运用材料专业思维 实现复兴强国梦想

冯培忠 中国矿业大学

“千里之堤毁于蚁穴”出自2200年前的先秦·韩非《韩非子·喻老》，千里之堤，多大的工程，标志性、显示性、参观性、展览性，屡获路桥大奖等，然而2200多年前的人们就认知到，其可以“以蝼蚁之穴溃”，而蝼蚁之穴，多么的小，多么的微，微不足道，无人问津，然而却可以让一个浩大的工程“以突隙之炽焚”。

2023年的高考招生已经到了尾声，几家欢喜几家愁！今年的自媒体宣传专业异常火爆，四大天坑、四大峡谷、四大泥潭，说来说去好像大学没几个可学的专业！自媒体的传播效应已远远超越了传统的招生宣传模式，从各方面统计效果看，专业招生出现了巨大的变化，部分专业分数出现了极大的上涨，部分专业分数出现了极大的下滑，甚至名校多个专业断档征集志愿，高考招生与专业建设本身是一个系统性工程，值得教育部门系统性深思，大学的定位到底是什么？培养什么样的人？专业和就业的关系是什么？如果50%毕业生5年后离开了专业是否合理？

材料专业究竟是否是天坑？No，材料专业不仅不是天坑，更是高峰，是创新创造的根本，是我国实现复兴强国梦的必然路径，大家可有想过，2050年要实现强国梦，怎么实现，路径在哪？路径在材料专业，在材料思维，材料强则科技强，材料强则国家强。

材料关注的是微观世界，定量成分、精细工艺、微观组织、性能和服役，成分涉及化学元素、工艺涉及方法方式、组织涉及纳米微米、性能涉及最终服役，其中前三个都是微观。

前几天有实名举报某高铁三标段涉嫌偷工减料，这个影响大么？如果没人举报，可能也没多大影响，线路一辈子安安全全运行，但是如果再建100条线路，能确保100条全部一辈子安全运行，就是重复性如何？不得而知。小时候记得和水泥沙子，沙子和水泥按照2:1的比例混合，2锨沙子+1锨水泥，先堆一堆，反复用铁锹混2次加水就可以当做砖头的粘合剂，盖楼房箍窑洞。但是混2次以后你发现有些地方还是沙子，有些地方还是水泥，沙子和水泥在部分地方是显性的三明治层状分开，不是肉眼可见的无差别均匀混合，有时候自己就喜欢再混1次，总共混3次，让沙子和水泥混合的更均匀，但是有人就喜欢只混1次，看似最后水泥沙子把砖头粘住了，但是水泥沙子的均匀度不一样，那粘接的牢靠度显然不一样。没有蝼蚁之穴的时候一切都ok，万一有了蝼蚁之穴那就可能溃败，而溃败之后甚至还找不到原因。而材料专业的哲学就是关注微观的均匀性，沙子水泥必须混合均匀，提高粘合力，提高可靠性，提高均匀性，让所有的沙子和水泥都100%一致的发挥它的本性。

大工程看似很难，但是我们还是搞了很多，大楼、大厦、大路、大厂、大船、大桥，标志性惊人，值得骄傲，但是所有的大都是由小构成，大楼是一根根钢筋和一粒粒水泥砂浆骨料构成，而钢筋是一个个晶粒构成，晶粒中还存在着晶界和原子的排列与堆垛。大楼建好了，但是大楼的一根根钢筋的排布是否科学合理，钢筋的性能是否完全达到要求，钢筋的晶粒是否完全符合规范，钢筋的杂质是否准确控制，钢筋的稳定性、一致性、均匀性是否统一，不同供货商的钢筋是否同一个状况，不得而知！如果微观组织不一致，那就意味着性能会出现跷跷板现象，一块承力多，另一块承力少，百年工程，千年工程，长此以往，必然类比萨斜塔，几乎一半以上的古塔都存在倾斜的问题，核心是受力的非均匀性。然而，面对大工程，我们经常看到的是宏伟的外貌，而看不到小的、微的、包裹其中的内涵细节，然而外貌的基础是设计，是画图是想象、是视角的冲击，而内在的小的、微的、细的是支撑外在美、震撼、赞不绝口的核心，是实质是实在，其核心是什么？是一块块实实在在的微观材料，是组织均匀、一致、稳定的材料。

