近代科学论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇近代科学论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

【关键词】毕业论文；应用物理专业；论文质量

本科毕业论文是在大学四年级第二学期开设的一门必修课，是本科生在四年教学培养计划中的最后一个环节，也是培养大学生走向社会的一个重要环节。通过撰写毕业论文，培养学生综合运用大学期间所学的理论知识和实验技能解决实际问题的能力，初步达到让学生可以独立分析和解决实际问题的目的。近年来，由于各大高校进行大幅扩招学生，在校本科生人数逐年增加，结果导致学生整体素质参差不齐，尤其是在一些非985、211的普通二本学校，此现象尤为明显。此外，有些学校还存在师生比例严重失调、教学资源紧张的问题，这些因素导致本科毕业论文质量逐年下降[1]。对于本科毕业论文质量问题，已有部分报道[2-4]。本文根据作者所在学校的应用物理专业为例，结合作者指导本科毕业论文的体会，对如何提高本科毕业论文质量进行初探。

1应用物理专业毕业论文教学现状

1．1完成毕业论文时间不足

我校应用物理专业本科生毕业论文安排在大学四年级下学期3月至6月份进行，短短的3个月时间学生要完成查阅大量的文献资料、学习毕业学习实验设备的使用方法、实验、分析、撰写论文。其间部分学生还要去找工作、面试（工作、考研面试等），真正完全投入实验的有效时间约为1个多月。因此，要想取得较好的实验结果是比较困难的。

1．2对毕业论文课程了解不足

根据对2012级应用物理专业学生的调查结果显示，学生对毕业设计课程非常了解的为0，了解的为43.5%，不了解的为56.5%，占到一半以上。对毕业论文撰写格式非常熟悉的为0，基本熟悉的为39.1%，不知道的占61.9%。对毕业论文考核标准不了解的高达73.9%。学生对毕业论文课程的认识不足必然会影响撰写论文质量。此外，学生对毕业论文的重要性缺乏认识。学生普遍认为毕业论文与就业无关，没有必要在毕业论文中投入过多的时间和精力，而把大部分时间都投入在考研和就业的事情上。甚至有的学生会认为只要找到工作或考上研究生，学校在毕业论文上会为他们开绿灯，完全忽略毕业论文的质量问题。因此，学生在撰写毕业论文过程中，缺乏主动性和创新精神，导致毕业论文质量下降。

1．3学生撰写论文能力差

大学生在学习期间很少、甚至没有阅读科学论文，也没有系统的学习论文的撰写方法，因此在撰写毕业论文的时候必然会导致一些抄袭、语言表达不恰当、格式不规范等问题。

1.4学生对论文选题不感兴趣

我校的毕业论文题目一般都是由指导老师拟定，然后让学生选择。有些题目拟的过大，超出了本科生研究的范围；有的题目拟的过窄，无法开展实际研究；有的选题与专业结合不紧密，学生对选题不感兴趣。最终，学生为了毕业，随便选取一个论文题目，应付差事，结果导致毕业论文质量降低。

2提高应用物理专业毕业论文质量的实践与探索

我校是一所以工科为主的高等学校，致力于培养高级应用型人才，学校注重对学生实际动手能力的培养。针对我校应用物理专业的毕业论文存在的以上问题，我们主要开展了一些实践措施以期提高应用物理专业毕业论文质量。具体措施如下：

2．1鼓励学生提前开始毕业论文准备工作

目前，我校应用物理专业四年级上学期的必修课程只有《固体物理》和《近代物理实验（4）》两门课程和其它选修课程。因此，通过鼓励学生提前完成选修课程的学习，在四年级上学期有一定的空闲时间开展毕业论文的前期工作，从而延长毕业论文执行时间，提高毕业论文质量。

2．2提前开展与毕业论文相关的宣传工作

鼓励各代课老师以及班主任提前对学生讲解毕业论文课程的重要性，必要时可在三年级下学期末或四年级上学期初开设关于毕业论文课程讲解的课程或讲座，让学生提前认识毕业设计课程的重要性、了解毕业论文的考核标准。使学生在做毕业论文时能够有备而战、进而保证毕业论文的完成质量。

2．3培养学生查找和阅读论文的能力

学生在撰写毕业论文之前，阅读专业论文量少，仅限于课本教材。因此，学生对撰写毕业论文的方法、结构和格式等了解不足。针对这些问题，有必要提前告知学生获取文献的途径。例如，利用图书馆网络学术数据库（同方、知网、维普网、以及Elsevier等英文数据库）查找相关的学术文章。通过阅读文献既可拓宽学生的知识面、弥补课堂教学信息量的不足，又可让学生了解论文撰写的结构、格式等基本要求，为将来撰写合格的、高质量的毕业论文奠定基础。

2．4指导教师提出高质量毕业论文题目

指导教师应该从自己在研课题中提出与学生专业课内容相关或符合的题目作为毕业论文选题。只有指导教师提出高质量的、学术性的、科学性强的、有理论价值的、应用价值的题目，学生才会有完成其的兴趣，才有可能写出高质量的论文。这样不仅能把科研和教学相结合，而且还能提高毕业论文质量，同时还有可能为学生在将来的进一步深造或工作中提供有益帮助。

