湛永鐘，聶娜（等）

摘要：在金屬材料學(xué)的課程中充分發(fā)掘材料科學(xué)史的教學(xué)價值，從而設(shè)計課堂教學(xué)的新思路和開辟課堂教學(xué)的新途徑，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。圍繞著該主題，結(jié)合教學(xué)實踐中的一些課例，淺析在金屬材料教學(xué)中如何融入科學(xué)史的教育。

關(guān)鍵詞：科學(xué)史；金屬材料；科學(xué)方法

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0085-02

在大學(xué)金屬材料學(xué)教材中許多章節(jié)都滲透著科學(xué)史的內(nèi)容。因為科學(xué)史的教育在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度與科學(xué)價值觀等方面有著重要的作用。了解科學(xué)史，讓學(xué)生體會研究金屬材料的價值，感受科學(xué)家們崇高的精神境界，而且養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、批判的精神，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法、科學(xué)精神、科學(xué)思維等。因此，如何讓材料科學(xué)史教育在知識與技能、過程與方法的教學(xué)目標(biāo)中充分體現(xiàn)其價值，值得教師深入的探索和不懈的追尋。本文旨在利用科學(xué)發(fā)展史融入金屬材料學(xué)教學(xué)，提高學(xué)生們的科學(xué)素養(yǎng)，為素質(zhì)教育課堂服務(wù)，使學(xué)生對金屬材料學(xué)的學(xué)習(xí)生產(chǎn)濃厚的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，實現(xiàn)教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式的重大改進(jìn)。

一、學(xué)習(xí)科學(xué)史，領(lǐng)悟科學(xué)方法

科學(xué)史是以科學(xué)發(fā)展為研究對象的歷史科學(xué)，是人類文化史的重要組成部分。它描述和解釋科學(xué)知識發(fā)生、發(fā)展與系統(tǒng)化的進(jìn)程，是近代科學(xué)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。其基本內(nèi)容有：科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明史、科學(xué)社會史和科學(xué)思想史等[1]。為了適應(yīng)新時代的要求，落實新課程中關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法的目標(biāo)，需要全面提升學(xué)生的科學(xué)知識與技能、了解科學(xué)過程與方法、陶冶科學(xué)情感與價值觀。大學(xué)生通過對金屬材料學(xué)的學(xué)習(xí)，不僅要了解金屬材料理論知識和實驗技能，還要清楚材料學(xué)知識中的科學(xué)思想和科學(xué)方法。想要達(dá)到這個目的，對學(xué)生進(jìn)行金屬材料學(xué)科學(xué)史教育是有效途徑之一。大學(xué)金屬材料教學(xué)中應(yīng)該聯(lián)系材料科學(xué)史實例，使學(xué)生從歷代科學(xué)家的探索中獲得啟發(fā)，學(xué)到有益的科學(xué)思想和方法，并通過科學(xué)史教育使學(xué)生對科學(xué)的本質(zhì)有深入的理解，進(jìn)而領(lǐng)悟出科學(xué)的方法。[2]

二、還原科學(xué)史，加深對課程的理解

金屬材料學(xué)主要學(xué)習(xí)鋼鐵材料（包括工程結(jié)構(gòu)鋼、機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、不銹耐蝕鋼、耐熱鋼和耐熱合金、鑄鐵等）、金屬功能材料和新型金屬材料等，涉及到金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料、金屬玻璃等。在金屬材料學(xué)課程學(xué)習(xí)中涉及大量的符號、公式、術(shù)語和概念。如果采用灌輸式教學(xué)，通過死記硬背，學(xué)生很可能只知其然，而不知其所以然，從而導(dǎo)致記憶不深，理解不透。但是，如果學(xué)生能了解知識產(chǎn)生的背景，這有助于學(xué)生更好地理解和掌握金屬材料學(xué)的相關(guān)知識點(diǎn)。因此，添加合適的科學(xué)史進(jìn)入教學(xué)課程，使學(xué)生知曉科學(xué)思想的來源和學(xué)科的歷史行程，從而感受到科學(xué)理論是不斷發(fā)展、不斷完善的，使學(xué)習(xí)變得有趣味性，啟發(fā)學(xué)生對金屬材料科學(xué)世界的向往，對學(xué)生的學(xué)習(xí)大有裨益。[3]例如在學(xué)習(xí)鋼鐵冶煉時可以融入國內(nèi)外的冶煉發(fā)展史，通過比較古今中外的冶煉特點(diǎn)，使學(xué)生對鋼鐵的冶煉有更全面的了解。中外的鋼鐵冶煉技術(shù)有近3000年的歷史，其核心工藝不斷改進(jìn)，燃料結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，所延伸的共生體系不斷變遷。第一階段（古代，1840年鴉片戰(zhàn)爭爆發(fā)之前）：塊煉鐵爐—固體滲碳煉鋼流程、坩堝爐—固體脫碳煉鋼流程、豎爐—固體脫碳煉鋼流程典型鋼鐵共生體系等共3種；第二階段（近代，1840—1949年）：化鐵爐—貝色麥爐、西門子馬丁爐流程典型鋼鐵工業(yè)共生體系等共2種；第三階段（現(xiàn)代，1949年至今）：高爐—平爐流程、高爐—轉(zhuǎn)爐流程、（廢鋼）電爐短流程、直接還原—電爐流程、熔融還原—轉(zhuǎn)爐流程典型鋼鐵工業(yè)共生體系等共5種。圖1反映了中國現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)、主要產(chǎn)品情況。[4]

