材料化学教育中的科学思想变迁 本文关键词：变迁，思想，化学，材料，科学
材料化学教育中的科学思想变迁 本文简介：在高校理工教育中，化学如同物理一样，是一门历史久远而又富有生机的学科，皆为自然科学的基础科学。它是一门以实验为根本，研究客观物质的构成、结构、性质、及其变化规律的基础科学。材料，众所周知，是人们用来制作设备、零部件和其他产品的物质。材料可按多种方法进行分类。按性质属性可以分为金属、无机非金属、有机高
材料化学教育中的科学思想变迁 本文内容：
在高校理工教育中，化学如同物理一样，是一门历史久远而又富有生机的学科，皆为自然科学的基础科学。它是一门以实验为根本，研究客观物质的构成、结构、性质、及其变化规律的基础科学。材料，众所周知，是人们用来制作设备、零部件和其他产品的物质。材料可按多种方法进行分类。按性质属性可以分为金属、无机非金属、有机高分子和复合材料。按用途可以分为电子、宇航、建筑、能源、生物材料等。日常应用时又可以分为结构和功能材料。可以说，材料是人们赖以生存和发展的物质根本。20世纪80年代，信息、材料和能源被称作人类社会文明的重要支柱。90年代，随着科学技术发展，人们把新材料与信息技术、生物技术一同作为新技术革命的标志。[1-4]在当今社会中，材料已成为国防建设和人民生活的根本。在美国化学会成立一百周年纪念会上，美国诺贝尔化学奖获得者西博格教授提出“化学一一人类进步的关键”，“化学必将有指数的而不是线性的增长。”[5]材料化学的发展必然伴随着科学思想的发展，而科学思想的发展会对材料化学的发展其极大的促进作用。同20世纪以前材料化学思想发展相比，21世纪以来，材料化学思想获得空前发展，人们对于材料结构和性质变化规律的认识系统化，如：原子和分子结构理论，元素周期律的电子理论，分子反应动力理论，分子轨道理论等建立并完善。研究领域从无机材料和有机材料延伸到生物材料，在蛋白质和核酸的两大生命物质中研究也取得了重大成就，如，我国人工合成胰岛素，人类遗传物质信息解码。因此，剖析材料化学，对于理解变迁中材料化学的科学思想具有实际的意义。
1材料化学的科学思想形成
要分析材料化学的科学思想变迁，首先要弄清材料化学思想变化的原因。随着军备竞赛白热化、国民经济增速日益加快，近现代化学与物理科学技术的蓬勃发展等推动，材料化学思想获得大力发展。
1.1军备竞赛是导致材料化学思想诞生的直接原因
世界大战导致各国材料化学家大力研究铁、橡胶、石油等重要战略资源。1957年苏联卫星发射成功，美国政府意识到在科技发展中先进材料重要性，并根据军事需要先后在大学、研究所等成立相关的材料研发中心，因此，军备竞赛是材料化学思想的助产婆。
1.2国民经济增速日益加快是材料化学思想形成的根本
烧制陶瓷、酿造酒、冶炼金属等材料的制备和发展，是人类社会进步的里程碑。例如：1963年美国化学家瓦尼(M.C.Wani)和沃尔(MonreE.Wall)首次从一种树的树皮中提取了紫杉醇。通过研究，发现它能有效的治疗卵巢癌和乳腺癌等癌症。[6-7]在利益的驱动下，一些非法伤人开始大肆砍伐树木获取树皮，结果造成了大量的珍贵树木死亡。在这种情况下，促成了通过人工合成制备紫杉醇，大大减少了树木砍伐，保护了环境同时提高了获得紫杉醇的效率。
1.3近现代化学与物理科学技术的成果是材料化学思想产生的前提
化学的发展始于早期炼丹术和冶炼金属，到了17世纪，英国科学家波义耳(RobertBoyle，1627~1691)提出化学元素概念，随后，法国化学家拉瓦锡(AntoineLavoiser，1743~1794)提出了燃烧氧化理论；19世纪初，近代化学进入了新的发展阶段，如，道尔顿提出(JohnDalton，1766~1844)原子论，阿佛加德罗创立分子学说；到了19世纪中叶，俄国科学家门捷列夫(1834~1907)绘制出化学元素周期表，揭示出元素的相关规律，并发现和相应原子量存在联系，直到19世纪末，化学理论体系呈现出科学化和系统化。此时，物理学领域中X射线、放射线和电子等先后被发现和证实，到了20世纪，原子结构得到解析，从此，化学进入现代时期，并为材料化学思想的形成打下了基础。
2材料化学的科学思想特征
在这些推动力的作用下，材料化学思想产生了重大变化和进步，呈现出以下显著特征。
2.1环境友好
化学的进步让有些人把化学和化工当成了环境污染源。随着材料化学家认识提升以及公众对环境保护的关注，材料化学开始向环境的友好型发展。绿色化学应运而生。绿色化学是从源头上借助一系列反应机理实现零排放，即，在设计、生产、应用等环节中不对环境造成污染。[8]2.2微观化微观是指深入到物质微结构，如，价电子，原子等微粒来理解材料宏观性能，如，金属Na具有很强的金属性，易与水反反应，从微观的角度讲，由于Na电子结构的最外层电子数为1，很容易失去电子，显示出活泼的金属性，当与水反应时，能把水中的氢给置换出来。材料物理化学中，化学反应动力学通过确定反应速度与反应物或产物浓度之间关系，阐明化学反应进度等宏观参量。而在微观层面上，一个反应，其实含有一个或多个基元反应。这些基元反应中，物质微粒通过一次或连续碰撞转变为特定状态的原子团或自由基，并最终转变为产物。[9-10]这有助于理解在反应过程中各类反应物动力学行为至关重要。
2.3仪器依赖化
20世界以前的材料化学更多的是宏观的发现，例如物质的颜色、形状、味道等，更多的发现是20世纪后，我们更加需要对物质微观性质的研究。这就需要有更加精密仪器的出现，来辅助化学的研究。例如有机材料化学的分支物理有机和计算化学学科，这两个学科对于仪器极其依赖。物理有机化学需要高分辨核磁、质谱等仪器来帮助对于化学中机理的研究。化学家们在实验前首先要考虑到仪器的问题，仪器的出现往往能够极大促进化学发展，例如，低温核磁的出现，帮助科学家们发现了大量常温下不稳定的化合物。总之，在军备竞赛白热化、国民经济增速日益加快，近现代化学与物理科学技术的蓬勃发展等推动力的作用下，材料化学思想产生了重大变化和进步，呈现出环境友好、微观化、仪器依赖化等特点。随着科学思想的进步，材料化学的发展必然也迎来一个发展的春天。
参考文献
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[8]高剑南，王祖浩．化学教育展望[M]．华东师范大学出版社，2001．
[9]吕志清，刘宗寅，王玉彩．现代化学纵横谈[M]．山东：山东科学技术出版杜，1989．
[10]袁翰青，应札文．化学的重要史实[M]．北京：人民教育出版社，1989.
作者：陈小明 王丹 单位：贵州理工学院材料与冶金工程学院 贵州理工学院建筑与城市规划学院
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