《復(fù)合材料導(dǎo)論》課程教學(xué)研究與實(shí)踐

吳小文,閔鑫,房明浩,劉艷改,黃朝暉,李金洪

摘要：《復(fù)合材料導(dǎo)論》是材料科學(xué)與工程學(xué)科本科生的一門專業(yè)主干課。結(jié)合本校的教學(xué)實(shí)踐，本文主要探討了如何通過精選教學(xué)內(nèi)容、靈活運(yùn)用教學(xué)方法、改革成績評價(jià)方式進(jìn)行《復(fù)合材料導(dǎo)論》課程的教學(xué)改革和教學(xué)研究。同時(shí)，這些教學(xué)改革還可以提升學(xué)生對本門課程的課堂學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步改善教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，為培養(yǎng)出更多的創(chuàng)新性人才和高等學(xué)校相關(guān)課程和專業(yè)建設(shè)提供了一定的參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)合材料；教學(xué)研究；教學(xué)方法；成績評價(jià)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）45-0137-03

復(fù)合材料是新材料領(lǐng)域的重要組成部分，相對于傳統(tǒng)材料而言，復(fù)合材料具有更高的比強(qiáng)度和比模量、更加優(yōu)異的抗疲勞斷裂性能以及更強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性等特點(diǎn)，是發(fā)展現(xiàn)代工業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)不可缺少的重要基礎(chǔ)材料，是國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中的新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向之一。國內(nèi)大部分高校尤其是工科院校都非常重視復(fù)合材料類課程的開設(shè)，如材料科學(xué)與工程專業(yè)、材料物理專業(yè)、材料化學(xué)專業(yè)、金屬材料專業(yè)、無機(jī)非金屬材料專業(yè)、高分子材料專業(yè)以及復(fù)合材料專業(yè)通常都開設(shè)了與復(fù)合材料相關(guān)的專業(yè)課?！稄?fù)合材料導(dǎo)論》是中國地質(zhì)大學(xué)（北京）材料科學(xué)與工程專業(yè)、材料化學(xué)專業(yè)本科生的一門專業(yè)課。該門課程講述內(nèi)容包括復(fù)合材料概述、復(fù)合材料基體、復(fù)合材料增強(qiáng)體、復(fù)合材料界面以及復(fù)合材料的設(shè)計(jì)原理，另外包括金屬基復(fù)合材料、無機(jī)非金屬（主要是陶瓷、水泥）基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料以及碳/碳復(fù)合材料等。課程教學(xué)的目的是讓學(xué)生掌握復(fù)合材料的基本知識，了解復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備工藝、使用性能、應(yīng)用場合以及發(fā)展動(dòng)態(tài)。然而，該課程知識體系內(nèi)容豐富，涉及領(lǐng)域?qū)拸V，整體內(nèi)容大于學(xué)生所學(xué)本專業(yè)的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。因此，在教學(xué)中存在一些問題，例如學(xué)生對《復(fù)合材料導(dǎo)論》課程重視不足，重點(diǎn)把握不夠好，教師很難將所有知識點(diǎn)闡述清楚，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)深度不夠。此外，該門課程多為陳述性內(nèi)容，在授課過程中很容易陷入乏味的“填鴨式”教學(xué)之中，很難激發(fā)學(xué)生對本門課程的學(xué)習(xí)興趣。針對以上存在的問題，筆者通過對該門課程進(jìn)行教學(xué)研究，并在教學(xué)過程中進(jìn)行了改革且應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐，取得了較好的效果。本文通過分析《復(fù)合材料導(dǎo)論》課程的教學(xué)內(nèi)容，并結(jié)合本校的專業(yè)特色，進(jìn)行了必要的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和考核體系改革，以期可以為高等院校的相關(guān)課程和專業(yè)建設(shè)提供一定的參考和借鑒。

一、調(diào)整優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容突出教學(xué)重點(diǎn)體現(xiàn)專業(yè)特色

