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【关键词】物理学;牛顿力学;工业革命;人类文明
俗话说:“学好数理化,走遍天下都不怕。”这其中的“理”就是指的“物理”。此话虽然有些片面,但也道出了物理学的重要性。物理学一词,源自希腊文physikos,很长时期内,它和自然哲学(natural philosophy)同义,探究物质世界最基本的变化规律。随着生产的发展,社会的进步和文化知识的扩展、深化,物理学以纯思辨的哲学演变到以实验为基础的科学。物理学研究的对象包括力、热、电、光、磁、声,从宏观领域到微观领域,得到了一系列对自然现象的科学解释并形成理论,最终形成发明创造,推动了人类文明的进步。物理学的高技术和强渗透性也使之成为社会发展的重要推动力。物理学给人类提供了大量的物质财富,同时也提供了精神财富。
迄今为止,物理学所创造出来的所有成果无一不是人类身体某一部位的延伸和替代。人造卫星、显微镜、望远镜、照相机等等是人类眼睛的延伸;手机、电话、雷达等等是人类耳朵的延伸;汽车、轮船飞机等运输工具是人类腿和脚的延伸;枪炮、导弹和火箭等等是人类胳膊和手的延伸;电脑、机器人是整个人的延伸;现代医学的诊疗手段也离不开物理学,X光、核磁共振、CT、B超、放射性疗法等等都是基于物理学。纵观人类文明的发展史,就是一部物理学的发展史。
一、物理学初建
古时候人们就尝试着理解这个世界:为什么物体会往地上掉,为什么不同的物质有不同的性质,地球、太阳以及月亮这些星体究竟是遵循着什么规律在运动,人们提出了各种理论试图解释这个世界。这些早期的理论在今天看来更像是一些哲学理论。古希腊哲学家亚里士多德创造了物理这门学科的名称,但由于历史的局限性,他对物理的很多认识却是错误的,比如他认为,物体下落的速度与物体的重量有关,物体越重,下落越快。这一理论最终被伽利略的“大球小球同时落地”的实验所。古希腊哲学家、物理学家阿基米德发现了浮力定律和杠杆原理,并发明设计制造了多种机械,如螺旋扬水器、军用投射器。德谟克利特最先提出了原子论,认为万物都是由原子组成的,原子是不可分割的最小微粒。天文学从强势的“地心说”到开普勒发现了行星运动的三大定律:轨道定律、面积定律和周期定律,哥白尼、布鲁诺等天文学家付出了巨大努力。电磁学方面发现了摩擦起电、磁石吸铁等物理现象,并在此基础上发明了指南针。古代物理学还称不上真正的科学,更多的是基于思辨,对于生活经验和自然现象的总结。
二、牛顿出版《自然哲学的数学原理》
牛顿出版的《自然哲学的数学原理》是人类历史上第一次科学革命的集大成之作。这部巨著阐述了万有引力定律和运动三大定律(惯性定律、力和运动关系的定律、作用力与反作用力定律),把物体运动统一在一个严密的理论中――牛顿力学。根据牛顿力学,我们知道了:苹果为什么总是落到地上;惯性是什么;为什么划桨能使船前行;为什么月球围绕地球运转并出现阴晴圆缺等等。这是经典力学的第一部经典著作,也是人类掌握的第一个完整的科学的宇宙论和科学理论体系,其影响所及遍布经典自然科学的所有领域,并发展出许多学科:宇宙天文学、航空航天科学、工程力学、建筑学、机械制造、原子核科学等等。宇宙天文学的发展,使我们对宇宙的起源有了更进一步的认识。航天科学的发展让人类的飞天梦成为现实。
三、物理学与第一次工业革命
18世纪中期,以蒸汽机的广泛使用为标志的第一次工业革命开始了人类的工业化进程。蒸汽机的发明是基于热学的发展。蒸汽机利用水沸腾产生的高压蒸汽推动活塞做功,产生动力带动机器工作。从18世纪晚期开始,蒸汽机广泛应用在采矿、冶炼、纺织、机械制造、化工等领域,并出现蒸汽轮船、蒸汽机车、蒸汽汽车,蒸汽机成为了当时各行业的主要动力机械。蒸汽机的发明,解放了人类的双手,促成了传统手工业向机械化大生产的转变,陆上和海上长途运输成为可能,极大地提高了生产生活效率。
四、物理学与第二次工业革命
电的使用开启了人类历史上的第二次工业革命。1820年,丹麦物理学家奥斯特发现了电流有磁效应,开始人类研究电与磁的相互关系的序幕。1831年,英国物理学家法拉第建立了电磁感应定律,创立了电磁学的基础,使发电机和发动机的制造成为可能。德国工程师西门子根据闭合线圈的磁通量发生改变可能产生电流的原理,发明了第一台自馈式发电机,可以产生较大的功率,同时体积也较轻巧。从此,电能开始成为主要能源并推动工业向前发展,继而出现了电动机、电机车、电灯、电视机和电工仪器仪表等许多改变人类生活方式的电器设备。1873年,苏格兰物理学家麦克斯韦发表的《论电与磁》开创了电动力学,是现代电工学的开端。麦克斯韦提出了光的电磁说,并预言了电磁波的存在。电磁波是现代通信的基础,无线电、手机、卫星就是通过电磁波进行信号传输,实现人类远距离传输和交换信息。
五、物理学与第三次工业革命
进入二十世纪,由于原子能、电子计算机、微电子技术、航天技术、分子生物学和遗传工程等领域的研究进展,出现了第三次工业革命,这是一场不同于传统工业的信息技术革命,标志着工业进入自动化时代。
(1)物理学与微电子技术
1947年,美国贝尔实验室的肖克莱、巴丁和布拉顿研究出一种点接触锗晶体管。晶体管是20世纪一项重大发明,开启了微电子革命的先声。1954年,贝尔实验室研制出第一台使用晶体管集成电路的计算机。以晶体管为基础的集成电路,也叫芯片,使信息处理设备小型化、便携化。如今,大到工业设备、交通工具,小到各种生活设备,凡是有电的设备,几乎都有芯片对信息进行处理。在当今信息大爆炸的时代,微电子技术使得信息接收、存储、处理更加便捷和高效。计算机以及各种“人机控制系统”广泛应用,使生产、办公、家庭生活自动化。人类社会从机械化、电气化进入到一个更高级的自动化时代。
(2)物理学与能源
工业的发展离不开能源的供应,传统的电能、水能、化学能越来越不能满足日益增长的能源需求。核能作为一种高效、清洁能源能极大缓解能源危机。核能的利用得益于原子核物理的发展。从19世纪末发现放射性到1932年发现中子、正电子和氘,原子核理论为核物理奠定了基础。1938年,德国化学家哈恩和斯特拉斯曼发现了铀核的裂变,从而找到了一种利用核能的途径。1942年,美国成功建造了世界上第一座核反应堆,它显示核能时代的到来。目前,我国也有两座正在运行的核电站:秦山和大亚湾核电站,产生的电能为长三角和珠三角地区的经济建设做出了巨大贡献。现在科学家们正在研究可控核聚变,这种核聚变可以用海水和轻核作为原料的,是真正意义上的取之不竭,用之不尽的能源。
(3)物理学与航天技术
20世纪50年代兴起的航天技术使得人类的飞天梦成为现实。1957年,前苏联成功发射第一颗人造地球卫星,开创了人类航天新纪元。如今,人类发射的侦察、预警、通信导航、天文气象、海洋监视、测地探矿等应用卫星,在经济、军事和科研中发挥了巨大的作用。航天技术是一门综合性很强的技术,和物理学密切相关,每一步的发展都离不开物理学的指导和运用。火箭推进技术、人造卫星运行轨道计算、空间通信、载人航天器设计技术、登月技术、深空探测技术等一系列航天技术涵盖了基础物理学的力学、热学、电磁学、光学各个领域。可以预见,未来人类移居外星球、发现外星人、寻找宇宙的起源等等都离不开基于物理学的航天技术的发展。
六、物理学与人类未来
物理学是一门不断改变人类生活和推动社会进步的科学,从宏观的经典物理学发展到微观的电动力学、量子力学等,并将在未来深入到粒子物理、纳米材料物理、天体物理(引力波)、生命科学物理领域。宇宙是怎么产生的,宇宙的组成是什么,物质的最基本粒子是什么,人类是否能穿越时空,人类是否能实现长生不老,这些问题都需要物理学去解决。物理学将继续推动人类文明向前发展!
自1957年前苏联第一颗人造卫星飞出地球,人类社会步入空间时代以来,与空间相关的技术和产业得到迅猛发展,并产生了巨大的经济效益。回顾40多年来世界空间高技术产业发展状况,展望21世纪初空间产业前景,对于制定适合空间科技及其产业发展政策,发挥空间产业对经济建设巨大推动作用具有重要意义。
一、空间高技术产业现状
空间一般是指地球大气层以外的宇宙空间。空间产业泛指与空间活动相关的产业,主要包括航天制造业和航天服务业两大类型。前者包括卫星和地面设备;后者包括发射和卫星服务。空间产业涉及空间基础设施、空间应用和空间保障等领域。
20世纪90年代以来,空间高技术和产业发展日新月异,越来越多的国家参与研制和发射种类繁多的卫星,并应用到本国的经济发展活动之中。据统计,全世界已有60多个国家、1100多家航天公司投资发展空间技术,170多个国家开展了空间技术的应用工作(1)。美、俄等空间大国频繁地进行发射卫星、载人航天、火星登陆和重返月球等一系列航天活动。运载和卫星制造、空间通讯、空间导航、空间遥感等产业已基本成熟,并产生出巨大的经济和社会效益;空间材料、空间制药、农作物空间育种、空间发电、月球和火星资源利用、地球外生存栖息空间和星际旅行等已出现产业雏形,显示出诱人的产业前景。
(1)运载和卫星制造
宇宙的起源与演化是自然科学重大基本问题之一。宇宙探索将极大地拓宽人类的视野,真正实现人类飞出地球远古梦想,赋予人类宇宙生存观以新的哲学意义。它不仅能够极大地提高人类认识地球、征服太空的自信心,树立起人类的尊严,而且通过探索,将研究开发和验证一批先进的航空航天及其相关技术,从而带动相关产业的发展。
为了实现跨出地球的梦想,关键就在于运载和卫星制造,由此产生了运载和卫星制造业。经过40余年的发展,目前在空间运行的飞行器有6000多个,各国在该领域创造了成千上万个就业机会。从1996-2000年,全球卫星产业(包括卫星制造、发射服务、地面设备制造和卫星运营服务等4个产业领域)收入从1996年的450亿美元逐年递增到2000年的832亿美元,年均增长达17%,总收入达3209亿美。据日本对2000年到2020年卫星发射服务业的市场预测:2005年全球市场为240亿美元,日本为8.1亿美元;2020年全球市场为730亿美元,日本为23.6亿美元。可见,空间产业市场容量巨大,前景非常广阔。
该产业的主要产品有:单级和多级运载火箭、航天飞机、卫星和空间站、登月舱、地面设备、发射和运营服务,以及正在研制的空天飞机。
(2)空间通讯
随着空间活动发展,人类进入了一个崭新的通讯时代,这就是空间通讯时代。
空间通讯已成为全球经济和社会活动中最为有力的工具。通过它提供服务所涉及的领域有:金融、移动通讯、广播、电视、娱乐、家庭直播、电视教育等。由于空间通讯技术的发展,使得世界各个角落人们联系日趋容易,地球才真正成为了“村”。由于空间通讯而大大改变了人们的生活和思维方式。
世界大公司在空间技术及其产业的投资主要集中在空间通讯方面。到1999年底,全球有48家卫星通信公司在运营约200颗商用通信卫星,拥有5981个转发器,商业竞争的十分激烈。预计2000-2009年,全世界将发射约200颗商用通信卫星,卫星通信地面设备市场在2006年将达到460亿美元。全世界大约160个国家与地区建立了约900个卫星通讯地面接收站,我国建有卫星通信主站15座,各类卫星小站2万多个。通过卫星组成了全球通讯网,全球范围内的电视传播和60%的跨洋通讯全部由空间通讯来担任。预计21世纪初,全世界计划发射的卫星将超过1000颗,这些卫星将更先进、更实用,其中通信卫星、全球定位卫星和地球资源卫星被认为最具商业发展前途。
卫星通信产业主要包括:卫星固定通信,卫星移动通信,卫星电视直播/卫星数字音频广播和卫星互联网接入等4个产业领域。
(3)空间导航
卫星导航是卫星技术又一个成功的应用,由此形成了一个全球性的涉及诸多行业、军民通用的高技术产业。现在几乎所有民用和军用飞机,部分船、汽车使用了美国全球定位系统(GPS)的导航接收设备;卫星导航的应用领域还包括野外考察、测绘、地球板块运动、大地水准、洪水水位、海洋升降监测、通讯网时间同步等一切需要利用位置、速度和时间参数的科学、工程和社会活动。
美国的GPS系统,除拥有天上的24颗导航卫星外,地面产品有普通GPS接收机、差分GPS接收机和高精度测地型的GPS接收机。GPS接收机的定位精度可以从百米左右到厘米左右。
目前,全球GPS接收机的生产厂家约有67家,生产的接收机种类有500多种,申请的专利达上千项。我国在渔船和远洋轮上也装有约18万台的接收设备。
2000年,全球GPS产业达到85亿美元的产值,提供了约10万人的就业机会,专家估计,2005年总产值可达600亿美元。
俄国、欧盟和中国也加入了该产业竞争。正在实施和计划实施的导航星座计划还有俄罗斯的GLONASS、欧盟的Galileo计划和中国的北斗计划。
该产业的产品主要有:适用于各类场合、不同用途的接收机,及其与其它产品结合形成的用途更为广泛的产品,如与地理信息系统结合起来的汽车地图导航系统,与手机结合起来的集通讯、导航于一身的定位手机。
