“復(fù)合材料學(xué)”課程教學(xué)改革與實(shí)踐

滕翠青

(東華大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620)

“復(fù)合材料學(xué)”是我校(東華大學(xué))復(fù)合材料與工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)必修課，主要講授與復(fù)合材料相關(guān)的基本原理、基本概念，為學(xué)生今后從事復(fù)合材料方面的科學(xué)研究、指導(dǎo)生產(chǎn)工藝、進(jìn)行分子設(shè)計(jì)、開發(fā)新品種等打下一定的理論基礎(chǔ)?！皬?fù)合材料學(xué)”是復(fù)合材料與工程專業(yè)學(xué)生最早接觸的專業(yè)課程，是后續(xù)課程“復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”和“復(fù)合材料制品成型工藝及設(shè)備”等的先導(dǎo)課，因此該課程的教學(xué)效果如何，直接決定著復(fù)合材料與工程專業(yè)學(xué)生對(duì)專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣，甚至影響學(xué)生以后的職業(yè)選擇。筆者在近幾年該課程的教學(xué)過(guò)程中，在教學(xué)方法、教學(xué)手段以及教學(xué)內(nèi)容等方面進(jìn)行了積極探索，激發(fā)學(xué)生對(duì)復(fù)合材料專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣，取得了較好的教學(xué)效果。

一、 現(xiàn)代化教學(xué)媒體與傳統(tǒng)教學(xué)方法相結(jié)合

1. 課堂講授采取PPT與板書相結(jié)合的教學(xué)手段

隨著現(xiàn)代化教學(xué)媒體的普及，高校教師上課基本上都采用PPT教學(xué)方式。PPT教學(xué)圖文并茂、形象直觀，易于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；可以在課堂上增加知識(shí)量，增添教學(xué)內(nèi)容，提高課堂時(shí)間的利用率，使學(xué)生的知識(shí)面進(jìn)一步得到擴(kuò)展[1]。但是筆者在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，對(duì)于“復(fù)合材料學(xué)”課程來(lái)說(shuō)，單純采用PPT及多媒體教學(xué)方式，效果并不理想。在“復(fù)合材料的聚合物基體材料”章節(jié)中，有大量的合成及固化反應(yīng)方程式，這些方程式是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。如果這些方程式只采取PPT的教學(xué)形式，大量的符號(hào)、化學(xué)結(jié)構(gòu)式堆在一起，學(xué)生不知道具體的反應(yīng)過(guò)程，容易產(chǎn)生畏難情緒，不容易掌握。但是如果把這些方程式在黑板上書寫一遍，并在書寫的過(guò)程中詳細(xì)講解化學(xué)反應(yīng)原理及一步步的反應(yīng)過(guò)程，學(xué)生跟著書寫一遍，則掌握起來(lái)就比較容易。另外，對(duì)于一些重要的教學(xué)內(nèi)容，板書可以加深學(xué)生的學(xué)習(xí)印象。因此，在“復(fù)合材料學(xué)”課堂教學(xué)過(guò)程中，采取PPT與板書相結(jié)合的教學(xué)手段，以PPT為主，板書為輔，兩者取長(zhǎng)補(bǔ)短，互相補(bǔ)充，可取得良好的教學(xué)效果。

2. 充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)平臺(tái)

我們建立了“復(fù)合材料學(xué)”課程公眾號(hào)，定期發(fā)布國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料領(lǐng)域的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)及相關(guān)知識(shí)，拓展學(xué)生的知識(shí)面，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使他們明確以后努力的方向。碳纖維作為復(fù)合材料的一種重要增強(qiáng)纖維，是我校復(fù)合材料與工程專業(yè)的專業(yè)方向之一，近年來(lái)得到快速發(fā)展。為了使學(xué)生更好地了解碳纖維的發(fā)展以及應(yīng)用領(lǐng)域，我們先后在課程公眾號(hào)上發(fā)布了多篇關(guān)于碳纖維的文章，如《航空發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的碳纖維材料》《我國(guó)新一代碳纖維地鐵車輛全球發(fā)布》等。碳纖維也是我校纖維材料改性國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和材料科學(xué)與工程學(xué)院的優(yōu)勢(shì)學(xué)科方向，中央電視臺(tái)“走遍中國(guó)”5集系列片《中國(guó)智造》中的第5集《智創(chuàng)新材》報(bào)道了我校和中復(fù)神鷹碳纖維有限公司合作研發(fā)高性能碳纖維的過(guò)程，研發(fā)成果榮獲2017年度國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。我們把該視頻放在課程公眾號(hào)上，學(xué)生觀看后，不僅對(duì)碳纖維的生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備以及應(yīng)用領(lǐng)域有了更深的了解，而且備受鼓舞，更加熱愛(ài)自己的專業(yè)。同時(shí)，碳纖維研發(fā)過(guò)程的艱辛也使學(xué)生領(lǐng)悟到任何科研成果都不是一蹴而就的，而是必須有扎實(shí)的基礎(chǔ)研究和長(zhǎng)期的積累。所以學(xué)生意識(shí)到現(xiàn)在更應(yīng)該努力學(xué)好復(fù)合材料的基礎(chǔ)知識(shí)，他們的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性明顯增強(qiáng)。