3结束语

通过向学生讲解毕业论文课程的重要性、鼓励学生提前开始毕业论文的准备工作、培养学生查找和阅读文献的能力、提出高质量的论文选题等措施，可以充分调动学生创新的积极性、提高本科生毕业论文质量。

【参考文献】

［1］朱华跃，广东化工[J]．41(2014)259．

［2］康红梅，职业时空[J]．10(2014)51．

［3］熊科云，科技广场[J]．8(2011)250．

篇(2)

【摘要】本文讨论了历史主义科学哲学的范式内涵特点以及整个发展过程，在对逻辑经验主义、批判理性主义的批判中，围绕历史主义以科学哲学与科学史的结合为理论出发点，对科学的发展过程作进一步的科学史分析，深入阐述历史主义的范式特点，以及历史主义范式对科学哲学的意义影响。

【关键词】历史主义；科学哲学；思想；范式

一、历史主义科学哲学范式的内涵

范式概念的首次提出者库恩在其著作《科学革命的结构》一书中作了初步的解释，“它们的成就空前地吸引一批坚定的拥护者，使他们脱离科学活动的其他竞争模式。同时，这些成就又足以无限制地为重新组成的一批实践者留下有待解决的种种问题”，[1]范式作为描述整体科学结构的概念，包含科学共同体的信念、哲学观点、公认的科学成就、方法论准则、共有的世界观，乃至于教科书或经典著作、实验仪器等等，具有极其复杂的内涵，范式在科学研究中有着重要的地位，贯穿科学发展的始终，至今也已成为人文社会科学中的一个基本范畴。范式是一个具有多层次结构的范畴，对于范式的运用，在此，我们应明确历史主义科学哲学范式研究，是科學哲学研究的一个新视角的体现，也是一种新的研究模式。通过库恩对“范式”的解释我们可以看出，“范式”的运用历史地重现了科学发展的规律，库恩用范式描述科学发展的模式，则体现出了科学发展模式的动态性特征。

二、对传统科学哲学的批判

历史主义不赞同逻辑经验主义认为科学研究的任务在于把作为研究对象的科学知识进行语言的逻辑分析，科学知识的直线式积累看作是科学进步的标志。历史主义认为知识的增长并不是一个累积的叠加过程，而是一个革命的渐进的过程，这一结论是基于科学知识的动态研究的结果，因为动态发展模式本身就是一个上下波动的过程，简单的累积叠加体现不出跨越式的进步，量变的渐变过程体现不出质变的大飞跃，难以与科学的大发展相匹配。

针对批判理性主义的观点，历史主义是这样批判的。波普尔曾指出：“科学应该被看成是从问题到问题而进步的。随着这种进步，问题的深度也不断地增加”。[2]从这个角度上看，证伪的科学知识增长模式确实也说得上是一种反归纳主义的模式，不断的试错，不断的证伪这个过程就是不断的否定的过程，从辩证的观点看来，就是仅仅只强调了质变的飞跃，“所谓‘不断推翻’的‘增长’，这本身就是一种悖论”，[3]这种发展观是片面的。历史的发展具有不间断性，在这个不间断的过程中，总会存在着类似于常规科学的累积时期，虽然累积时期同样蕴含着新范式的萌芽，但是也确实是范式的不断发展时期，波普尔却“把科学事业中非经常性的革命特点赋予了整个科学事业”。[4]

历史主义与批判理性主义在研究对象所采取的角度也是不一样的。批判理性主义从个人的理性的角度去研究科学的发展，其实蕴含着诸多的主观因素在内，波普尔的建立在“科学发现的逻辑”之上的“理性的重建”，其实也就是一种制定知识产生的程序法则，科学研究只要以此法则为基准，便会不断获得真理性知识，以个人的理性为基础的建构正是波普尔的理论出发点。但是，库恩认为：“科学尽管是由个人进行的，科学知识本质上却是集团的产物，如不考虑创造这种知识的集团的特殊性，那就既无法理解科学知识的特有效能，也无法理解它的发展方式。从这一点说，我的书本质上是属于社会学的，但也绝不容许这个问题离开认识论”。[5]由此可看出，科学知识本质上就属于社会的产物，脱离了社会因素将会不能很好解释科学的发展，科学研究的任务并不是像波普尔所说的那样理性的重建科学发展的历程，而是“要充分倾听历史的呼声”。[6]在对批判理性主义进行批判方面，库恩曾经指出：“我们都关心获得科学知识的动态过程，更甚于关心科学成品的逻辑结构”，[7]历史主义把社会历史因素渗透于研究过程之中，得出该流派独特的见解以及理论成果。