《復(fù)合材料導(dǎo)論》是一門講述復(fù)合材料的組成結(jié)構(gòu)、使用性能、制備工藝和應(yīng)用發(fā)展的材料類專業(yè)主干課程。前一部分主要講述復(fù)合材料的基本知識，包括復(fù)合材料基體、復(fù)合材料增強(qiáng)體、復(fù)合材料界面和復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等，后一部分主要講述不同類基體復(fù)合材料的主要性能及制備工藝，如金屬基（銅基、鋁基等）復(fù)合材料、聚合物基（塑料基、橡膠基）復(fù)合材料、陶瓷基（陶瓷、水泥基）復(fù)合材料等。按照新一輪培養(yǎng)方案要求，本科專業(yè)課堂教學(xué)總學(xué)時(shí)數(shù)需要壓縮，在通識課學(xué)時(shí)數(shù)增加的大背景下，專業(yè)課的學(xué)時(shí)數(shù)必然需要減少，因此本課程教學(xué)學(xué)時(shí)定為32學(xué)時(shí)，而在這個(gè)教學(xué)時(shí)間內(nèi)很難完成原有教材的教學(xué)任務(wù)。教學(xué)過程是為教學(xué)目標(biāo)服務(wù)的，為了更好地實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，必須對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，確定教學(xué)重點(diǎn)。因此，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過對教材的分析，對其結(jié)構(gòu)和內(nèi)容進(jìn)行了合并及優(yōu)化。堅(jiān)持實(shí)用、實(shí)際和實(shí)效的原則，調(diào)整優(yōu)化了教學(xué)章節(jié)和教學(xué)內(nèi)容，不但使各部分內(nèi)容間保持著緊密的聯(lián)系，而且還將如何突出其內(nèi)在聯(lián)系作為本課程的教學(xué)重點(diǎn)?！稄?fù)合材料導(dǎo)論》課程中介紹的所有的復(fù)合材料類型，都可以衍生成基體材料、增強(qiáng)材料、加工方法、界面及性能五點(diǎn)，其中前四點(diǎn)決定第五點(diǎn)材料的性能，而材料的性能則決定材料的具體應(yīng)用。因此，在講授每一種材料時(shí)，教師要注意強(qiáng)調(diào)各方面與性能的關(guān)系，始終將各方面與性能相聯(lián)系，分析講述相關(guān)內(nèi)容，將復(fù)合材料的各方面知識融合成一個(gè)有機(jī)整體，便于學(xué)生把知識“吃透”[1]。讓學(xué)生理解復(fù)合材料的整體性能是由各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)綜合決定的，主要包括基體和增強(qiáng)體的類型、含量、取向，界面結(jié)合以及復(fù)合工藝等。主要調(diào)整的內(nèi)容為將后一部分不同類基體復(fù)合材料的制備工藝合并在一起介紹，講述幾種典型的復(fù)合工藝即可，將一些基本原理相同的復(fù)合工藝合并在一起。眾所周知，大學(xué)課堂的教學(xué)特點(diǎn)為信息量大、內(nèi)容抽象等，這就要求教師主動(dòng)發(fā)掘?qū)W科本身的魅力來激發(fā)學(xué)生的求知欲，重視非智力因素在教學(xué)中的作用。為了達(dá)到這樣的目的并提高教學(xué)效果，就需要教師在授課的同時(shí)，深入鉆研本課程的理論、應(yīng)用以及發(fā)展前沿動(dòng)態(tài)等信息。在此基礎(chǔ)上，及時(shí)調(diào)整和更新教學(xué)內(nèi)容，以達(dá)到突出教學(xué)重點(diǎn)的目的。此外，由于不同高校的材料類專業(yè)培養(yǎng)目的和專業(yè)方向不同，其教學(xué)內(nèi)容也不宜完全相同，應(yīng)當(dāng)合理選擇教學(xué)內(nèi)容，因?qū)I(yè)施教[2]。中國地質(zhì)大學(xué)（北京）材料科學(xué)與工程專業(yè)以無機(jī)非金屬材料為主要方向，依托“礦物材料開發(fā)及應(yīng)用”國家專業(yè)實(shí)驗(yàn)室和“非金屬礦物與固廢資源材料化利用”北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，以新型礦物材料的研發(fā)和應(yīng)用技術(shù)為特色，重點(diǎn)發(fā)展礦物資源及工業(yè)固體廢棄物利用、礦物粉體加工、陶瓷和耐火材料、礦物復(fù)合材料等領(lǐng)域，以適應(yīng)國家、地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會、行業(yè)的發(fā)展需要。本專業(yè)畢業(yè)的學(xué)生能夠從事在礦物與無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域中的基礎(chǔ)理論研究，新材料、新工藝和新技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)技術(shù)管理等工程科技工作和技術(shù)經(jīng)濟(jì)管理。因此，本校的《復(fù)合材料導(dǎo)論》課程教學(xué)內(nèi)容既要包括陶瓷基復(fù)合材料、聚合物基復(fù)合材料等共性內(nèi)容，又要包括礦物復(fù)合粉體、礦物復(fù)合材料等特色方向的部分內(nèi)容。

