淺談如何提高復(fù)合材料成型工藝實驗的教學(xué)效果

王靜　王文一　紀(jì)秀杰　趙義平　張興祥

【摘 要】隨著科技的進步和網(wǎng)絡(luò)幕課的發(fā)展，高等學(xué)校的傳統(tǒng)教育面臨著巨大的挑戰(zhàn)。復(fù)合材料成型工藝實驗作為復(fù)合材料專業(yè)實驗教學(xué)的基本課程之一，如何提高其教學(xué)效果成為任課教師必須思考的問題。本文闡述了如何做好復(fù)合材料實驗預(yù)習(xí)、吸引學(xué)生興趣引發(fā)學(xué)生的獨立思考和實踐能力，充分發(fā)揮復(fù)合材料實驗在本科生教學(xué)中的重要作用。

【關(guān)鍵詞】復(fù)合材料實驗；創(chuàng)新實踐能力；教學(xué)方法

復(fù)合材料成型工藝實驗是我院復(fù)合材料專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)實驗，涉及到化學(xué)、材料、化工、環(huán)境等專業(yè)的理論知識。它是一門實驗科學(xué)，可以通過實驗使得同學(xué)們更深刻地理解和掌握一些基本理論，同時可以鍛煉實驗基本技能，更能夠培養(yǎng)學(xué)生們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度、科學(xué)的實驗方法、較強的動手能力，為同學(xué)們步入社會提供理論和實踐基礎(chǔ)。作為任課教師我們該如何提高復(fù)合材料實驗課程的教學(xué)效果呢？以下談?wù)劰P者在實驗教學(xué)過程中對教學(xué)方法及實驗設(shè)計的體會。

1.實驗預(yù)習(xí)形式的調(diào)整

實驗的預(yù)習(xí)是為了加深學(xué)生對理論課內(nèi)容的理解，增強學(xué)生們做實驗的積極性，鍛煉學(xué)生的自學(xué)能力。這些都在培養(yǎng)學(xué)生探究能力和創(chuàng)新能力等方面發(fā)揮著重要作用，同時還能提高教師實驗課的效率。然而，大多數(shù)同學(xué)的預(yù)習(xí)報告只是抄了一遍實驗內(nèi)容，沒有思考的過程。有的同學(xué)還抱怨講義內(nèi)容太多，抄的手麻，而在課堂講授的時候都不知道實驗的操作步驟。這嚴(yán)重影響了實驗課程的教學(xué)效果，無法達(dá)到培養(yǎng)同學(xué)們創(chuàng)新能力的目的。這就要求教師進行換位思考，改變預(yù)習(xí)形式。

復(fù)合實驗一般都是以2人為一組，采用每次實驗課隨機請同學(xué)們在課堂上進行實驗講解，老師的作用可以作為實驗內(nèi)容的補充講解，強化實驗要點和注意事項。這樣對于不愛預(yù)習(xí)的同學(xué)有預(yù)習(xí)的緊迫感，而對于做好課前復(fù)習(xí)并善于思考的同學(xué)而言是展現(xiàn)自己的一次機會。對于預(yù)習(xí)充分，講解思路清晰的同學(xué)，可以通過實驗加分的方式予以鼓勵。同樣，對于講解過程中，提出關(guān)鍵問題或者補充的同學(xué)，也可以予以加分。這樣能夠很好的發(fā)揮預(yù)習(xí)的作用，加深同學(xué)們對實驗的理解，同時對于實驗重點和注意事項能夠印象深刻。

這一方法，淡化了老師的主導(dǎo)作用，能夠更好的啟發(fā)學(xué)生對實驗的思考，做到理論知識與獨立思考的融會貫通。

2.實驗內(nèi)容及形式的調(diào)整

對于復(fù)合材料專業(yè)的學(xué)生而言，學(xué)生能夠通過成型工藝實驗鞏固已學(xué)過的聚合物成型原理與工程的理論知識，學(xué)習(xí)擬定實驗方案、選擇和制定工藝參數(shù)，掌握各實驗的目的、原理及各種儀器設(shè)備的基本操作方法，從而培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力和科學(xué)研究能力，為畢業(yè)后從事復(fù)合材料相關(guān)的工作奠定良好的基礎(chǔ)。然而，成型工藝實驗的原材料多為各類樹脂液，即使在通風(fēng)櫥中也有刺激性的氣味；另外，儀器多為大型設(shè)備，無法做到每人做一次，多是小組合作，大大降低了學(xué)生的興趣和主觀能動性。

俗話說：興趣是最好的老師，提高學(xué)生興趣，寓學(xué)于樂是提高實驗教學(xué)成果的最佳方式。在成型實驗中，以聚合物為基體的復(fù)合材料制品在設(shè)計時基體的基本性能數(shù)據(jù)通常用樹脂澆注體的性能代替，因此，掌握樹脂澆注體技術(shù)非常重要。我院對本實驗采取開放式設(shè)計實驗，學(xué)生初步反應(yīng)良好。在澆注體實驗中，部分同學(xué)選擇模具的制作，另一部分同學(xué)則選擇工藝品的制作。兩年中，同學(xué)們的作品已經(jīng)由平面發(fā)展成為立體作品。由于引起了學(xué)生的興趣，同學(xué)們對影響樹脂作品的顏色、外觀、制作時間等因素都進行了認(rèn)真的思考，提問也比較活躍。比如，實驗教學(xué)中選用的樹脂為不飽和聚酯樹脂，樹脂本身為綠色，受紫色促進劑顏色的影響，促進劑比例高的情況下，澆注體產(chǎn)品顏色就會變?yōu)辄S綠色；反之，促進劑含量低時，在固化劑含量一定的情況下，反應(yīng)時間邊長，同時澆注體產(chǎn)品的顏色也會更接近樹脂本色。這樣，同學(xué)們對于澆注體實驗的原理、步驟、注意事項及配方的選擇有了更深刻的認(rèn)識，實驗效果得到了加強。