三、历史主义科学哲学范式的内部发展

随着科学哲学不断发展，历史主义登上了科学哲学历史的舞台，历史主义在自身的发展中形成了新、旧历史主义两个流派，他们都是在对逻辑经验主义、批判理性主义批判基础上将研究视角从科学理论逻辑分析转移到特定的社会历史领域，针对不同的范式建构起科学理论，阐释科学发展的动态模型发展机制，都给科学实践活动带来了深远的影响。

旧历史主义主要代表库恩的范式研究，表明在不同范式条件下，对科学理论的理解应采取不可通约性原则，要想达到对科学理论成果的清晰理解，就必须考虑当时的历史语境。库恩还认为，科学理论的产生脱离不了诸如顿悟与直觉等非理性因素的影响，非理性因素是科学所必需的重要因素，是科学产生的基础，非理性因素对范式的产生与选择起到了实质的推动作用。拉卡托斯的科学研究纲领的范式依然没有脱离科学哲学与科学史，还是处在历史主义的大框架下进行的科学研究，在理论思想发展的过程中还体现出了历史与逻辑的有机统一，是一种开创性的进展，他的科学研究纲领实质上指的是相互联系的理论系统，单个理论并不能称之为科学的单元，既然科学研究纲领实质上指的是相互联系的理论系统，那么其发展过程也是一个循序渐进的不间断过程，是一个历史再现的过程，随着经验事实的不断增长，那么相应地科学理论也会不断增长。费耶阿本德把库恩的非理性主义不断强化，认为非理性是科学之所以成为科学的重要因素，任何把非理性因素排除在科学之外的做法，其最终的结果是“必将消灭科学”。[8]费耶阿本德的范式研究方法我们可以把它说成“怎么都行”，法无定法是其思想的重要体现，是对一元论的传统挑战，有利于多元理论间的竞争与发展，使人们可以从更深一层视角研究科学发展模式，使科学发展不局限于单一方法原则，为思想进一步繁荣奠定理论基础。

新历史主义的重要代表人物之一夏佩尔，夏佩尔的理论研究依然是从科学史出发来考察科学发展的问题，他不认同库恩、费耶阿本德的范式的不可通约性观点，理由在于研究对象没有脱离客观世界范畴，同属一个范围的对象并不会有不可比的障碍，范式的不可通约将会带来科学的进步与合理性无法成立，这也是他们的相对主义与非理性主义产生的一个重要根源。而作为八十年代新历史主义另一主要代表人物劳丹，与夏佩尔的思想理论方向则有所不同。劳丹关于“科学问题”的范式认为，科学的发展，理论的进步主要在于问题能够得到不断地解决，科学的目标就是不断增强解决问题的能力，以问题为导向，以解决问题为突破的科学研究，问题是会不断发展变化的，解决方式也会随着问题发展与时俱进，劳丹还在科学发展动态模式理论的建构中，阐释科学发展的本质是在于渐进式的发展，科学内部的各要素是处在一个相互联系的有机系统之中，跨越式的革命进程是不应该存在于相互联系的要素之间。

综上，历史主义的发展一个显著的特点在于，把非理性因素的科学研究中的作用提到了一个高度，体现了历史主义的创新性。非理性主义观点出现之后，虽不可避免遭到攻击与驳斥，但是，毕竟非理性主义还是有着历史的因素包含其中，考虑到当时理性主义指导下的科学对人类社会带来的诸多负面效应，单纯理性原则似乎抵挡不了对科学的种种质疑，一时也得不到理性主义的合理解释，这样的局面正好给了非理性一个很好的契机，给了科学哲学的新发展方向一个很好的机会，这也就是后来我们看到的，以库恩为主要代表的旧历史主义强调的非理性因素对科学的重要作用，后经费耶阿本德的继承与发展，更留下了浓墨重彩的一笔。

四、历史主义科学哲学范式的特点

历史主义科学哲学范式的一大特点就是突出主体性，在西方科学哲学在从客观主义、绝对主义到主体主义、相对主义的根本性转变过程中，历史主义扮演了关键的角色。在历史主义之前，无论是逻辑经验主义还是批判理性主义，都主张把主体性排除在科学研究之外，认为主体性会造成科学知识认知的偏差，通过排除主体性的归纳与演绎的结果是得到绝对客观的科学知识理论的前提。历史主义充分肯定主体性因素在科学认识中的作用，科学知识的普遍必然性并不是直接来源于经验事实，也不是直接来源于对先验公理的演绎，人的主体性对科学知识的產生也占据着重要的影响，科学共同体发挥主体性的作用把科学与客观外部世界联系起来，科学知识最终还是由主体的能动性所做出的非逻辑、非理性所决定的，这种主体性是有着积极的意义，充满着创造性，并不局限在狭隘的观念和框架之中。

