材料史教育在材料類專業核心課程教學中的價值探索與實踐

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材料史教育的現狀，分析了傳統材料史教育及中國古代材料方面取得的成就，以及有關材料史教育如何融入材料類專業核心課程的教育教學進行了探索。通過調研現有材料類專業核心課程有關材料史教育的相關內容，總結了北京科技大學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核心課程教學中所具有重要的意義。文章依據近幾年在“材料學概論”教學改革與實踐，將材料史教育融入課程教學中，對培養學生的專業認同感具有較高的價值，并在該課程教學中取得了一定的成效，對其他同類課程教學具有借鑒意義。

關鍵詞：材料史；材料類專業核心課程；材料學概論；材料成就；材料源流

中圖分類號：G712? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1673-7164（2023）20-0091-04

材料是人類生活和生產的物質基礎，是人類認識自然和改造自然的工具。人類文明曾被劃分為舊石器時代、新石器時代、青銅器時代、鐵器時代等，由此可見材料的發展對人類社會的進步具有舉足輕重的作用，可以說沒有材料就沒有發展。

進入20世紀80年代以來，世界范圍內高新技術迅猛發展，國際上展開激烈的競爭，各國都想在生物技術、信息技術、空間技術、能源技術、海洋技術等領域占有一席之地。發展高新技術的關鍵往往與材料有關，新型材料的開發因此成為一種高新技術，可稱為新材料技術，其標志技術是新材料設計或分子設計，即根據需要設計具有一定功能的新材料。材料的重要性已被人們充分地認識，能源、信息和材料已被公認之社會發展的三大支柱，科學技術的發展對材料不斷提出新的要求。

本研究文以北京科技大學冶金與材料史研究成果為依據，對比數年來在“材料學概論”教學中針對材料史教育的探索和實踐，表明材料史教育在該課程教學中具有重要的作用，對其他同類課程教學具有借鑒意義。

一、材料類專業核心課程概述

材料科學與工程專業是綜合性、引導性專業，涵蓋不同材料種類、性能和用途。為了便于系統學習材料知識，傳統上把材料專業基礎理論核心課程分為“材料科學基礎”和“材料工程基礎”。以“材料科學基礎”為例，其主要內容有晶體學基礎、固體材料的結構、晶體的范性形變、晶體中的缺陷、材料熱力學、相圖、界面、固體中的擴散、凝固與結晶、回復與再結晶、固態相變等與材料科學及研究密切相關的內容。以“材料工程基礎”為例，主要內容涉及流體力學基礎、兩相運動現象、傳熱學基礎、質量傳遞基礎、物料干燥、燃料及其燃燒。

具體而言，材料科學及材料工程教育需要循序漸進，從“材料學概論”入手到“材料科學基礎”“材料工藝學”再到“材料的應用”。對應用型高校而言，著重材料的各種應用尤為重要。本研究結合材料教育實踐，參照物理學、化學等傳統學科的課程架構，提出構建材料類專業五大核心課程，即“普通材料學”“理論材料學”“材料性能學”“材料工藝學”“材料方法學”，對應現在普遍采用的材料課程“材料學概論”“材料科學基礎”“材料性能學”“材料工藝學”“材料研究方法”［1］。五大核心課程基本囊括了材料科學和工程研究中組成、結構、工藝與性能之間關系的各個方面。

在五大核心課程中，“材料學概論”，作為學習材料學知識的專業入門課。對于從高中升入大學的學生來說，他們對專業知識還沒有形成明確的概念，對未來的專業選擇還存在一定的困惑，教學的系統性和專業興趣的培養尤為重要。

當學生尚未對材料專業產生興趣，對材料類專業教學體系不熟悉，對材料類專業未來發展前景和就業市場不明朗的時候，那么作為入門課的“材料學概論”的課程教學就顯得尤為重要。因此，如何將材料史的相關內容有機融入課程教學，對承擔核心課程的教學工作的教師提出了更高的要求和挑戰，一方面需要熟悉材料史相關內容，另一方面需要將材料史與材料知識有機融合，并應用到實際的教學中，做到知識性、趣味性、思想性、前瞻性的交叉融合，深入淺出，把材料專業的學生引入迷人的材料世界。