二、靈活運(yùn)用各種教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

如前所述，《復(fù)合材料導(dǎo)論》課程涉及的內(nèi)容較廣泛且多數(shù)為陳述性內(nèi)容，因此采用傳統(tǒng)的平鋪直敘的講解方式，不能很好地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。針對這種情況，筆者嘗試了多種教學(xué)方法來提高學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的興趣。（1）教師更多地采用“啟發(fā)式”教學(xué)方式，加強(qiáng)與學(xué)生的互動(dòng)和課堂討論。這樣做的目的在于，一方面將本課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)貫穿于課堂中，使學(xué)生牢固掌握復(fù)合材料的基本概念和基本方法，提高教學(xué)效果。另一方面，能進(jìn)一步提高大學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。例如，教師可以和學(xué)生討論在航空航天領(lǐng)域（比如航空飛機(jī)或運(yùn)載火箭上）用到的哪類材料的比例越來越高及其原因這個(gè)問題。先讓學(xué)生思考，然后進(jìn)行討論，這樣就將復(fù)合材料的輕質(zhì)高強(qiáng)、耐高溫和抗疲勞等性能特點(diǎn)自然地講述清楚了，還能使學(xué)生印象深刻。（2）有效運(yùn)用“微課”的教學(xué)方式，吸引學(xué)生的注意力，增強(qiáng)教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。“微課”作為輔助教學(xué)手段，穿插在傳統(tǒng)的教學(xué)過程中，有利于復(fù)合材料基礎(chǔ)理論知識的講授，也便于學(xué)生在輕松的環(huán)境中理解其應(yīng)用，從而提高其對專業(yè)知識的學(xué)習(xí)興趣[3]。例如，在講述聚合物復(fù)合材料的鋪層工藝時(shí)，利用形象、生動(dòng)的動(dòng)畫效果很好地展示了各個(gè)鋪層之間的關(guān)系，特別是在出現(xiàn)尖角和臺階的特殊部位的設(shè)計(jì)，能夠被更清晰地展示出來。再如，在上緒論課之前，教師精心搜集一些關(guān)于復(fù)合材料應(yīng)用的圖片和視頻，運(yùn)用多媒體技術(shù)，介紹復(fù)合材料的概念、實(shí)例和發(fā)展歷史，展示復(fù)合材料在日常生活、休閑、體育、工業(yè)以及軍事等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，讓學(xué)生對復(fù)合材料有初步的了解，并認(rèn)識到它們的先進(jìn)性。在教學(xué)過程中，教師通過運(yùn)用實(shí)物、視頻等教學(xué)媒體能夠明顯提高教學(xué)效果，使學(xué)生更好地融入到輕松、愉悅的課堂環(huán)境中。（3）強(qiáng)化案例教學(xué)，積極將科研實(shí)例融入到課堂教學(xué)中去，實(shí)現(xiàn)科研為教學(xué)服務(wù)的目的。