历史主义把科学哲学与科学史相结合，重视科学史的研究，与历史史实的联系，科学研究以科学史为指导，是区别于早期科学哲学将科学研究聚焦于逻辑方法的一大进步。历史主义在考察新事实与新理论在科学发现的关系中就很好地体现出了对历史事实的重视，在氧的发现的例子考察中，对C.W.舍勒、约瑟夫·普利斯特列以及拉瓦锡的研究成果都做了细致的分析，但是究竟谁是氧的最初发现者，由于没有确定权威的标准作为判断的依据，所以最终难以定断。氧被发现了的历史事实，给予我们这样的启示，科学发现不同于类似于看见这样一种瞬间性的行为，把科学发现单纯归属于某一时刻、某一人，科学发现是一个过程，脱离历史发展的过程性，是不符合历史与现实的，历史发展的过程性，不仅有类似于量变的积累，还有类似于质变的飞跃，蕴含着量质变的辩证关系，把科学的发展与历史紧密结合。由此可见，科学史对科学的发展起着至关重要的作用。

历史主义探究科学发展强调历史性思维。研究科学哲学的目的应该在于重现科学的历史，这一重现的过程不必遵循着正统派“逻辑重建”的原则。然而，历史重现与逻辑重建是背道而驰的，这倒不是说明历史主义在科学发展的历程中偏离了方向，而是恰恰说明了这是对正统派中的阐释科学合理性的片面说法进行的修正，指出纯粹的逻辑分析的缺陷。在对新旧理论的逻辑分析上，历史主义从历史学的角度出发，指出了新范式理论与旧范式理论在逻辑上存在着不一致的方面。

历史主义范式的特点还体现在以动态发展模型来研究科学发展的历程。在范式基础上把科学发展模式解释为前科学时期、常规科学时期、反常与危机、科学革命直至新的常规科学时期这样循环往复的过程，体现出了历史发展的过程性，符合科学发展史的实际情况，常规科学时期可以把科学的进步看成以累积的方式不断发展着，而科学革命时期，新范式的建立标志着新的科学共同体取代旧的科学共同体的过程，这是一个质变的跨越过程，因此，这一具有历史性、社会性动态发展模式开创了诠释科学发展的新视野。

历史主义范式还十分注重理论间的不可通约性来进行科学哲学的研究。“不可通约性”术语的由来在库恩的《结构之后的路》一书中有这样的说明，“等腰直角三角形的斜边与直角边不可通约，圆的周长与半径不可通约，这意味着不存在一个长度单位可以将一组数中的两个数都整除而没有余数。即不存在公约数”。[9]在后来的发展中，“不可通约性”便被用来说明科学理论间以及其词汇、概念间的不可比较性，不过，这里的不可通约性并不是绝对的，等腰直角三角形的斜边与直角边不可通约，但是斜边与直角边的长度还是可以比较的，这仅是一种局部的不可通约性。人们往往习惯于运用现实的理论原则审视过去的理论，简单地把过去的科学成分剔除出科学的范畴，然而，过去的理论并不是它们被取代就不科学了。

五、历史主义范式对科学哲学的意义

历史主义范式代表着一种典型历史观的历史方法论，历史主义科学哲学流派把研究对象聚焦于“过程”，历史主义中的代表人物之间的理论有批判与继承，一定程度上推动了辩证思维的发展，对历史主义范式的探索，无论是在理论的参考价值，还是在研究视角的启发，对未来的科学发展模式的研究都有其重要的借鉴意义，对后继发展的理论具有重要的参考价值，还提供给人们一种新的思维方式，让人们更好的理解科学哲学的发展史，对现代科学发展作深刻的哲学反思，体现出特定的社会历史背景并彰显时代特征。

继历史主义之后，范式理论得到了广泛的应用，历史性地融入了科学哲学的研究中，对科学共同体的科学观产生重大的影响，科学共同体科学观的形成以及思维方式的发展都是以范式的形成为基础的，现代科学家的任务在于对前范式进行整合，把不符合范式的发展要求的内容进行修正，不断扩大范式的作用范畴。虽然历史主义的时代使命在当时的历史背景下已经完成，但是它对后继发展的科学观有着深远的影响，我们现在应该思考的并不是实质的对与错的关系，应该是把范式理论的背景、经过及影响做深入分析，简单的做出对错划分最终对科学的长远发展并没有什么实质的意义，没有无懈可击的科学理论，只有随时展而不断涌现出更加符合历史发展客观现实的理论。理性主义占统治地位的时代背景下，后现代哲学虽然不能完全颠覆理性主义的位置，但是，历史主义奠基者还是充当了时代思想的先锋，对理性主义进行有力的批判，突破传统的理论创新以及时代创新精神，是值得无数后继者的学习的。

【参考文献】 

[1] 库恩.跛子和瞎子、哲学和科学史[J].自然科学哲学问题， 1981（2）. 

[2] 波普尔.猜测与反驳[M].上海译文出版社，1986. 

[3] 库恩.《必要的张力》纪树立等译[M].黑龙江科学技术出版社，1981. 

[4] 库恩.科学革命的结构，金吾伦胡新和译[M].北京大学出版社，2003. 

[5] 库恩.发现的逻辑还是研究的心理学必要的张力[M].福建人民出版社，1981. 

[6] 费耶阿本德.反对方法，周昌忠译[M].上海译文出版社，1992. 