大的都是靠小的累积起来的，小不忍则乱大谋，这里不仅仅是小，甚至是微，微不清则认知不清，则基本的科学原理不清，大的可能是蒙的、试的，而不是基于基本科学规律的发展、拓展、壮大；而纯粹大的，一般也都是宏观的、粗放的，关注的点也是粗的、而不是微的，远看是美女，近看想倒退，说的就是宏观和微观的辩证关系，其实我们既生活在宏观美中，同时也生活在微观美中，距离产生美，因为有距离看不清，展现了宏观美，但只有宏观美和微观美结合才能产生历史美。如果小的、微的基本原理认识清楚了，大的自然不在话下，如果没有认请小微的直接搞大的，也可能搞成，但极有可能根基不牢，终究不可能太大，或者不可能一致的大。

材料专业是什么，是连接基础的理科和实用的工科之间的桥梁，基础的数理化，数学是最最基础的学科，看似和材料没有什么关系，但是物理和化学都和材料有着非常密切的关系，除了理论物理，许多做物理的人都延伸做材料，例如中国科学院物理所拥有2个博士学位专业，一个是物理，一个是材料，而身边做物理的人，例如计算材料学、钙钛矿等都和材料密切相关，而材料领域的帽子近乎一半被化学和物理领域的人跨领域带了。而化学和材料的关系更密切，实际上当下化学学科有材料化的倾向，就是化学向后端的功能材料发展，而材料学科有化学化的倾向，向化学的瓶瓶罐罐发展，所以材料和化学的界限在不断的模糊，不知有多少学校，尤其是师范大学、综合大学的材料专业和学科都是从化学发展而来，所以物理和化学在揭示自然的本质遇到瓶颈的时候怎么办，发展新材料，做材料的本质物理和化学性质研究，材料学科恰好有一个二级学科：材料物理与化学。

几乎所有的工科，都是类场景的研究，例如矿业石油研究的是采掘场景的问题，机械是面向机器装备工作场景的机构设计与制造的问题，化工是研究反应过程及其装备的问题，地质测绘是面向地球探索场景的问题，土木建筑是面向建设施工场景的问题，船舶交通是面向运输场景的问题，场景可能千差万别，但这些工科专业的总主线就三样：材料、装备、控制，好的材料制备出精良的装备，然后开发基于傻瓜思维的少人力控制，就可以形成一个高水平的学科。而在这里面材料专业是基础，基础不牢地动山摇，没有好的材料，即使可以设计出精巧的装备，但是不可能制造出精良的装备，不可能满足场景的需求。而所有的工程学科，几乎都在向前段发展，向材料寻突破，都希望通过材料的提升来提升工程的性能。

中医讲的是全身性思维、系统性思维，从诊断的方式少了些微观，但具体实施还是有微观的实例，例如针灸，不同的穴位不同的功能，例如网上有个段子，学生在针灸考试中，一针下去给自己扎偏瘫了；武侠小说中的点穴，都讲的是微的内涵。怎么理解系统性思维，例如钢的质量稍差，做出来的装备的精确度就不够，将来加工的零件的精度也不够，零件组装炼钢炉的保温等精度也不够，进而导致炼钢的成分工艺控制精度不够，炼不出来顶级钢，循环往复，不能做出顶级产品，所以系统性思维的源头在哪里？在材料专业，材料首先要过关。