通過了解國內(nèi)外鋼鐵的冶煉歷史，使知識產(chǎn)生的真實背景和歷程簡約地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，有助于學(xué)生產(chǎn)生對鋼鐵冶煉的學(xué)習(xí)興趣，從而主動了解相關(guān)知識。因此，把課程內(nèi)容放入相應(yīng)的歷史背景之中，使學(xué)生了解科學(xué)的規(guī)律，構(gòu)建深入的理解和認(rèn)識。[5]

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入課題。在金屬材料學(xué)課程中引入科學(xué)史，是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在講緒論（金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來）時，通過講述一些具體的科學(xué)歷史事件，體現(xiàn)出金屬材料學(xué)的發(fā)展。例如，英國人貝塞麥把我們帶進(jìn)鋼鐵時代，重溫19世紀(jì)50年代初歷史上著名的“克里米亞戰(zhàn)爭”。貝塞爾發(fā)現(xiàn)槍膛里有刻螺旋狀的膛線，子彈在槍膛里前進(jìn)時受膛線作用邊旋轉(zhuǎn)邊往前，出槍口后飛得特別穩(wěn)當(dāng)，射擊準(zhǔn)確性好。貝塞麥將其原理運(yùn)用與大炮的生產(chǎn)，但生產(chǎn)出的大炮經(jīng)常發(fā)生炸膛事故，通過一系列的試驗與分析，貝塞爾最后分析出是材料出了問題，只有突破材料關(guān)才能避免炸膛。通過這個歷史事件，可以讓學(xué)生針對此“材料出的問題”進(jìn)行分析，找出問題的原因（材料設(shè)計的缺陷），思考如何解決問題（如何改進(jìn)材料），最后教師進(jìn)行總結(jié)，讓學(xué)生明白鋼鐵材料的初期探索，也加深學(xué)生對相關(guān)理論知識的理解。[6]

2.運(yùn)用穿插法，啟迪思維。一般教科書中的科學(xué)史往往只關(guān)注科學(xué)的文化層面，而對科學(xué)的研究過程關(guān)注較少。將相關(guān)的科學(xué)事件有意識、有目的地穿插在金屬材料學(xué)基礎(chǔ)知識教學(xué)中，使學(xué)生了解材料學(xué)問題的提出、重大科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)、科學(xué)家的小故事等，對學(xué)生進(jìn)行穿插式教學(xué)，了解知識的來龍去脈。例如在學(xué)習(xí)不銹耐蝕鋼的相關(guān)課程中，可以插入一些有趣的小故事。不銹鋼是以鐵為主體元素，加上一定比例的鉻、鎳、鉬、錳等合金元素澆鑄而成。不銹鋼的發(fā)明來自于布里爾利的一次偶然發(fā)現(xiàn)。1912年時，布里爾利正在英國法斯鋼鐵公司研究所任所長。布里爾利帶著助手們試圖在鋼中添加各種各樣的化學(xué)元素來達(dá)到研究目的。隨著研究工作的進(jìn)行，扔進(jìn)廢鐵堆的鋼樣越積越多，存放的時間也越來越長，絕大部分鋼樣都失去了銀白色光澤。當(dāng)布里爾利匆匆忙忙的準(zhǔn)備搬出去處理掉時，發(fā)現(xiàn)在這一大堆鐵銹斑駁的廢鐵堆里，有一塊樣品居然還是銀光閃閃。于是布里爾利將銀光閃閃的鐵塊拿回來研究。之后他進(jìn)行了堅持不懈的試驗，期間試驗的次數(shù)非常之多，布里爾利對每一次實驗都進(jìn)行詳細(xì)記錄。久而久之，當(dāng)他翻開實驗記錄本時，這塊鋼樣的來龍去脈就一清二楚。就這樣，布里爾利從偶然的現(xiàn)象中抓住機(jī)遇，終于首先發(fā)明了不銹鋼的冶煉方法。這個故事告訴我們所有富有創(chuàng)造性的科學(xué)家們都是一樣的，善于抓住每一個稍縱即逝的機(jī)會創(chuàng)造奇跡。通過一些有趣的小故事來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過布里爾利的故事，讓學(xué)生知道不銹鋼的產(chǎn)生與發(fā)展，讓學(xué)生了解布里爾利的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度，啟迪學(xué)生們的思維，調(diào)動了學(xué)生對科學(xué)知識的學(xué)習(xí)積極性，順利將學(xué)生引入相關(guān)金屬材料學(xué)知識的教學(xué)中。靈活運(yùn)用穿插法進(jìn)行金屬材料科學(xué)史教學(xué)，既可以創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的興趣，也可在新課教學(xué)中幫助學(xué)生了解動態(tài)的知識，并給學(xué)生以啟迪和教育。該方法教學(xué)針對性強(qiáng)，占用時間短，不會影響到整個教學(xué)的設(shè)計而喧賓奪主，適合當(dāng)前的教學(xué)實際。[7]