篇(3)

摘要：

通过详细介绍仿生学在石油工程领域的发展现状，提出了石油工程仿生学的概念，指出了建立石油工程仿生学的必要性，概括了石油工程仿生学的特点和研究方法，并梳理了其发展趋势。目前，仿生学在钻井、管道、井筒等领域取得了实质性进展。未来石油工程仿生学研究应遵循科学的研究方法，按生物原型阶段、数学模型阶段和工程实现阶段循序渐进地加深研究成果，尽可能避免模仿的复杂性；同时加强在模仿中的创造与创新。石油工程仿生学发展应以生产中的技术需求为根本出发点，以改善现有的或创造崭新的技术系统为目的，有层次、分阶段地开展应用研究，在功能材料、表面性能、信息获取与处理、工程实现等方面为关键技术问题的突破提供创新性解决方案和技术手段，经知识积累、成果转化和工业化应用3个阶段，逐渐形成涵盖勘探、开发、工程的仿生技术体系。

关键词：

仿生学；石油工程仿生学；仿生技术体系；材料仿生；表面仿生；信息仿生；工程仿生

为了适应环境、延续生命，自然界中的生物经过亿万年的进化和优胜劣汰，造就了近乎完美的结构、形态和功能。五彩缤纷的自然界一直是人类产生各种技术思想和发明创造灵感的不竭源泉，从千百年前模仿蜘蛛织网发明渔网，到近代模仿鸟类飞翔发明飞机，再到21世纪模仿鲨鱼皮结构发明鲨鱼皮泳衣，人类一直在向大自然学习，利用仿生原理和思想推动技术进步，对仿生学的使用也从无意识向有意识转变。仿生学是研究生物系统的结构、性状、原理、行为以及相互作用，从而为工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构成的技术科学［1］。自仿生学诞生到20世纪末，科研工作者经过几十年的探索，逐步加深了对仿生学的认识和理解，初步掌握了仿生学研究方法，完成了基础知识的积累。进入21世纪，仿生学的思维和方法迅速渗透到各个学科和行业，研究成果大量涌现，根据发表科学论文数量推断，这一阶段的成果占了总数量的近90％。在这一时期，仿生学在石油工程中也出现了应用案例，不仅利用仿生学理论解决了钻井、管道防护等技术难题，并且对石油工业的技术创新理念和思维也产生了日益重要的影响。本文介绍了仿生学在石油工程领域的一些重要研究成果，在对仿生学在石油工程领域发展历程深入分析的基础上，提出了建立石油工程仿生学的必要性，并概括了石油工程仿生学的研究特点和方法，梳理了其发展方向。

1仿生学在石油工程领域的应用现状

仿生学的本质是模拟生命系统，其学科结合和行业结合的特点促进了优秀的仿生研究成果从科学研究走向生产实践，最终投入实际应用。仿生学和石油工程的交叉在钻井、管道、井筒、油藏等领域也产生了一些研究成果。

1．1钻井领域

1．1．1仿生钻井液井壁稳定问题一直是困扰国内外钻井的难题，水平井比直井的井壁失稳问题更加突出［2］。中国石油大学（北京）根据海洋生物贻贝足丝蛋白的超强黏附能力，研制了仿生强固壁钻井液体系［3］。该技术在聚合物主链上接枝类似贻贝足丝蛋白中的一种关键基团，合成类似贻贝蛋白质的水溶性聚合物。仿生钻井液体系在岩石表面自发固化形成致密且具有黏附性的“仿生壳”，起到维持井壁稳定的作用。试验井现场钻井试验表明，该仿生钻井液体系在抑制钻屑分散、稳定井壁、携屑等方面效果显著［4］。此外，模仿细菌结构开发了含仿生绒囊的钻井液［5］，在钻井过程中无需固相即可暂堵漏失储层。目前，仿生绒囊钻井液已在煤层气欠平衡钻井、空气钻井、防漏堵漏、快速钻进等方面发挥了作用。

1．1．2仿生PDC钻头机械钻速与使用寿命是衡量钻头性能的两个重要指标［6］，聚晶金刚石复合片（PDC）钻头因其出色的切削岩石速度和较长的使用寿命已成为最常用的破岩工具之一。然而，常规PDC钻头依然存在金刚石与硬质合金结合力不足、防黏效果不明显、磨损较快等缺点，为此，吉林大学开展了仿生钻头研究工作，研发的仿生钻头已从最初的单一功能仿生，发展到目前的耦合仿生，钻头性能也由单一的减黏脱附发展到减阻、耐磨、切削效率等指标的综合提升［7－9］。仿生耦合PDC钻头借鉴了竹子中纤维素和木质素的分布方式，牙齿中有机／无机2种不同材料的梯度复合形式，树木的年轮排布，贝壳表面的非光滑形态，以及蝼蛄前足的快速挖掘特点等多种生物特性，并将其进行耦合设计，如图1所示。现场试验表明，仿生耦合PDC钻头比常规PDC钻头钻进速度提高1．5倍，缩短了施工周期，降低了钻井成本。

