏味、老生常談的印象，無(wú)法起到吸引學(xué)生的效果，而且學(xué)生的理解也往往浮于表面并缺乏深刻認(rèn)識(shí)。如果結(jié)合熱力學(xué)第一定律的提出的科學(xué)發(fā)展史和唯物辯證法對(duì)能量守恒和轉(zhuǎn)化定律進(jìn)行講解，一方面科學(xué)發(fā)展的歷史具有一定的趣味性，可以吸引學(xué)生；另一方面，分析相關(guān)的科學(xué)發(fā)展史可以使學(xué)生了解到科研的思維方法，體會(huì)到唯物辯證法的巨大力量，也可以讓學(xué)生意識(shí)到哲學(xué)與科學(xué)并不是完全分離的，哲學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嫛⒗硇缘姆治龆紴榭茖W(xué)的發(fā)展與研究提供了開(kāi)闊的思路，進(jìn)而為培養(yǎng)具有正確世界觀的高素質(zhì)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

(三) 熱力學(xué)第二定律發(fā)展及理論中唯物辯證法的體現(xiàn)

德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯和英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文在1850～1851年間略有先后分別給出了熱力學(xué)第二定律的兩種表述[6]：

(1)開(kāi)爾文表述——不可能從單一熱源吸收熱量，使之完全變?yōu)橛杏玫墓Χ划a(chǎn)生其他影響；

(2)克勞修斯表述——不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引起其他變化。

熱力學(xué)第二定律說(shuō)明了熱過(guò)程的不可逆性，1854年，克勞修斯在提出熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引進(jìn) “熵”的概念，并將“熵增加原理”擴(kuò)展到整個(gè)宇宙的范圍，即著名的宇宙“熱寂說(shuō)”：“宇宙越接近其熵為一最大值的極限狀態(tài)，它繼續(xù)發(fā)生變化的機(jī)會(huì)也越減少，如果最后完全達(dá)到了這個(gè)狀態(tài)，也就不會(huì)出現(xiàn)進(jìn)一步的變化，宇宙將處于死寂的永遠(yuǎn)狀態(tài)”[7]。在熱力學(xué)第二定律提出后不久，“熱寂說(shuō)”就如同夢(mèng)魘般伴隨著科技的發(fā)展，甚至給“上帝創(chuàng)造世界”的說(shuō)教以口實(shí)，美國(guó)著名科幻作家阿西莫夫1956年創(chuàng)作的科幻小說(shuō)《最后的問(wèn)題》就是以宇宙“熱寂說(shuō)”的為核心基礎(chǔ)的文學(xué)演繹最典型例子[8]。固然，科幻文學(xué)允許幻想與杜撰，但這也充分表明對(duì)“熱寂說(shuō)”的錯(cuò)誤理解，熱力學(xué)第二定律就極易被異端邪說(shuō)所歪曲和利用。“熱寂說(shuō)”不恰當(dāng)?shù)匕丫植课镔|(zhì)世界的部分變化過(guò)程的規(guī)律推廣到整個(gè)宇宙的發(fā)展全過(guò)程，同時(shí)不考慮定律的適用范圍和條件，把孤立體系的規(guī)律，推廣到全宇宙，是因?yàn)闆](méi)有深刻地認(rèn)識(shí)到唯物辯證法中還有個(gè)性與共性這一對(duì)范疇，也沒(méi)有意識(shí)到矛盾具有普遍性和特殊性的對(duì)立統(tǒng)一，違反了“具體問(wèn)題具體分析”的矛盾論分析方法，得到了荒謬的結(jié)論。對(duì)此恩格斯基于唯物辯證法，在《自然辯證法》中指出：“運(yùn)動(dòng)的不滅不能僅僅從數(shù)量上去把握，而且還必須從質(zhì)量上去理解”，根據(jù)這一原則，他進(jìn)一步指出：“放射到太空中去的熱一定有可能通過(guò)某種途徑(指明這一途徑，將是以后自然科學(xué)的課題)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N運(yùn)動(dòng)形式，在這種運(yùn)動(dòng)形式中，它能夠重新集結(jié)和活動(dòng)起來(lái)”。