材料史教育在材料类专业核心课程教学中的价值探索与实践

邵霞 徐家跃 申慧 覃丽艳

摘  要：文章阐述了材料类核心课程中有关材料史教育的现状，分析了传统材料史教育及中国古代材料方面取得的成就，以及有关材料史教育如何融入材料类专业核心课程的教育教学进行了探索。通过调研现有材料类专业核心课程有关材料史教育的相关内容，总结了北京科技大学冶金与材料史研究成果，阐明了材料史教育在材料类本科生专业核心课程教学中所具有重要的意义。文章依据近几年在“材料学概论”教学改革与实践，将材料史教育融入课程教学中，对培养学生的专业认同感具有较高的价值，并在该课程教学中取得了一定的成效，对其他同类课程教学具有借鉴意义。

关键词：材料史；材料类专业核心课程；材料学概论；材料成就；材料源流

中图分类号：G712    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2023）20-0091-04

材料是人类生活和生产的物质基础，是人类认识自然和改造自然的工具。人类文明曾被划分为旧石器时代、新石器时代、青铜器时代、铁器时代等，由此可见材料的发展对人类社会的进步具有举足轻重的作用，可以说没有材料就没有发展。

进入20世纪80年代以来，世界范围内高新技术迅猛发展，国际上展开激烈的竞争，各国都想在生物技术、信息技术、空间技术、能源技术、海洋技术等领域占有一席之地。发展高新技术的关键往往与材料有关，新型材料的开发因此成为一种高新技术，可称为新材料技术，其标志技术是新材料设计或分子设计，即根据需要设计具有一定功能的新材料。材料的重要性已被人们充分地认识，能源、信息和材料已被公认之社会发展的三大支柱，科学技术的发展对材料不断提出新的要求。

本研究文以北京科技大学冶金与材料史研究成果为依据，对比数年来在“材料学概论”教学中针对材料史教育的探索和实践，表明材料史教育在该课程教学中具有重要的作用，对其他同类课程教学具有借鉴意义。

一、材料类专业核心课程概述

材料科学与工程专业是综合性、引导性专业，涵盖不同材料种类、性能和用途。为了便于系统学习材料知识，传统上把材料专业基础理论核心课程分为“材料科学基础”和“材料工程基础”。以“材料科学基础”为例，其主要内容有晶体学基础、固体材料的结构、晶体的范性形变、晶体中的缺陷、材料热力学、相图、界面、固体中的扩散、凝固与结晶、回复与再结晶、固态相变等与材料科学及研究密切相关的内容。以“材料工程基础”为例，主要内容涉及流体力学基础、两相运动现象、传热学基础、质量传递基础、物料干燥、燃料及其燃烧。

具体而言，材料科学及材料工程教育需要循序渐进，从“材料学概论”入手到“材料科学基础”“材料工艺学”再到“材料的应用”。对应用型高校而言，着重材料的各种应用尤为重要。本研究结合材料教育实践，参照物理学、化学等传统学科的课程架构，提出构建材料类专业五大核心课程，即“普通材料学”“理论材料学”“材料性能学”“材料工艺学”“材料方法学”，对应现在普遍采用的材料课程“材料学概论”“材料科学基础”“材料性能学”“材料工艺学”“材料研究方法”［1］。五大核心课程基本囊括了材料科学和工程研究中组成、结构、工艺与性能之间关系的各个方面。

在五大核心课程中，“材料学概论”，作为学习材料学知识的专业入门课。对于从高中升入大学的学生来说，他们对专业知识还没有形成明确的概念，对未来的专业选择还存在一定的困惑，教学的系统性和专业兴趣的培养尤为重要。

当学生尚未对材料专业产生兴趣，对材料类专业教学体系不熟悉，对材料类专业未来发展前景和就业市场不明朗的时候，那么作为入门课的“材料学概论”的课程教学就显得尤为重要。因此，如何将材料史的相关内容有机融入课程教学，对承担核心课程的教学工作的教师提出了更高的要求和挑战，一方面需要熟悉材料史相关内容，另一方面需要将材料史与材料知识有机融合，并应用到实际的教学中，做到知识性、趣味性、思想性、前瞻性的交叉融合，深入浅出，把材料专业的学生引入迷人的材料世界。

二、材料史教育现状

（一）材料史教育在现有材料类课程中的呈现

关于材料史教育，在《材料学概论》一书中，绪论部分利用一小节篇幅阐述了材料在人类社会和国民经济发展中的地位和作用，指出旧石器时代使用打制的石器为主，新石器时代获得较为锐利的磨制石器，以及青铜器时代、铁器时代等，这些内容无疑是传统材料史纳入材料类专业核心课程教学的初步尝试［2］。

（二）材料史教育研究成果

北京科技大学冶金与材料史研究所在古代材料科学及技术方面做了大量的工作。如王贺等人对北周武帝孝陵铜锡焊料开展一系列研究和分析，并用模拟实验证实了锡青铜焊接红铜是可行的，锡青铜可以作为一种焊料；通过对古代有关铜器上焊料检测分析，可以发现焊料从成分上总体为低熔点的铅、锡及铅锡合金，王贺等人认为孝陵发现的焊料为铜锡二元合金焊料，此为北周时期存在的铜焊技术［3］。

