材料物理专业的特色方向研究*

摘要：上世纪90年代，国内先后有61所高校开设了材料物理本科专业，但形成特色的不多。本文在调研材料物理专业的提出、内涵及演化的基础上，指出各高校应走自身的特色之路。美国匹兹堡大学的专业调整及培养方向则进一步启示：专业方向必须适应科技发展、满足社会急需且有自身鲜明特色。作者以武汉科技大学（以下简称“我校”）为例，提出了与学校特色相结合的几个专业方向。

关键词：材料物理；材料科学与工程；本科专业；特色方向

中图分类号：G640文献标识码：A文章编号：1671-0568（2011）29-0012-03

迄今为止，国内共有61所高校设置了材料物理本科专业。[1]由于是在上世纪末新的历史条件下开办的交叉学科，办学时间短，经验缺乏，社会认识度较低，就业率不高。主要的原因在于该专业特色方向鲜明的不多，还没有完全被社会所熟悉和了解。我校材料物理专业自2001年开办以来，就业率较传统专业偏低，引起该专业特色方向的进一步思考。

一、材料物理本科专业的历史、内涵及国内外特色发展

1.材料物理本科专业的提出及演化

上个世纪90年代，为适应社会主义市场经济的需要，拓宽专业口径，教育部提出了综合性的材料科学与工程引导性专业，在理科材料科学类设置了材料物理和材料化学两个专业，并明确材料物理专业（代码071301）可授予理学或工学学士学位。而将工科材料类的金属材料与热处理、金属压力加工、粉末冶金、无机非金属材料、硅酸盐工程、高分子材料、腐蚀与防护整合为冶金工程、金属材料工程、无机非金属材料工程和高分子材料与工程4个本科专业。[2]

经过10多年的实践，科学技术发展与社会需求已经使材料类的理科与工科互融，新的边缘学科、交叉学科不断涌现，为优化学科专业结构，促进高校合理定位，办出特色，办出水平，教育部又于2011年上半年出台修订了普通高等学校本科专业目录，将原来的理科与工科材料溶合成大材料类，分出材料科学与工程、材料物理（可授工学、理学学位）、材料化学（可授工学、理学学位）、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、复合材料与工程、粉体材料科学与工程、宝石及材料工艺学、焊接技术与工程、功能材料、纳米材料与技术、新能源材料与器件等几个本科专业。[3]

2.材料物理专业的内涵、培养目标

（1）内涵。材料物理专业是“研究各种材料特别是各种先进结构材料、新型功能材料物理基础、微观结构以及与性能之间关系的基本规律，为各种高新技术材料发展提供科学依据的应用基础学科，是理工融合的学科”。[4]

（2）培养目标。由于材料物理专业对各高校来说均属于调整内涵后或新开办专业，各高校对其培养的目标描述定位不一。有典型代表意义的是南京邮电大学的描述：“培养能在材料科学与工程和相关交叉学科领域从事科研、教学、产品研发、生产技术或管理工作的具有理科素质及工科意识的理工复合型专门人才。”[5]

3.材料物理专业的特色例子。

（1）从国内著名高校设置材料物理专业后的特色培养方向来看，材料物理专业是介于物理学和材料学之间的交叉学科，其特色应紧紧围绕学校的特色与优势。东北大学依靠其建校早期的“金属物理”、“半导体材料”、“半导体器件”等物理专业基础，与材料学科优势紧密结合，形成了“金属材料疲劳和断裂”、“低维磁性材料的设计、制备和性能研究”、“材料计算”等材料物理专业特色方向。[6]北京科技大学则将材料物理专业设置在材料科学与工程学院，依托材料物理与化学国家重点学科，材料物理专业研究解决材料中的物理问题，即在高科技中具有重要意义的材料的力学、电学、磁学等性能及其与微观结构的关系，强调将基础研究与实际应用密切结合。主要特色方向有“环境断裂”、“高强韧性材料”、“亚微米及纳米级层次的结构和转变”和“薄膜巨磁阻材料与器件”等。[7]复旦大学的材料物理专业除培养学生具有系统的材料物理学理论基础和熟练的实验技能外，还着重培养学生发展新型电子材料和微电子器件工艺分析与设计等方面的应用能力和创新能力，其特色方向在半导体物理、电子材料、微电子器件等领域。[8]