二、 綜合運(yùn)用多種教學(xué)方法

1. 在課堂講授中采用啟發(fā)式教學(xué)方法

課堂講授是主要的教學(xué)形式。在講課過(guò)程中要時(shí)刻注重與學(xué)生的互動(dòng)，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容適時(shí)提出問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題去聽(tīng)課、去思考、去理解，而不是簡(jiǎn)單地去記憶。如在“不飽和聚酯的合成”這一節(jié)內(nèi)容中提到，不飽和聚酯的合成是由不飽和的酸酐、飽和的酸酐以及二元醇合成得到的，從不飽和聚酯的定義和結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，只要含有不飽和雙鍵的聚酯都可以稱為不飽和聚酯，那么合成時(shí)只要不飽和的酸酐和二元醇反應(yīng)就能得到，那為什么在工業(yè)上都要加入飽和的酸酐？在開始講課前，先把這個(gè)問(wèn)題拋給學(xué)生，讓學(xué)生帶著問(wèn)題聽(tīng)課，力求在聽(tīng)課內(nèi)容中尋找答案。當(dāng)教師講解不飽和聚酯的合成反應(yīng)與固化原理時(shí)，學(xué)生會(huì)恍然大悟，原來(lái)飽和酸酐的加入是為了調(diào)節(jié)不飽和聚酯固化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，降低交聯(lián)點(diǎn)密度，從而提高樹脂的韌性。通過(guò)該問(wèn)題的思考讓學(xué)生明白，樹脂的合成、固化、性能都是相互聯(lián)系、相互影響的，不能孤立地考慮問(wèn)題。一個(gè)問(wèn)題就把樹脂的這三個(gè)方面的知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)了起來(lái)，使學(xué)生印象深刻。

2. 課堂講授+課堂研討+實(shí)驗(yàn)教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)方法

課堂講授可以使學(xué)生掌握基本概念和原理，但主要還是教師講、學(xué)生被動(dòng)聽(tīng)的模式，因此，要想進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，必須讓學(xué)生適當(dāng)?shù)貐⑴c到教學(xué)中。課堂研討可以讓每個(gè)學(xué)生參與其中，教師不定期給學(xué)生布置大作業(yè)，針對(duì)特定的復(fù)合材料方面的主題讓學(xué)生查閱資料，然后課堂上分組進(jìn)行PPT匯報(bào)。在查閱資料和課堂匯報(bào)的過(guò)程中，使學(xué)生進(jìn)一步掌握復(fù)合材料的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)鍛煉了查閱文獻(xiàn)資料、做PPT以及演講等各方面的能力。

復(fù)合材料是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，因此在課程教學(xué)中可適當(dāng)增加實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)?？梢韵茸寣W(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室參觀各種復(fù)合材料的成型方法，如模壓成型、纏繞成型、拉擠成型等，然后讓學(xué)生自己動(dòng)手操作，使學(xué)生對(duì)復(fù)合材料的制備生產(chǎn)過(guò)程有直觀的認(rèn)識(shí)，更清楚復(fù)合材料的基礎(chǔ)知識(shí)與制備工藝之間的關(guān)系，認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)復(fù)合材料基本概念和基本原理的重要性，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

三、 教學(xué)內(nèi)容注重與前修課程及后續(xù)課程之間的聯(lián)系

“復(fù)合材料學(xué)”課程與高分子材料與工程專業(yè)、復(fù)合材料與工程專業(yè)的其他課程都有著緊密的聯(lián)系，在教學(xué)過(guò)程中要注重做好這些前后課程內(nèi)容之間的銜接。