二、材料史教育現狀

（一）材料史教育在現有材料類課程中的呈現

關于材料史教育，在《材料學概論》一書中，緒論部分利用一小節篇幅闡述了材料在人類社會和國民經濟發展中的地位和作用，指出舊石器時代使用打制的石器為主，新石器時代獲得較為銳利的磨制石器，以及青銅器時代、鐵器時代等，這些內容無疑是傳統材料史納入材料類專業核心課程教學的初步嘗試［2］。

（二）材料史教育研究成果

北京科技大學冶金與材料史研究所在古代材料科學及技術方面做了大量的工作。如王賀等人對北周武帝孝陵銅錫焊料開展一系列研究和分析，并用模擬實驗證實了錫青銅焊接紅銅是可行的，錫青銅可以作為一種焊料；通過對古代有關銅器上焊料檢測分析，可以發現焊料從成分上總體為低熔點的鉛、錫及鉛錫合金，王賀等人認為孝陵發現的焊料為銅錫二元合金焊料，此為北周時期存在的銅焊技術［3］。

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

在“孫淑云教授的冶金史治學之路”一文中，孫淑云教授先后主持“中國早期銅礦開采與冶煉技術的發展”“銅鏡‘黑漆古形成機理研究”“冶金技術的社會功能研究”“北京琉璃河西周燕都遺址出土金屬器的科學研究”“早期冶金技術對中華文明起源的作用”“中華文明探源預研究”等科研項目；完成了“中日古代青銅器制作技術的比較研究”和“中日古代文物產地來源研究”兩項中日合作項目及“中國冶金起源與早期交流”的中美合作項目；發表“中國早期銅器的初步研究”“甘肅早期銅器的發現與冶煉制作技術的研究”“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物的研究”“中國傳統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內外材料史的研究和教育工作的探索和實踐，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今的材料專業課程的教學中，是每一個教學工作者需要思考和實踐的內容。

（三）傳統材料史教育的特征

從現有的傳統材料史教育來看，大致具備以下幾方面的特征：一是大多數對近代的材料成就有比較多的呈現，與近代科學和技術的發展保持同步發展水平；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重于古代文明史，與材料科學結合比較少，即使對古代材料成就有所體現時，也往往偏向西方古代材料成就，較少提及中國古代材料成就及貢獻；三是中國古代材料成就與中國文明同步，如中國古代石器時代對石材的加工和應用、青銅器時代對銅礦的冶煉及加工、鋼鐵時代的冶金冶煉技術的輝煌，這些無不體現了中國古代文明，及其對材料文明的傳承。

三、中國古代材料成就及材料史

上文中提到的北京科技大學冶金與材料史研究所側重于采用現代測試分析方法對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與應用領域的拓展等。

（一）鋼鐵冶金及發展

鋼鐵的冶金經歷如下發展階段：一是生鐵冶煉，一般溫度在1150～1300℃，出爐產品呈液態，可連續生產，可澆鑄成型，非金屬夾雜比較少，質地比較硬，冶煉和成形率比較高，從而產量和質量都大大提高，由塊煉鐵到生鐵是煉鐵技術史上的一次飛躍?？傮w而言，在公元前1000年，西方先有塊煉鐵，再有十四世紀的生鐵，歷時2000多年，進程緩慢，而中國的冶鐵術大約發明于西周時期，比歐洲略晚，但后來居上，很快發展出生鐵，成為世界上最早發明并使用生鐵的國家。戰國中晚期，鐵器在我國農業、手工業生產中占據了主導地位。

（二）中國古代絲綢與紡織及發展

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

四、材料史教育實踐——材料科學源流的教學成果

本研究涉及的教學團隊成員長期從事材料類專業平臺課程和專業課程的教學工作，在開展專業平臺課“材料學概論”的教學中，教學團隊展開了一系列教學探索、教學改革和教學實踐，將材料史教育有機融入日常的教學工作中，既有課程知識點的教學，又展現出課程思政的教學精髓。