在韩汝玢先生的访谈录“情系冶金史36年”中，韩先生提到他对古代黄铜开展的一系列研究和分析，并以讲课的形式，给学生讲、给干部讲，包括古代材料历史、古代文献、古代材料研究方法和成果等，同时也用写大字报、幻灯片、薄膜等形式传播中国古代材料成就和中国古代材料文明［4］。

在“孙淑云教授的冶金史治学之路”一文中，孙淑云教授先后主持“中国早期铜矿开采与冶炼技术的发展”“铜镜‘黑漆古形成机理研究”“冶金技术的社会功能研究”“北京琉璃河西周燕都遗址出土金属器的科学研究”“早期冶金技术对中华文明起源的作用”“中华文明探源预研究”等科研项目；完成了“中日古代青铜器制作技术的比较研究”和“中日古代文物产地来源研究”两项中日合作项目及“中国冶金起源与早期交流”的中美合作项目；发表“中国早期铜器的初步研究”“甘肃早期铜器的发现与冶炼制作技术的研究”“铜镜表面‘黑漆古中痕像的研究”“廣西、云南、贵州古代铜鼓锈蚀产物的研究”“中国传统响铜器制作工艺考察”“商代早、中、晚期青铜器的比较研究”“黄铜表面着色研究”。这些工作和成就是比较早期的国内外材料史的研究和教育工作的探索和实践，为后人开展类似工作提供了有益的借鉴［5］，如何将前人的研究成果纳入现今的材料专业课程的教学中，是每一个教学工作者需要思考和实践的内容。

（三）传统材料史教育的特征

从现有的传统材料史教育来看，大致具备以下几方面的特征：一是大多数对近代的材料成就有比较多的呈现，与近代科学和技术的发展保持同步发展水平；二是古代材料成就及材料史教育所占比例比较少，所涉及的古代材料成就往往侧重于古代文明史，与材料科学结合比较少，即使对古代材料成就有所体现时，也往往偏向西方古代材料成就，较少提及中国古代材料成就及贡献；三是中国古代材料成就与中国文明同步，如中国古代石器时代对石材的加工和应用、青铜器时代对铜矿的冶炼及加工、钢铁时代的冶金冶炼技术的辉煌，这些无不体现了中国古代文明，及其对材料文明的传承。

三、中国古代材料成就及材料史

上文中提到的北京科技大学冶金与材料史研究所侧重于采用现代测试分析方法对古代材料开展研究和分析，而就古代材料所取得的成就而言，不仅在于材料本身，还在于这些材料的制备技术与应用领域的拓展等。

（一）钢铁冶金及发展

钢铁的冶金经历如下发展阶段：一是生铁冶炼，一般温度在1150～1300℃，出炉产品呈液态，可连续生产，可浇铸成型，非金属夹杂比较少，质地比较硬，冶炼和成形率比较高，从而产量和质量都大大提高，由块炼铁到生铁是炼铁技术史上的一次飞跃。总体而言，在公元前1000年，西方先有块炼铁，再有十四世纪的生铁，历时2000多年，进程缓慢，而中国的冶铁术大约发明于西周时期，比欧洲略晚，但后来居上，很快发展出生铁，成为世界上最早发明并使用生铁的国家。战国中晚期，铁器在我国农业、手工业生产中占据了主导地位。

（二）中国古代丝绸与纺织及发展

中国古代的丝绸与纺织材料的发展，传说黄帝之妻嫘祖发明“养蚕取丝”。考古学推测，五六千年前中国便开始养蚕、取丝、织绸，直接证据是山西省夏县西阴村发掘到的桑蚕茧，距今约5600—6000年的仰韶时期，在河姆渡遗址中发现的纺织工具。距今5300年大汶口文化时期的丝绸制品。公元前200年，养蚕技术传播到朝鲜，西域和田河流域（前500年—前300年）与印度（300年之前）成功实现养蚕，罗马帝国则是在550年左右才得到蚕种并发展养蚕技术，商朝丝绸就有绢、绮、锦三大类。

四、材料史教育实践——材料科学源流的教学成果

本研究涉及的教学团队成员长期从事材料类专业平台课程和专业课程的教学工作，在开展专业平台课“材料学概论”的教学中，教学团队展开了一系列教学探索、教学改革和教学实践，将材料史教育有机融入日常的教学工作中，既有课程知识点的教学，又展现出课程思政的教学精髓。

（一）材料源流及形成过程

第一，将材料史纳入学生交流互动项目，在课程教学绪论部分，将班级成员按照5—6人一组进行分组，其中一组布置的任务为调研相关资料，形成完整的材料发展源流。第二，材料源流图的筛选标准遵从以下原则：1. 古代材料，兼顾世界各地的考古史料，将中国古代材料重要成就体现在源流图上；2. 由于近代材料发现比较多，则以学科奠基性理论以及具有重要应用价值的材料研究成果为主；3. 1900年以后，以诺贝尔奖为主作为材料源流图的选择参考，兼顾重大应用和中国当代材料成就。第三，形成完整的材料源流图，并不断修改完善。团队成员讲授“材料学概论”课程中布置的小组任务时，其中一组学生成员分工、通力合作，共同完成了完整的材料源流图，材料源流图中既呈现了中国古代材料及发展，又有近现代材料理论和材料应用，同时也体现了材料的发展史。从石器时代、铜器时代、铁器时代、钢时代、硅/聚合物时代到21世纪的纳米时代，各个发展阶段都呈现出不同材料的发展和应用及特点。