1．2管道防护

1．2．1仿生水草海底防冲刷技术海底管道是海上石油输送上岸的主要方式［10］，然而，海底复杂流场所引起的海底冲刷造成了管道悬空，给海洋采油安全和海洋环保带来重大风险。由于常规水下抛石、砂包堆垒、混凝土沉排垫等方法效果不理想，中国石油大学（华东）和中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司提出了一种模拟海草黏滞阻尼作用的仿生水草海底防冲刷技术［11，12］，原理如图2所示。当海底水流经过仿生水草时，其流速降低，减小了对海床的冲刷；同时，仿生水草促进海流携沙的沉降淤积，逐渐形成被仿生水草加强的海底沙洲，达到了埋管目的。现场试验表明，防冲刷仿生水草施工1年后泥沙淤积厚度达20～50cm，防护效果良好。该技术在海管悬空治理中得到了大范围推广应用。

1．2．2仿生血小板管道修复技术英国Brinker公司模仿血小板在伤口处凝结的原理，开发了一种管道修复技术［13］。在管道流体中加入Platelets微粒，当其流至裂缝处时，流体压力迫使其进入裂缝，达到阻止泄漏的目的，如图3所示。该技术已应用在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输管道上，为管道安全运行发挥了重要作用。

1．3井筒领域

1．3．1仿生泡沫金属防砂技术中国疏松砂岩油藏分布范围广、储量大，开采过程中必须采取防砂措施。根据骨松质的三维立体结构，提出了一种仿生泡沫金属防砂技术［14］。泡沫金属内部为三维孔隙结构［图4（a）］，砂体进入孔隙后沉积在其中，但流通孔道不会被堵死，实现了常规平面防砂到三维立体防砂的转变［图4（b）］。基于仿生泡沫金属的复合防砂管［图4（c）］，由不同孔隙度的多个泡沫金属防砂层、导流层、保护层等组成，该结构不仅扩大了防砂的粒径范围，还保障了防砂管的渗流能力和结构强度。目前，已发展出防砂粒径0．15mm、0．25mm、0．35mm的系列化仿生泡沫金属防砂工具，在油田应用5口井，对于出砂严重的井，防砂效果显著，大幅延长了检泵周期。

1．3．2仿生非光滑表面膨胀锥技术膨胀管作业过程中，膨胀锥与膨胀管内壁间存在巨大的摩擦阻力。为了降低摩擦阻力，提高膨胀锥的耐磨损性能，以穿山甲为仿生对象，模拟其体表的高强度保护鳞片结构，研发了仿生非光滑表面膨胀锥［15］（图5）。仿生膨胀锥变径段采用激光刻蚀、超音速火焰喷涂、离子束沉积等方式进行表面织构蚀刻以及表面硬质涂层涂覆。仿生膨胀锥在中国石油大庆油田进行了4井次的现场试验，结果表明，与传统胀锥相比，仿生膨胀锥降低膨胀压力15％以上，表面无明显磨损痕迹，延长了使用寿命，降低了作业风险。

1．3．3仿生振动波通讯技术自然界中，沙蝎、大象等动物能感受由固体介质即大地所传导的振动波，据此进行信息传递。受此启发，研发了一种仿生振动通讯技术［16］，该技术在井口安装大功率振动信号发生器作为波源，油管或套管为传输介质，将振动信号传输到井下，井下工具接收到振动信号并进行解调处理，实现地面和井下无线传输，技术原理和振动信号发生器如图6所示。

1．4油藏领域纳米机器人是仿生信息感知和传递的典型代表。纳米级机器人随着注入流体进入油藏中，记录分析油藏压力、温度以及流体形态，并将这些信息储存在随身内存中，之后纳米级机器人从产出流体中被分选出来，进而提供了在油藏旅途中提取的重要信息。沙特石油公司已经对纳米机器人的尺寸进行了评估，对加瓦尔油田阿拉伯－D油藏中的850块岩心进行了分析，得到了孔隙－喉道尺寸分布图，大多数孔隙喉道尺寸大于5μm。为了避免桥堵，纳米机器人的尺寸应为孔隙喉道的约1／4。目前，纳米颗粒注入试验以及软件模拟等工作已在进行中［17－19］。此外，国内外近年来提出了仿生形状记忆聚合物材料（ShapeMemoryPolymer，简称SMP）［20，21］，利用SMP材料能够在转变温度控制下随意变形的特性，设计了结构简单、座封可控的仿生封隔器，座封过程不受井下流体性质影响，胶筒尺寸可定制，并且通过调节SMP的转变温度，可适应不同井下温度，以满足不同井深条件下的完井需求。除了硬件，还出现了“软性”仿生研究成果。例如，中国科学院王守觉院士提出了“仿生模式识别”的概念，将传统模式识别的“区分”事物转变为“认识”事物，使之更接近人类“认识”事物的特性［22］。石油工作者将这一理论应用到了油气管道工况识别中，在样本较少的情况下取得了较高的识别准确率［23］。

