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試析電工學中的辯證法
論文摘要：對立統(tǒng)一規(guī)律、量變質(zhì)變規(guī)律、否定之否定規(guī)律，是唯物辯證法的三大規(guī)律。結(jié)合電工學教學的實例進行分析和演繹，對這些規(guī)律加以論述，用唯物辯證法指導自然科學學習，使學生們在學習電工學的過程中，既學到了專業(yè)技術(shù)知識，又學會了用全面的、發(fā)展的、變化的觀點去分析問題和解決問題。
論文關(guān)鍵詞：唯物辯證法；對立統(tǒng)一規(guī)律；量變質(zhì)變規(guī)律；否定之否定規(guī)律
電工學是一門集電路分析、模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、繼電控制和電力拖動為一體的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，它的授課對象主要是非電專業(yè)的本科二、三年級的學生。其目的是為這類學生傳授電工電子技術(shù)的入門知識，使他們對電的知識有所了解，并將其應(yīng)用到本專業(yè)的研究當中去[1-2]。同時，通過對電工學課程的學習，培養(yǎng)同學們嚴謹?shù)乃季S方式，實事求是的工作作風，求真務(wù)實的品德修養(yǎng)，讓同學們學會如何從工程技術(shù)的角度去分析問題和解決問題。
由于授課對象是非電專業(yè)的學生，他們電的知識基礎(chǔ)比較薄弱，尤其是缺乏對電的感覺，缺少實踐的訓練，很多基本概念接受起來比較吃力。在這種情況下，如何發(fā)揮教師的主觀能動性，從更高的層面對學生進行循序善誘，是對教師教學水平的挑戰(zhàn)。
北京航空航天大學電工電子中心是以技術(shù)基礎(chǔ)課教學為主的單位，是北京市優(yōu)秀教學團隊和北京市教學示范中心，有著重視基礎(chǔ)課教學的優(yōu)良傳統(tǒng)。針對授課學生的特點，結(jié)合多年的教學經(jīng)驗，在電工學的教學過程中積極引入哲學思想，用唯物辯證法指導教學工作，使學生從宏觀的角度認識事物的發(fā)展、變化和內(nèi)在規(guī)律，而不是糾結(jié)于一些細節(jié)問題，開闊了學生的眼界，拓展了學生的思路，取得了很好的教學效果。
從哲學范疇上講，揭示事物發(fā)展的基本規(guī)律有三個，它們是對立統(tǒng)一規(guī)律、量變質(zhì)變規(guī)律和否定之否定規(guī)律。其中對立統(tǒng)一規(guī)律揭示了客觀存在具有的特點，任何事物內(nèi)部都是矛盾的統(tǒng)一體，矛盾是事物發(fā)展變化的源泉和動力。量變質(zhì)變規(guī)律揭示了事物發(fā)展變化形式上具有的特點，從量變開始，質(zhì)變是量變的終結(jié)。否定之否定規(guī)律揭示了矛盾運動過程具有的特點，它告訴人們，矛盾運動是生命力的表現(xiàn)，其特點是自我否定、向?qū)α⒚孓D(zhuǎn)化。因此否定之否定規(guī)律構(gòu)成了辯證運動的實質(zhì)。
一、對立統(tǒng)一規(guī)律
對立統(tǒng)一規(guī)律是唯物辯證法的實質(zhì)和核心。具體表現(xiàn)在：
�。ㄒ唬⿲α⒔y(tǒng)一規(guī)律揭示了事物運動、變化、發(fā)展的根本原因在于事物內(nèi)部的矛盾性，科學地解釋了事物發(fā)展的道路、方向、形式等問題。
�。ǘ⿲α⒔y(tǒng)一規(guī)律揭示了事物聯(lián)系和發(fā)展的根本內(nèi)容，事物普遍聯(lián)系的實質(zhì)就是事物之間由多方面的對立統(tǒng)一構(gòu)成的矛盾體系；事物發(fā)展的實質(zhì)就是新事物揚棄舊事物的過程，它體現(xiàn)著事物內(nèi)部肯定方面與否定方面的對立統(tǒng)一的關(guān)系。
�。ㄈ⿲α⒔y(tǒng)一是唯物辯證法全部規(guī)律和范疇的實質(zhì)，所以，對立統(tǒng)一規(guī)律提供了理解唯物辯證法其它規(guī)律和范疇的鑰匙。