3.科學(xué)史在課后的作用。在課堂學(xué)習(xí)完成之后，教師可以以一些以材料科學(xué)史為背景，設(shè)置一些疑問，讓學(xué)生去分析和解決。學(xué)生通過嘗試分析歷史真實的事件，不僅可以掌握相關(guān)知識，還可領(lǐng)略科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)研究方法和科學(xué)思維等，有利于培養(yǎng)學(xué)生的知識運(yùn)用能力和遷移能力。

金屬材料教學(xué)時對不同的教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系相關(guān)的科學(xué)史實，充分挖掘教材外的金屬材料科學(xué)史潛在的教育價值，開展新型的金屬材料教育實踐。靈活地利用金屬材料科學(xué)史，提升金屬材料科學(xué)的教學(xué)效果。重視科學(xué)史教育，靈活運(yùn)用各種科學(xué)史進(jìn)行穿插式教學(xué)，在多個方面具有顯著實踐效果。不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、情感和價值觀，還有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生掌握科學(xué)方法、提高科學(xué)探究及實驗設(shè)計能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]辭海編輯委員會.辭海[M].上海辭書出版社，1999.

[2]陳繼慧.高中生物運(yùn)用科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的探索[D].長春：東北師范大學(xué)，2006.

[3]楊德平.高中全物教學(xué)中引入生物科學(xué)史教育的探究[D].福州：福建師范大學(xué)，2006.

[4]于冰，石磊.中國不同歷史時期的鋼鐵工業(yè)共生體系及其演進(jìn)分析[J].資源科學(xué)，2009，31（11）：1907-1918.

[5]劉坤.科學(xué)史向科學(xué)教育回歸及整合的思考與策劃[D].新鄉(xiāng)：河南師范大學(xué)，2005.

[6]王放民.材料家庭的發(fā)展[M].上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1999.

[7]孫建新.高中化學(xué)史教學(xué)的研究[D].金華：浙江師范大學(xué)，2006.

基金項目：本項目得到廣西高等教育教學(xué)改革工程“十一五”項目（2009B004）和廣西教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃立項課題資助。

作者簡介：湛永鐘（1975-），男，廣西南寧人，教授。endprint

摘要：在金屬材料學(xué)的課程中充分發(fā)掘材料科學(xué)史的教學(xué)價值，從而設(shè)計課堂教學(xué)的新思路和開辟課堂教學(xué)的新途徑，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。圍繞著該主題，結(jié)合教學(xué)實踐中的一些課例，淺析在金屬材料教學(xué)中如何融入科學(xué)史的教育。

關(guān)鍵詞：科學(xué)史；金屬材料；科學(xué)方法

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0085-02

在大學(xué)金屬材料學(xué)教材中許多章節(jié)都滲透著科學(xué)史的內(nèi)容。因為科學(xué)史的教育在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度與科學(xué)價值觀等方面有著重要的作用。了解科學(xué)史，讓學(xué)生體會研究金屬材料的價值，感受科學(xué)家們崇高的精神境界，而且養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、批判的精神，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法、科學(xué)精神、科學(xué)思維等。因此，如何讓材料科學(xué)史教育在知識與技能、過程與方法的教學(xué)目標(biāo)中充分體現(xiàn)其價值，值得教師深入的探索和不懈的追尋。本文旨在利用科學(xué)發(fā)展史融入金屬材料學(xué)教學(xué)，提高學(xué)生們的科學(xué)素養(yǎng)，為素質(zhì)教育課堂服務(wù)，使學(xué)生對金屬材料學(xué)的學(xué)習(xí)生產(chǎn)濃厚的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，實現(xiàn)教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式的重大改進(jìn)。