2石油工程仿生学发展展望

目前，仿生学虽然已经在石油工程领域取得了一定的研究成果，有些甚至已经在油田现场试验，但仿生学与石油工业的结合依然只是“星星之火”，没有达到燎原之势。为了系统、全面地推动仿生学与石油工程的融合，向自然界寻找推动石油工业进步的灵感和启发，2009年中国石油勘探开发研究院成立了中国第一个石油工程仿生研究部门，开展仿生学在石油工程中的应用研究。

2．1建立石油工程仿生学的必要性经过几年探索，笔者所在的石油工程仿生研究部门开展了仿生泡沫金属防砂、非光滑表面、仿生振动波传输等多项研究，取得了阶段性成果，部分已进入现场应用阶段。总体来说，通过专项研究迅速找到了石油工程和仿生学的结合点，并从最初的研究思路转化为研究成果，成功应用于石油工程现场，解决了油田技术需求。这充分说明了开展石油工程和仿生学的结合研究是合理的、可行的，从长远来看，建立“石油工程仿生学”是非常有必要的。“石油工程仿生学”是借鉴生物系统的结构、原理、功能等特征为石油工程技术难题提供解决方案的应用科学。建立“石油工程仿生学”意味着更加系统地开展仿生学在石油工程领域的应用研究，有利于更有针对性地发掘石油工程的仿生创新源头，有利于更有目的性地开展仿生基础研究，有利于加速仿生学科研成果的应用转化，有利于仿生学思维和方法在石油工程领域的普及与传播，以点带面，促进石油工程与仿生学的全面结合。

2．2石油工程仿生学的研究特点石油仿生学研究可以分为3个阶段：生物原型阶段，数学模型阶段和工程实现阶段。首先研究生物某种功能的实现机制和结构特点；然后研究并简化其结构，抽象出物理模型，进而建立数学模型；最后采用技术手段，制备实物模型，实现对生物系统的工程模拟［24，25］。仿生学作为前沿领域，研究成果大多属探索类，注重理论性和超前性，而石油工程作为应用行业，以现场需求为驱动力，更加注重科研成果的实用性和推广性。因此，在科研实践中，石油工程仿生学应以满足生产中的技术需求为根本出发点，以改善现有的或创造崭新的技术系统为目的，有层次、分阶段地进行单元仿生或多元耦合（协同）仿生［26］研究。同时，石油工程仿生学在模仿生物的特性或功能时，要尽可能避免模仿的复杂性，要在模仿中创造（创新），研究成果与仿生原型并不一定完全相同，以期最快地解决生产实践难题，然后循序渐进地加深研究成果的仿生特性，由研究成果实用化向仿生最优化分阶段推进。根据这一特点，确定了石油工程仿生学研究和应用的2种主要方式：①需求驱动型，在石油工业的科研和生产实践中提出技术问题或功能需求，有针对性寻找并借鉴生物的同类或相似功能，经过可行性研究后开展仿生学三阶段研究工作；②源头驱动型，加强与世界仿生学研究机构之间的交流与合作，密切关注仿生学或生命科学研究的最新成果，找准其与石油工业技术需求的结合点，开展应用研究。笔者研究团队的研究成果充分体现了石油工程仿生学研究特点的适用性，验证了研究方法的合理性与可行性。例如，泡沫金属研发之初采用泡沫镍作为基材，虽然在技术上具有明显优势，但高昂的价格阻碍了推广应用，为此，继续开展研发工作，开发出不锈钢泡沫技术，使其具有了推广应用的条件；仿生非光滑表面膨胀锥技术则是充分借鉴了其他研究机构的成果，优化改进之后应用于膨胀锥，不仅解决了油田生产难题，还促进了仿生研究成果的应用转化；仿生振动波通讯技术则是在原理上借鉴了动物的通讯方式，但在实现过程中通过大幅提高信号发射强度的方式避免了高灵敏度、小信号接收器开发的复杂性，从而在最短时间内实现生产井指令由地面到井下的无线传输。

2．3石油工程仿生学的发展方向

随着石油工程仿生学系统性研究的启动，研究内容体现出了明显的方向性，但研究的深度和广度依然不足。根据石油工业的技术现状、需求和特点，以及仿生学的整体发展水平，未来石油工程仿生学应注重材料仿生、表面仿生、信息仿生和工程仿生4个方面的系统性研究，以点带面，形成涵盖勘探、开发、工程的仿生技术体系。

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学原理设计和制造具有生物功能，甚至是具有真正生物活性的材料。石油工程领域的材料仿生主要分为2类：①在机械、电学、化学、物理等方面具有仿生特性的主体材料，此类材料或在宏观上体现出明显的仿生特征，或通过外场刺激可调控其分子的长度、结构、化学组成、表面形貌等，进而调控材料性能，如轻质高强材料、仿生记忆材料、压电材料、可降解材料等，该类仿生材料主要用来替代石油工业中常用的钢铁、橡胶、陶瓷等，作为其核心功能部件，或作为传感器敏感元件，大幅提升现有材料、工具以及传感器的性能指标；②具有强化、修复、、保护等作用的微观仿生材料，提高现有制剂性能、界面结合效果等，此类仿生材料多以添加剂的方式应用。