�。ㄋ模┪ㄎ镛q證法是世界觀又是方法論，而對立統(tǒng)一規(guī)律提供了這一科學方法論最根本的內(nèi)容，即矛盾分析的方法。
對立統(tǒng)一規(guī)律，在講解電工學的暫態(tài)分析中的電容器的充放電過程中得到了充分的應(yīng)用。充電與放電是矛盾的兩個方面，構(gòu)成了矛盾的統(tǒng)一體，它們既有對立性，又有統(tǒng)一性（同一性）。統(tǒng)一性（同一性）表現(xiàn)為充電與放電，即相互對立，又相互依存。沒有充電就沒有放電。相反，沒有放電亦沒有充電。對立性（斗爭性）表現(xiàn)為充電與放電是兩種截然不同的過程。充電時，電容器上的電荷不斷增多，電壓不斷加大，儲存的電場能不斷增加。而放電的過程的正好相反，電容器上電荷減少，電壓下降，儲能減少。是同一個事物朝著兩個背道而馳的方向發(fā)展。然而事物的發(fā)展不是一成不變的，在一定的條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。
以RC電路的完全響應(yīng)為例，利用一個電壓源US通過電阻R和開關(guān)K對電容器C充電。電容器上帶有初始儲能，其初始電壓為Uo。電路換路（K閉合）后將出現(xiàn)三種情況：1、當電源電壓US大于電容器的初始電壓Uo時，電源將對電容器繼續(xù)充電，最終使得電容器上的電壓達到US。此時電源發(fā)出功率，電容器作為電源的負載而吸收功率；2、當電源電壓US小于電容器的初始電壓Uo時，電容器不但不會充電，相反還要對電源放電，最終使得電容器上的電壓放電到US。此時電容器發(fā)出功率，電源作為電容器的負載而吸收功率。與前一種情形相比較，電源與電容器的狀態(tài)完全轉(zhuǎn)換為事物的對立面；3、當電源電壓US等于電容器的初始電壓Uo時，電容器既不充電，也不放電，電路中電流為零，電路沒有暫態(tài)過程，換路后直接達到平衡狀態(tài)。
二、質(zhì)量互變規(guī)律
質(zhì)量互變規(guī)律，又稱量變質(zhì)變規(guī)律，是唯物辯證法的基本規(guī)律。它揭示了一切事物、現(xiàn)象發(fā)展過程中量變和質(zhì)變的內(nèi)在聯(lián)系及其相互轉(zhuǎn)化。這一規(guī)律表明，事物的發(fā)展變化存在兩種基本形式，即量變和質(zhì)變，前者表現(xiàn)為事物及其特性在數(shù)量上的增加或減少，是一種連續(xù)的、不顯著的變化，后者是事物根本性質(zhì)的變化，是由一種質(zhì)的形態(tài)向另一種質(zhì)的形態(tài)的突變。在事物內(nèi)部矛盾的作用下，事物的發(fā)展從量變開始，當量變達到一定的界限時，量變就轉(zhuǎn)化為質(zhì)變，事物的性質(zhì)發(fā)生了變化，舊質(zhì)事物就變成了新質(zhì)事物。這是量變向質(zhì)變的轉(zhuǎn)化。在新質(zhì)的基礎(chǔ)上又開始了新的量變。這是質(zhì)變向量變的轉(zhuǎn)化。量變引起質(zhì)變，質(zhì)變又引起新的量變，循環(huán)往復(fù)以至無窮，構(gòu)成了事物無限發(fā)展的過程。量變和質(zhì)變，是事物發(fā)展變化的兩種基本形式，二者既有區(qū)別又有聯(lián)系，在事物發(fā)展過程中，它們是相互依存相互滲透的。量變中有階段性的質(zhì)變，質(zhì)變中有量的擴張。
例如正弦波與方波的關(guān)系。在一個電壓放大器的輸入端加上一個標準的正弦波，放大器的輸出端得到一個放大了的正弦波。加大放大器的放大倍數(shù)，輸出電壓的幅值隨之增大。繼續(xù)加大放大倍數(shù)，輸出電壓出現(xiàn)飽和，正弦波的頂部和底部被削平，變成了近似的梯形波。再加大放大倍數(shù)，梯形波變得越來越陡峭。當放大倍數(shù)接近于無限大時（比如運放開環(huán)運行），梯形波就完全變成了方波。也就是說當放大器的放大倍數(shù)不斷變大時——量變，輸出波形由標準的正弦波變成了梯形波——質(zhì)變；再加大放大倍數(shù)——新的量變，梯形波變成了方波——新的質(zhì)變。