(4)空间遥感
空间遥感是继卫星通信和卫星导航后的第三个应用领域。目前在地球周围运行的对地遥感卫星包括气象、资源、测绘、海洋、环境监测等卫星。它们不断送回大气、海洋和陆地资源的图像和数据,为气象预报、农林管理、海洋渔业、资源勘测、灾害监测提供了大量人类日常生活不可或缺的信息。
目前对地遥感波段包括电磁波的绝大部分波段,其产品包括可视、红外、微波等波段的图像和数据。据国外报价,每平方公里卫星影像的价格为30-40美元。另据联合国预测,全球遥感和地理信息系统年产值已达40-50亿美元。
根据有关计算,美国应用气象卫星使农业增产和减少灾害损失,每年获益20亿美元,投入产出比值为1:7,前苏联该值为1:10。
利用遥感技术对农作物估产已取得满意结果。从20世纪80年代中期开始,中国先后选择了冬小麦、玉米及水稻等主要农作物进行产量和面积预报。在进行省级(或地区级)大面积的估产中,小麦估产精度优于95%,玉米优于90%,水稻优于85%。
中国气象部门利用本国和国际气象卫星对沿海强台风的预报,已经取得了良好的经济效益和社会效益,如1981-1987年间的几次台风和洪水的准确预报就减少损失几十亿元。
二、方兴未艾的新兴空间产业
21世纪空间高技术产业将以更加迅猛的速度发展,除上述四大相对成熟产业继续向前发展外,以下四个领域将由目前具备产业雏形发展成为成熟的产业。
(1)空间材料加工和空间制药
利用外层空间的微重力、超高真空和超洁净等特殊环境,进行材料加工和制药,已经显示出巨大的商业前景。它将使人类能够在21世纪初生产许多产品,如超纯材料、新的药品和农产品,下一步将要突破的是规模生产技术和工艺。
在空间进行在地面无法制造的用混合金属、偏晶合金和复合材料制备、生长掺杂分布更均匀、化学配比更加正确和晶体结构更加完美的单晶材料,已进行多次空间试验,并获得了满意结果。在空间进行大尺度蛋白质晶体以及高效率地提纯高纯生物制品,有制药前景的动、植物细胞的生长、代谢、合成及分泌生物活性物质的影响等空间试验也开展了多次,同样获得了满意的结果。
中国利用空间特殊环境进行种子搭载试验,培养了小麦、水稻等粮食作物新品系,在油料、棉花、花卉等经济作物方面也获得了很好的变异品种。对回收的种子进行种植,取得了可喜的结果,如粮食亩产可提高8%-20%,水稻蛋白质含量可提高8%-12%。
美国民用空间技术规划明确了开展和扩展商业性空间工业的目标。据有关资料介绍,美国目前已有20多种地面上难以制成的药物在空间制成。美国国家航空航天局(NASA)建立了空间商业发展中心,与工业界签署了多项促进空间材料制备的协议。中国自1997年开始利用返回式卫星进行空间材料的制备,已经完成了10多次的空间飞行实验,进行了诸如InSb晶体等一系列的生长实验,取得了较好的实验结果。
(2)空间能源
无论从地球上的能源消耗,还是从人类在外层空间停留或居住角度来考虑,能源获取都是一个关键问题。利用空间资源来获取能源,最有可能实现的是太阳能发电和等离子体发电。
①空间太阳能发电
由于外层空间没有大气对太阳光的反射和吸收,空间太阳能发电卫星能接收到近于无损失的太阳辐射;在外层空间,由于不受天气影响,日照时间长,因而在外层空间同样面积一年内可以利用的太阳能,相当于地面的5倍多。如在空间中建造面积55平方公里的太阳电池阵,利用微波传送电能到地面,就能直接为地面用户输送500万千瓦的电力。
目前,美国、日本等已在计划发射太阳能发电卫星,在空间构筑大型太阳能电池阵或太阳能收集器,用微波把所产生的巨大电能传送到地面。
②空间等离子体发电
空间等离子体发电是利用系留卫星来实现的一种发电形式。系留卫星发电系统是利用航天飞机或卫星带动一根金属导线切割地磁场进行发电的系统,可提供在轨飞行器的电能。它的核心部件是等离子体接触器,它是一个与空间环境等离子体作交换电流的装置。
1996年,美国和意大利联合进行了飞行试验,从航天飞机上释放了一条长19.7公里的导电系绳,产生了约1700瓦的功率。虽由于系绳断裂,致使试验中断,却已显示了空间等离子体发电的巨大应用前景。目前,美、加、意、德、日等国均有此类研制计划,有的还进行了有关飞行试验。(3)外星资源开发利用
外星资源是指地球以外星球(包括月球)资源。21世纪这类资源主要来自月球和火星。
①月球资源的开发利用
月球具有丰富的矿产资源,月岩包含有地壳中含有的全部元素及约60种矿物,其中有6种矿物是地球上没有的。如果进展顺利,人类可能在21世纪20年代实现月球采矿。月球土壤中丰富的He[,3]是核发电站的重要原料,以发电量大著称,如25吨He[,3]发电量,足够美国使用一年。
月球土壤中含氧量丰富,利用月球上的氧,可解决人在月球上供氧问题和推进剂问题。
月球没有大气和磁场,月面引力加速度只有地球的1/6,因而是建立观测基地、进行天文观测和日地空间环境研究的理想场所。
世界各空间大国都重视月球的开发利用。2000年中国航天局了中国航天白皮书,表明了近期中国对月球探测的考虑和计划安排。
②火星资源开发利用
21世纪初人类对宇宙的认识将会有新的飞跃。深空探测、开发和利用的重点领域,除月球外就是火星。火星是离地球最近的一颗行星,对其探测、研究及开发利用具有重要的战略意义。美国1998年已成功实现火星登陆,其它空间大国也在准备实施21世纪探测火星的宏伟计划。这些计划除了认识宇宙外,将会进一步促进空间科技如宇航工程、材料科学、人工智能、计算机技术、信息科学和精密仪器研制等发展,从而推动经济和社会的迅速发展。
(4)外层空间永久居住站和星际旅行
随着人类空间活动的日益增多,空间往返及空间飞行器技术的成熟,在外层空间或外星球建立永久性居住地成为可能。预计2015年,全世界人口达到75亿左右,2050年达125亿左右,地球显然难以承受如此大的人口压力,使得人类离开地球而生活在外层空间和外星球上成为一种选择。美国计划于2010年在月球建立永久基地,2050年建立月球城市,2020年实现人类首次登上火星。
国际空间站已成为迄今为止人类在太空部署的最大和最先进的宇宙飞船,已拥有长驻居民,是通向人类居住地球外星球的一个里程碑。在空间站上的宇航员最长的逗留时间已经超过了1年。人类可能在外层空间建造出许许多多漂浮的太空居留站,在月球建立永久基地的设想已经提出了多年,并计划以此为“跳板”向火星移民。
2002年,美国富商在支付了2000万美元后,经过培训,已经在国际空间站的俄罗斯段进行了太空旅行。俄罗斯开始研发更适合普通人乘坐和观光的飞船。随着通向宇宙空间的飞行器技术的飞速发展,会有越来越多的人愿意去体验从太空中眺望地球、月球和其它行星那激动不已的心情,过一过在失重状态下的太空生活。
三、空间高技术产业的特点
空间投资巨大,一般民用投资难以满足。但随着空间活动的增加和空间技术本身的发展,空间投资逐步显现出了巨大的商用价值,如卫星全球通讯、全球导航等。归纳起来,空间产业主要有以下特点:
(1)国家启动,市场跟进,高投资高回报
在空间产业发展的初期,投资行为属国家行为,主要目标是国家安全和国民经济建设中重大基础问题,如军用侦察卫星、气象卫星和遥感卫星的发展。随着技术的成熟和市场潜力的显现,一些公司开始投资,就像对因特网的前身ARPANET和人类基因组计划的投资,先由国家启动然后市场跟进一样。
(2)空间产业对国家经济建设具有重大促进作用
为了发展空间事业,必然要求钢铁、冶金、电子、材料、计算机、能源化工、元器件等多种行业的大力发展。据美国空间专家估计,美国空间科技上每投资1个美元,将会在提供就业机会和经济增长上获得14个美元的回报。生产函数理论计算表明,美国国家航空航天局(NASA)从1975-1984年增加经费10亿美元,使国民经济总值增加830亿美元(1)。我国有关科技人员在分析了我国航天事业的发展中,得出了1:17的航天经济绩效作用(3)。
(3)空间技术与其它产业形成互动关系
空间技术的发展推动了相关产业的发展;空间技术的应用带动了许多新型产业的出现。许多的空间技术应用在地面有关产业中产生了巨大经济效益,据美国统计,约有10%的投资会带来一系列产生商业效益的副产品技术在国家其它经济行业的应用。以哈勃望远镜为例,将其CCD技术应用到人体胸部组织检查上,避免使用现有的外科手术,不但减轻了病人的痛苦,也使检查更加清晰和有效,同时也产生了巨大的经济效益。用外科手术的方式进行胸部组织检查大约花费是几千美元,而用CCD成像检查只需几百美元。
从空间技术发展的历史很容易了解到,这种相关技术的转移和在其它行业的应用,完全可以由企业或公司来投资并运作,且能够产生高额回报。如中国利用火箭发动机高温密封技术研制生产的特殊阀门新产品,为燕山、大庆、齐鲁、扬子、上海、天津等石化企业引进的生产线提供配套,节约了数千万美元的外汇。
(4)空间活动是高技术产业的发祥地
空间活动是指人类为进入和利用“空间”而开展的各种活动。在短短的40余年的发展过程中,空间活动全面渗透到国家经济建设、国防建设和人民生活的各个方面,孕育和发展了许许多多的高新技术产业,是名副其实的高技术产业发祥地。空间产业具备已形成产业化规模的高技术产业的所有特性,如高战略性、高创新性、高增值性、高渗透性、高投入性、高风险性和高竞争性。
四、对我国空间产业发展的启示
随着我国加入WTO,我国空间高技术产业将面临着更多的商业机会和巨大的商业前景,同时也面临许多意想不到的竞争环境。因而,汲取国内外空间产业的经验,建立在社会主义市场经济条件下的我国空间产业的政策、法规、资本运作、产业促进机制和现代企业的体制机制已经是摆在我们面前的现实问题了。
(1)加强空间高技术产业化
自1970年成功发射第一颗卫星以来,我国空间事业也取得了令人瞩目的成就。但我国空间技术应用的总体水平还不高,还没有形成产业规模,在全球航天产业中的份额只有1%。在国际上已产生重大商业效益的空间通讯和空间导航方面,我国还没有进入世界商用市场的通讯卫星和地面的全球移动通讯系统,没有自己知识产权的GPS地面接收机等。
(2)转换空间技术开发与应用管理机制
国际空间发达国家大多已建立起比较完善的空间技术转移与产业促进政策。如美国在1958年就制定了“国家航空航天法”,以法律形式明确了NASA在技术转移中的任务和职责。我国尚未形成对空间产业一系列的法律、政策和产业促进机制,空间技术开发、利用和转移的管理机制还需要进一步完善,以形成良好和有效的宏观政策和产业发展环境。
(3)按现代企业制度改善和运行现有航天企业
由于计划经济的历史原因,我国所有的航天企业都是在国家计划安排下,按计划经济的体制建立的,在特定的历史条件下为国家做出了巨大的历史性贡献。随着市场经济体制的逐步建立,宏观经济环境必然要求计划经济体制下建立起来的航天企业跟上时代的步伐。事实上,我国在这一领域已经进行了改革,建立了以航天科技集团和航天科工集团为代表的航天企业。但如何真正按现代企业制度来运行,并使之在市场经济的大环境下,对国家经济建设和国家安全发挥更大的作用,应当说还有较长的路要走;同时,如何引入国有资本之外的资金进入空间产业领域,以形成良性竞争的产业环境,也是非常重要和必须面对的问题。
【参考文献】
1.航天技术与现代社会编委会编.航天技术与现代社会.北京:宇航出版社,1996
2.姜景山主编.空间科学与应用.北京:科学出版社,2001
得益于“三金”工程
“金税”、“金卡”、“金盾”工程的实施,以及航天信息公司自身的技术实力、遍布全国的700多家营业网点,是它年销售额达60亿元的重要原因。
孙定: 很多人可能还不太了解航天信息这家企业,但实际上,这家公司每年的营业额很大,今年的销售收入近60亿元,这在国内的IT业中也不算是小企业了。能否请你简单介绍航天信息的情况?
刘振南: 航天信息股份有限公司前身是航天金税公司,主要做国家的税务信息化。1993年,国家有关领导提出了税制改革,推行了增值税的管理。但大量的造假发票,造成了国家税收的巨大流失,给税制改革带来了层层阻力。
我那时正在航天部工作,当时的部长刘继元在参加国务院的会议后,向我们传达利用航天高技术给国家税收提供保障的想法。在进行了一系列的工作部署后,航天部副部长立即组织航天部的几大研究院,联合提出用计算机防伪技术解决国家发票管理的密码方式,即把发票的七要素加密,锁定在金税卡里。而这一任务由航天金税公司执行,这就是我们的业务起源。
2001年为了组建股份制公司,将金税公司和金卡公司整合后成立了航天信息股份有限公司。2003年7月11日在上交所发行上市,募集了9亿多元资金。伴随上市、航天信息专业技术的积累以及公司价值大幅提升,再加上资本层面的合作,航天信息业务不断扩大,销售收入从2003年的20亿元发展到今年的近60亿元。
孙定: 航天信息有航天技术的力量支撑,有相当扎实的功底,目前,航天信息具体的业务有哪些?