（二）制作材料源流图的价值探索

材料源流图的制作不仅是从公元前到现如今，各个时期的材料发展与成就，同时也是小组同学通力合作、相互配合完成的有关材料发展的材料史，从该任务的布置到完成，学生经历了小组分工、任务传达与理解、资料调研、资料遴选、材料源流图的制作与修改、材料源流图定稿的完成，这些过程不仅是材料史教育的教学实践，还激发了学生学习材料专业的热情，增强了学生的民族自豪感及爱国情怀，并对材料科学的研究方法和材料的应用领域有了初步的理解和全新的认识。这种方式的教学既是专业教学，又是材料史教育，很好地将专业教学与材料史教育有机结合起来，不仅对教学实践有益，同时对学生的能力提升和人才培养都具有很好的效果。

五、材料史教育的总结与展望

高校教师在教书育人上不断探索新思路、新方法并付诸行动，是作为合格教师的基本要求［6-10］。本研究所属的教学团队在教学和科研中，不断学习新知识、新技术并掌握新的科研方法，同时学习如何将教育思想和理念在教学实践中体现出来，因此团队成员不断改进教学方法，在教学中从选题的确定，文献的搜集，资料的整理及交流分享环节，都为学生的自主创新留下空间，可以随时讨论资料调研进展和存在的问题，在关键之处做具体的指导。在教学中激发了学生的学习兴趣，提升了学生的创新意识和创新迁移能力，也科普了材料的传承和材料学科的相关知识。

中华五千年文明史也是一部丰富的材料发展史，如何将中国材料史教育融入高等学校材料类核心课程教学是值得思考和实践的问题。基于对该问题的深入思考，可以从以下几个方面着手开展进一步的工作：首先，延续之前材料史教育的教学实践，不断丰富教学内容和教学方式；其次，总结前期教学成果，出版材料史有关的专著，便于教师和学生的交流学习；最后，要加强创新人才的培养，尤其加强在教学中具备创新能力的年轻教师，定期開展教学研讨，汇报教学改革实践成果，取长补短。

在材料类核心课程教学中，通过融入材料史教育，注重加强学生的创新意识，能够鼓励学生积极探索，力求做出更加具有创新价值的成果。同时，应将现有教学实践成果及未来探索性实践成果形成完整素材，编写出版相关专著或教材，以此打造材料史教育在材料类核心课程教学中的特色工作。

参考文献：

［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，譚劲，等. 材料学概论［M］. 北京：化学工业出版社，2012.

［3］ 王贺，梅建军，潘路，等. 北周武帝孝陵铜锡焊料的科学发现与研究［J］. 文物，2015（04）：76-86.

［4］ 李秀辉，韩汝玢. 情系冶金史36年——韩汝玢先生访谈录［J］. 广西民族大学学报（自然科学版），2013，19（03）：1-4.

［5］ 章梅芳，孙淑云. 孙淑云教授的冶金史治学之路——孙淑云教授访谈录［J］. 广西民族大学学报（自然科学版），2014，20（02）：1-8.

［6］ 刘敬肖，史非，姜淑文，等. 基于OBE理念的材料类专业基础课教学改革与实践——以无机材料科学基础为例［J］. 高教学刊，2021（11）：110-113+118.

［7］ 褚奇. 高校大类招生背景下学风建设模式探索——以中国石油大学（华东）材料类专业为例［J］. 科教文汇，2022（14）：35-37.

［8］ 赵春霞，李荃. 三全育人视域下提升材料类专业学生专业认同感的路径探析——以南京工业大学N学院为例［J］. 高教学刊，2022，8（07）：142-145.

［9］ 田仕，王发洲，李旭巍，等. 材料类专业拔尖创新人才培养新模式的探索与实践——以武汉理工大学材料学院本科生创新能力“金字塔”培养体系为例［J］. 科教导刊，2013（23）：36-37+39.

［10］ 刘玉兰. 材料类专业多用型人才培养模式的探索与实践——以武汉工程大学材料类大类招生为例［J］. 科教导刊，2014（16）：63+67.

（责任编辑：淳洁）

基金项目：本文系2020年上海市教育委员会、上海市高校市级重点课程“材料学概论线上线下混合式课程”（项目编号：402）研究成果。

作者简介：邵霞（1978—），女，博士，上海应用技术大学材料科学与工程学院副教授，研究方向为材料类课程的专业教学与科研；徐家跃（1965—），男，博士，上海应用技术大学二级教授，研究方向为晶体材料教学与科研；申慧（1982—），女，博士，上海应用大学副教授，研究方向为光电材料；覃丽艳（2000—），女，本科在读，上海应用技术大学，研究方向为无机非金属材料。