近期宇宙學(xué)研究成果表明，宇宙在膨脹，而天體的形成是引力系統(tǒng)中的自發(fā)過(guò)程，它的熵是增加的，因此宇宙沒(méi)有平衡態(tài)。由于不存在平衡態(tài)，熵沒(méi)有極大值，宇宙熵的增加應(yīng)是沒(méi)有止境的。宇宙早期處于熱平衡的高溫高密度的混沌狀態(tài)，并從這一狀態(tài)開(kāi)始，在膨脹的過(guò)程中一步步發(fā)展出愈來(lái)愈復(fù)雜的多樣化結(jié)構(gòu)，即宇宙不但不會(huì)死，反而從早期的“熱寂”狀態(tài)下生機(jī)勃勃地復(fù)生。誠(chéng)然，當(dāng)今的宇宙學(xué)還不能準(zhǔn)確地預(yù)期宇宙的結(jié)局，還有待進(jìn)一步的研究，但已證明“熱寂說(shuō)”是錯(cuò)誤的。應(yīng)用當(dāng)今宇宙學(xué)的研究成果反思恩格斯的相關(guān)論斷表明，恩格斯基于當(dāng)時(shí)的科學(xué)技術(shù)水平和認(rèn)識(shí)水平對(duì)“熱寂說(shuō)”進(jìn)行了一定的批駁，雖然具有一定的局限性，但是其基于辯證唯物主義思想，認(rèn)識(shí)到“熱寂說(shuō)”是錯(cuò)誤的，并指出還需進(jìn)一步研究。恩格斯的論述有助于人們進(jìn)一步的探索與研究，是對(duì)“熱寂說(shuō)”認(rèn)識(shí)過(guò)程中的必要環(huán)節(jié)，辯證唯物主義認(rèn)識(shí)論中對(duì)于認(rèn)識(shí)與實(shí)踐的關(guān)系的論述告訴我們，任何結(jié)論的得出，都需要進(jìn)行反復(fù)的實(shí)踐活動(dòng)，并被實(shí)踐所檢驗(yàn)，結(jié)論并不是一蹴而就的，或者一成不變的，所以說(shuō)“擺脫了神秘主義的辯證法，變成了自然科學(xué)絕對(duì)必需的東西”[5]。

熱力學(xué)第二定律實(shí)用上的重要意義在于尋求可能獲得的熱機(jī)效率的最大值，1824年，法國(guó)科學(xué)家卡諾提出了熱機(jī)理論中具有重要地位的卡諾定理，并以此引導(dǎo)了熱力學(xué)第二定律的相關(guān)研究。卡諾在其研究中指出：“為了以最普遍的形式來(lái)考慮熱產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的原理，就必須撇開(kāi)任何的機(jī)構(gòu)或任何特殊的工作物質(zhì)來(lái)進(jìn)行考慮，就必須不僅建立蒸汽機(jī)原理，而且要建立所有假想的熱機(jī)原理，不論在這種熱機(jī)里用的是什么工作物質(zhì)，也不論以什么方法來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)它們”[4]?？ㄖZ選取最普遍的形式進(jìn)行研究，抓住了熱力學(xué)研究的精髓，撇開(kāi)了紛繁復(fù)雜的次要因素，直接選取了一個(gè)理想循環(huán)，深刻揭示了熱量及其轉(zhuǎn)移過(guò)程中所作功之間的理論聯(lián)系?？ㄖZ在復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題面前，去繁就簡(jiǎn)，集中精力研究問(wèn)題的主要矛盾的方法完美體現(xiàn)了唯物辯證法在科學(xué)研究中的指導(dǎo)意義，即應(yīng)明晰問(wèn)題的主次矛盾、矛盾的主次方面以及主次矛盾之間的辯證關(guān)系，抓住主要矛盾和矛盾的主要方面，因?yàn)槭挛锏男再|(zhì)主要是由主要矛盾的主要方面規(guī)定的。與之同時(shí)，縱觀熱力學(xué)第一、第二定律的研究歷史，從第一類永動(dòng)機(jī)的不可能實(shí)現(xiàn)到第二類永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)，充分反映了自然規(guī)律的發(fā)現(xiàn)與認(rèn)知必然是一條“否定之否定”的道路，是唯物辯證法中發(fā)展的前進(jìn)性與曲折性的統(tǒng)一。