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該積極介紹自己的研究項(xiàng)目，以達(dá)到拓寬學(xué)生學(xué)習(xí)思路的目的，最終實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研相長。例如，在講述碳/碳復(fù)合材料制備工藝章節(jié)內(nèi)容時(shí)，筆者將自己從事的碳/碳復(fù)合材料快速致密化工藝化學(xué)液氣相沉積工藝的科研實(shí)踐貫穿其中，指出了該方法是目前縮短碳/碳復(fù)合材料制備周期、降低其制備成本的一種有效方法，同時(shí)也是該類復(fù)合材料走向民用市場的最有希望的一種制備工藝。通過這樣的講解，讓學(xué)生更好地理解該類復(fù)合材料目前存在的主要問題和產(chǎn)業(yè)化障礙，同時(shí)對碳/碳復(fù)合材料的特點(diǎn)及應(yīng)用有了更加清晰地認(rèn)識。如此，不僅能夠使學(xué)生學(xué)到課本上的知識，而且也提高了學(xué)生把握復(fù)合材料領(lǐng)域中新技術(shù)和新知識的水平。同時(shí)，教師將在科研工作中掌握的國內(nèi)外最新研究成果貫穿到實(shí)際的教學(xué)當(dāng)中，不斷地對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行更新和優(yōu)化，做到與時(shí)俱進(jìn)。例如，結(jié)合目前學(xué)術(shù)界乃至工業(yè)界的“石墨烯熱”問題，一方面普及一下石墨烯的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)等基本知識，另一方面也給學(xué)生們提個(gè)醒，即石墨烯的規(guī)?；瘧?yīng)用還需要進(jìn)一步的技術(shù)突破，不能被資本界當(dāng)前的跟風(fēng)炒作行為所誤導(dǎo)。目前規(guī)?；瘧?yīng)用的一個(gè)主要方向還是作為復(fù)合材料的添加劑來使用，以達(dá)到提升復(fù)合材料性能的目的。重點(diǎn)是要學(xué)生明確石墨烯與石墨烯粉以及與石墨的區(qū)別，提高對市場上的各式各樣“石墨烯”產(chǎn)品的鑒別能力。通過科研與教學(xué)的有機(jī)結(jié)合，進(jìn)一步貫徹理論與實(shí)踐相結(jié)合的思想，加深學(xué)生對枯燥知識的生動(dòng)理解，提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果[4]。（4）教師應(yīng)該幫助學(xué)生整理知識脈絡(luò)，使得學(xué)生形成清晰、正確的知識結(jié)構(gòu)。例如，在緒論部分，告訴學(xué)生本課程中的每種材料都有一定的知識結(jié)構(gòu)，包括材料的成分、結(jié)構(gòu)、性能、生產(chǎn)工藝、技術(shù)性質(zhì)及應(yīng)用。而在分章節(jié)中講授每種材料的具體內(nèi)容時(shí)，要有意識地提醒學(xué)生按照知識結(jié)構(gòu)對材料進(jìn)行理解。endprint