刘振南: 目前我们最主要的业务是增值税防伪税控系统,所有的纳税人都是我们的客户。同时,也投入到国家推行的税款机运维工作中。
当然,我们也有其他增值业务包括网上认证、超报税、申报远程业务等,这些都大大缓解了国家税收管理压力与报税大厅的压力,特别是增值税防伪系统上马后,给国家的税源提供了保障,增值税占国家税收收入的48%,将这一项管理好了,国家的税收就有了保证,这是我们当前最为重要的业务。
其次是智能卡,即“金卡”工程。中国的第一张智能卡诞生在航天信息公司,随着技术进步,目前公司研制了射频卡,与欧美的国家技术同步。RFID射频卡已经在帕瓦罗蒂北京演唱会的门票验证,以及奥运会中发挥了巨大作用。
再次,“金盾”公安业务也是我们主营业务之一。旅馆业的管理系统、娱乐业的管理系统等在应用了我们的系统后,在保证社会治安方面有了很大提升。
此外,我们也在不断地拓展新的业务领域。最近推出的航天信息A6财税一体化软件,把财务和税务信息整合,通过财务信息找出税务信息,来解决中小企业ERP的管理和企业信息化的问题。同时,我们加大了基础性产业的发展,并开展业务培训、IT外包服务等业务。
总而言之,航天信息有两大特点: 第一,技术实力很强,依托于我国的航天技术力量,积累了一批国家的高顶尖人才,在技术、软件发明权和发展专利等方面有了很好的沉淀; 第二,我们有遍布全国的服务营销网络体系,在全国有700多家服务营销网点,从业人员上万。
协同创新铸就竞争力
航天信息的核心竞争力是一直关注创新,不仅仅是技术创新,还有机制创新、管理创新和文化创新。
孙定: 听你的介绍,印象很深的是航天信息自主创新能力很强,像税控系统、智能卡系统以及将要开展的新业务。在一个日益市场化的商业环境里,公司必定面临各种各样的竞争,那么航天信息的核心竞争力是什么?技术优势又体现在哪里?
刘振南: 从核心竞争力来讲,我们一直关注创新,立足最原始的技术创新。上世纪九十年代,我们国家还没有信息化管理的发票系统,正因为我们洞悉出这块市场的空白,继而牵引出了市场,这归根结底是由技术推动而成的。
航天信息始终将技术创新放在第一位,我们拥有自己的研究院,大概有60多人,都是硕士以上学历。有的从事基础研究,比如密码技术、前沿的核心技术等,对这支团队的建立和完善,公司下重金去支持。还有一支重要的团队是我们的产业公司和产业事业部,这些部门负责将技术变为产品,是我们的核心技术团队。这支团队的成员有的是从社会上聘请的专家,也有我们自身培养的,还有航天、中科院以及许多高校“输血”进来的人才。同时,公司建立了一套系统的激励机制,以保证核心技术人员稳定。
但创新思维不仅仅局限在技术本身,还应包括机制创新、体制创新、管理创新。应该说,航天信息核心竞争力的另一体现是在企业文化上――“以人为本、协同创新”。协同创新讲究协同配合与支持,这种价值观是相当宝贵的。公司的企业文化将公司战略、愿景相结合,我们倡导回馈社会,让股东得到丰厚回报,让员工得到成长机会,这三方面都贯穿于企业文化中,它所发挥的支撑力,是公司的生命线。
孙定: 由于我国制度、文化的特殊性,中国信息化面临一些特殊的问题,很难将国外信息化的成功经验照搬过来。中国信息化过程需要厂商、用户携手创新。我相信航天信息能够在税务系统领域取得骄人成绩,是与协同创新密不可分的。你们是怎样实现与用户的协同创新的,其中有哪些经验值得借鉴?
刘振南: 税务信息化是比较典型的,因为这一套系统在国外没有,是我国首创。国家税务总局的副局长曾谈起,一开始国外并不认同这一系统,但在参观后,改变了看法。如今,一些东南亚和南美的国家希望我们帮助他们建立类似的税务信息系统。
在研制这套系统时,如何与税务部门合作,将系统和业务融合一体是非常有挑战性的。因为不是每个领导以及工作人员,尤其是非税务信息化部门的成员都能理解信息化的目的的。
在这种状况下,我们与税务部门的干部们组成联合团队进行封闭式论证,长达两个月。为什么?因为我们需要了解对方的业务流程与工作目的,按需而建。几个月的摸爬滚打后,公司的技术专家成为了税务专家了,税务干部也对信息化有了更深刻的认可,正是在如此的深入调查与充分合作上,我们能够用计算机密码语言来解决对方的难题。
从技术角度谈,公司一定要将需求放在第一位,技术满足客户需求是我们一直遵循的公司理念。
打“相关多元化”牌
航天信息将立足于做熟悉的产业,定位于以信息安全为主的相关多元化。
孙定:听说航天信息在奥运会的应用上也取得了不错成绩,得到很多肯定。能谈谈在奥运会上的产品情况么?
刘振南: 一是我们应用RFID做了奥运食品安全系统,为奥运会期间各国运动员、裁判员和政府官员的入口食品提供安全保证,包括运动员兴奋剂检测之后,如果检测出运动员没有服药但检验结果又有异常,就要从食品开始检测,追溯到种植、加工、入口的环节,保证清楚无误,这是我们的工作。
这套食品安全系统应用了计算机信息、电子标签等技术,对食品的原材料生长、种植到运输,以及冷藏运输中的温度变化进行监测。这套系统建成之后,得到了北京奥组委领导同志的高度评价。
孙定: 航天信息在奥运中的这些实践,应该是以前主营业务的延展。这对公司未来的发展方向也会带来很多启发,航天信息对未来公司的业务发展情况如何规划?
刘振南: 从公司的情况出发,我们仍然立足于做熟悉的产业。现在我们的战略定位是以信息安全为主的相关多元化。所谓“相关的多元化”,一方面是将密码的安全技术、信息技术,融入到其他领域里; 另一方面,我们的客户也是相关联的。我们现在服务的主要是税务部门,我们寻求如何用公司的技术产品为中小企业服务,由此推出了财税一体化软件,围绕这套软件我们又有一系列的产品,应用于高端客户,围绕这些技术我们还打造了安全芯片,外延不断扩大。
未来,我们希望能按照用信息化带动和促进工业化发展的国家大策,服务于中小企业,用低价格、符合中国人使用习惯的ERP软件来推动我国企业信息化的进程。
同时,我们的核心技术将涉足卫星应用领域,以及军队的装备安全等,我在航天部工作过,对军队有很深的感情,认识到我国军队的信息化或是军队信息安全还需要不断努力。
航天信息的目标是在2010年销售收入能达到100亿元。
向联想、华为学习
航天信息最大的竞争对手是自己。首先要认识到危机并在危机中不断完善自己,追求卓越。
孙定:目前全球金融危机正影响着实体经济。我国为了拉动内需,“4万亿”计划已经出台,各地的配套资金都超过了10万亿元。这么大的投资拉动政策,你是否看到了新的机会,哪些领域会走得更快?
刘振南: 航天信息对4万亿也进行了研究和考量。从国家层面来讲,我感觉到4万亿更多体现在基础设施的建设上。我也想通过媒体呼吁,国家不要忘了信息化本身就是一种基础设施。如果说把基础设施仅仅理解成高速公路、铁路、机场,那是不够的,信息也需要有承载的东西,我国要把国内的信息网络建造好,利用这样的机会投入更多资金,使现在的带宽或者传输速率有很大的提升,使得国民和企业从中享受到便利。
同时,要关注中小企业的信息化,并为之提供更多的便利。如果能提升中小企业的信息化程度,整个国家的经济、效率将会随之提升。从这点看,航天信息服务于中小企业,也将会从中受益。
孙定:从国内来讲,航天信息的竞争对手有哪些?
刘振南: 竞争对手还是我们自己。首先是我们是否认识到危机所在,是否认识到企业所面临的冬天,危机意识要放在首位。今天大家看到了航天信息辉煌或是高速增长的一面,但是明年我们提升的价值在哪里,明天的经济增长点又在哪里?所以,我们比较习惯于保持低调,专注于怎样更好地完善自我、追求卓越。联想、华为是我们学习的榜样,同时我们也有自身的特点、特定服务的群体以及自身的价值观和技术。航天信息的标杆企业一直是IBM,航天信息要做成中国的IBM。
采访手记
慢火炖出好牛肉
从二八定律来说,新闻媒体将80%的关注度给了20%的企业,而其余的80%企业正在蠢蠢欲动,或者将浮出水面,也可能已经显山露水,航天信息有限公司是这80%中显山露水的一个。
这次采访的提纲是“憋”出来的。航天信息,一个很陌生的公司,在网上搜罗的信息寥寥无几,与以往《对话》栏目中耳熟能详的公司相比,实在太低调。这也给采访添了些神秘,这是家什么样的公司?
采访进行中,有点拨开云雾的感觉。这是一家默默无闻却发展势头强劲的公司,一家有着前沿的核心技术、有高瞻远瞩的战略规划,当然也有宏大的目标的公司。看惯了国内IT企业的沉浮,注意到了前人的得失,这一公司走得更稳、做事更低调。用刘振南的话来说,是慢火炖出好牛肉。
在2008年IT两会的高端对话中,记者再次见到刘振南。台上的他仍然侃侃而谈,观点掷地有声,一点都不逊色于同台的众多知名IT企业的领军人。这非常值得玩味,这场对话不仅仅是呈现出思想的碰撞与摩擦,更多的是我们看到一些“名不经传”的公司已经登上舞台,与IT大佬们同台竞技。
这会不会是某种预示呢?用慢火炖出的牛肉,要飘香了。(文/ 尹一捷)
总裁感悟
铸就品牌
航天信息是做税务系统起家的,在税务部门一说航天信息,大家都知道。但在其他领域,对我们了解的人很少,目前,我能够切身体会到品牌的影响力。开始阶段,我们更多的是埋头钻研技术,品牌、营销还谈不上。现在感觉到了品牌知名度不高是航天信息要往前迈步必须冲破的阻碍。
【关键词】高技派;工业革命;信息革命;艺术性;地域性
1 高技派特征
高技派认为现代技术对人的生活,包括建筑在内,有极其重要的作用和影响。它让人想到通过与时俱进的科学技术来进行建筑设计与建造,比如采用新材料和尖端技术。高技派是在建筑形象方面特别显现建筑结构、构造和机电设备等等元素,是技术主义思想在建筑方面的产物。就像美国学者Kron和Slesin指出的那样,一些人也称呼这种建筑形式为“工业化建筑”,但是他们更倾向于称其为高技派。高技派建筑采用在工厂或车间可批量生产的标准化预制构件,通过材料的真实表达和节点的精确连接,来刻意表现出结构、设备、运动等与传统美学相对的技术美。
2 高技派的发展历程回顾
早在1779年,由Abraham Darby在英国塞文河建造的生铁桥就开始了高技派的形式表达。工业革命后大量的工业技术被运用到各个领域,出现了许多革命性的作品。第一座引起轰动的建筑即帕克斯顿1851年在伦敦建造的水晶宫。因当时生产的玻璃长度为4英尺,结构模数以此尺寸作为基数,结构以8英尺为基本单位;并且只用了铁、木和玻璃三种材料,而没有任何多余的装饰,完全表现了工业生产的机械本能。1889年巴黎博览会的机械馆和艾菲尔铁塔都是这方面杰出的代表。
20世纪初期,意大利未来主义者宣扬工业化产品的威力,对现代生活的运动、变化、速度、节奏感到欣喜,主张把现代房屋建造得和大型机器一样。柯布西耶在早年的著作《走向新建筑》中,就公开提出了“机器美学”的口号来与“古典”建筑美学相对抗。密斯·范·德·罗的钢和玻璃的建筑,法国建筑师夏霍设计的玻璃屋以及普鲁韦的克里希人民宫,切实已经为20世纪后半叶的高技派实践完成了一些列最根本的建构语言与建筑形式的实验与创造。
事实上,在上个世纪60到80年代信息革命尚未开始时,高技派在英国就已经是一种很流行的建筑形式了,它根植于英国工业革命的文化之中,在美国和日本也很流行。
高技派的颠峰时期是70年代末到80年代初。最能引起轰动的作品莫过于1977年在巴黎波里高地建成的蓬皮杜国家艺术与文化中心。设计师为伦佐·皮亚诺和理查德·罗杰斯。该建筑引人注目的大楼采用钢结构,从而使人们从外面可以看见许多暴露出来的钢结构。更加与众不同的是在它的沿街立面上,不加遮挡地布置着种种设备管道和缆线,红色的为交通设备,蓝色的是空调设备,绿色的是给排水管,黄色的为电气设备。罗杰斯曾说过,“自由和变动是房屋的建筑艺术表现”。把它的内脏放到外面,就能看见而且明白人在那个特制的自动楼梯里怎样运动。但是蓬皮杜艺术与文化中心表现了19世纪而不是在技术上预示着21世纪,因为袒露金属结构的做法在19世纪就有了,1889年巴黎博览会上的机器陈列馆就是一例。所以说它更多的是在向19世纪法国建筑展览会致敬。
与蓬皮杜国家艺术与文化中心对比,劳埃德大厦在地区文化上的反叛姿态大为减弱,而是在建造技术上表达出精美的追求,钢结构和预应力混凝土结构相结合,结构的布置与功能又有紧密的关系,细部精美,显示了形式的表现与实用功能的完美融合。尽管这个建筑内部结构仍然暴露在外,像从一台巨大的引擎上取下的轮轴,但是整体构成上要比蓬皮杜国家艺术与文化中心简洁,内部空间也更为合理。但是在室内效果上,过分的机器构件化的环境显得冰冷而不近人情。
高技派对于插入式舱体情有独钟,主要是因为高度复杂的构件可以在生产线上完成,在现场只需测试通过后即可以安装,同时也便于更新。但实际应用中,香港汇丰银行的新楼由于139个舱体每一个都不相同,所以并不能充分体现出预制构件批量化生产的优势,同时采用了最新技术, 包括航天技术材料,反而增加了建造成本。
3 高技派衰退的原因及反思
由上述三个代表性建筑可见高技派房屋建筑上用到的科学技术其实都是一般的并非高难的科学技术,建筑师能够显露出的无非是些钢桁架、杠杆、拉杆、螺栓、管道、电梯、空调设备之类的东西。
在过去的几十年里,以理查德罗杰斯和诺曼福斯特为首的高技派建筑师们并不像以前那样坚持技术的主导作用,而是更加关注于人与空间的复杂关系。看起来似乎是高技派快过时了。出现这种现象的主要原因是技术的变革。现今我们不再关注于工业技术而是更多的关注于已经应用于影像、互联网、手机等领域的信息技术。与工业技术相比,信息技术更加的不可见,拥有非物质的和隐蔽的属性;更加重要的是,航天技术或者雷达技术可转化应用于建筑设计及制造之中,为其提供技术或者材料方面的支撑。但是信息技术则要复杂的多。持续不断的技术浪潮逐渐的倾向于更精细、更快捷更不可识别等特征。与工业技术相比,建筑在当今信息化时代失去了借鉴形式,而只能更多的通过高端电脑技术来对复杂的形体建模或作类似的模拟实验。
注重工业技术的最新发展, 及时地把最新的工业技术应用到建筑中去, 是建筑师的应有职责。问题在于是为新而新, 还是为了有利于合理改进建筑而新。高技派建筑师在不断追逐新技术的同时,忽略了传统艺术的价值,将建筑简单地等同于工业产品。尽管高技派建筑具有鲜明的时代美感,但它在给人们带来独特视觉享受的同时,也暴露出其自身的许多问题,如:机械式冰冷的造型、高昂的造价,以及与城市、地区环境之间未能很好的协调融合。这也正是高技派建筑一直被人们诟病为“缺乏艺术性和人情味”,从而遭到很多人反对的原因所在。这些争论与评价从另一个侧面反映了高技派建筑在其激进的外观形式下隐藏着的主要问题——人性化和情感性的缺乏。如今许多高技派建筑师已经意识到了这一点,并在不断地加以完善。
4 高技派建筑的新发展
在将技术发挥到极致之后,高技派建筑师开始重新审视自己的建筑观念,表述自己的设计思想。在当代的高技派建筑除了仍旧对科学技术发展和工业生产保持着强烈的敏感性外,还进一步探索如何利用技术手段来重构建筑的艺术性、情感性以及地域性等特征。比如伦佐·皮亚诺设计的芝柏文化中心并未脱离他的“技术”情节,但与蓬皮杜国家艺术与文化中心的设计不同的是,对于还在形成之中的卡纳克文明所属的弩阿美半岛的自然环境与民间文化,他通过现代技术来阐释,从“棚屋”、“森林”和“村落”中抽象出动人的现代工艺景观。皮亚诺的智慧和才能让人们意识到即便是在不可阻挡的高科技时代里,人类仍然能够“诗意的栖居”。而这些对于处于信息化时代的生活方式及生活空间下的建造活动应该有很大的启发。
参考文献
[1] Davies Colin. High Tech Architecture. London:Thames and Hudson Ltd.1988.