一、學(xué)習(xí)科學(xué)史，領(lǐng)悟科學(xué)方法

科學(xué)史是以科學(xué)發(fā)展為研究對象的歷史科學(xué)，是人類文化史的重要組成部分。它描述和解釋科學(xué)知識發(fā)生、發(fā)展與系統(tǒng)化的進(jìn)程，是近代科學(xué)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。其基本內(nèi)容有：科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明史、科學(xué)社會史和科學(xué)思想史等[1]。為了適應(yīng)新時代的要求，落實新課程中關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法的目標(biāo)，需要全面提升學(xué)生的科學(xué)知識與技能、了解科學(xué)過程與方法、陶冶科學(xué)情感與價值觀。大學(xué)生通過對金屬材料學(xué)的學(xué)習(xí)，不僅要了解金屬材料理論知識和實驗技能，還要清楚材料學(xué)知識中的科學(xué)思想和科學(xué)方法。想要達(dá)到這個目的，對學(xué)生進(jìn)行金屬材料學(xué)科學(xué)史教育是有效途徑之一。大學(xué)金屬材料教學(xué)中應(yīng)該聯(lián)系材料科學(xué)史實例，使學(xué)生從歷代科學(xué)家的探索中獲得啟發(fā)，學(xué)到有益的科學(xué)思想和方法，并通過科學(xué)史教育使學(xué)生對科學(xué)的本質(zhì)有深入的理解，進(jìn)而領(lǐng)悟出科學(xué)的方法。[2]

二、還原科學(xué)史，加深對課程的理解

金屬材料學(xué)主要學(xué)習(xí)鋼鐵材料（包括工程結(jié)構(gòu)鋼、機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、不銹耐蝕鋼、耐熱鋼和耐熱合金、鑄鐵等）、金屬功能材料和新型金屬材料等，涉及到金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料、金屬玻璃等。在金屬材料學(xué)課程學(xué)習(xí)中涉及大量的符號、公式、術(shù)語和概念。如果采用灌輸式教學(xué)，通過死記硬背，學(xué)生很可能只知其然，而不知其所以然，從而導(dǎo)致記憶不深，理解不透。但是，如果學(xué)生能了解知識產(chǎn)生的背景，這有助于學(xué)生更好地理解和掌握金屬材料學(xué)的相關(guān)知識點(diǎn)。因此，添加合適的科學(xué)史進(jìn)入教學(xué)課程，使學(xué)生知曉科學(xué)思想的來源和學(xué)科的歷史行程，從而感受到科學(xué)理論是不斷發(fā)展、不斷完善的，使學(xué)習(xí)變得有趣味性，啟發(fā)學(xué)生對金屬材料科學(xué)世界的向往，對學(xué)生的學(xué)習(xí)大有裨益。[3]例如在學(xué)習(xí)鋼鐵冶煉時可以融入國內(nèi)外的冶煉發(fā)展史，通過比較古今中外的冶煉特點(diǎn)，使學(xué)生對鋼鐵的冶煉有更全面的了解。中外的鋼鐵冶煉技術(shù)有近3000年的歷史，其核心工藝不斷改進(jìn)，燃料結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，所延伸的共生體系不斷變遷。第一階段（古代，1840年鴉片戰(zhàn)爭爆發(fā)之前）：塊煉鐵爐—固體滲碳煉鋼流程、坩堝爐—固體脫碳煉鋼流程、豎爐—固體脫碳煉鋼流程典型鋼鐵共生體系等共3種；第二階段（近代，1840—1949年）：化鐵爐—貝色麥爐、西門子馬丁爐流程典型鋼鐵工業(yè)共生體系等共2種；第三階段（現(xiàn)代，1949年至今）：高爐—平爐流程、高爐—轉(zhuǎn)爐流程、（廢鋼）電爐短流程、直接還原—電爐流程、熔融還原—轉(zhuǎn)爐流程典型鋼鐵工業(yè)共生體系等共5種。圖1反映了中國現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)、主要產(chǎn)品情況。[4]

通過了解國內(nèi)外鋼鐵的冶煉歷史，使知識產(chǎn)生的真實背景和歷程簡約地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，有助于學(xué)生產(chǎn)生對鋼鐵冶煉的學(xué)習(xí)興趣，從而主動了解相關(guān)知識。因此，把課程內(nèi)容放入相應(yīng)的歷史背景之中，使學(xué)生了解科學(xué)的規(guī)律，構(gòu)建深入的理解和認(rèn)識。[5]

