材料科学与工程：工程界的多面手

本文主角：材料科学与工程

讲述人：黄利景（西北大学）

适合人群：热爱求知与探索，对新能源、新材料的研发，长期从事材料学的科学研究工作感兴趣的同学

从字面上看，很多人可能不知道材料科学与工程究竟是一个什么样的专业，只知道属于理工科。相较于物理学与化学等研究原理和过程的专業，材料科学与工程其实是面向工程需求和研究结果的专业，关注的是应用需求，注重工程价值的应用。

以需求驱动研究

当你真正开始学习材料科学与工程时，才会发现它既陌生又熟悉。何出此言呢？因为尽管在中学里并未设置与其相对应的专业课程，但是在化学和物理课程的学习过程中，经常会接触一些材料学的基础知识。因而说这个专业于广大学生而言其实是熟悉的。那上了大学，该专业在本科期间主要学习哪些内容呢？

作为工科专业的一种，材料科学与工程的学生必定会学习高等数学、线性代数、普通物理等工科基础课。在本科学习的入门阶段，大一大二期间主要聚焦于对专业基础课的学习，包括物理化学、分析化学、材料生产设备、材料科学与工程概论等。看到这一连串的化学课程，可能有些同学会问：“这到底是材料系还是化学系啊？”其实无论什么材料，影响其性能的因素无外乎其化学结构。因此，这几门与化学相关的课程可以说是研究材料性能的基础，是材料学的基石。升入大三后才会深入学习更为专业的知识，包括材料物理性能、材料力学、材料工程基础电化学、工程材料力学性能、物理冶金原理、现代材料研究技术等。无论你学习的是材料学的哪个方向，这几门课程都是必不可少的。

材料学是一门综合性相当强的学科，即使我们的主要研究方向或者工作方向只是某一种材料，对其他材料的性质也应该有所了解。因为材料的工作环境不是单一的，它只有与其他材料共同合作才能更好地发挥功效。比如“神十飞船”的合金外壳和外面附着的吸热耐高温涂料，一个是金属，一个是有机物基非金属化合物，如何将两者牢固地结合起来？这一问题就涉及两种材料各自的结构及性质。一言以蔽之，材料学专业的学生最终需要达到的学习目标，都应该包括以下方面：掌握数学和物理、数学和化学理论，应用工学与计算机，解决实际材料方面的问题。

以维度驱动未来

那材料科学与工程专业适合什么样的学生报考呢？在我看来，判断自己是否适合进入材料学这个领域学习，能力维度是基本要素。下面我主要聚焦于对能力维度的认识与培养进行讲述。

结合材料科学与工程专业所涉及的课程，不难推断出首先必须具备的便是物理、化学能力。该专业学生所学的内容，物理大致占六成，化学大致占四成。因此，如果你希望大一进校后能较快适应学习，最好有较好的物理、化学基础。不过，值得注意的一点是，较好的物理、化学基础并不等于高中的物理、化学成绩好。因为高中物理、化学的内容和学习方法跟大学是很不一样的。从学科内容来说，高中化学记忆的内容多、计算相对少，而大学化学是一个专业大类，存在很多分支学科，需要很多其他学科的基础知识，例如数学、物理、生物、计算机等。因此，高中化学学得好，不代表有能力学好大学化学。高中物理与大学物理所用的数学基础也很不一样，高中用一次和二次函数分析物理问题，大学普通物理会运用到微积分，这是两种思维体系，也是从定性分析到定量研究的过渡。还有一点要注意，相比于物理学、化学等理科基础专业，材料学对于数学能力的要求相对较低，最多会用到高数、微分方程、概率论。因此数学不是非常好的同学，也可以考虑报考材料科学与工程专业。

再者便是实验能力，但并非所有的材料学专业方向都需要很强的实验能力。一般来说，功能材料（半导体、超导）方向需要较强的实验能力，而结构材料（金属、水泥、陶瓷）方向对实验能力的要求并不是很高。

最后，进入大学之后的学习大多数依赖于自学能力，材料科学与工程专业也不例外。如果你高中的理化基础较薄弱，但在做了一定了解以后，仍对这个专业有兴趣，也可以继续报考。只是在这种情况下，你就需要加强自己的自学能力、自律能力。材料学的理化相关课程，难度比纯理科专业低，对数学的要求也较低，如果你的自学能力强，可以弥补入学前的差距。

以实践丰富认知

材料科学与工程专业的实践调研可谓是丰富多彩、新颖有趣，下面我以我们学校的“课程思政”立项课程《航空航天材料概论》，师生走访太古飞机工程有限公司为例展开详细叙述。该课程通过手工实验、翻转课堂、团队讨论、实地调研等丰富多彩的形式，让学生全面、系统地了解航空航天材料方面的理论基础知识，掌握材料的化学成分、结构、组织和性能之间的依赖关系及其变化规律，学习金属、陶瓷、高分子等航空航天材料的使用范围及部分失效分析案例。

大三时，老师带领我们赴太古飞机工程有限公司进行走访调研，了解波音737/747、空客330/340等大型商用飞机的维修改装过程，学习航空材料的使役环境及使役要求。通过企业走访，帮助我们深刻体悟“精益求精、追求完美、开拓创新”的航空精神与工匠精神。这种新颖的授课方式极大激发了我的学习兴趣，不仅让我对课堂知识有了进一步的深化理解，还有助于我进一步树立科技报国之志与责任担当之心。

作为一个充满挑战与趣味的专业，材料科学与工程并不是遥不可及的，它与我们的生活息息相关。在这个苦乐参半的学习过程中，我不但收获了丰富的知识，而且激发了我求知与探索的热情，我将用一辈子的时间长度，以饱满的热情投入材料学的科学研究中。也欢迎学弟学妹们积极报考，与我一同沉浸于材料科学与工程的浩瀚海洋里！