上述是將唯物辯證法和熱學(xué)發(fā)展史融合在熱學(xué)教學(xué)過(guò)程中的一些建議。相關(guān)內(nèi)容一方面有助于熱學(xué)課程內(nèi)容的教學(xué)，提升學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解與掌握，提高教學(xué)質(zhì)量；另一方面，應(yīng)用唯物辯證法指導(dǎo)科學(xué)研究的方法以及對(duì)科學(xué)基本規(guī)律的深刻理解和概括的方法也可以潛移默化地傳授給學(xué)生。

二、通過(guò)在教學(xué)中融合唯物辯證法培養(yǎng)本科生科研創(chuàng)新能力

恩格斯在十九世紀(jì)的自然科學(xué)發(fā)展水平和認(rèn)識(shí)能力的基礎(chǔ)上，應(yīng)用唯物辯證法，依據(jù)當(dāng)時(shí)的自然科學(xué)對(duì)具體問(wèn)題的分析得出的具體結(jié)論，其中很多關(guān)于熱學(xué)研究成果的論述經(jīng)過(guò)證實(shí)是正確的、深刻的和具有預(yù)見(jiàn)性的，這部分內(nèi)容需要我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中充分講授給學(xué)生，并努力將唯物辯證法指導(dǎo)研究和工作的方法傳授給學(xué)生，以此啟迪學(xué)生思維，開(kāi)拓學(xué)生的思維方式和視野。歷史的經(jīng)驗(yàn)告訴我們，恩格斯在當(dāng)時(shí)自然科學(xué)水平基礎(chǔ)上對(duì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展和自然界發(fā)展概括的基本規(guī)律、基本原則和科學(xué)方法經(jīng)過(guò)科技發(fā)展的驗(yàn)證是正確的和行之有效的，在當(dāng)今人工智能和生物技術(shù)為代表的科技革命的推動(dòng)下，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展更是日新月異、突飛猛進(jìn)，因此我們的研究和教學(xué)更需要唯物辯證法的指導(dǎo)。因此，使學(xué)生較早地涉略和學(xué)習(xí)唯物辯證法，樹(shù)立正確的世界觀和科學(xué)觀，在唯物辯證法的指導(dǎo)下開(kāi)展學(xué)習(xí)和研究既是深化教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)質(zhì)量的必要要求，也是培養(yǎng)高素質(zhì)的創(chuàng)新型人才的必然要求。

三、結(jié) 語(yǔ)

分析表明，熱學(xué)發(fā)展史和熱學(xué)理論中蘊(yùn)含了豐富的唯物辯證法的規(guī)律。教師可以在熱學(xué)教學(xué)過(guò)程中以熱學(xué)發(fā)展史為主線，結(jié)合唯物辯證法對(duì)學(xué)生進(jìn)行熱學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和馬克思主義教育，該方法也是提高教學(xué)質(zhì)量和提升學(xué)生人文素質(zhì)和創(chuàng)新能力的有效途徑。同時(shí)，相關(guān)方法不僅適用于本科生基礎(chǔ)熱學(xué)的教學(xué)還適用于高等教育本科階段如大學(xué)物理學(xué)、力學(xué)和光學(xué)等其它科目的教學(xué)工作。