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入課題。在金屬材料學(xué)課程中引入科學(xué)史，是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在講緒論（金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來）時，通過講述一些具體的科學(xué)歷史事件，體現(xiàn)出金屬材料學(xué)的發(fā)展。例如，英國人貝塞麥把我們帶進(jìn)鋼鐵時代，重溫19世紀(jì)50年代初歷史上著名的“克里米亞戰(zhàn)爭”。貝塞爾發(fā)現(xiàn)槍膛里有刻螺旋狀的膛線，子彈在槍膛里前進(jìn)時受膛線作用邊旋轉(zhuǎn)邊往前，出槍口后飛得特別穩(wěn)當(dāng)，射擊準(zhǔn)確性好。貝塞麥將其原理運(yùn)用與大炮的生產(chǎn)，但生產(chǎn)出的大炮經(jīng)常發(fā)生炸膛事故，通過一系列的試驗與分析，貝塞爾最后分析出是材料出了問題，只有突破材料關(guān)才能避免炸膛。通過這個歷史事件，可以讓學(xué)生針對此“材料出的問題”進(jìn)行分析，找出問題的原因（材料設(shè)計的缺陷），思考如何解決問題（如何改進(jìn)材料），最后教師進(jìn)行總結(jié)，讓學(xué)生明白鋼鐵材料的初期探索，也加深學(xué)生對相關(guān)理論知識的理解。[6]

2.運(yùn)用穿插法，啟迪思維。一般教科書中的科學(xué)史往往只關(guān)注科學(xué)的文化層面，而對科學(xué)的研究過程關(guān)注較少。將相關(guān)的科學(xué)事件有意識、有目的地穿插在金屬材料學(xué)基礎(chǔ)知識教學(xué)中，使學(xué)生了解材料學(xué)問題的提出、重大科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)、科學(xué)家的小故事等，對學(xué)生進(jìn)行穿插式教學(xué)，了解知識的來龍去脈。例如在學(xué)習(xí)不銹耐蝕鋼的相關(guān)課程中，可以插入一些有趣的小故事。不銹鋼是以鐵為主體元素，加上一定比例的鉻、鎳、鉬、錳等合金元素澆鑄而成。不銹鋼的發(fā)明來自于布里爾利的一次偶然發(fā)現(xiàn)。1912年時，布里爾利正在英國法斯鋼鐵公司研究所任所長。布里爾利帶著助手們試圖在鋼中添加各種各樣的化學(xué)元素來達(dá)到研究目的。隨著研究工作的進(jìn)行，扔進(jìn)廢鐵堆的鋼樣越積越多，存放的時間也越來越長，絕大部分鋼樣都失去了銀白色光澤。當(dāng)布里爾利匆匆忙忙的準(zhǔn)備搬出去處理掉時，發(fā)現(xiàn)在這一大堆鐵銹斑駁的廢鐵堆里，有一塊樣品居然還是銀光閃閃。于是布里爾利將銀光閃閃的鐵塊拿回來研究。之后他進(jìn)行了堅持不懈的試驗，期間試驗的次數(shù)非常之多，布里爾利對每一次實驗都進(jìn)行詳細(xì)記錄。久而久之，當(dāng)他翻開實驗記錄本時，這塊鋼樣的來龍去脈就一清二楚。就這樣，布里爾利從偶然的現(xiàn)象中抓住機(jī)遇，終于首先發(fā)明了不銹鋼的冶煉方法。這個故事告訴我們所有富有創(chuàng)造性的科學(xué)家們都是一樣的，善于抓住每一個稍縱即逝的機(jī)會創(chuàng)造奇跡。通過一些有趣的小故事來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過布里爾利的故事，讓學(xué)生知道不銹鋼的產(chǎn)生與發(fā)展，讓學(xué)生了解布里爾利的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度，啟迪學(xué)生們的思維，調(diào)動了學(xué)生對科學(xué)知識的學(xué)習(xí)積極性，順利將學(xué)生引入相關(guān)金屬材料學(xué)知識的教學(xué)中。靈活運(yùn)用穿插法進(jìn)行金屬材料科學(xué)史教學(xué)，既可以創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的興趣，也可在新課教學(xué)中幫助學(xué)生了解動態(tài)的知識，并給學(xué)生以啟迪和教育。該方法教學(xué)針對性強(qiáng)，占用時間短，不會影響到整個教學(xué)的設(shè)計而喧賓奪主，適合當(dāng)前的教學(xué)實際。[7]

3.科學(xué)史在課后的作用。在課堂學(xué)習(xí)完成之后，教師可以以一些以材料科學(xué)史為背景，設(shè)置一些疑問，讓學(xué)生去分析和解決。學(xué)生通過嘗試分析歷史真實的事件，不僅可以掌握相關(guān)知識，還可領(lǐng)略科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)研究方法和科學(xué)思維等，有利于培養(yǎng)學(xué)生的知識運(yùn)用能力和遷移能力。

金屬材料教學(xué)時對不同的教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系相關(guān)的科學(xué)史實，充分挖掘教材外的金屬材料科學(xué)史潛在的教育價值，開展新型的金屬材料教育實踐。靈活地利用金屬材料科學(xué)史，提升金屬材料科學(xué)的教學(xué)效果。重視科學(xué)史教育，靈活運(yùn)用各種科學(xué)史進(jìn)行穿插式教學(xué)，在多個方面具有顯著實踐效果。不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、情感和價值觀，還有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生掌握科學(xué)方法、提高科學(xué)探究及實驗設(shè)計能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]辭海編輯委員會.辭海[M].上海辭書出版社，1999.