“未来我国一定能够实现载人登月的梦想只是时间早晚的问题,我们应该有这样的信心。”
“对普通民众来说,探月这样的航天工程的确在短时间内不会直接解决我们‘吃什么、穿什么、用什么’的问题,但是其技术的发展却为我们国家和社会的发展提供了强大的后盾。”
按照预定计划,12月2日凌晨由我国三号乙大推力运载火箭成功发射的嫦娥三号,包括着陆器和一辆六轮的玉兔号月球车,将于12月14日在月球的虹湾着陆。这是自1976年苏联的月球24号探测器之后,第一个登陆月球的探测器,这将开启我国月球探测新的时代。
孤独的“探月者”
早在上个世纪60年代,我就开始了月球探测的研究,到现在已经整整半个多世纪。但在最开始的30多年中,国内月球探测的研究人员凤毛麟角,我们十分孤独。那时我们在月球探测方面也没有任何发言权,只能够根据美国和苏联发表的文章来了解他们的工作,没有自己的第一手资料,这也导致在月球探测的问题上中国没有任何话语权。
目前为止,人类探测月球实际上分为两个阶段。第一个阶段是上个世纪六七十年代美苏太空争霸时期所进行的月球探测活动,在该阶段,美国取得了最后的胜利。当时,无论是美国还是苏联,他们都对本阶段月球的探测做出了巨大的贡献,尤其是美国的阿波罗载人登月计划,引领了上世纪60-70年代几乎全部高新技术的突破与进步,成长了一大批新型的工业群体,推动了科技、经济、军事的发展,并促进了人才队伍的培养与成长。
此后20年,月球探测进入低潮期。美国在成功登月以后,当时很多人认为没有必要继续探测月球了,美国人也这么看,于是他们将注意力主要放到了搞航天飞机和国际空间站上。
虽然老布什总统在1989年提出了要重返月球,但是并没有实施。后来小布什总统在2004年宣布,美国航天犯了一个极大的战略性错误,就是他们把自己限制在低轨道上,只搞了航天飞机和空间站,所以他们要重返月球,要重新认识月球,并要探测整个太阳系。
紧跟着由于技术的进步,欧洲空间局、日本、中国、印度,还有欧洲的个别国家,以及韩国、巴西等都要搞月球探测,月球探测迎来一个新的,这主要是由于对月球和宇宙探索认识的不断深入,月球探测的价值和意义已经和以前大不相同了。
十年“探月”论证
进入新世纪以后,中国有能力探测月球了。从2004年开始,我国开始实施探月计划,这个10年是实践的10年。我国已经和过去的孤独、彷徨告别。
现在,中国已经有能力到达月球了,而且马上就要落在月球上。因此,在月球探测上中国的进步是很大的,我们终于有了自己的话语权了,这值得我们兴奋和骄傲。
如今,我国的很多大学也都建立了月球与行星科学方面的院系、实验室等,有关的研究院所建立了月球与行星研究的研究机构、实验室与研究团组,相应研究人才越来越多,这种发展是令人鼓舞的。
但是前一个10年,从1993年到2003年,我国的探月经历了10年的论证,这也是我从事探月工作最为困难的10年。那个时候,有很多困惑围绕着我们,我们不知道最后能不能立项,因此像我们搞月球探测研究的,有时感到很是彷徨苦闷。由于前30年只是一种前期的研究,没有想着我们要上马这个工程,倒是没有什么苦闷,完全没有论证的10年熬人。不过,我们从来就没有放弃,我们一直有着一种自信,并坚持了下来。
未来,随着国家的强盛和技术的进步,中国人应该为月球探测做出更大的贡献,这不仅仅是为了中国,而是为了整个人类,因为人类社会未来的可持续发展,月球将发挥更大的支撑作用,它将成为未来人类探测太阳系甚至浩瀚太空的重要基地。
登录“广寒宫”
根据计划,嫦娥三号将在月球虹湾区着陆。虹湾区地处月球西北半球,位于北纬44度,在月球正面的雨海区西北角。虹湾的名称源于拉丁语,意为“彩虹之湾”。
虹湾是约39亿年前由小天体撞击形成的一个大盆地,由于巨大的撞击使盆地的底部产生大量深的裂隙,诱发深部玄武岩岩浆上升,火山熔岩填平盆地,形成了广阔的平原。撞击形成盆地时大量的岩石和月壤溅射到盆地周围堆积,在盆地西北部形成一段壮丽的弯形坑壁,犹如彩虹,命名为朱拉山脉。
17世纪初,望远镜发明不久,用望远镜观测月球,发现月球正面分布有众多大小不等的黑色斑块,以为是辽阔的海洋,因此得名虹湾。其实虹湾是黑色的玄武岩熔岩填平的直径达260公里的辽阔的平原,没有一滴水。
虹湾的落月点也是我国古人所称的广寒宫、月桂树所在的地方,实际上这次我们的嫦娥和玉兔就是降落在广寒宫里。
当然,我们选择虹湾作为我国的首个落月区并不仅仅是因为广寒宫和月桂树的传说。虹湾地区与预先优选的其他5个着陆区进行了综合比较、评比,根据规则最后综合得分最高者当选。嫦娥三号着陆区是根据如下参数打分:地形平坦,轨控可靠,通信通畅,太阳能源充足,科学问题比较集中,其他国家没有在这个区域着陆。根据综合评分的结果,虹湾成为首选的着陆区,上面这几个条件虹湾都符合,尤其是最后一项,更是我国作为首个落月点的重要原因。上个世纪,美国和苏联月球探测,到的较多的地方是月球赤道附近,高纬度地区不多。虹湾位于高纬度区域,是月球研究的空白。我们希望了解那里的知识,比如有什么石头、什么成分、怎么起因的等等。
由于虹湾也是一个很大的区域,它的面积相当于我国的几个省,因此我们在虹湾区域也找了若干个落月点,其具体落在哪个点,还要根据嫦娥三号最后阶段的情况,即飞行动力下降时轨道的不同而进行选择。
回应技术质疑
最近有些人担心说,如果嫦娥三号在着陆时掉到较大的坑中爬不出来该怎么办?有没有应对的办法?其实,嫦娥三号根本不会掉到大坑里去,这个是有把握的,这与我们选择的具体着陆技术的实施流程有很大的关系。
航天器在地球、月球或其他星球表面着陆的技术共有硬着陆和软着陆两种。硬着陆是航天器未减速,或者没有减速到人员或设备允许值,而以较大速度直接返回地球或击中月球和其他星球,这是毁坏性的着陆。在这种着陆方式中,探测数据可以在航天器着陆前送回地球接收站。软着陆则是通过减速,使航天器在接触地球或月球和其他星球表面瞬时的速度降低到很小,从而实现安全着陆的技术。软着陆是踏上另一个星球进行实地科学探测的第一步,是所有探测活动中最为重要的环节。软着陆方式分为降落伞式、缓冲气垫式和火箭反推式三类。很多人大概不会想象到,在月球表面降落从某种程度上说比在火星降落要难得多。由于月球上没有大气,属于真空状态,降落伞无法使用。气垫也没办法用,它的外面是真空,如果用气垫它会极度地膨胀,并且速度很快,这会影响航天器的安全性。因此,月球软着陆唯一的一个选择就是,在着陆器的整个降落过程,完全用着陆器底下的发动机往反方向在底下往上推,从而减少着陆器的下降速度,让其下降得很慢。
根据设计,嫦娥三号在月表着陆主要分为:主减速段;调姿段;100米高度时的悬停段,用于着陆点地形识别与横移避障段;缓慢下降段;4米高度悬停,关闭发动机,初速为零的自由落体下降段;接触月面,着陆器4条装备有减震装置的支撑腿插入月壤层,安全着陆月面。
当嫦娥三号经过4天半的航程,到达月球附近被月球捕获,成为月球的卫星后,嫦娥三号就开始通过轨道调整,首先轨道调整为高度100千米的圆形极轨轨道,飞行4天后,再调整轨道形成近月点为15千米的15X100千米的椭圆轨道,再飞行4天,在近月点向目标着陆区减速下降。当嫦娥三号一直下降到距月面100米高度的时候,就要悬停在那儿了,当嫦娥三号下降的速度和发动机向上反推的速度相同时,就可以做到这一点,这是非常关键的步骤。
嫦娥三号的着陆器有很好的智能,它上面装有智能探测系统以及多个高精度相机,100米的高度对月球表面已经可以看得很清楚了,具体在什么位置降落,它完全可以选择。此后,着陆器继续减速下降,在嫦娥三号下降的过程中仍然利用发动机反推,发动机用多大的能量,发动机点火多少时间,计算机自动处理。这样,就会慢慢让嫦娥三号在空中的高度降下来,最后到达距月面4米高的地方,这也就是比一层楼高一点吧,着陆器悬停在月面上空,这时要把所有的发动机关掉,让嫦娥三号着陆器以初速度为零的自由落体方式降落。
着陆后着陆器会将腿部支架扎进土层。此后,着陆器伸展太阳能电池板,取得电能之后,开始检测各项设备和仪器的功能,随后着陆器开始工作并给月球车充电。接着着陆器释放出舷梯,解开锁紧的玉兔号月球车,让月球车从舷梯走到月面开始执行探测任务。
玉兔号不是唯一的主角
最近一段时间,因为有一个通俗熟悉的名字,大家都不约而同地将视角放到了“玉兔号”月球车上,很多人以为在登陆月球以后,将会是由玉兔号来执行探测任务,这里出现了一些误读。
实际上,嫦娥三号着陆器承担的任务与月球车承担的任务各有侧重,都很重要。
例如着陆器上装配有地形地貌相机等各种照相机,需要对着陆区的地形地貌、地质构造进行拍摄。着陆器携带的近紫外月基天文望远镜,对星系和恒星进行观测,可以实现“巡天”的科学目标,长期以来月球就是天文学家梦寐以求的天文观测场所。着陆器携带的极紫外相机将对地球的等离子体层的结构与密度进行监测,研究地球空间环境的变化,实现“观地”的科学目标。嫦娥三号所携带的近紫外月基天文望远镜和极紫外相机都是国际上首次应用在月球上开展科学探测,实现从月球上“观测天文,监测地球”,因此意义尤为重大。
玉兔号月球车是我国最高智能机器人,可以自主导航,自主选择探测路线,自主上下坡,规避撞击坑和大型障碍物体。月球车安装有全景相机、避障相机,可以拍摄行走路线周围的地形地貌,携带的X射线譜仪和红外光谱仪用于测定月球土壤的化学成分和矿物组成,月球车底部安装的测月雷达,要探测月球土壤层的结构和次表层结构,这是世界上首次使用测月雷达开展科学探测。只是玉兔号月球车从着陆器上走出来后,也走不了多远,行走的区域甚至还没有海淀区面积(全区面积430.8平方公里)大。
不过, 嫦娥三号这次实施月面软着陆就位探测与月球车巡视勘察二者同时进行,并有机结合,将有望获得比以前更有意义的新发现和探测成果。
冰火两重天的考验
嫦娥三号成功着陆虹湾后,着陆器与月球车要长时间在月面进行科学探测。对它们而言,面临的第一个挑战就是如何应对月球的昼夜温差,并在这样的极端环境里正常工作。要知道,在月球,白天温度可达110-130摄氏度,而月夜的14天内温度可降至零下180至零下160摄氏度。应对这种温度差,是个很大的挑战。
月球的1天也就是1个昼夜相当于地球的28天,按照地球上计算就是14个白天和14个夜晚,根据我们的设计,着陆器和月球车白天工作,夜晚休息。白天高温时,它们身上的的太阳能帆板展开发电,为工作提供电力。到了月夜时,没有了太阳,太阳能帆板也没有了能源来源,温度会像过山车式的骤然下降到零下100多度,在这样的温度条件下,设备首先要做的是保护自己,因此着陆器与月球车开始进入休眠状态。这时所携带的核电池开始工作,使着陆器和月球车上电子设备周围的温度提高到零下40摄氏度以上,以确保黑夜过去、白天来临时,设备仍然能继续工作。核电池的制热原理是利用同位素衰变过程中放出的能量转变为热能,使仪器箱里的温度升高至零下40摄氏度以上,这也是所有仪器都能耐受的温度。
由于月球上没有空气,无法传导热量,因此就是在白天,着陆器和月球车也要面临巨大考验,它们迎着太阳的地方会受到零上100多度的高温炙烤,而其背阴的地方,则会是零下100多度的严寒,说是冰火两重天一点也不夸张。
其实,登陆月球的宇航员也将面临这样的考验,他们需要承受的不仅是白天和黑夜的巨大温差,在白天,如果他们面向太阳,面前就是100多度的高温,而其后背,则是零下100多度。当然,现在这个已经不是什么问题,宇航服的保护会解决这个问题。
根据计划,着陆器在月球工作1年,月球车在月球工作3个月,也就是90天的时间,它们都是按照这个目标来设计的,这是它们的设计寿命。当然,我们希望它们能够实现这个寿命,更希望它们能够工作得更久一些。
我们一直战战兢兢
探月等宇宙空间的探索,人类所从事的具有最高风险的活动,就必然意味着意外事故甚至是失败的出现,这些年来,就是美俄等发达国家,在太空的探索上也多次遭遇重大挫折和失败。
以月球探测为例,迄今为止,不计算嫦娥三号全球共进行了129次月球探测活动,成功率仅51%。其中,美国进行了59次月球探测活动,前苏联64次,中国和日本各两次,欧空局和印度各1次,共129次。成功或基本成功66次,失败的就有63次之多。
虽然这些年,我国的太空探索进行得十分稳健,但是依旧存在较大的风险。然而问题是,我国国民难以承受失败。这些年,在太空探索方面我国都是只能成功不能失败,一旦出现失败,就是天大的事情,航天事业将会在质疑声中遭受沉重的打击。