（一）材料源流及形成過程

第一，將材料史納入學生交流互動項目，在課程教學緒論部分，將班級成員按照5—6人一組進行分組，其中一組布置的任務為調研相關資料，形成完整的材料發展源流。第二，材料源流圖的篩選標準遵從以下原則：1. 古代材料，兼顧世界各地的考古史料，將中國古代材料重要成就體現在源流圖上；2. 由于近代材料發現比較多，則以學科奠基性理論以及具有重要應用價值的材料研究成果為主；3. 1900年以后，以諾貝爾獎為主作為材料源流圖的選擇參考，兼顧重大應用和中國當代材料成就。第三，形成完整的材料源流圖，并不斷修改完善。團隊成員講授“材料學概論”課程中布置的小組任務時，其中一組學生成員分工、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了中國古代材料及發展，又有近現代材料理論和材料應用，同時也體現了材料的發展史。從石器時代、銅器時代、鐵器時代、鋼時代、硅/聚合物時代到21世紀的納米時代，各個發展階段都呈現出不同材料的發展和應用及特點。

（二）制作材料源流圖的價值探索

材料源流圖的制作不僅是從公元前到現如今，各個時期的材料發展與成就，同時也是小組同學通力合作、相互配合完成的有關材料發展的材料史，從該任務的布置到完成，學生經歷了小組分工、任務傳達與理解、資料調研、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，這些過程不僅是材料史教育的教學實踐，還激發了學生學習材料專業的熱情，增強了學生的民族自豪感及愛國情懷，并對材料科學的研究方法和材料的應用領域有了初步的理解和全新的認識。這種方式的教學既是專業教學，又是材料史教育，很好地將專業教學與材料史教育有機結合起來，不僅對教學實踐有益，同時對學生的能力提升和人才培養都具有很好的效果。

五、材料史教育的總結與展望

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，是作為合格教師的基本要求［6-10］。本研究所屬的教學團隊在教學和科研中，不斷學習新知識、新技術并掌握新的科研方法，同時學習如何將教育思想和理念在教學實踐中體現出來，因此團隊成員不斷改進教學方法，在教學中從選題的確定，文獻的搜集，資料的整理及交流分享環節，都為學生的自主創新留下空間，可以隨時討論資料調研進展和存在的問題，在關鍵之處做具體的指導。在教學中激發了學生的學習興趣，提升了學生的創新意識和創新遷移能力，也科普了材料的傳承和材料學科的相關知識。

中華五千年文明史也是一部豐富的材料發展史，如何將中國材料史教育融入高等學校材料類核心課程教學是值得思考和實踐的問題?；趯υ搯栴}的深入思考，可以從以下幾個方面著手開展進一步的工作：首先，延續之前材料史教育的教學實踐，不斷豐富教學內容和教學方式；其次，總結前期教學成果，出版材料史有關的專著，便于教師和學生的交流學習；最后，要加強創新人才的培養，尤其加強在教學中具備創新能力的年輕教師，定期開展教學研討，匯報教學改革實踐成果，取長補短。

在材料類核心課程教學中，通過融入材料史教育，注重加強學生的創新意識，能夠鼓勵學生積極探索，力求做出更加具有創新價值的成果。同時，應將現有教學實踐成果及未來探索性實踐成果形成完整素材，編寫出版相關專著或教材，以此打造材料史教育在材料類核心課程教學中的特色工作。

參考文獻：

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［10］ 劉玉蘭. 材料類專業多用型人才培養模式的探索與實踐——以武漢工程大學材料類大類招生為例［J］. 科教導刊，2014（16）：63+67.

（責任編輯：淳潔）

基金項目：本文系2020年上海市教育委員會、上海市高校市級重點課程“材料學概論線上線下混合式課程”（項目編號：402）研究成果。

作者簡介：邵霞（1978—），女，博士，上海應用技術大學材料科學與工程學院副教授，研究方向為材料類課程的專業教學與科研；徐家躍（1965—），男，博士，上海應用技術大學二級教授，研究方向為晶體材料教學與科研；申慧（1982—），女，博士，上海應用大學副教授，研究方向為光電材料；覃麗艷（2000—），女，本科在讀，上海應用技術大學，研究方向為無機非金屬材料。