[2]陳繼慧.高中生物運(yùn)用科學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的探索[D].長春：東北師范大學(xué)，2006.

[3]楊德平.高中全物教學(xué)中引入生物科學(xué)史教育的探究[D].福州：福建師范大學(xué)，2006.

[4]于冰，石磊.中國不同歷史時期的鋼鐵工業(yè)共生體系及其演進(jìn)分析[J].資源科學(xué)，2009，31（11）：1907-1918.

[5]劉坤.科學(xué)史向科學(xué)教育回歸及整合的思考與策劃[D].新鄉(xiāng)：河南師范大學(xué)，2005.

[6]王放民.材料家庭的發(fā)展[M].上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，1999.

[7]孫建新.高中化學(xué)史教學(xué)的研究[D].金華：浙江師范大學(xué)，2006.

基金項目：本項目得到廣西高等教育教學(xué)改革工程“十一五”項目（2009B004）和廣西教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃立項課題資助。

作者簡介：湛永鐘（1975-），男，廣西南寧人，教授。endprint

摘要：在金屬材料學(xué)的課程中充分發(fā)掘材料科學(xué)史的教學(xué)價值，從而設(shè)計課堂教學(xué)的新思路和開辟課堂教學(xué)的新途徑，以此提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。圍繞著該主題，結(jié)合教學(xué)實踐中的一些課例，淺析在金屬材料教學(xué)中如何融入科學(xué)史的教育。

關(guān)鍵詞：科學(xué)史；金屬材料；科學(xué)方法

中圖分類號：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0085-02

在大學(xué)金屬材料學(xué)教材中許多章節(jié)都滲透著科學(xué)史的內(nèi)容。因為科學(xué)史的教育在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力、科學(xué)態(tài)度與科學(xué)價值觀等方面有著重要的作用。了解科學(xué)史，讓學(xué)生體會研究金屬材料的價值，感受科學(xué)家們崇高的精神境界，而且養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、批判的精神，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，同時培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法、科學(xué)精神、科學(xué)思維等。因此，如何讓材料科學(xué)史教育在知識與技能、過程與方法的教學(xué)目標(biāo)中充分體現(xiàn)其價值，值得教師深入的探索和不懈的追尋。本文旨在利用科學(xué)發(fā)展史融入金屬材料學(xué)教學(xué)，提高學(xué)生們的科學(xué)素養(yǎng)，為素質(zhì)教育課堂服務(wù)，使學(xué)生對金屬材料學(xué)的學(xué)習(xí)生產(chǎn)濃厚的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，實現(xiàn)教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式的重大改進(jìn)。

一、學(xué)習(xí)科學(xué)史，領(lǐng)悟科學(xué)方法

科學(xué)史是以科學(xué)發(fā)展為研究對象的歷史科學(xué)，是人類文化史的重要組成部分。它描述和解釋科學(xué)知識發(fā)生、發(fā)展與系統(tǒng)化的進(jìn)程，是近代科學(xué)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。其基本內(nèi)容有：科學(xué)發(fā)現(xiàn)和發(fā)明史、科學(xué)社會史和科學(xué)思想史等[1]。為了適應(yīng)新時代的要求，落實新課程中關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法的目標(biāo)，需要全面提升學(xué)生的科學(xué)知識與技能、了解科學(xué)過程與方法、陶冶科學(xué)情感與價值觀。大學(xué)生通過對金屬材料學(xué)的學(xué)習(xí)，不僅要了解金屬材料理論知識和實驗技能，還要清楚材料學(xué)知識中的科學(xué)思想和科學(xué)方法。想要達(dá)到這個目的，對學(xué)生進(jìn)行金屬材料學(xué)科學(xué)史教育是有效途徑之一。大學(xué)金屬材料教學(xué)中應(yīng)該聯(lián)系材料科學(xué)史實例，使學(xué)生從歷代科學(xué)家的探索中獲得啟發(fā)，學(xué)到有益的科學(xué)思想和方法，并通過科學(xué)史教育使學(xué)生對科學(xué)的本質(zhì)有深入的理解，進(jìn)而領(lǐng)悟出科學(xué)的方法。[2]