中华民族是一个勤劳智慧的民族，但是我们有时候有一种差不多的思想，差不多就行，没必要那么认真等等，做1234......99个都ok，但是可能第100个no了，不能做到100%的可靠。新时代，不仅需要100%可靠，甚至需要做到100.00%的可靠，就是小数点后面不断延伸，如何做到？怎么实现100.00%的可靠，需要材料专业，需要材料思维，需要材料的微观思维，就是所有的思考、研究和工业关注的维度都下降一个数量级，例如从毫米下降到百微米、微米甚至纳米等，这样就可以实现降维可靠，维度降低，可靠度提高，甚至维度降低一个数量级，可靠度提高一个数量级，如果所有工科和工程的思维都降低到材料微观思维，降低到微米思维，可靠度可能瞬间就提升到100.00%，如果降低到纳米量级，那可靠度就可以提高到100.0000%，甚至更高。

材料学科有那么难么？有人说学材料必须考研究生，考博士，当然书中自有黄金屋、书中自有颜如玉，尽管是臭老九，但是中国人还是喜欢读书的，但是材料专业更多的还是经验科学、实践科学、实业科学，例如有一位90年代的经管校友，现在搞碳材料，有声有色，马上要上市；还有我自己本科毕业曾经工作的公司，没几个大学生，引进消化超越，目前做的产品也是畅销全球。所以从知识本身的角度，材料专业并没有那么难；从就业的角度，无论是本科，或者硕士，或者博士，都容易就业，只要干一行爱一行，一定可以干出成绩，只要肯钻研，也一定能有新发现、新发明、新创造。而撸起袖子加油干难道不是全民应该倡导的么？如果一个年轻人年纪轻轻就想着四平八稳的过日子，那活力在哪里？人类的前途在哪里？

材料是一个具有深入理论的专业，如果你喜欢钻研，研究新材料在全球顶刊发表论文，例如多位校友发表了NS的论文，把自己的名字刻画在全世界的科学家殿堂，研究新材料可以助力上天入海的大工程，可以获得超过100%利润的产品；如果你喜欢实业，材料专业可以助你创业，大江南北，无论东西，北京上海、宁夏青海、地市县城，几乎都把新材料列为当地的重要产业、支柱产业、未来产业、赋能产业，有某市领导2023.2.26一天调研了两个临近地级市，走访了两家企业，都是新材料企业。媒体炒作的卡脖子最多的领域也是材料，既然材料卡脖子，那必然要投入材料领域、材料产业、材料人才，所以材料专业、材料产业是一个未来各个方面都将受到重视的产业。在产业界，新材料已经成为一个热点，甚至有传统的化工企业，也更名新材料有限责任公司。

材料有很多种，例如金属材料、无机非金属材料、高分子材料、复合材料等等，随着自动化智能化的发展，金属材料远远超越了打铁的概念，而自媒体的各种忽悠，感觉一点技术含量没有。殊不知，这个世界上关键的结构材料就是金属，金属材料也进入了智能化加工时代，例如全世界最知名最有影响的电动汽车，新进9000吨压铸机，核心是造车思维从“零件组合式”颠覆为“类玩具汽车的全尺寸制造”模式，简化工序、缩短时间、节约成本、摆脱产能限制、提高利润。光速造车不在是梦，颠覆造车行业！这就是金属材料的加工，材料加工已经不简单的是材料自身的加工，同时也和结构的设计进行了智慧般的融合，材料加工赋能新能源、新工业、新时代、新经济，而没有这些材料加工，新能源也将成为无壳之躯，皇帝新装，难以见人。

惺忪睁眼皆材料，材料就在身边，你我他都在用材料，都在说材料。材料不仅仅是材料本身，更是一种材料哲学思维，这种思维对于整个工科来说就是颠覆性思维，是材料微观思维，是让工科和工程的可靠性、一致性、均匀性呈指数提高的思维，是实现百年千年工程的思维，是带有文化自信的思维，是实现强国梦的技术思维。

学习材料专业，运用材料思维，将使实业水平实现质的提升。无论是传统的钢铁还是水泥，未来都需要走精细化道路，都需要材料人才；或者新型的半导体芯片、太阳能，更需要大量材料人才。材料人，如同医者，越老经验越多越吃香。学习材料专业，将使你的生活更充实，人生更美好，产业更优质，国家更强大！