邵霞 徐家躍 申慧 覃麗艷

摘? 要：文章闡述了材料類核心課程中有關(guān)材料史教育的現(xiàn)狀，分析了傳統(tǒng)材料史教育及中國(guó)古代材料方面取得的成就，以及有關(guān)材料史教育如何融入材料類專業(yè)核心課程的教育教學(xué)進(jìn)行了探索。通過(guò)調(diào)研現(xiàn)有材料類專業(yè)核心課程有關(guān)材料史教育的相關(guān)內(nèi)容，總結(jié)了北京科技大學(xué)冶金與材料史研究成果，闡明了材料史教育在材料類本科生專業(yè)核心課程教學(xué)中所具有重要的意義。文章依據(jù)近幾年在“材料學(xué)概論”教學(xué)改革與實(shí)踐，將材料史教育融入課程教學(xué)中，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感具有較高的價(jià)值，并在該課程教學(xué)中取得了一定的成效，對(duì)其他同類課程教學(xué)具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：材料史；材料類專業(yè)核心課程；材料學(xué)概論；材料成就；材料源流

中圖分類號(hào)：G712? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1673-7164（2023）20-0091-04

材料是人類生活和生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是人類認(rèn)識(shí)自然和改造自然的工具。人類文明曾被劃分為舊石器時(shí)代、新石器時(shí)代、青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等，由此可見材料的發(fā)展對(duì)人類社會(huì)的進(jìn)步具有舉足輕重的作用，可以說(shuō)沒有材料就沒有發(fā)展。

進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來(lái)，世界范圍內(nèi)高新技術(shù)迅猛發(fā)展，國(guó)際上展開激烈的競(jìng)爭(zhēng)，各國(guó)都想在生物技術(shù)、信息技術(shù)、空間技術(shù)、能源技術(shù)、海洋技術(shù)等領(lǐng)域占有一席之地。發(fā)展高新技術(shù)的關(guān)鍵往往與材料有關(guān)，新型材料的開發(fā)因此成為一種高新技術(shù)，可稱為新材料技術(shù)，其標(biāo)志技術(shù)是新材料設(shè)計(jì)或分子設(shè)計(jì)，即根據(jù)需要設(shè)計(jì)具有一定功能的新材料。材料的重要性已被人們充分地認(rèn)識(shí)，能源、信息和材料已被公認(rèn)之社會(huì)發(fā)展的三大支柱，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料不斷提出新的要求。

本研究文以北京科技大學(xué)冶金與材料史研究成果為依據(jù)，對(duì)比數(shù)年來(lái)在“材料學(xué)概論”教學(xué)中針對(duì)材料史教育的探索和實(shí)踐，表明材料史教育在該課程教學(xué)中具有重要的作用，對(duì)其他同類課程教學(xué)具有借鑒意義。

一、材料類專業(yè)核心課程概述

材料科學(xué)與工程專業(yè)是綜合性、引導(dǎo)性專業(yè)，涵蓋不同材料種類、性能和用途。為了便于系統(tǒng)學(xué)習(xí)材料知識(shí)，傳統(tǒng)上把材料專業(yè)基礎(chǔ)理論核心課程分為“材料科學(xué)基礎(chǔ)”和“材料工程基礎(chǔ)”。以“材料科學(xué)基礎(chǔ)”為例，其主要內(nèi)容有晶體學(xué)基礎(chǔ)、固體材料的結(jié)構(gòu)、晶體的范性形變、晶體中的缺陷、材料熱力學(xué)、相圖、界面、固體中的擴(kuò)散、凝固與結(jié)晶、回復(fù)與再結(jié)晶、固態(tài)相變等與材料科學(xué)及研究密切相關(guān)的內(nèi)容。以“材料工程基礎(chǔ)”為例，主要內(nèi)容涉及流體力學(xué)基礎(chǔ)、兩相運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象、傳熱學(xué)基礎(chǔ)、質(zhì)量傳遞基礎(chǔ)、物料干燥、燃料及其燃燒。

