浅谈材料科学与工程的学科发展、现状及人才培养

浅谈材料科学与工程的学科发展、现状及

人才培养

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信息技术、生物技术以及材料科学与工程三大技术已经成为全球经济增长的主要驱动力。材料科学与工程使其它两个关键技术得已实现。在以高科技为主要特征的知识经济时代, 世界各国在教育与人才培养、科学研究和产业政策等方面都给予了材料科学重点支持、优先发展的政策。培养大批适应材料产业和技术飞速发展的宽口径材料科学与工程专业人才已成为各国的共识。

1 材料科学与工程(MSE)的学科发展

“材料科学” 这个名词于1957 年由美国学者首先提出。前苏联人造卫星首先上天, 美国朝野为之震惊, 认为自己落后的主要原因之一是先进材料的研究应用不够, 于是在一些大学相继成立了十余个材料研究中心, 采用先进的科学理论与实验方法对材料进行深入的研究, 取得重要成果。从此, “材料科学”这个概念开始为人们所使用。

1 .1 材料科学与工程学科从细分走向综合

材料学科的发展过程遵循了现代科学发展的普遍规律, 也是从细分走向综合。各门材料学科通过相互交叉、渗透、移植, 由细分最终走向具有共同理论和技术基础的全材料科学[ 1] 。

20 世纪40 年代以前, 基础科学和工程之间的联系并不十分紧密。在20 世纪20 年代固体物理和材料工程两学科是分离的, 到40 年代两学科才有交叉。从60 年代初开始出现了材料科学, 到了70 年代, 材料科学和材料工程的学科内涵大部分重叠, 材料科学兼备自然科学和应用科学的属性, 故“ 材料科学与工程” (MSE)作为一个大学科逐步为科技界和教育界所接受。

美国西北大学M .E .F ine 教授等人首先于上世纪60 年代初提出了材料科学与工程(MSE)这一大学科概念。

20 世纪60 年代以前, 国内外高校均没有明确完整的MSE 教育。此时, 材料科学与技术人才的培养分属冶金、化工或机械等专业。从60 年代初起, 欧美等国家高校中冶金、机械或化工等与材料有关的系或相关的专业及学科开始改设“材料科学与工程系” 、“材料科学系” 、“材料工学系” 。至80 年代中后期, 欧美等国大部分高校已完成此项工作。这种教育符合材

料科学技术发展趋势。

至2007 年, 美国有86 所大学设有材料学科, 材料科学与工程是材料学科教育的中心。近年来, 美国与欧洲在材料教育方面的最显著特点就是把材料科学与工程看作是一门学科。在大学不再需要专门的材料主题。这些材料不再是冶金、陶瓷或电子材料学, 而统称为材料, 材料教育涉及的范围包括金属、陶瓷、高分子、半导体以及其他所有类型的材料。

1 .

2 我国高等学校(MSE)专业设置逐步与世界接

轨

中国的材料科学教育起始于采矿和矿冶等学科, 有上百年的历史。其特点是, 教学内容包括采矿、选矿、冶金、材料等内容, 是一种不划分专业、宽领域培养模式。

解放初期, 我国高等教育承袭了原苏联培养模式与教学体系, 由宽领域培养模式改为窄专业培养模式, 材料科学技术人才被分割在十几个专业培养,分属于冶金、机械、化工等系内。仅金属材料就被细分为冶金物理化学、金属材料热处理、铸造、焊接、压力加工、金属腐蚀与防护、粉末冶金、高温合金、精密合金等专业。建国后至1966 年“十年动乱”开始为止, 我

国材料学科教育水平得到很大的提高, 规模有很大发展。由于吸收了当时处于国际先进水平的原苏联科学技术知识和教学内容, 又由于当时我国是计划经济体制, 高校学生从招生到分配均由国家同一计划安排, 按原苏联模式培养的学生多能在对口行业(或工种)工作, 能较快适应岗位等原因, 专业划分过细且不合理, 学生知识面狭窄、专业门户太强等弊端尚未明显暴露。

正当材料技术迅速发展, “材料科学与工程” 一级学科领域形成, 欧、美诸国纷纷进行MSE 教育改革的关键时期, 我国的材料学科发展却受到“十年动乱”冲击而处于停止状态, 从而拉大了与当代M SE教育的距离。

自1978 年起, 我国逐步实行改革开放政策以来, 在加速发展材料科学技术工作的同时, 随着对欧、美诸国M SE 教育改革的了解, 也开始了M SE教育改革的进程。面对国际材料科学技术的发展,面对高新技术发展对MS E 人才培养需求的变化,面对国外M SE 教育的改革, 我国教育模式与内容的弊端逐渐被人们所清醒认识。

1998 年, 教育部对本科专业目录进行了调整,将材料类专业合并为冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程、高分子材料与工程、材料物理、材料

化学等六个专业, 同时在引导性专业目录中提出材料科学与工程专业, 该专业有宽广的面向“所有材料”及材料四要素(或五要素)的整体特点。

我国大学的材料科学与工程大体是从两类学校中通过不同的起点而发展。一类是在工科院校中通过冶金与机械, 或金属、非金属、高分子三大类材料以及它们的复合材料所依存的专业而建立的学科,如工科院校的材料科学与工程系等, 这种类型的学科侧重于从具体应用的角度来探求新材料的性能评价与使用。另一类是一些综合性大学在追踪科技前沿的基础上, 由物理学与化学孕育并分化形成材料物理与材料化学新学科, 建立了材料科学系或研究所, 其特点是材料学与物理学、化学等学科交叉结合。这两类不同起点的材料学科在前进中经过自我完善而相互靠近, 理工结合, 并逐渐向基础研究与应用研究相结合的方向发展。

目前, 浙江大学、北京科技大学、复旦大学、清华大学和同济大学等重点院校相继设立材料科学与工程(或相近名称)学院(系), 十几年来参与改革的院校逐渐增多。此期间改革的主要内容大致有:在__原设置专业的基础上扩充内容(如在金属材料与热处理专业教学中补充非金属工程材料的内容, 增加功能材料内

容等) ;试办新专业, 如材料科学、材料工程、材料物理(侧重于功能材料)、热加工专业等。总体体现了逐步打破原专业设置界限, 加强专业(二、三级学科)间的渗透与联系及更新教学内容的思路。

截止2003 年7 月, 具有材料科学与工程二级学科的全国普通高校有217 所, 占高校总数的34 %。几乎全国所有设有材料专业的院校均已程度不同地参与了MSE 教育改革, 并且开始出现了力图根本突破原教育模式的新思路新方案。

2 材料学科发展对于人才培养的要求

2 .1 “材料科学”与“材料工程”的差异与相互联系

“材料科学与工程” 是一个不可分割的有机整体。通常“科学”是研究“为什么”的问题;而“工程”是解决“怎样做”的问题。

材料科学的基础理论为材料工程指明方向, 为更好的选择材料、使用材料、发挥现有材料的潜力、发展新材料提供了理论基础, 可以在“ 怎样做” 的过程中少走弯路、提高质量、增加效益, 并减少对环境的污染。另一方面, 材料是面向实际、为经济建设服务的, 是一门应用科学, 研究与发展材料的目的在于应用, 材料必须通过合理的工艺流程才能制备出具有实