因此,这些年来我们的探月工程一直进行得小心翼翼,我们也一直是战战兢兢的。进行太空探测,保持最大的谨慎从而确保工程的成功是很有必要的。但是在另外一个层面,这表明在探月等太空探索方面我们的民族自信心还不够,很多时候,能够经受住挫折和失败的考验,才能不断走向成熟。美国航天飞机数次出事,但是美国人没有退怯,他们吸取教训继续前进,这也是美国是第一航天强国的重要原因。
为何要坚持探测月球?
这些年,我国的探月工程也受到很多外界人士的质疑和非议,他们认为探月这样的工程远没有解决老百姓的实际问题重要。这主要是因为很多人对我国的探月工程存在认识方面的一些误解。
实际上,探月等航天技术是能够造福于人类社会的技术。对普通民众来说,探月这样的航天工程的确在短时间内不会直接解决我们“吃什么、穿什么、用什么”的问题,但是其技术的发展却为我们国家和社会的发展提供了强大的后盾。
例如美国规模宏大的阿波罗探月工程,实施长达三四十年,发展了3000多种新技术,诞生了包括计算机、电子通讯、航空、航天、医疗卫生等等在内一大批新型的工业群体,人们的生活受到了极大的好处。阿波罗号载人登月到现在已经四五十年过去了,据统计,其投入产出比是1∶14,取得了巨大的经济效益。由于这些技术已经应用到各种民用工业里,也使美国整个民用工业提升到了一个新台阶。
我国探月工程的实施,我认为最为重要的作用是带动了中国高新技术的突破与发展,这是第一位的。中国参与探月工程的企业和机构超过千家,它们在探月工程高标准的技术要求下突破的一些技术难关、产生的新技术,提高了中国高精尖方面的技术能力,一些产品质量上升了,但是成本却降低了,市场也扩大了,未来更多的新技术也将被应用到民用工业的各个方面,而随着整个国家的实力、技术水平的增长,必然也会带动全体老百姓生活质量的提高。
更为重要的是,通过探月工程的实施,我国培养了一大批高技术人才队伍,他们现在已经成为我国科技发展的中坚力量,这是我们国家目前最为宝贵的财富,他们将是我国未来探测更遥远太空的主要力量,也是我国发展的重要后劲。
当然,我们要坚定地探测月球,也有其在科学上面的巨大价值和意义。这个随着这些年的科普,很多人已经有了比较充分的认识。
因为认识上的问题,很多人对我国探月工程的一些困惑和非议可以理解,我们挨些骂也没有什么关系。
谋求国际合作,主要自力更生
从嫦娥一号开始,我国的探月工程就在谋求国际合作。在24小时测控方面,在我国境内的测控一天也就7-8个小时,我们的测控范围最西段只能到新疆,航天器到了欧洲上空我们就傻眼了,东面测控也只能到太平洋西缘,借助于远望号测控船,到了太平洋东缘、特别是大西洋区域也就没有办法了,虽然我国的远洋测控船可以发挥一些重要作用,但是依旧不足,我们需要西半球的航天机构的合作。因此,我们的嫦娥一号发射就有欧洲空间局参与测控,在本次任务中,他们也帮我们进行一些测控。
但是在另外一个层面,我们也需要认识到,航天、探月等这样的太空探索工程,因为国家利益的因素,合作要受到很大的限制。
这些年有人说为了节约我国资源,我国应该参与其他重要国家的重要空间探测,分享其成果,但是在很多方面并不现实。例如美国就一直拒绝和我国在探月等太空探索方面的合作,他们甚至以种种理由拒绝我们的相关研究人员访问美国,美国宇航局一直就是这样的态度,并且是经过美国国会批准的。
在探月工程等太空探索方面,我们要积极谋求和增强国际合作,但主要要依靠自己,我们需要艰苦奋斗,自力更生,自主创新。
谈我国载人登月还有些早
近两年,很多人都开始梦想着中国登月的事情,有不少人总是问我,中国什么时候才能实现载人登月,什么时候才能在月球上留下中国人自己的脚印。中国有这样的雄心,也有这样的远景规划,只是目前谈论我国载人登月还有些早。
载人登月是个非常复杂的系统工程,有很多技术难题需要攻克,包括航天员出舱、航天器对接、月面返回、月面生存等等。只有掌握这些关键技术之后,中国才会结合未来国际、国内月球探测的发展情况,择机实施载人登月。
最近有媒体报道说,我国未来的载人登月计划要被取消了,这样的信息并不真实,我国的载人登月计划还处于早期的设想阶段,计划还没有正式出台过,哪里会存在取消一说?
当然,未来我国一定能够实现载人登月的梦想,我们应该有这样的信心。按照规划,中国的探月工程共分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。进行后面两个阶段的工程是必然的历程,只是时间早晚的问题。
多年来,我一直梦想着能够亲眼看到中国人登上月球,这也是我毕生最大的愿望,但是今年我已经78岁了,不知道我还能不能等到那一天。
未来的目标是整个太阳系
除了月球之外,中国人未来还应该走得更远,应该有能力探测整个太阳系。我们可以进行太阳系生命信息的探测,深入研究太阳、地球以及各层次天体的起源与演化,研究太阳和小行星活动对地球的灾害性影响,以及考虑进行地外资源开发和利用,从而支持人类社会的可持续发展。未来,我们甚至还可以考虑再造一个地球,将火星进行改造使其成为人类的第二个栖息地。这些研究和计划,并不是幻想,我们可以一步步实现。
关键词:拓展视野;苏教版化学教材;教学功能;教学策略
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2015)01-101-01
“拓展视野”栏目是新教材的重要组成部分也是新教材的创新点之一,改变了原来化学必修课由必修内容一统教材的编写体制,增加了“拓展视野”栏目,必修1和必修2两本教材共有“拓展视野”栏目21个,新教材设立了《拓展视野》这一栏目,目的是为热爱化学、学有余力的同学提供研究的素材。教师若能在其中选择一些学生感兴趣、有研究条件的内容安排学生以调查、访问、实验的形式开展研究,不仅可以使学习更具挑战性,而且可以把情景的创设从课内延伸到课外,扩大情景创设的空间,最大限度地激发学生的学习兴趣,挖掘学生的潜能。本文就苏教版化学必修教材中,“拓展视野”栏目主要内容在教学中的应用,阐述自己的一些想法和做法。
一、加深核心知识理解,激发学习动力。
“拓展视野”是基础知识的延续和拓展,学生学完正文部分的内容后,再学习“拓展视野”,不仅加强了对核心知识的理解和对核心知识的自主构建,而且还为学生主动学习预留下了空间。化学新课程注重了以实验为主的多种科学探究活动。教材中不仅强化了学生对知识的学习,更注重的是对学习知识的过程和方法的掌握。这是“授人以鱼,不如授人以渔”的道理。例如,化学新课程对胶体知识的要求明显下降,教材在正文中只是介绍胶体的稳定性是介于溶液和浊液之间,即具有介稳性,以及胶体的丁达尔效应,并没有深入介绍胶体为什么会具有介稳性、其它重要性质以及胶体的重要应用,让学生学过正文后根本不知所以然。但教材设置“科学视野”栏目,不仅介绍了胶体具有介稳性的主要原因是胶体粒子因吸附而带有同种电荷而相互排斥引起的,而且还介绍了其在工农业生产和日常生活的广泛应用,同时也介绍其它的性质和胶体化学的研究方向。显然,类似内容的主要功能是为学生获取核心知识提供有效支持,属于支持性内容。如果化学教师能正确处理核心内容“科学视野”栏目的关系,既不要置之不理,也不要长篇讲论,而采取合理方式。这样不仅能帮助学生理解核心知识建立核心知识体系,而且为学生主动学习留下空间,激发学习化学动力。
二、激发研究性学习,感悟学习的乐趣。
“拓展视野”栏目有它自身的特点,它强化的是学习者的自主性,大部分篇幅不长,难度不大,便于操作,因此可以采用自主学习的方式进行。将“拓展视野”渗入到研究性学习中,不仅为学生提供了一种自主探究的学习机会,而且还能让学生从“拓展视野”栏目中得到丰富而充足的研究资料和研究课题,让学生从最基本的生活经验和社会发展入手,切身地体会到化学就在自己身边,拉近学科与学生生活与之间的距离,很大程度上能够提高学生学习化学的兴趣。对于中学教师来说无疑是件一举两得的事情。如在必修2《化学键》的主内容中几乎没有介绍熔沸点与物质结构之间的关系,而在本节的科学视野中却作了详细解释,所以只要通过教师给出所要解决的问题,引导学生积极主动的学习本节的科学视野,讨论解决教师所给出的问题。通过上述内容的学习,学生会感悟到化学知识与自然现象及生命活动的重要关系,使学生领略到物质的性质决定于物质的结构,而且使学生真正感受到了知识的形成过程,并体验到探究性学习的乐趣,激发了学习的原动力。
三、创设情境,培养学习兴趣。
在化学教学中,与化学有关的、实验、故事、史实、新闻、实物、报道、图片和影像资料等,都可以用于创设学习情境,从而激发学生进入学习和活动的状态,以促进其认知结构的发展和完善。 “拓展视野”栏目的故事性,给课堂教学提供的情境资源。如在教学之中,如何让学生了解化学电镀的运用,让他们自发的去研究探讨,化学电镀的起源可以追溯到古代数千年之前,我们以古代铜镜的与现在的平面镜进行对比而引出化学电镀的在实际中的运用,窥一斑而知全豹,从大家都熟知的平面镜中,我们就可以用典型的银镜反应实验,引出平面镜镀银的原理方式,从而链接化学电镀的运用原理,引导学生对银镜反应实验进行探究,将化学电镀从银镜反应上辐射出去,以生活中常见的物事去解说化学电镀的运用,例如防锈防腐等等,而在此时,“拓展视野”的出现就是画龙点睛的一笔,以丰富的文本资料,科学依据将化学镀全方面的展现在学生的眼前,让学生在认知化学电镀的时候从课本上的几个典型反应推及到生活之中,推及到未来的猜想之中,同时间,化学电镀的反应,我们也能够从基础的方式扩展开来,将其与已经学过的知识结合起来,两者相对比结合,让化学知识全方位链接,形成一道坚固的知识链,这样就能够让学生对化学以及化学电镀留下一个深刻的印象。
四、提高学生的科学素养。
作为21世纪的教材,作为21世纪的老师,我们必须站在科学的前沿,必须多了解一些科学知识,这样才能满足学生学习化学过程中对我们的要求。“科学视野”栏目站在了科学的前沿,连接了我们的生活、社会、技术与化学知识的联系。它作为文献,提供了辅助教学内容的一些阅读材料,立足课本,又联系了科学、技术、社会、生活的内容,提供了丰富、生动、具体的素材,为学生的学习提供了色彩绚丽的知识,让学生不再是“两耳不闻窗外事”的书生,而是成为了生活在现代科技社会的一个新型人才。
关键词:化学教学 美育 科学素养
化学教育的核心是培养学生的科学素养,对学生进行科学素养教育
是以培养学生形成科学的观念、知识、方法和态度,从而形成科学能力为
根本目的,以培养学生具有基本科学素养为目标,这是基础理科教育的共
性之一。基本科学素养包括:科学知识与技能、科学方法、科学能力、科
学观、科学品德。化学是一门实验科学同时又有较强的理论性,化学实验
现象给人以美的直观感受,对物质结构等的理解更需要形象思维和想象力,
要提高学生的科学品德、科学能力等科学素养,可通过在化学教学中渗透
美育来实现。
1、问题的提出:
美是生活的组成部分。人们在对绚丽缤纷的现实美、百美齐汇的艺术美
的感受和鉴赏中领略到无穷的乐趣,培养情趣,陶冶情操,使自己趋于
完善。然而,美不仅存在于文学艺术、大自然及现实生活之中,而且也
存在于实验性及逻辑性极强的自然科学---化学之中。化学作为一门自
然科学,不只是启迪人们对客观事物的真谛作缜密、深邃、冷静的思考,
显示事物的“美”,而且能揭示其“真”。化学中的美不仅影响到学生科
学品德、科学方法、科学观形成、而且能促进科学知识与技能、科学能
力等科学素养的全面提升。但目前通过中学化学教学培养学生科学知
识、科学能力、科学方法普遍受到重视,而通过在中学化学教学中渗透
美育培养学生科学素养的研究及还比较薄弱。
2、理论基础:
(1)生理学和心理学的研究结果表明:人的智力活动是大脑左右两半球的
协同活动,它包括观察、想象、记忆和思维等,其最高形式是创造性。美
育通过对美好形象的感知、记忆、鉴赏和创造,可以有效地促进学生观察、
记忆、形象思维和想象能力的发展,并且大大提高学生的创造力,因为创
造是以右脑的形象思维运用左脑的语言知识的结果。美学观点认为:形象
思维与抽象思维是相互促进的。席勒说:“要使感性的人成为理性的人,除
了首先使他们成为审美的人,没有其他途径。”因此,在引导学生学习化学