具體而言，材料科學(xué)及材料工程教育需要循序漸進(jìn)，從“材料學(xué)概論”入手到“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“材料工藝學(xué)”再到“材料的應(yīng)用”。對(duì)應(yīng)用型高校而言，著重材料的各種應(yīng)用尤為重要。本研究結(jié)合材料教育實(shí)踐，參照物理學(xué)、化學(xué)等傳統(tǒng)學(xué)科的課程架構(gòu)，提出構(gòu)建材料類專業(yè)五大核心課程，即“普通材料學(xué)”“理論材料學(xué)”“材料性能學(xué)”“材料工藝學(xué)”“材料方法學(xué)”，對(duì)應(yīng)現(xiàn)在普遍采用的材料課程“材料學(xué)概論”“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“材料性能學(xué)”“材料工藝學(xué)”“材料研究方法”［1］。五大核心課程基本囊括了材料科學(xué)和工程研究中組成、結(jié)構(gòu)、工藝與性能之間關(guān)系的各個(gè)方面。

在五大核心課程中，“材料學(xué)概論”，作為學(xué)習(xí)材料學(xué)知識(shí)的專業(yè)入門課。對(duì)于從高中升入大學(xué)的學(xué)生來(lái)說(shuō)，他們對(duì)專業(yè)知識(shí)還沒有形成明確的概念，對(duì)未來(lái)的專業(yè)選擇還存在一定的困惑，教學(xué)的系統(tǒng)性和專業(yè)興趣的培養(yǎng)尤為重要。

當(dāng)學(xué)生尚未對(duì)材料專業(yè)產(chǎn)生興趣，對(duì)材料類專業(yè)教學(xué)體系不熟悉，對(duì)材料類專業(yè)未來(lái)發(fā)展前景和就業(yè)市場(chǎng)不明朗的時(shí)候，那么作為入門課的“材料學(xué)概論”的課程教學(xué)就顯得尤為重要。因此，如何將材料史的相關(guān)內(nèi)容有機(jī)融入課程教學(xué)，對(duì)承擔(dān)核心課程的教學(xué)工作的教師提出了更高的要求和挑戰(zhàn)，一方面需要熟悉材料史相關(guān)內(nèi)容，另一方面需要將材料史與材料知識(shí)有機(jī)融合，并應(yīng)用到實(shí)際的教學(xué)中，做到知識(shí)性、趣味性、思想性、前瞻性的交叉融合，深入淺出，把材料專業(yè)的學(xué)生引入迷人的材料世界。

二、材料史教育現(xiàn)狀

（一）材料史教育在現(xiàn)有材料類課程中的呈現(xiàn)

關(guān)于材料史教育，在《材料學(xué)概論》一書中，緒論部分利用一小節(jié)篇幅闡述了材料在人類社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的地位和作用，指出舊石器時(shí)代使用打制的石器為主，新石器時(shí)代獲得較為銳利的磨制石器，以及青銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代等，這些內(nèi)容無(wú)疑是傳統(tǒng)材料史納入材料類專業(yè)核心課程教學(xué)的初步嘗試［2］。

（二）材料史教育研究成果

北京科技大學(xué)冶金與材料史研究所在古代材料科學(xué)及技術(shù)方面做了大量的工作。如王賀等人對(duì)北周武帝孝陵銅錫焊料開展一系列研究和分析，并用模擬實(shí)驗(yàn)證實(shí)了錫青銅焊接紅銅是可行的，錫青銅可以作為一種焊料；通過(guò)對(duì)古代有關(guān)銅器上焊料檢測(cè)分析，可以發(fā)現(xiàn)焊料從成分上總體為低熔點(diǎn)的鉛、錫及鉛錫合金，王賀等人認(rèn)為孝陵發(fā)現(xiàn)的焊料為銅錫二元合金焊料，此為北周時(shí)期存在的銅焊技術(shù)［3］。

在韓汝玢先生的訪談錄“情系冶金史36年”中，韓先生提到他對(duì)古代黃銅開展的一系列研究和分析，并以講課的形式，給學(xué)生講、給干部講，包括古代材料歷史、古代文獻(xiàn)、古代材料研究方法和成果等，同時(shí)也用寫大字報(bào)、幻燈片、薄膜等形式傳播中國(guó)古代材料成就和中國(guó)古代材料文明［4］。