三、否定之否定規(guī)律
否定之否定規(guī)律，是唯物辯證法的基本規(guī)律之一。事物都是肯定方面和否定方面的統(tǒng)一。當肯定方面居于主導地位時，事物保持現(xiàn)有的性質(zhì)、特征和傾向。當事物內(nèi)部的否定方面戰(zhàn)勝肯定方面居于矛盾的主導地位時，事物的性質(zhì)、特征和趨勢就發(fā)生變化，舊事物就轉(zhuǎn)化為新事物。否定是對舊事物的質(zhì)的根本否定，但不是對舊事物的簡單拋棄，而是變革和繼承相統(tǒng)一的揚棄。事物發(fā)展過程中的每一階段，都是對前一階段的否定，同時它自身也被后一階段再否定。經(jīng)過否定之否定，事物運動就表現(xiàn)為一個周期，在更高的階段上重復(fù)舊的階段的某些特征，由此構(gòu)成事物從低級到高級、從簡單到復(fù)雜的周期性發(fā)展過程。
四、例題、穩(wěn)定工作點，解決零點漂移問題
以工作點穩(wěn)定為例。學過晶體管放大電路的人都知道，要想不失真的放大電壓信號必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。對于共發(fā)射極放大電路來說，引入發(fā)射極電阻RE，可以很好的穩(wěn)定靜態(tài)工作點。然而RE的引入將使電路的放大倍數(shù)下降。解決方案是在RE兩端并聯(lián)電容器CE。因為CE對于直流的靜態(tài)工作點相當于開路，RE起到穩(wěn)定工作點的作用。而當交流信號到來時，CE相當于短路，起到了旁路的作用，RE的負反饋作用消失，不影響電壓放大倍數(shù)，達到了兩全其美的效果。
然而，舊的矛盾解決了，新的矛盾又來了。如果被放大的信號本身就是直流，發(fā)射極電容CE起不到旁路的作用。這時穩(wěn)定工作點的最佳方案就是采用“差動放大電路”。它由兩個完全相同的放大電路組成對稱結(jié)構(gòu)。有兩個輸入端、兩個輸出端，放大電路的輸出取自于兩個輸出端的差。盡管每個電路的輸出會有零點漂移，但由于電路是完全對稱的，兩個電路輸出端的變化量相等，其差值為零。這種電路中，當兩個輸入端的電位相等時，輸出為零；輸入相異時，輸出為它們的差乘以電壓放大倍數(shù)。即放大的是兩個輸入信號的差，這就是“差動放大電路”一詞的由來。
到此為止，問題似乎完全解決了。其實不然。差動電路靠電路的對稱性解決零點漂移問題。也就是要求連接成雙端輸出。但有一類負載只能接成單端輸出，這樣一來對稱性的優(yōu)越性蕩然無存。這時最佳方案就是恒流源電路，其輸出電流IS是恒定的。由于電路對稱，每個電路的電流為IS/2，且不變。溫度變化時，無論是雙端輸出還是單端輸出，其輸出電壓均不變，完全克服了零點漂移的問題，達到了完美的境界。
通過以上分析，我們可以清楚地看到，為了克服溫度的變化對工作點的影響。人們在不斷地提出問題，找到解決問題的辦法。經(jīng)歷著從否定到肯定，再否定、再肯定的不斷發(fā)展的過程。首先，為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，引入發(fā)射極電阻RE。它又帶來了放大倍數(shù)下降的問題，否定了RE的作用。引入CE解決了RE的問題。但是直流放大電路中CE不起作用，又否定了CE的旁路作用。引入差動放大電路，依靠對稱性克服零點漂移，又被單端輸出的情形否定。最終找到了最佳的解決方案——恒流源電路，使得問題得以圓滿解決。
五、結(jié)論
對立統(tǒng)一規(guī)律、量變質(zhì)變規(guī)律、否定之否定規(guī)律，是唯物辯證法的三大規(guī)律，也是揭示世間萬物存在和發(fā)展變化的普遍規(guī)律。學習這些規(guī)律，不僅對于指導我們學習電工學很有幫助，更重要的是結(jié)合自然科學的學習，它能幫助我們建立唯物史觀，學會用辯證的全面的發(fā)展的眼光，更好的認識世界和改造世界。
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