二、還原科學(xué)史，加深對課程的理解

金屬材料學(xué)主要學(xué)習(xí)鋼鐵材料（包括工程結(jié)構(gòu)鋼、機(jī)械制造結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、不銹耐蝕鋼、耐熱鋼和耐熱合金、鑄鐵等）、金屬功能材料和新型金屬材料等，涉及到金屬間化合物結(jié)構(gòu)材料、金屬基復(fù)合材料、金屬玻璃等。在金屬材料學(xué)課程學(xué)習(xí)中涉及大量的符號、公式、術(shù)語和概念。如果采用灌輸式教學(xué)，通過死記硬背，學(xué)生很可能只知其然，而不知其所以然，從而導(dǎo)致記憶不深，理解不透。但是，如果學(xué)生能了解知識產(chǎn)生的背景，這有助于學(xué)生更好地理解和掌握金屬材料學(xué)的相關(guān)知識點(diǎn)。因此，添加合適的科學(xué)史進(jìn)入教學(xué)課程，使學(xué)生知曉科學(xué)思想的來源和學(xué)科的歷史行程，從而感受到科學(xué)理論是不斷發(fā)展、不斷完善的，使學(xué)習(xí)變得有趣味性，啟發(fā)學(xué)生對金屬材料科學(xué)世界的向往，對學(xué)生的學(xué)習(xí)大有裨益。[3]例如在學(xué)習(xí)鋼鐵冶煉時可以融入國內(nèi)外的冶煉發(fā)展史，通過比較古今中外的冶煉特點(diǎn)，使學(xué)生對鋼鐵的冶煉有更全面的了解。中外的鋼鐵冶煉技術(shù)有近3000年的歷史，其核心工藝不斷改進(jìn)，燃料結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，所延伸的共生體系不斷變遷。第一階段（古代，1840年鴉片戰(zhàn)爭爆發(fā)之前）：塊煉鐵爐—固體滲碳煉鋼流程、坩堝爐—固體脫碳煉鋼流程、豎爐—固體脫碳煉鋼流程典型鋼鐵共生體系等共3種；第二階段（近代，1840—1949年）：化鐵爐—貝色麥爐、西門子馬丁爐流程典型鋼鐵工業(yè)共生體系等共2種；第三階段（現(xiàn)代，1949年至今）：高爐—平爐流程、高爐—轉(zhuǎn)爐流程、（廢鋼）電爐短流程、直接還原—電爐流程、熔融還原—轉(zhuǎn)爐流程典型鋼鐵工業(yè)共生體系等共5種。圖1反映了中國現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)技術(shù)、主要產(chǎn)品情況。[4]

通過了解國內(nèi)外鋼鐵的冶煉歷史，使知識產(chǎn)生的真實背景和歷程簡約地展現(xiàn)在學(xué)生眼前，有助于學(xué)生產(chǎn)生對鋼鐵冶煉的學(xué)習(xí)興趣，從而主動了解相關(guān)知識。因此，把課程內(nèi)容放入相應(yīng)的歷史背景之中，使學(xué)生了解科學(xué)的規(guī)律，構(gòu)建深入的理解和認(rèn)識。[5]

1.創(chuàng)設(shè)情境，引入課題。在金屬材料學(xué)課程中引入科學(xué)史，是為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。在講緒論（金屬材料的過去、現(xiàn)在和將來）時，通過講述一些具體的科學(xué)歷史事件，體現(xiàn)出金屬材料學(xué)的發(fā)展。例如，英國人貝塞麥把我們帶進(jìn)鋼鐵時代，重溫19世紀(jì)50年代初歷史上著名的“克里米亞戰(zhàn)爭”。貝塞爾發(fā)現(xiàn)槍膛里有刻螺旋狀的膛線，子彈在槍膛里前進(jìn)時受膛線作用邊旋轉(zhuǎn)邊往前，出槍口后飛得特別穩(wěn)當(dāng)，射擊準(zhǔn)確性好。貝塞麥將其原理運(yùn)用與大炮的生產(chǎn)，但生產(chǎn)出的大炮經(jīng)常發(fā)生炸膛事故，通過一系列的試驗與分析，貝塞爾最后分析出是材料出了問題，只有突破材料關(guān)才能避免炸膛。通過這個歷史事件，可以讓學(xué)生針對此“材料出的問題”進(jìn)行分析，找出問題的原因（材料設(shè)計的缺陷），思考如何解決問題（如何改進(jìn)材料），最后教師進(jìn)行總結(jié)，讓學(xué)生明白鋼鐵材料的初期探索，也加深學(xué)生對相關(guān)理論知識的理解。[6]