在“孫淑云教授的冶金史治學(xué)之路”一文中，孫淑云教授先后主持“中國(guó)早期銅礦開采與冶煉技術(shù)的發(fā)展”“銅鏡‘黑漆古形成機(jī)理研究”“冶金技術(shù)的社會(huì)功能研究”“北京琉璃河西周燕都遺址出土金屬器的科學(xué)研究”“早期冶金技術(shù)對(duì)中華文明起源的作用”“中華文明探源預(yù)研究”等科研項(xiàng)目；完成了“中日古代青銅器制作技術(shù)的比較研究”和“中日古代文物產(chǎn)地來(lái)源研究”兩項(xiàng)中日合作項(xiàng)目及“中國(guó)冶金起源與早期交流”的中美合作項(xiàng)目；發(fā)表“中國(guó)早期銅器的初步研究”“甘肅早期銅器的發(fā)現(xiàn)與冶煉制作技術(shù)的研究”“銅鏡表面‘黑漆古中痕像的研究”“廣西、云南、貴州古代銅鼓銹蝕產(chǎn)物的研究”“中國(guó)傳統(tǒng)響銅器制作工藝考察”“商代早、中、晚期青銅器的比較研究”“黃銅表面著色研究”。這些工作和成就是比較早期的國(guó)內(nèi)外材料史的研究和教育工作的探索和實(shí)踐，為后人開展類似工作提供了有益的借鑒［5］，如何將前人的研究成果納入現(xiàn)今的材料專業(yè)課程的教學(xué)中，是每一個(gè)教學(xué)工作者需要思考和實(shí)踐的內(nèi)容。

（三）傳統(tǒng)材料史教育的特征

從現(xiàn)有的傳統(tǒng)材料史教育來(lái)看，大致具備以下幾方面的特征：一是大多數(shù)對(duì)近代的材料成就有比較多的呈現(xiàn)，與近代科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展保持同步發(fā)展水平；二是古代材料成就及材料史教育所占比例比較少，所涉及的古代材料成就往往側(cè)重于古代文明史，與材料科學(xué)結(jié)合比較少，即使對(duì)古代材料成就有所體現(xiàn)時(shí)，也往往偏向西方古代材料成就，較少提及中國(guó)古代材料成就及貢獻(xiàn)；三是中國(guó)古代材料成就與中國(guó)文明同步，如中國(guó)古代石器時(shí)代對(duì)石材的加工和應(yīng)用、青銅器時(shí)代對(duì)銅礦的冶煉及加工、鋼鐵時(shí)代的冶金冶煉技術(shù)的輝煌，這些無(wú)不體現(xiàn)了中國(guó)古代文明，及其對(duì)材料文明的傳承。

三、中國(guó)古代材料成就及材料史

上文中提到的北京科技大學(xué)冶金與材料史研究所側(cè)重于采用現(xiàn)代測(cè)試分析方法對(duì)古代材料開展研究和分析，而就古代材料所取得的成就而言，不僅在于材料本身，還在于這些材料的制備技術(shù)與應(yīng)用領(lǐng)域的拓展等。

（一）鋼鐵冶金及發(fā)展

鋼鐵的冶金經(jīng)歷如下發(fā)展階段：一是生鐵冶煉，一般溫度在1150～1300℃，出爐產(chǎn)品呈液態(tài)，可連續(xù)生產(chǎn)，可澆鑄成型，非金屬夾雜比較少，質(zhì)地比較硬，冶煉和成形率比較高，從而產(chǎn)量和質(zhì)量都大大提高，由塊煉鐵到生鐵是煉鐵技術(shù)史上的一次飛躍?？傮w而言，在公元前1000年，西方先有塊煉鐵，再有十四世紀(jì)的生鐵，歷時(shí)2000多年，進(jìn)程緩慢，而中國(guó)的冶鐵術(shù)大約發(fā)明于西周時(shí)期，比歐洲略晚，但后來(lái)居上，很快發(fā)展出生鐵，成為世界上最早發(fā)明并使用生鐵的國(guó)家。戰(zhàn)國(guó)中晚期，鐵器在我國(guó)農(nóng)業(yè)、手工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)了主導(dǎo)地位。

（二）中國(guó)古代絲綢與紡織及發(fā)展

中國(guó)古代的絲綢與紡織材料的發(fā)展，傳說(shuō)黃帝之妻嫘祖發(fā)明“養(yǎng)蠶取絲”?？脊艑W(xué)推測(cè)，五六千年前中國(guó)便開始養(yǎng)蠶、取絲、織綢，直接證據(jù)是山西省夏縣西陰村發(fā)掘到的桑蠶繭，距今約5600—6000年的仰韶時(shí)期，在河姆渡遺址中發(fā)現(xiàn)的紡織工具。距今5300年大汶口文化時(shí)期的絲綢制品。公元前200年，養(yǎng)蠶技術(shù)傳播到朝鮮，西域和田河流域（前500年—前300年）與印度（300年之前）成功實(shí)現(xiàn)養(yǎng)蠶，羅馬帝國(guó)則是在550年左右才得到蠶種并發(fā)展養(yǎng)蠶技術(shù)，商朝絲綢就有絹、綺、錦三大類。