理论及实验操作时,要十分重视学生对化学理论美和实验美的鉴赏能力。
富于美感的化学实验和造型美观的化学教具是形象思维通向抽象思维的桥
梁。因为它可启迪学生智慧,激发求知欲,推动他们去探索、追求、发现,
从而增长才干,发展创造性思维。
(2)人的智力素养发展与非智力素养发展是密不可分的,若知识、方法和
能力是科学素养中的智力因素,那么,科学观和科学品德可看作科学素养
中的非智力因素。非智力因素虽然并不直接介入认识过程,但它与能力形
成密切相关,“在认识过程中起着动力、定向、引导和强化作用”,科学品
德是整个科学素养的动力系统,维持并支配着知识的获取和能力的发展,
影响到一个人所能达到的科学知识与能力的水平。
3、中学化学教学中渗透美育对学生科学素养的培养
在化学教学中渗透美育培养学生科学素养主要有以下几个方面:
3.1 通过在化学教学中渗透美育培养学生的科学品德 科学品德是构成科学素养的要素之一,它包括兴趣、情感、意志、态度(作风)四个子要素。
(1)学习化工产品和化学生活用品培养学生理解美的能力:科学技术的迅猛发展,使化学成为与人们生活息息相关的学科。每年都有多种与人们生活密切相关的化工产品问世,其中不少产品除了实用以外,还具有优美的图案和造型,柔和的色彩、精美的花纹。我们在化学教学中注意到这些,就可以使学生受到艺术美的熏陶。例如:通过介绍在普通玻璃的一般原料里加入某些金属氧化物,这些金属氧化物均匀地分散在玻璃里,就可以使玻璃呈现出各种颜色。加氧化钴呈蓝色,加氧化亚铜呈红色等,不仅可使学生了解到这些化工产品和化学生活用品的生产原理,也可从这些五彩缤纷的产品及用品中感受到色彩美。从金属的焰色反应的实验中,使学生了解到节日里色彩绚丽的焰火及军事上的信号弹是锂、钠、钾、钙、锶、钡在灼烧时发出的各种彩色谱线,同时培养了学生理解美的能力及科学内涵,激发学生“求真”和“向善”。
(2)以化学工艺为基础,发展感受美的能力,并逐步养成各种审美观念。 许多化工生产的工艺管理和实验操作技能技巧,蕴含着布局巧妙的工艺美,流程的设计、仪器及设备的组装会给人一种有序、匀称、和谐的美感,对这些设备及流程的探讨会激发学生向往和追求美的愿望。例如:对仪器的装配规则“从左到右,自下而上”的讲解及组装的演示,使学生从有序和对称中感到一种协调美。从结构模型、直观教具的观察中感受到造型美,并逐步提高审美能力。通过对美的体验,学会审美、求美、爱美。
(3)渗透化学实验美培养学生学习兴趣 。 化学是一门实验科学,而化学实验是洞察化学世界的窗口。从这里学生才能真正懂得科学技术延长了人类的双手,拓宽了人类的视野。正如通过化学实验确定了质量守恒定律的俄国着名化学家罗蒙诺索夫所说,首先揭开自然界内部殿堂帷幕的,就是化学实验。一项好的化学实验,往往体现着对完美的追求。十七世纪中期发明的天平,十八世纪,Kipp制作的启普发生器等,至今仍闪烁着智慧的光辉,堪称化学实验艺术品而流传至今。化学史上林林总总的实验仪器不仅给人以赏心悦目之感,而且给人以智力上的满足。通过化学实验,激发求知欲,培养创造性思维,树立学生热爱科学的理想,对科学事业充满热情。教学实践及许多调查表明,化学反应过程中的艳丽的色彩、奇特的气味及其它奇特现象,能激发学生强烈的兴趣和探求欲望,一旦保持下来,就会产生巨大的学习动力,进而达到培养学生创造能力的目的。
(4)在化学教学中渗透社会美和时代美培养学生科学情感
社会美的范围十分广阔,简言之,现实生活中的美,除了自然美,都属社会美。人是生活的主体,人的社会实践活动是构成整个社会生活的核心。因此,社会活动的美,社会实践成果的美,实践主体的美,是丰富多彩的社会美的具体体现。
人类最基本的实践活动,是向自然界获取物质生活资料的生产劳动。在此过程中,人们自然要与物质发生关系,而物质又是化学的研究对象,也是化学学科赖以成立的基础,因此化学中蕴含着社会美。许多物质的合成,化学规律的发现及其应用,展示了化学学科的社会美。从钻木取火到高能电池的广泛应用,从茹毛饮血到现代铺天盖地的各类保健、营养品的涌现,从树叶遮身到涤纶、人造羊毛等新颖衣料的生产,从对自然的崇拜到“神州5号”载人飞船的顺利升空,现代航空航天技术的飞速发展、宇宙奥秘的探索,从鸿雁传书到现代巨型计算机及IT业为龙头的新材料、新科技的迅猛发展,从量子力学到近代物质结构理论的形成,从“上帝造人”到生命物质—尿素的合成,从神农尝百草到抗SARS病毒的药物的研制,无一不使我们的实践活动更加完美。化学为现代社会奉献了上千万种新物质,这些物质已进入了千家万户,丰富和美化了现代人的生活。化学研制的各种高、精、尖材料大显其能,推动着核能、宇宙航行、电脑等科技事业的发展。据化学家预测,化学将成为二十一世纪的“中心科学”。化学还将制造出分子修补技术,治疗遗传病和分子病,这将会给人类未来产生更美的憧憬。通过这些实践成果的美,可培养学生探究科学的良好兴趣以及热爱科学,对科学事业充满热情和理想,坚持不懈,矢志以求,为科学献身的情感。
【论文摘要】大学物理课是高校实施素质教育的一门重要课程。传统的理工科物理必修课过于强调“理论性”、“系统性”、“逻辑性”、“应用性”,使物理学教育的育人功能不能充分发挥。因此有必要针对非理工科学生开设大学物理选修课来弥补普通物理教育的不足。本文对开设大学物理选修课的教学目标、教学内容、课程体系、教学方式和考核方式进行了分析和探索,有利于高等院校非理工科专业大学物理教学的实施。
在科学技术突飞猛进,人类已步入知识爆炸、高科技和信息时代的今天,随着我国经济的发展、市场的繁荣,高等教育面临着如何适应社会主义经济建设和社会发展的人才需求这一问题,首先是一个转变观念的问题。过去在教育教学过程中长期形成的一种潜意识的观念,现在已经基本得到澄清,越来越多的人们认识到:大学本科要立足于培养复合型人才,而不是培养专家,本科教育主要是打好科学文化素质基础,尤其是培养学生自主获取知识和自我发展的能力。[1]
物理学是各门自然科学的基础,其研究问题、解决问题的思想方法适用于一切科学研究。正如伟大的物理学家费曼所言:学习物理学,就是要学习怎样由未知进到已知的科学求知方法,就是要学习如何尝试和纠错,就是要学习一种普遍的自由探索的创造精神。大学物理课是高校实施素质教育的一门重要课程。传统的理工科物理必修课为了培养研究和应用型人才,是为理工科学生后续课程学习打基础,所以很强调“理论性”、“系统性”、“逻辑性”、“应用性”,并且有统一的教学大纲和采用统一闭卷考试。受此制约,物理学教育的育人功能不能充分发挥。因此有必要针对非理工科学生开设大学物理选修课来弥补普通物理教育的不足。大学物理选修课对体现科学教育与人文教育的融合,特别对提高非理工学生的科学文化素质起着重要作用。
一、大学物理选修课教学目标
大学物理选修课程教学内容并不是理工科物理教学内容的缩减,不能把大学物理选修课程体系当作理工科物理体系的缩影。大学物理选修课的教学目标主要是力图使学生在有限的时间内了解物理学的基本内容,即物理学研究的是什么;培养学生独立探求知识的探索精神;提供当代大学生必不可少的现代观念和思维方式;开拓视野,让学生了解物理学前沿;了解现代科学技术的物理基础;了解物理学与社会、环境、能源等方面的关系,物理对人类社会文明的进步有什么贡献与影响;了解科学家创造性的工作特点和研究方法,获得科学方法论的教益与启迪。
二、教学内容和课程体系
针对这一目标,大学物理选修课的教学内容和课程体系应通过身边的物理、生活中的物理以及工程技术中的物理直到最新科学动向(如高温超导、纳米材料、反物质世界等)导入物理基础知识,应强调:
1、定性与半定量,对计算能力要求不高[2]
由于非理工科学生的数学基础普遍不高,因此为了让此类学生对表现物质世界的运动规律有明确直认识,应采取定性、半定量及适度的定量方法来阐述物理学的概念、理论和规律。注重教学内容中的语言描述,降低物理学科中的定量要求,给出清晰的和较宽阔的物理图像、科学观点和思维方法,并注意将研究方法、思维方法渗透其中,以使学生既学到知识又领会了方法。[1]
2、增加物理学史的讲授,帮助学生正确理解物理原理和物理概念
每一个物理概念、每一条物理定律的形成都离不开当时的历史条件,都少不了物理学家的科学思想的逻辑发展和历史行程。回顾这些物理概念、物理定律的逐渐建立的历史过程,可帮助学生正确理解概念的内涵,正确运用物理定律来解决实际问题。
3、从哲学角度考察物理学的思想根基古代物理学的理论形态实质上是自然哲学,它是未分化的包罗万象的知识体系,把自然界当做一个整体而从总的方面来认识它。从16世纪起,自然科学开始从哲学中分化出来,物理学开始了它的近展时期。作为科学的世界观和方法论,辩证唯物主义哲学在物理学研究过程中发挥着重要的作用。辨证唯物论认为,世界上一切客观的东西都是永恒的运动和变化的,它从不把自身的理论当做一部不变结论的汇集,而看做是同样必然地要不断发展变化的斗争。这样的思想贯穿在物理学里,如:物理规律是普适的、场是运动变化着的、物质具有波粒二象性、能流是有方向的等等。
4、物理学方法论
在物理学的发展过程中,无数物理学家对物质世界的物理现象和事实进行科学实验和科学思维,在建立物理概念、揭示物理规律的同时,逐渐形成了一整套研究物理学的科学思想和科学方法,从而产生了物理学方法论的科学。物理学的方法论是介于哲学原理和物理学理论之间,对物理学探索和物理学理论的建立和发展起指导作用的普适原理。课程中应向学生介绍研究物理学的行之有效的科学方法,如观察和实验、科学的抽象、理想实验的方法、类比的方法、假说和模型的方法、归纳和演绎相结合的方法、数学公理化的方法等等,培养学生多维化、系统化和信息化的科学思维方式。
5、内容广而新
覆盖面要广,除了介绍物理现象、物理规律的产生、发展、应用,更要阐明物理规律之间的相互联系、物理学与其它学科的交叉发展和物理规律在生产实践、生活实际和科技革命中所起的重要作用。当今世界科学技术迅猛发展,信息量扩大,知识更新速度快。物理学在近生了重大革命,出现了许多新的技术科学,并在实践中获得了重要应用。因此课程要充分体现近代物理学的内容以及当今某些物理前沿内容及其重大应用,以便学生对最新的物理学理论、应用及科技发展动态有一个全面的了解,这对学生的知识、能力、素质的培养来说,是十分必要的。三、教学方式与考核方式
1、教学方式
大学物理选修课不是进行系统的物理学理论知识学习与研究,而是从欣赏的角度,以科普的形式,力求轻松、有趣,侧重身边物理、生活中的物理及趣味物理,以消除学生的恐惧心理,这样学生渐入状态,学习的兴趣和主动性会被激发和调动起来。在教学安排上,可以不强求系统性,不严格遵循物理学发展的顺序,而是根据一些起源于物理学、现在已渗透到各学科甚至人文学科的概念、方法和技术开设若干专题讲座,如航天技术、能源技术、信息技术、材料科学、物理学在医学中的应用、地球系统、环境科学等。[3]
大学物理选修课的主要对象是非理工科学生,不需要讲授繁琐的理论推导过程,故传统的“边板书、边讲授”的方法不适用,而应尽量多地采用多媒体教学手段[4]。教师要花费大量时间学习和阅读文献,收集和制作课件、图片、flas、音像影视资料,做到音像图文并茂、生动直观、引人入胜地传递教学信息,以便取得较好的教学效果。
2、考核方式
与强调“理论性”、“系统性”、“逻辑性”的理工科物理不同,大学物理选修课可以不采用解题、统一闭卷考试的方式来考核学生的学习情况,而可以采取多元化的考核方式:让学生查找文献撰写专题论文;撰写读书报告、课程心得体会;由学生独立完成演示实验或自我设计探索性实验;甚至分组研讨某些物理问题或口试答辩等等[5]。
物理学是研究自然界最普遍规律的科学和最成熟的自然科学。当今世界科学技术以前所未有的速度发展,不同学科、不同专业领域相互交叉、相互渗透和相互融合的趋势更加明显。这要求课程结构要趋向综合化,文理要相互渗透。开设大学物理选修课可以弥补普通理工科物理教育的不足,对非理工科学生融合自然科学与人文科学的知识结构具有启迪思维、萌生感悟、提供思想方法、树立创新精神和提高科学文化素质的促进作用。【参考文献】
[1]徐婕,詹士昌,杨建宋.加强文科专业学生的科学素质教育[J].浙江工业大学学报(社会科学版),2005,4(2):180-184.