三、優(yōu)化考核形式采用綜合方式評定課程成績

考核是教學(xué)質(zhì)量管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它不僅是對學(xué)生學(xué)的效果的評定，還是對教師教的質(zhì)量的檢驗(yàn)。同時(shí)，考核也是教師加強(qiáng)教學(xué)反饋，促使其改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量的重要措施之一。傳統(tǒng)的閉卷考試，往往使得學(xué)生只關(guān)注成績，而不注重分析問題和解決問題等綜合能力的提高。同時(shí)，考試的另外一個(gè)重要弊端就是無法全面評估學(xué)生對本門課程的掌握情況，因?yàn)楸鹃T課程內(nèi)容較廣泛，知識點(diǎn)很多。最近幾年，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過近幾年的教學(xué)和考核方式的實(shí)踐，不斷地優(yōu)化考核形式，采用綜合考核、靈活應(yīng)試的辦法，通過平時(shí)考勤、課堂發(fā)言和討論、讀書報(bào)告以及綜述性論文等多種方法對學(xué)生進(jìn)行綜合考核。具體包括以下考核手段：（1）加強(qiáng)課堂考勤管理。由于本門課程在第七學(xué)期開設(shè)，多數(shù)學(xué)生正在準(zhǔn)備考研或者找工作，如果不加強(qiáng)課堂考勤管理勢必會影響到本門課程的教學(xué)秩序乃至教學(xué)效果。（2）加強(qiáng)平時(shí)發(fā)言和課堂討論的考核。通過啟發(fā)式教學(xué)方式和互動(dòng)式的教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣。同時(shí)，教師在此過程中也要注意加強(qiáng)引導(dǎo)和管理。（3）教師要求學(xué)生通過閱讀教材和相關(guān)專業(yè)書籍，找出最新的復(fù)合材料領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)，并將最新技術(shù)總結(jié)成讀書報(bào)告。（4）選擇一種具體的復(fù)合材料或者復(fù)合材料的某一方面，例如制備工藝技術(shù)等，完成一篇綜述性論文。選題的原則包括以下幾點(diǎn)：結(jié)合自身情況，例如有的學(xué)生參加過大學(xué)生創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的，有的是參與了專業(yè)教師的研究課題，或者通過認(rèn)識實(shí)習(xí)和生產(chǎn)實(shí)習(xí)等實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)接觸過有關(guān)復(fù)合材料或產(chǎn)品，還可以結(jié)合教師課堂講述過的感興趣的復(fù)合材料等進(jìn)行。通過查閱文獻(xiàn)資料，對該類復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)、性能和工藝以及發(fā)展動(dòng)態(tài)等做出全面的總結(jié)和概述。這一方面能使學(xué)生更好地理解復(fù)合材料的整個(gè)知識體系。另一方面則有利于提高其文獻(xiàn)綜述的能力，為其后續(xù)的畢業(yè)論文工作，以及將來的繼續(xù)深造或者工作均可打下必要的基礎(chǔ)。最后，教師要認(rèn)真評判學(xué)生的讀書報(bào)告和綜述論文，給出公平、公正的評價(jià)。綜合以上四部分成績最終給出本門課程的綜合成績。總之，教學(xué)要以培養(yǎng)適合社會發(fā)展需求的人才為目的，通過本課程有望培養(yǎng)具有豐富專業(yè)知識、敏銳專業(yè)意識的材料專業(yè)人才，為學(xué)生以后從事技術(shù)或研發(fā)工作打下良好的復(fù)合材料專業(yè)基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

《復(fù)合材料導(dǎo)論》是一門內(nèi)容豐富、相對抽象的課程，“填鴨式”的教學(xué)方式不容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。靈活運(yùn)用和及時(shí)更新教學(xué)方法，加強(qiáng)案例教學(xué)突出教學(xué)重點(diǎn)，能夠進(jìn)一步提高學(xué)生對該門課程的學(xué)習(xí)興趣。改革課程成績評定辦法，采用讀書報(bào)告和綜述性論文的方式能夠提高學(xué)生對專業(yè)文獻(xiàn)資料的查閱和綜合評述能力，有利于鍛煉和提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，增強(qiáng)他們的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。通過改革和實(shí)踐，教學(xué)效果有了明顯的提高，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)相長，為更多創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)起到了促進(jìn)作用。本課程的教學(xué)改革對我國高校材料類專業(yè)的建設(shè)和復(fù)合材料類課程建設(shè)具有一定的參考價(jià)值。

致謝：感謝中國地質(zhì)大學(xué)（北京）教學(xué)研究與教學(xué)改革項(xiàng)目“基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的材料科學(xué)與工程專業(yè)課程體系的構(gòu)建”。

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