四、材料史教育實(shí)踐——材料科學(xué)源流的教學(xué)成果

本研究涉及的教學(xué)團(tuán)隊(duì)成員長(zhǎng)期從事材料類專業(yè)平臺(tái)課程和專業(yè)課程的教學(xué)工作，在開展專業(yè)平臺(tái)課“材料學(xué)概論”的教學(xué)中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)展開了一系列教學(xué)探索、教學(xué)改革和教學(xué)實(shí)踐，將材料史教育有機(jī)融入日常的教學(xué)工作中，既有課程知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)，又展現(xiàn)出課程思政的教學(xué)精髓。

（一）材料源流及形成過(guò)程

第一，將材料史納入學(xué)生交流互動(dòng)項(xiàng)目，在課程教學(xué)緒論部分，將班級(jí)成員按照5—6人一組進(jìn)行分組，其中一組布置的任務(wù)為調(diào)研相關(guān)資料，形成完整的材料發(fā)展源流。第二，材料源流圖的篩選標(biāo)準(zhǔn)遵從以下原則：1. 古代材料，兼顧世界各地的考古史料，將中國(guó)古代材料重要成就體現(xiàn)在源流圖上；2. 由于近代材料發(fā)現(xiàn)比較多，則以學(xué)科奠基性理論以及具有重要應(yīng)用價(jià)值的材料研究成果為主；3. 1900年以后，以諾貝爾獎(jiǎng)為主作為材料源流圖的選擇參考，兼顧重大應(yīng)用和中國(guó)當(dāng)代材料成就。第三，形成完整的材料源流圖，并不斷修改完善。團(tuán)隊(duì)成員講授“材料學(xué)概論”課程中布置的小組任務(wù)時(shí)，其中一組學(xué)生成員分工、通力合作，共同完成了完整的材料源流圖，材料源流圖中既呈現(xiàn)了中國(guó)古代材料及發(fā)展，又有近現(xiàn)代材料理論和材料應(yīng)用，同時(shí)也體現(xiàn)了材料的發(fā)展史。從石器時(shí)代、銅器時(shí)代、鐵器時(shí)代、鋼時(shí)代、硅/聚合物時(shí)代到21世紀(jì)的納米時(shí)代，各個(gè)發(fā)展階段都呈現(xiàn)出不同材料的發(fā)展和應(yīng)用及特點(diǎn)。

（二）制作材料源流圖的價(jià)值探索

材料源流圖的制作不僅是從公元前到現(xiàn)如今，各個(gè)時(shí)期的材料發(fā)展與成就，同時(shí)也是小組同學(xué)通力合作、相互配合完成的有關(guān)材料發(fā)展的材料史，從該任務(wù)的布置到完成，學(xué)生經(jīng)歷了小組分工、任務(wù)傳達(dá)與理解、資料調(diào)研、資料遴選、材料源流圖的制作與修改、材料源流圖定稿的完成，這些過(guò)程不僅是材料史教育的教學(xué)實(shí)踐，還激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)材料專業(yè)的熱情，增強(qiáng)了學(xué)生的民族自豪感及愛國(guó)情懷，并對(duì)材料科學(xué)的研究方法和材料的應(yīng)用領(lǐng)域有了初步的理解和全新的認(rèn)識(shí)。這種方式的教學(xué)既是專業(yè)教學(xué)，又是材料史教育，很好地將專業(yè)教學(xué)與材料史教育有機(jī)結(jié)合起來(lái)，不僅對(duì)教學(xué)實(shí)踐有益，同時(shí)對(duì)學(xué)生的能力提升和人才培養(yǎng)都具有很好的效果。

五、材料史教育的總結(jié)與展望

高校教師在教書育人上不斷探索新思路、新方法并付諸行動(dòng)，是作為合格教師的基本要求［6-10］。本研究所屬的教學(xué)團(tuán)隊(duì)在教學(xué)和科研中，不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)、新技術(shù)并掌握新的科研方法，同時(shí)學(xué)習(xí)如何將教育思想和理念在教學(xué)實(shí)踐中體現(xiàn)出來(lái)，因此團(tuán)隊(duì)成員不斷改進(jìn)教學(xué)方法，在教學(xué)中從選題的確定，文獻(xiàn)的搜集，資料的整理及交流分享環(huán)節(jié)，都為學(xué)生的自主創(chuàng)新留下空間，可以隨時(shí)討論資料調(diào)研進(jìn)展和存在的問(wèn)題，在關(guān)鍵之處做具體的指導(dǎo)。在教學(xué)中激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新遷移能力，也科普了材料的傳承和材料學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。