[2]周雨青.东南大学文科物理教学改革的反思[J].高等工程教育研究,2000(2):89-92.
[3]何晓燕,陈小凤,李侠.大学文科学生物理通识教育问题探析[J].成都理工大学学报(社会科学版),2006,14(4):95-97.
一、科学技术是第一生产力:近现代三次技术革命的历史轨迹及其影响
(一)近代两次技术革命及其影响 ―是近代第一次技术革命。第一次技术革命始于十八世纪60年代,是以牛顿经典力学体系为背景,革命的中心在英国和意大利。这次技术革命揭开其序幕的是珍妮纺纱机的发明,而主要标志是蒸汽机的广泛应用。1712年第一台蒸汽机的出现,使热能转变成为机械能。后经瓦特的改进和创新,在1765年首创单动式蒸汽机和在1782年制成双动式蒸汽机,并能够驱动机器直接进行生产。其大大推动了纺织、采矿、冶炼、机械加工等工业的迅猛发展和交通运输工具实现蒸汽动力化,使人类进入了“蒸汽时代”。英国工业革命也正是从新兴的纺织业开始并于1830年达到,到十九世纪60、70年代,美、法、德等国也基本完成了第一次工业革命。第一次技术革命使资本主义完成了从工场手工业向机器大工业的转变,将社会生产推进到机器时代。二是近代第二次技术革命。第二次技术革命发生在十九世纪70年代,主要标志是以电机为代表的电力技术的广泛应用。1866年,号称近代德国科技之父的西门子,以电磁铁制成了发电机,为电器工程的大发展开辟了广阔天地。1866年电机发明并在1875年前后用于工业生产,大大改变了动力设备和生产过程,随后又解决了远距离输电问题,使工业生产摆脱了地方条件的限制。1876年贝尔发明了电话;1879年爱迪生发明了电灯,电机、电话和电灯这三大发明在美国兴起了一场电力技术革命。1882年美国建立了世界上第一个发电厂,实现了电力技术产业化,完善了欧洲的钢铁、化工和电力三大技术,钢铁工业发展很快,也完成和发展了汽车、飞机和无线电技术这“三大发明”。人类历史跨进了以电作为动力、照明、通讯生产的“电气时代”,使资本主义生产力迅速扩张,并由自由竞争走向垄断。人类社会生产、生活发生了飞跃。
(二)现代第三次技术革命的基本状况及其影响 第三次技术革命发生在二十世纪40年代,是以原子技术、电子计算机技术为主要内容的,首先发生于美国,其后发展至欧洲及世界各地,世界科技的中心转向美国,美国开始领导世界科技的潮流。十九世纪末二十世纪初,自然科学又有了重大的理论突破,发生了原子物理学的革命,为第三次技术革命提供了坚实的理论基础并揭开了序幕。第二次世界大战期间,美国建成第一座原子反应堆并制成了第一颗原子弹,开始了人类利用原子能的新时代。1945年第一台电子计算机在美国诞生,电子计算机的发明和应用,给人类带来了生产自动化、科学实验自动化、信息自动化,生产效率成倍增长。1957年苏联发射了第一颗人造地球卫星,空间技术的发展从根本上改变了人类认识和改造自然的方式。第三次技术革命规模之大、速度之快、内容之丰富、影响之深远,都是历史上空前的。它不仅显著地改变着生产方式、社会结构,而且改变着社会阶级状况和国家关系,为战后资本主义产业结构的调整提供了契机,第一产业急剧下降,第三产业迅速上升。
二、新科技革命的基本特点及其对学科发展影响
(一)新科技革命的概况与基本特点 二十世纪中叶以来,以系统论、信息论和控制论为代表的第四次科学革命兴起于美国,然后扩展到其他国家乃至全球。在社会经济高度发展的新形势下,在以信息科学为代表的横向科学、综合科学发展的推动和影响下,一场以信息技术为中心的新的技术革命――信息科技(IT)革命(有人称其为第四次技术革命)于二十世纪70年代兴起,并在二十世纪90年代后得到发展。新技术革命的主要内容集中体现在以下九大技术:微电子技术和计算机技术、自动控制技术、新能源新技术、激光技术、新材料技术、航天技术、生物技术、海洋技术、环保技术。新科技革命的特点表现在:一是规模大、范围广。这次新科技革命在自然科学的所有学科和生产技术的所有领域都发生了深刻的变化。二是整体化趋势更加明显。一方面,科学揭示了自然界更深、更广、更久远的层次和各种极限状态下的物质运动规律;另一方面,系统科学与生命科学正逐步阐明与人类关系更密切的各类复杂系统的行为规律。三是综合化趋势进一步加强。以基础自然科学新成果为先导的高新技术成为现代技术体系中的领导者。各门类技术相互渗透与促进,并在某些技术领域围绕一个大问题或大目标的解决与实现而形成庞大的综合性技术群。四是科学对技术的影响越来越大。科学指导了技术革命,而技术革命又推动了科学的发展;科学转化为技术、技术转化为生产的过程大大缩短,科学――技术――生产一体化的趋势已经出现。如果说前三次科技革命的结果是建立了一个工业化社会,那么这次新科技革命的目标就是建立一个“后工业化社会”,即信息社会。它导致了资本主义社会的产业结构发生了根本性变化,知识、技术密集型产业迅速崛起,科学技术成为社会经济发展的第一推动力,使人类社会进入知识经济时代,经济全球化、交易方式和货币电子化、企业虚拟化和学习化的趋势大大加强。
(二)新科技革命对学科发展的影响 在新科技革命的推动下,科学出现了高度的分化和综合的趋势:一方面科学的分支越来越多且细;另一方面,在各个学科之间又出现了一系列边缘学科和交叉学科。这些学科的产生在自然科学、社会科学、生产技术和日常生活等各个领域迅速广泛应用并产生了深远影响。一是边缘学科。边缘学科是对现实世界不同层次的交错点进行研究,在两门以上学科的结合上成长起来的学科。它们是应用一门科学的方法去研究另外一门科学的研究对象,使不同的科学方法和对象有机地结合起来,并揭示物质世界不同层次的运动形式之间的相互联系和相互转化。二是综合学科。综合学科是以特定的物质世界的客体为对象,采用多学科的理论知识对之进行研究的学科。例如:计算机科学、空间科学、环境科学和材料科学等,它们都是原有学科在相互交叉、互相渗透的基础上又产生的一批综合性学科。这标志着现代科学向综合化、整体化方向发展的趋势,反映了人们希望更加全面、系统、深入地认识客观世界。三是横断科学。它不是以客观物质世界的某种物质结构及其运动形式为对象,而是以许多种物质结构及其运动形式的某一个特定的共同方面为研究对象的学科,因此其研究对象覆盖各门学科的横断面,带有方法论的性质。例如:
系统论、信息论和控制论(“老三论”)与突变论、协同论、耗散结构理论(“新三论”)等。“三论”所代表的新兴基础科学不同于以往的天文、地理、生物、数学、物理、化学等基础科学,研究对象是许多物质运动形态和过程中某一共同的侧面,即从不同侧面揭示客观世界的本质联系和运动规律,以达到高度的和谐统一。
三、科技创新对会计科学体系发展及会计管理范式的影响
(一)科技创新对近现代会计科学发展的影响 一是近代会计。会计之所以能从古代会计跃进到近代会计阶段,科技进步发挥很大的作用。中世纪意大利城市商业和金融业的繁荣要求改进和提高记账方法。1494年,卢卡・巴其阿勒《算术、几何、比与比例概要》的出版被认为是近代会计开始的里程碑。但从十五世纪到十八世纪,会计理论与方法的发展仍比较缓慢,直到第一次工业革命才有了较大地发展。特别是适应大生产需要的股份公司的出现,对会计提出了新的要求,引起了会计服务对象和内容的变化。十九世纪末二十世纪初,产业革命加速了资本主义经济的发展,生产规模社会化和激烈的竞争要求改变传统的经验管理方法,泰罗的科学管理理论应运而生,核心是提高生产和工作效率。随着泰罗制的广泛应用,“会计如何为提高企业的生产和工作效率服务”的问题产生。作为初步尝试,一些与此相联系的方法开始引进人到会计中来,如“标准人工成本”及其延伸出的“标准材料成本”、“标准制造费用”和“成本差异”等。1919年美国成本会计师协会成立,推动着标准成本会计突飞猛进。这一时期,会计方法比较完善,会计科学也比较成熟,而成本会计的产生也被认为是会计学发展史上重要的里程碑。
二是现代会计。财务会计和管理会计的分离。从二十世纪50年代起,资本主义经济发展进入战后期,科学技术突飞猛进并广泛应用于生产,使生产力迅速提高;资本进一步集中,企业规模日趋扩大,跨国公司大量涌现,市场竞争更加激烈,企业经营更趋复杂。特别是股份公司这一经济组织形式得到很快的发展。股份公司是以资本的所有权和经营管理权相分离为特征的,为保护“外部利益人”所有者的利益,逐渐形成了以对外提供信息为主、接受“公认会计原则”约束的会计,即财务会计。同时,为适应企业内部管理更加合理化、科学化的需要,管理当局对会计信息提出了新的要求。这直接冲击了泰罗科学管理理论而代之以现代管理科学。现代管理科学的发展及其成功应用,为现代管理会计发展奠定了基础。一方面,早期管理会计的技术方法得到了进一步的发展;另一方面,拓展了会计的管理职能,即从解释过去转为控制现在和筹划未来。基于管理当局的对内部会计信息的需要,管理会计逐渐地同传统会计相分离并形成一个与财务会计相独立的领域。二十世纪60年代,管理会计的各种专门方法和基本体系初步确定,现代管理会计的出现是近代会计发展为现代会计的重要标志。会计新学科的出现。自从进入二十世纪中后期以来,经济全球化的趋势开始显现,信息技术特别是Intemet技术的飞速发展及其广泛应用,更是使人类跨入到信息时代。作为国际通用商业语言的会计也必须融入到全球化和信息化的潮流中,以适应和服务于经济的运行与发展。所以会计呈现出新的趋势,出现了一些新的会计分支。如国际会计的产生发展被认为是二十世纪会计发展史上重要的里程碑;电算化会计,随着电子计算机的发明和运用,会计信息处理从手工逐渐发展到电算化,这是会计操作技术和信息处理方式的重大变革。它对会计理论和会计方法提出一系列新的课题,促进电算化会计的产生和发展;电子商务会计,电子商务作为商品贸易形式中的新兴方式,已逐渐深入到社会经济生活中的各个领域,它打破了传统贸易形式的时空间限制,使企业与消费者、合作伙伴及供应商之间的沟通和交流得到极大的增强,大大加速了全球信息经济一体化的进程。作为电子商务与传统会计的结合物――电子商务会计的出现,对传统会计的确认基础、计量标准、报告内容及至整个财务会计的理论框架都将产生巨大的影响。
(二)科技创新对会计管理范式的影响 如果说第一次科技革命使簿记完成了向近代会计的历史跨越,第二次科技革命促进了近代会计向现代会计质的飞跃,那么,第三次科技革命则使现代会计理论方法体系得以建立从而形成现代会计学科体系,而新的科技革命则使企业管理向集成化和知识化方向发展,会计管理范式趋于虚拟化。我国学者王开田指出,会计管理范式的创新表现在以下几方面:
一是会计假设虚拟化与会计反映客体的虚拟性。会计假设虚拟化。会计主体向多元化方向发展,企业之间相互渗透,很难分清会计主体的边界,传统意义上的会计主体假设已不复存在,相应地持续经营与分期核算假设也就失去了基础。二是会计程序及会计确认与计量的创新。会计程序的创新。由于会计假设的动摇,传统“原始凭证记账凭证账簿报表”的会计行为程序已不再适用,而是改为事件驱动方式(Event Driven),即平时只是将原始信息分类输入数据库中,把信息使用者所需信息按其动机分类,并按分类设计程序。当使用者需要某种信息时,使用不同的事件程序,就可获得不同的信息,实现会计信息的及时组合。三是会计确认与计量的创新。传统的现金制和权责发生制已经不适应信息化和知识化的要求,在此基础上形成了现金流动制的确认机制。这种机制既能全面反映企业在一定时期的损益状况,又能反映现金流量、存量、流向和流速以及企业的偿付能力和应变能力,能为信息使用者提供客观的信息并帮助他们做出正确的决策。在此基础上,公允价值、未来现金流量现值等计量属性也必然更广泛使用。四是会计反映客体的虚拟性。在知识经济社会中,知识、信息成为主要的经济资源,因而无形资产或虚拟资产已经成为会计反映的主要对象。五是会计规范的创新。在经济全球化和知识经济社会中,会计规范标准有逐步趋同的趋势,逐步趋同的高质量会计准则应该成为全球会计规范的准绳。六是会计报表的创新。会计报表格式上多样化,项目编制上按会计要素创新能力和获取知识能力、信誉度进行排列,体现会计要素的质的区别;内容上不仅反映有形资产、历史成本信息、财务信息,还应反映无形资产、公允价值信息和非财务信息;方式上即采用适时报告、互动式按需报告和报告的无纸化。
四、科技创新对会计技术和方法的影响:以成本管理会计为例
(一)科技创新带来的新制造环境及其对成本管理会计的冲击科技创新与发展带来的新制造环境具体体现在计算机集成制造系统上。计算机集成制造系统(cIMS)是由各计算机功能软件集合成的一个整体系统,包括计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(cAM)、计算机辅助测试(CAT)、电脑辅助工程(CAE)、弹性制造系统(FMS)和管理信息系统(MIS)等多个系统,将“人”、“设备”、“信息”汇成一个协同的整体,以实现生产自动化、弹性化,达到高效率、高质量、低成本和灵活生产的目的。其主要特点是:生产弹性
化适应了市场消费的个体化;企业中对信息系统特别是信息传递的及时性、准确性要求更高;使企业生产高度自动化,大量需求高层次的、复合型人才;企业的生产管理组织也要重组,改变以往的部门而以作业组(Work Team)为中心组织。
计算机集成制造系统的发展使成本管理受到冲击。主要体现在:一是成本结构的变化将导致产品成本计算不正确。在新制造环境下,成本的构成比例发生了变化,电脑辅助生产系统使得人工成本比重大大降低。但制造费用剧增并多样化,其分摊标准如果只用人工小时已难以正确反映各种产品的成本。另外,企业研究开发费用也会大幅增加。二是成本控制与管理困难,控制方法发生变化。传统成本管理会计,将预算与实际业绩编成差异报告,即将实际发生的成本与标准成本相比较。在新制造环境下,这一控制系统将产生变化。例如,为获得有利的效率差异,可能导致企业片面追求大量生产,造成存货的增加;为获得有利价格差异,采购部门可能购买低质量的原材料,或进行大宗采购,造成质量问题或材料库存积压等。因此,成本控制方法将发生变化。例如:成本控制中心由各责任中心变为作业组;作业成本法得到应用等。
(二)科技创新引发的管理理论与方法创新及其带给成本管理会计的新技术 随着市场竞争日趋激烈,新技术、新工艺不断涌现,管理理论与方法也在不断创新,成本管理会计的发展就源于企业制造环境的变化以及管理理论与方法的创新。这种变化主要体现在两个方面:成本管理会计技术手段与方法不断更新;成本管理会计的应用范围不断拓展。
一是作业成本法(Activity-Based Casting,ABC)与作业基础管理(Activity-Based Management,ABM)。作业成本计算是指以作业为间接费用归集对象,通过资源动因的确认、计量,归集资源费用到作业上,再通过作业动因的确认计量,归集作业成本到产品或顾客上去的间接费用分配方法。作业成本计算法的特点主要体现在制造费用的分配上,它克服了单纯以直接人工成本等标准分配制造费用的局限性,按引起制造费用发生的各种成本动因将间接费用和辅助成本更准确的分配到作业、生产过程、产品、服务及顾客中。因此,ABC法较传统成本计算方法更为精细,成本数据更加准确。作业基础管理就是利用作业成本计算所提供的信息,将成本管理的起点和核心由“产品”转移到“作业”层次的一种管理方法。其基本思想是:企业是一个为最终满足顾客需求、实现投资者报酬价值最大化而运行的一系列有密切联系的作业的集合体,企业生产商品或提供劳务消耗作业,作业消耗资源,而资源消耗的同时又是价值的积累过程,即价值从一个作业转移到下一个作业,最后全部累积到最终的产品或劳务―全部作业的集合也是全部价值的集合。因此,作业链又表现为价值链。从购买产品或接受劳务的顾客那里收回的价值,形成企业实现的收入,收入补偿完成各有关作业所消耗资源价值总和后的差额,即为企业利润。作业成本管理要求成本管理深入到每一作业,尽可能消除不能创造价值的作业,防止资源的消费,最大限度地提高从顾客那里回收的价值,以实现预定的经营目标。它将企业的工作流程视为一系列作业的集合,根据市场的需求,以顾客订单为起点,从后向前确定相关作业,核定作业消耗量、作业成本,揭示成本动因,进行成本动因管理、作业管理,以提高作业运行效率,提高公司的经营效益。
二是适时制(Just In Time System,JIT)与全面质量管理(TotalQuality Management,TQM)。JIT是一种严格的需求带动生产制度。要求企业生产经营管理各环节紧密协调配合,原材料、零部件、产成品要保质、保量并适时地送到后一加工(或销售)环节。其目的是使原材料、在产品及产成品等各类存货保持在最低水平,尽可能实现“零存货”,以降低存货成本。在存货水平很低的情况下,会计人员为简化存货计价,可能采用倒推成本法,即当产品完工或销售时,倒过头来计算在产品、产成品等生产成本。TQM是二十世纪60年代从传统质量管理发展起来的,目前已经成为一种企业竞争的战略武器和由顾客的需要和期望驱动的、持续改进产品质量的管理哲学。TQM是一项通过多种政策和实务确保产品或服务超过顾客期望的技术,包括提高产品功能、可靠性、耐用性和服务性。成本管理被用来分析不同设计的成本后果、质量和提高质量的各个方面,包括停产、生产缺陷、浪费的人工和原料、服务电话的数量、顾客抱怨的性质、质量担保成本和产品召回。TQM的目标就是公司在生产的各环节追求产品“零缺陷”,并由顾客最终界定质量,从而建立品牌忠诚度并帮助企业更快提高产品质量和竞争力。
三是是目标成本法(Target Costing)与生命周期成本法(Life-cycle costing)。目标成本法是从一些竞争激烈的行业中直接产生的一种方法,它以给定的竞争价格为基础决定产品的成本,以保证实现预期的利润。即以具有竞争性的市场价格和企业目标利润倒推出目标成本。生命周期成本法是估计和累计产品或设备整个生命周期成本的方法和程序。这里的“生命周期成本”超越了传统意义上的只是从产品和生产企业角度看成本问题,即所谓生产者成本,而进一步拓展到同时从产品的使用者视野看成本问题,即使用者成本。也就是说,生命周期成本识别的是一项产品的整个生命周期(包括从产品设计、原料采购到产成品的配送及服务的全部步骤),而传统的成本仅仅关注第三个步骤生产成本。
四是标杆管理(Benchmarking management,又称基准管理)与持续改进(日文为Kaizen)。所谓标杆(或基准)就是以公司外部或内部最优的业绩标准来衡量自身的生产活动。标杆管理是一个过程,企业通过它识别关键成功因素,研究其他企业(或企业内其他部门)的最佳实践,然后实行改进措施以追赶或打败竞争对手。Kaizen具有“持续不断改进”之意,持续改进是一种管理技术,起源于日本生产商对质量的孜孜不倦的追求。所以,持续改进常与标杆管理和全面质量管理联系起来。它意味着管理人员不是一次性地确定基准,而是持续不断改进提高的过程。基准和持续改进被称为“永无终点”的比赛。Kaizen成本计算是指通过持续不断的改进而致力于现有产品的制造阶段逐步降低成本。为此,经理人员和管理会计师必须深刻洞察生产经营的各个环节进一步改进的潜力,尽可能采取有效措施使生产经营经常处于不断改进的状态中。
五是企业流程再造(Business Process Reengineering,BPR)与ERP(Enterprise Resource Planning)企业资源计划。BPR是一种创造企业竞争优势的过程,企业按客户的需求对现有经营过程进行思考和再设计,重新组织其生产与管理职能,利用新的制造、信息技术及现代化的管理手段,打破传统的职能型组织结构,建立全新的过程型组织结构。在全球竞争压力激增的情况下,许多企业都视流
程再造为降低管理生产成本的一种途径,同时也是对企业战略竞争优势的再思考,而成本管理通过提供相关的信息支持流程再造实施。与科技创新与发展历程相联系。企业管理信息系统经历了从MRP、MRPⅡ到ERP的不同发展阶段。其中,MPR主要对制造环节中的物流进行管理,使企业达到“既要保证生产又要控制库存”的目的;而MRPⅡ则集成了物流和资金流,将人、财、物,时间等各种资源进行周密计划,合理利用,以提高企业的竞争力。二十世纪90年代,随着市场竞争的进一步加剧,MRPⅡ主要面向企业内部资源计划管理的思想逐步发展为怎样有效利用和管理整体资源的管理思想,ERP随之产生。ERP在功能和技术上超越了传统的MRPⅡ,它是以顾客驱动的、基于时间的、面向整个供应链管理的企业资源计划,将供应链、企业业务流程和信息流程都囊括其中。ERP的核心管理思想就是实现对整个供应链的有效管理,将设计、制造、销售、运输通过集成进行各种相关的作业,为企业提供了对质量、适应变化、客户满意等关键问题的实时分析能力,是实现制造企业整体效益的有效模式。也为企业的成本管理提供了工具,将财务和成本管理纳入到系统中来,对企业的生产成本进行预测、计划、决策、控制、分析与考核,并进行事前计划、事中控制、事后分析。
六是约束理论(Theory 0f Constraints,TOC)。约束理论是帮助企业有效改进“周期(cycle time)”即原材料转换为产成品所需要的时间的一种战略技术。根据TOC,每个公司至少有一个瓶颈制约着其发展,约束理论可以识别并消除这些瓶颈。约束理论把企业看成一系列链状相连的过程,如果薄弱的联结处得到了加强,那么整个链也就得到了加强。约束理论认为产品开发、配送和生产的速度是最重要的。约束理论使得管理人员和会计人员认识到,在有些情况下不能一味强调降低成本和费用,要在企业的薄弱环节加大投入量,“为了省钱而花钱”,以求得总体效益增加,这也是“成本―效益”原则的另一种诠释。
七是大规模定制(MassCustermization)与战略成本管理(StrategicCosting Management)。许多企业发现,顾客希望产品和服务能够满足他们各自独特的需求。大规模定制(或称作大规模个性化生产)中,营销与生产流程均被设计以解决日益增长的多样化需求问题。这些重新设计包括大量小型的生产流程和特别的营销服务职能。在大规模定制下,多样化复杂生产会增加生产成本,尽管其营销和服务成本会降低。对于顾客众多且顾客对价格和质量期望不一的行业,大规模定制十分适合,也贯彻了顾客为本的理念。战略成本管理是运用成本数据和信息,为了获得和保持长期的竞争优势而进行的成本管理,其基本要求就是要明确企业成本管理在企业战略中的定位,开展企业价值链和成本分析,重视和控制战略成本动因,从战略上寻求取得成本优势的途径。在战略管理的分析框架中同成本因素紧密相关的分析工具主要有三个:价值链分析、战略定位分析和成本动因分析。
五、科技创新与会计科学理论发展的结论及启示