2.運(yùn)用穿插法，啟迪思維。一般教科書中的科學(xué)史往往只關(guān)注科學(xué)的文化層面，而對科學(xué)的研究過程關(guān)注較少。將相關(guān)的科學(xué)事件有意識、有目的地穿插在金屬材料學(xué)基礎(chǔ)知識教學(xué)中，使學(xué)生了解材料學(xué)問題的提出、重大科學(xué)事實的發(fā)現(xiàn)、科學(xué)家的小故事等，對學(xué)生進(jìn)行穿插式教學(xué)，了解知識的來龍去脈。例如在學(xué)習(xí)不銹耐蝕鋼的相關(guān)課程中，可以插入一些有趣的小故事。不銹鋼是以鐵為主體元素，加上一定比例的鉻、鎳、鉬、錳等合金元素澆鑄而成。不銹鋼的發(fā)明來自于布里爾利的一次偶然發(fā)現(xiàn)。1912年時，布里爾利正在英國法斯鋼鐵公司研究所任所長。布里爾利帶著助手們試圖在鋼中添加各種各樣的化學(xué)元素來達(dá)到研究目的。隨著研究工作的進(jìn)行，扔進(jìn)廢鐵堆的鋼樣越積越多，存放的時間也越來越長，絕大部分鋼樣都失去了銀白色光澤。當(dāng)布里爾利匆匆忙忙的準(zhǔn)備搬出去處理掉時，發(fā)現(xiàn)在這一大堆鐵銹斑駁的廢鐵堆里，有一塊樣品居然還是銀光閃閃。于是布里爾利將銀光閃閃的鐵塊拿回來研究。之后他進(jìn)行了堅持不懈的試驗，期間試驗的次數(shù)非常之多，布里爾利對每一次實驗都進(jìn)行詳細(xì)記錄。久而久之，當(dāng)他翻開實驗記錄本時，這塊鋼樣的來龍去脈就一清二楚。就這樣，布里爾利從偶然的現(xiàn)象中抓住機(jī)遇，終于首先發(fā)明了不銹鋼的冶煉方法。這個故事告訴我們所有富有創(chuàng)造性的科學(xué)家們都是一樣的，善于抓住每一個稍縱即逝的機(jī)會創(chuàng)造奇跡。通過一些有趣的小故事來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過布里爾利的故事，讓學(xué)生知道不銹鋼的產(chǎn)生與發(fā)展，讓學(xué)生了解布里爾利的科學(xué)思想、科學(xué)方法和科學(xué)態(tài)度，啟迪學(xué)生們的思維，調(diào)動了學(xué)生對科學(xué)知識的學(xué)習(xí)積極性，順利將學(xué)生引入相關(guān)金屬材料學(xué)知識的教學(xué)中。靈活運(yùn)用穿插法進(jìn)行金屬材料科學(xué)史教學(xué)，既可以創(chuàng)設(shè)問題情境，激發(fā)學(xué)生的興趣，也可在新課教學(xué)中幫助學(xué)生了解動態(tài)的知識，并給學(xué)生以啟迪和教育。該方法教學(xué)針對性強(qiáng)，占用時間短，不會影響到整個教學(xué)的設(shè)計而喧賓奪主，適合當(dāng)前的教學(xué)實際。[7]

3.科學(xué)史在課后的作用。在課堂學(xué)習(xí)完成之后，教師可以以一些以材料科學(xué)史為背景，設(shè)置一些疑問，讓學(xué)生去分析和解決。學(xué)生通過嘗試分析歷史真實的事件，不僅可以掌握相關(guān)知識，還可領(lǐng)略科學(xué)家的科學(xué)態(tài)度、科學(xué)研究方法和科學(xué)思維等，有利于培養(yǎng)學(xué)生的知識運(yùn)用能力和遷移能力。

金屬材料教學(xué)時對不同的教學(xué)內(nèi)容聯(lián)系相關(guān)的科學(xué)史實，充分挖掘教材外的金屬材料科學(xué)史潛在的教育價值，開展新型的金屬材料教育實踐。靈活地利用金屬材料科學(xué)史，提升金屬材料科學(xué)的教學(xué)效果。重視科學(xué)史教育，靈活運(yùn)用各種科學(xué)史進(jìn)行穿插式教學(xué)，在多個方面具有顯著實踐效果。不僅有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度、情感和價值觀，還有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生掌握科學(xué)方法、提高科學(xué)探究及實驗設(shè)計能力。

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基金項目：本項目得到廣西高等教育教學(xué)改革工程“十一五”項目（2009B004）和廣西教育科學(xué)“十一五”規(guī)劃立項課題資助。

作者簡介：湛永鐘（1975-），男，廣西南寧人，教授。endprint