（2）美国匹兹堡大学（University of Pittsburgh）材料本科专业调整、培养方向及其与我校的合作。我校位于湖北省武汉市这一以传统的钢铁、机械、汽车、纺织等工业为主的城市。随着科技的发展，近20年来武汉高新技术得到迅速发展，逐步形成以光电子信息为主导，能源环保、生物工程与新医药、机电一体化和高科技农业竞相发展的格局。匹兹堡大学位于美国宾西法尼亚西边的匹兹堡市，二战期间是一座以钢铁为主的工业城市，环境污染十分严重。二战后，经过城市改建和高科技发展，匹兹堡彻底改变了炼钢城市的形象，正在积极推进以生物医学、软件开发、环保、机器人、特殊钢材为支柱产业的高科技发展，逐步成为美国著名的高科技开发中心之一。

为顺应科技发展，适应美国及匹兹堡地方经济变化要求，原属于匹兹堡大学工程学院的两个独立系材料科学与工程系（Department of materials science and engineering）和机械工程系（Department of mechanical engineering），在2007年秋合并为机械工程与材料科学系，目的是形成合力，促进交叉或融合研究方向的形成。[9]目前该系开办材料科学与工程、机械工程和工程科学三个本科专业。根据美国及世界核科学和技术的发展，该系对核科学和技术感兴趣，考核合格的学生提供核工程证书（Nuclear engineering undergraduate certificate），以培养学生掌握核物理、辐射保护、反应堆物理、反应堆动力学、燃料贫化和能量驱除的基本理论概念；理解核能问题及解答的基本计算技能；重要燃料铀从勘探到浓缩循环操作，包括乏燃料后处理和燃料循环废物管理的基本内涵；与核科学和技术相关的重要社会及技术议题的知识；涉及反应堆芯设计和轻水反应堆冷却系统的工程学科间的接口；担当反应堆热设计者、核设计者和机械设计者的任务；目前核电站的改进和未来的设计，等等。此外，该系为弥补黑色物理冶金专门技术的缺失，为北美钢铁工业未来几年培养1000名钢铁工程师，特增设黑色物理冶金主攻专业（concentration in ferrous physical metallurgy），允许学生在此特殊兴趣领域开发学习，目的是提供教育和训练计划，使用物理冶金、先进合金设计思想和现代热机械加工策略，以改善设计和制造高性能钢材。[10]美国匹兹堡大学的上述调整与培养，使其材料类专业适应了科技发展；满足了美国及世界的社会急需，同时具有其自身的专业特色。我校与匹兹堡大学的城市处境、城市发展等方面相似，匹兹堡大学的专业调整与特色培养值得我校借鉴。

二、我校材料物理本科专业的发展及特色方向思考

1.我校材料物理专业的历史及发展

我校于2001年在理学院应用物理系设置材料物理专业并面向全国招收本科生。开办初期拟采取多元化的培养模式，即材料应用型、物理研究型、工程计算和软件开发型培养模式。由于初期师资力量主要由物理类教师组成，材料类教师极少；高层次研究师资缺乏；特色专业实验室未真正建立等原因，材料物理专业本科生一直以理科物理类为主，特色方向不突出。自2004年起，逐步引进高学历研究教师，材料应用型培养得到增强，但特色方向仍旧不明显。对于起步不久的新办专业，专业的特色方向主要依靠引进人才的特长研究方向而形成。2004年以来，先后引进了金属材料、理论物理、薄膜材料、聚合物材料、磁性材料、非线性光学、凝聚态物理等研究方向的具有博士学位的教师。随着师资队伍的扩大，特色方向的凝练或培育显得尤为重要。只有办出特色，专业才能有牢固的立足之地和广阔的发展空间。