1. “高分子化學(xué)”和“高分子物理”是“復(fù)合材料學(xué)”的重要基礎(chǔ)課程

“復(fù)合材料學(xué)”課程中基體樹脂的合成與固化反應(yīng)原理基本上都是高分子化學(xué)的內(nèi)容，例如酚醛樹脂的合成是體型縮聚，固化反應(yīng)是體型縮聚的繼續(xù)；不飽和聚酯的合成是線型縮聚，固化原理是與交聯(lián)單體的自由基共聚。體型縮聚、線型縮聚和自由基共聚在高分子化學(xué)中都是學(xué)生需要掌握的內(nèi)容，因此在講到基體樹脂相關(guān)內(nèi)容時(shí)，要把學(xué)過(guò)的高分子化學(xué)的有關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)與樹脂的合成及固化的具體反應(yīng)結(jié)合起來(lái)，分析兩者之間有哪些相同點(diǎn)，又有哪些不同點(diǎn)，這樣有利于學(xué)生更好地理解和掌握基體樹脂的相關(guān)反應(yīng)。而在講到基體樹脂的分子結(jié)構(gòu)與性能以及兩者之間的關(guān)系時(shí)，又會(huì)用到高分子物理的知識(shí)，通過(guò)回顧高分子物理的相關(guān)知識(shí)，可以使學(xué)生更容易地理解“復(fù)合材料學(xué)”課程的內(nèi)容。

2. 加強(qiáng)“復(fù)合材料學(xué)”與“復(fù)合材料制品成型工藝及設(shè)備”等后續(xù)課程的聯(lián)系

“復(fù)合材料學(xué)”是后續(xù)課程“復(fù)合材料制品成型工藝及設(shè)備”“復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”等的基礎(chǔ)，在講授復(fù)合材料的基本原理和基本概念時(shí)，一定要從復(fù)合材料工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來(lái)講解。以復(fù)合材料的成型工藝為例，復(fù)合材料的一大特點(diǎn)就是材料與工藝是同時(shí)產(chǎn)生的[2]。也就是說(shuō)，如果沒(méi)有成型工藝，也就沒(méi)有復(fù)合材料，有的只是制備復(fù)合材料的原材料。如環(huán)氧樹脂是高分子材料，碳纖維是無(wú)機(jī)材料，只有把環(huán)氧樹脂和碳纖維通過(guò)一定的成型工藝，才能得到碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。因此，在講解復(fù)合材料的基本概念和基本原理時(shí)，一定要從成型工藝出發(fā)，否則很難理解。如講到酚醛樹脂改性時(shí)，其改性目的之一是降低酚羥基的濃度，從而達(dá)到改善復(fù)合材料的成型工藝條件、降低成型壓力的目的。學(xué)生普遍對(duì)這一說(shuō)法感到不理解。這是因?yàn)榉尤渲诔尚蜁r(shí)一般選擇模壓成型，這是一種高壓高溫成型方法，酚醛樹脂的固化原理是體型縮聚，會(huì)釋放出小分子，小分子釋放得越多越集中，需要的成型壓力也就越大。若改性后酚羥基的濃度降低，就可以減少固化過(guò)程中產(chǎn)生的小分子，所以就能降低成型壓力。復(fù)合材料中的這些基本概念和基本原理都與工藝有著密切的關(guān)系，在教學(xué)中一定要時(shí)時(shí)注意從工藝的角度來(lái)講解，這樣既能讓學(xué)生更好地掌握“復(fù)合材料學(xué)”的基礎(chǔ)知識(shí)，又能理解“復(fù)合材料學(xué)”課程與“復(fù)合材料制品成型工藝及設(shè)備”課程的關(guān)系，為下學(xué)期后者的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

四、 結(jié)語(yǔ)

我校復(fù)合材料與工程專業(yè)的“復(fù)合材料學(xué)”課程經(jīng)過(guò)以上教學(xué)改革與實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。整體學(xué)風(fēng)變好，學(xué)生學(xué)習(xí)熱情提高，并積極參與課堂教學(xué)，從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，不但學(xué)習(xí)成績(jī)提高，而且綜合能力也得到了較大提升。但該課程教學(xué)仍存在一些問(wèn)題，還需在以下方面持續(xù)改進(jìn)：一是要進(jìn)一步利用“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)平臺(tái)，探索先進(jìn)的教學(xué)方法；二是要更新教學(xué)內(nèi)容。近年來(lái)復(fù)合材料的發(fā)展日新月異，要把復(fù)合材料領(lǐng)域最新的研究成果補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容中，讓學(xué)生在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)了解復(fù)合材料的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，從而明確以后努力的方向，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并在將來(lái)積極投身到復(fù)合材料研發(fā)事業(yè)中去。