2．3．2表面仿生自然界许多生物体的表面结构是非光滑的，无论是陆地、海洋或是天空中的生物，其表面的不同形貌往往都是为适应不同的生活环境经过长期进化而来的，而表面仿生是在仿生对象表面实现类似生物的表面结构，从而表现出更好的表面性能。未来，石油领域的表面仿生多是对机械部件表面进行处理，重点应集中在仿生非光滑表面和仿生浸润性两个方面。加强对不同生物功能表面结构的研究和模仿，将仿生非光滑功能表面应用到大量处于恶劣环境中的设备、管线、平台中，提高运动组件的减阻、耐磨、脱附等性能，以及非动组件的防腐、防垢等特性，延长装备寿命，提高作业效率，降低安全风险；对材料表面进行仿生浸润性处理，使其具有自清洁、亲油、疏油、亲水、疏水等不同浸润性特征组合，从而衍生出新的功能特性。目前正在利用表面仿生技术对前文提到的仿生泡沫金属进行处理，利用低温等离子体表面处理技术，在泡沫金属表面涂覆一层厚度为30～40nm的聚全氟烷基硅氧烷薄膜，使其具有新的表面浸润性特征，根据需要实现疏水、亲水、疏油、亲油等不同特性组合，在工矿、石化、冶金、机械、环保等领域具有广泛的应用前景［27］。

2．3．3信息仿生信息仿生主要是对生物信息获取、大数据处理以及生物间信息沟通、协同等特性的模拟与实现。石油工程领域的信息仿生主要可分为2类：①借鉴生物在信息感知和传递方面的特性，研制新型传感或信息传递装置，提高信号采集的精度、广度及适用范围，此类信息仿生技术可用于油田生产数据的精确采集，以及信息的高效传递，从而提高油田生产状态的实时监测与控制水平；②在信息处理方面借鉴生物的大数据处理机理和方法，提高大数据处理能力和智能化水平，建立决策机制，并将其应用在地震解释、油藏认识、开发方案制定以及油田综合管理等方面，促进油田勘探开发高效运行。

2．3．4工程仿生目前，工程仿生是对生物某种功能的模仿，注重仿生功能的实现，不强调机理相似：①对生物功能的模仿和实现，此类仿生多是受某种生物功能启发，注重结构相似或生物功能的工程实现，体现生物功能的智能性，并能够满足生产实践需求。目前，石油工程领域的控制方式正在由传统的机械方式向自动化和智能化方向转变，在这一转变过程中引入工程仿生，不仅能够优化功能结构和控制方式，还能够促进功能拓展，提高作业效率和便捷化程度。②材料仿生、表面仿生、信息仿生等方面的工程实践方法。现有的诸多仿生学研究成果还局限在实验室环境，在其向工业应用转化的过程中，一方面要解决成果本身的适用性问题，另一方面需要具备切实可行的工程实践手段。

2．4发展展望石油工程与仿生学的结合依然处于初级阶段，大多数研究成果为“形似”仿生。随着生命科学研究水平的提高以及技术手段的完备，生命科学从生物结构、功能、特性等研究，逐渐深入到生命活动规律、发育规律、生命本质、生物之间和生物与环境之间的相互关系等研究。生命科学的发展加深了对生命本质的认识，不仅能够拓宽石油工程仿生研究的广度，更加深了研究深度；反之，石油工程仿生学的发展也使得人们在具体的科研实践中深化了对生物本身及其活动的理解，进一步促进生命科学研究，并将研究成果有形化［28］。此外，电子、材料、控制等学科的技术进步也将促使石油工程仿生研究成果越来越“神似”。石油工程仿生学未来发展大概可以分为3个阶段，即知识积累、成果转化和工业化应用（图7）。2020年前，为知识积累阶段，任何一个学科领域的发展，都需要长期的知识积累，其中既包括仿生学基础理论知识的积累与储备，也包括石油工程仿生学研究人才和研究方法的积累，这一阶段要不断加深对仿生学本质的认识与理解，探索并逐渐形成石油工业与仿生学的结合模式；2020年到2025年为成果转化阶段，对实验室研究成果进行简化和鲁棒研究，使之在性能或功能上能够满足现场应用的要求，形成基本完备的工程实现技术和手段；2025年后，部分研究成果在生产、成本、效率、能耗、作业工艺等方面能够满足大规模工业化应用的要求。2008年提出的仿生井概念是未来石油工程仿生发展的集中体现［17］，代表了未来石油工程仿生研究成果的高度融合。未来的油井会像植物一样“生长”，像植物寻找土壤中湿润的地方一样寻找油气，一旦钻好垂直井（种植井）后，井将会“按自己的方式生长”。一个智能的分支会延伸到一块含油区域，一旦该区域水淹后，就将这个分支“砍掉”，并在另一个含油区域“长出”另一个分支，如此反复。

3结语