2.我校材料物理专业特色方向思考

专业特色指的是专业的特别或出色之处，是高校办学特色的最重要的组成部分。新办本科专业要想形成特色，首先要依托学校多年办学形成的优势即整体特色。我校是从行业性工科学校发展起来的地方高校，工科突出，“冶金”和“钢铁”是鲜明的行业特色标志。新的专业及学科建设应结合基层实际和学术问题，通过现有学科交叉与融合寻找新的学术增长点，[11]除了继续坚持服务于行业、为行业发展提供更好的人才和科技支持，也要考虑为地方经济发展服务。[12]根据目前材料物理专业的人才队伍，可形成如下特色方向：

（1）先进钢铁材料及物理冶金技术。①取向硅钢的织构、力学性能及磁学性能研究方向：武钢是中国一流硅钢基地，与我校是学术研究同盟，我校对此方向的研究有历史、地理和人才的得天独厚的条件。遗憾的是，由于没有意识地凝练和培育具有自己特色方向的队伍，没有形成独到的知识产权，武钢的合作伙伴常常是外单位，研发也不会主动与我校合作。②钢铁材料的纳米化机理方向：纳米化是材料的研究热点，代表技术发展方向。纳米化产生的独特的光学、热学、磁学、力学变化及其应用发展一直是20年来的研究焦点课题。在传统钢铁材料的研究经验的基础上，开发纳米化技术，成为特色方向的可能性极大。③离子注入材料表面改性技术：依托等离子体物理硕士点及物理学一级硕士点，发展等离子体注入材料表面改性技术。离子注入技术既可应用在半导体材料、敏感器件，又可应用在钢铁材料及金属工件中。我校有国家自然基金资助课题“渗铜法制备抗菌不锈钢的基础研究”（50101009）、“双层辉光Ag-Cu、Ag-Zn离子共渗不锈钢表面抗菌性能研究”（50771075）、“离子注入法制备金属纳米颗粒材料的光限幅特性研究”（10805035）的研究经验，具备了该特色方向的基础。

（2）功能材料。围绕“中国光谷”高新技术，依托湖北省耐火材料与高温陶瓷重点实验室（省部共建国家重点实验室培育基地），形成振兴地方的光电材料、磁性材料、纳米碳管的制备与应用等功能材料研究的特色方向。依托的国家级课题主要有“非均匀薄膜体系中电流处理导致电致电阻现象的研究（10804089）”、“基于光子晶体光纤的非线性光学频率转换（10904120）”、“R-M-T金属间化合物的结构与磁性（50071041）”、“催化气相热解法制备纳米碳管的生长机理研究（50272042）”，等等。

（3）交叉融合。①金属基复合材料方向。在我校金属材料和无机材料的优势基础上，可考虑金属/陶瓷、金属/涂层等，应用于军工、航空航天领域；②焊接材料。结合了冶金、金属材料、焊接、物理、化学等学科，应用于原不属于冶金行业的领域如机械、电子、汽车、船舶等；③外场作用下材料的行为。研究在磁场、电场等外场作用下，材料的变化规律，如磁电场下的金属相变行为、脉冲电场下的金属材料的塑性变形，等等。

参考文献：

[1]材料物理专业排名_开设的院校_毕业生能力用人单位评价[EB/OL].热门专业网,2010-05-16.

[2]高等学校材料物理专业规范(讨论稿)[EB/OL].中国教育网,2006-07-03.

[3]普通高等学校本科专业目录(修订一稿)[EB/OL].中国教育网,2011-05-05.

[4]朱晓勇等.构建工科院校特色的材料物理专业课程体系[J].合肥工业大学学报(社会科学版),2011,(2).

[5]南京邮电大学.材料科学与工程学院专业介绍[EB/OL].

http://job.njupt.edu.cn/s/73/t/164/a/7915/info.jspy,2011-08-01.

[6]东北大学.2010年招生计划[EB/OL]./

2010.pdf,2010-06-06.

[7]北京科技大学.材料物理专业[EB/OL]..cn/qkpdf/xkcg/xkcg201105/xkcg20110504-1.pdf" style="color:red" target="_blank">原版全文