由此可推測，對于注塑成型、真空導(dǎo)入（VIP）等成型實驗，我們也可以開展開放性實驗。比如：熱注塑成型機為大型儀器，一般采用演示實驗的方法，有些同學(xué)刻意圍在外圈不去學(xué)習(xí)儀器操作。針對這種現(xiàn)象，我們可以選取便攜式的化妝品小瓶等具有吸引力的小制品為模具，能在最大程度上滿足學(xué)生的好奇心，從而激發(fā)學(xué)習(xí)的欲望。層壓成型、模壓成型的區(qū)別就在于模壓成型有模具，然而現(xiàn)開展的實驗均是制備平板材料，學(xué)生不僅興致不高而且成型特點不易區(qū)分。同樣的，真空導(dǎo)入成型的設(shè)計也是平板產(chǎn)品，學(xué)生早已經(jīng)厭煩。因此，我們可以在進行專業(yè)建設(shè)時，購入具有吸引力的教學(xué)模具，比如小滑板、小杯子等等。

樹脂傳遞模塑成型（RTM），其設(shè)備包括空壓機、RTM機以及注射槍，其中RTM機上樹脂配方的調(diào)節(jié)和注射槍的注射是RTM的難點，其操作也相對復(fù)雜，單一的講解各部分的作用無法讓學(xué)生有一個系統(tǒng)的認(rèn)識。而且講授時間過長，部分細(xì)節(jié)沒有聽懂的學(xué)生很容易產(chǎn)生疲勞感，授課效果大打折扣。實驗課任課老師可以自己在準(zhǔn)備實驗中進行視頻錄像，并在實驗操作過程中加以講解。課堂上，播放視頻錄像能夠吸引學(xué)生的注意力，使學(xué)生對實驗有一個系統(tǒng)操作的認(rèn)識。在重點和難點部分，使用教學(xué)儀器進行現(xiàn)場講解，加深學(xué)生對樹脂配方調(diào)節(jié)的方法和注意事項的記憶，事半功倍。最后由學(xué)生親自操作，在學(xué)生自己操作的過程中，再次體會儀器的使用和操作順序，補充在觀摩視頻和教師講解中沒有注意的事項，查漏補缺，達(dá)到系統(tǒng)全面掌握儀器使用的目的。

這些方法，在最大程度上吸引了學(xué)生興趣，通過開放型的實驗設(shè)計或者富吸引力的小制品，引導(dǎo)學(xué)生思考和學(xué)習(xí)，便于不同成型工藝的特點和要點的區(qū)分和記憶。

3.實驗報告的書寫

實驗后，教師針對實驗要求學(xué)生進行數(shù)據(jù)處理或者實驗思考總結(jié)。復(fù)合材料實驗中，只有凝膠時間、揮發(fā)分、單絲和復(fù)絲強度實驗需要數(shù)據(jù)的處理及作圖。以往同學(xué)們作圖的方法大部分手動畫圖，這種方法誤差大同時耗時。一般情況下我們向同學(xué)們講解origin作圖軟件的使用方法，通過事例數(shù)據(jù)的反復(fù)練習(xí)使同學(xué)們熟練掌這種作圖軟件，它能滿足大部分本科生的作圖需求，幫助同學(xué)們節(jié)省了以往手動作圖的時間，同時提高實驗結(jié)果的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，有利于科學(xué)研究的開展。根據(jù)實驗作圖結(jié)果分析實驗過程中哪些是有效數(shù)據(jù)，哪些是無效數(shù)據(jù)，同時分析無效數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因，深刻理解實驗內(nèi)容。

成型工藝實驗是復(fù)合材料實驗的重點，也是學(xué)院為了同學(xué)們畢業(yè)后步入社會從事相關(guān)學(xué)科工作和學(xué)習(xí)進行的技能訓(xùn)練。報告中主要包括實驗完成后對實驗的整體性把握，對實驗?zāi)康?、實驗方法、實驗?nèi)容和實驗操作過程中的注意事項全新的認(rèn)識和自己對實驗的一個心得體會，實驗成敗的影響因素分析等等。教師應(yīng)該結(jié)合實驗過程中學(xué)生的動手能力以及完成情況在報告上寫優(yōu)秀、良好或者好等這樣不同的批注語，以鼓勵同學(xué)們繼續(xù)發(fā)揚主觀能動性。

4.結(jié)束語

為了提高復(fù)合材料成型工藝實驗課程的教學(xué)效果，針對成型工藝實驗課程的特點，總結(jié)了以上教學(xué)方法，培養(yǎng)同學(xué)們主動探究問題和解決問題的能力，在成型工藝實驗過程中真正實現(xiàn)了“教師為輔，學(xué)生為主，寓學(xué)于樂”的學(xué)習(xí)模式，強化了學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，使同學(xué)們形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，獲得科學(xué)合理的實驗方法，為社會培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

致謝：

天津工業(yè)大學(xué)2013年校級教育教學(xué)改革立項項目：2013-3-04；天津市教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃課題： 高等教育青年課題 （HEYP6001）； 高等教育重點課題： （HE2013）。