中華五千年文明史也是一部豐富的材料發(fā)展史，如何將中國(guó)材料史教育融入高等學(xué)校材料類核心課程教學(xué)是值得思考和實(shí)踐的問(wèn)題?；趯?duì)該問(wèn)題的深入思考，可以從以下幾個(gè)方面著手開展進(jìn)一步的工作：首先，延續(xù)之前材料史教育的教學(xué)實(shí)踐，不斷豐富教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式；其次，總結(jié)前期教學(xué)成果，出版材料史有關(guān)的專著，便于教師和學(xué)生的交流學(xué)習(xí)；最后，要加強(qiáng)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，尤其加強(qiáng)在教學(xué)中具備創(chuàng)新能力的年輕教師，定期開展教學(xué)研討，匯報(bào)教學(xué)改革實(shí)踐成果，取長(zhǎng)補(bǔ)短。

在材料類核心課程教學(xué)中，通過(guò)融入材料史教育，注重加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，能夠鼓勵(lì)學(xué)生積極探索，力求做出更加具有創(chuàng)新價(jià)值的成果。同時(shí)，應(yīng)將現(xiàn)有教學(xué)實(shí)踐成果及未來(lái)探索性實(shí)踐成果形成完整素材，編寫出版相關(guān)專著或教材，以此打造材料史教育在材料類核心課程教學(xué)中的特色工作。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Wang Z Y，Xu J Y，Chen H F，et al. Core courses for undergraduate students in materials science and engineering［J］. Advanced Materials Research Vols，2011（146-147）：194-197.

［2］ 胡珊，李珍，譚勁，等. 材料學(xué)概論［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［3］ 王賀，梅建軍，潘路，等. 北周武帝孝陵銅錫焊料的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與研究［J］. 文物，2015（04）：76-86.

［4］ 李秀輝，韓汝玢. 情系冶金史36年——韓汝玢先生訪談錄［J］. 廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2013，19（03）：1-4.

［5］ 章梅芳，孫淑云. 孫淑云教授的冶金史治學(xué)之路——孫淑云教授訪談錄［J］. 廣西民族大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，20（02）：1-8.

［6］ 劉敬肖，史非，姜淑文，等. 基于OBE理念的材料類專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)改革與實(shí)踐——以無(wú)機(jī)材料科學(xué)基礎(chǔ)為例［J］. 高教學(xué)刊，2021（11）：110-113+118.

［7］ 褚奇. 高校大類招生背景下學(xué)風(fēng)建設(shè)模式探索——以中國(guó)石油大學(xué)（華東）材料類專業(yè)為例［J］. 科教文匯，2022（14）：35-37.

［8］ 趙春霞，李荃. 三全育人視域下提升材料類專業(yè)學(xué)生專業(yè)認(rèn)同感的路徑探析——以南京工業(yè)大學(xué)N學(xué)院為例［J］. 高教學(xué)刊，2022，8（07）：142-145.

［9］ 田仕，王發(fā)洲，李旭巍，等. 材料類專業(yè)拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)新模式的探索與實(shí)踐——以武漢理工大學(xué)材料學(xué)院本科生創(chuàng)新能力“金字塔”培養(yǎng)體系為例［J］. 科教導(dǎo)刊，2013（23）：36-37+39.

［10］ 劉玉蘭. 材料類專業(yè)多用型人才培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐——以武漢工程大學(xué)材料類大類招生為例［J］. 科教導(dǎo)刊，2014（16）：63+67.

（責(zé)任編輯：淳潔）

基金項(xiàng)目：本文系2020年上海市教育委員會(huì)、上海市高校市級(jí)重點(diǎn)課程“材料學(xué)概論線上線下混合式課程”（項(xiàng)目編號(hào)：402）研究成果。

作者簡(jiǎn)介：邵霞（1978—），女，博士，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授，研究方向?yàn)椴牧项愓n程的專業(yè)教學(xué)與科研；徐家躍（1965—），男，博士，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)二級(jí)教授，研究方向?yàn)榫w材料教學(xué)與科研；申慧（1982—），女，博士，上海應(yīng)用大學(xué)副教授，研究方向?yàn)楣怆姴牧希获惼G（2000—），女，本科在讀，上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，研究方向?yàn)闊o(wú)機(jī)非金屬材料。