面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)復(fù)合材料綜合實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

＊任榮 熊需海 王靜 馮長杰

（沈陽航空航天大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 遼寧 110136）

加強(qiáng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)是我國經(jīng)濟(jì)由高速發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展歷史背景下做出的高等教育管理體制改革的重要戰(zhàn)略部署[1]。自改革開放以來，我國經(jīng)濟(jì)歷經(jīng)四十多年的高速發(fā)展，傳統(tǒng)高等教育為經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了大量的高素質(zhì)人才。然而，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，我國各領(lǐng)域核心技術(shù)正逐步邁入國際先進(jìn)或領(lǐng)先行列、面臨更高階的全球競爭，企業(yè)對人才的需求也由傳統(tǒng)的技術(shù)吸收型人才轉(zhuǎn)向了技術(shù)創(chuàng)新型人才。因此，高等教育必須進(jìn)行人才培養(yǎng)供給側(cè)改革，培養(yǎng)高質(zhì)量應(yīng)用創(chuàng)新型人才，適應(yīng)中國特色社會(huì)主義新時(shí)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求[2-3]。

沈陽航空航天大學(xué)是一所以航空宇航為特色的多科性高等院校，基于航空航天器結(jié)構(gòu)輕量化對復(fù)合材料的重大需求，2016年成立了復(fù)合材料與工程本科專業(yè)。該專業(yè)遵循“適應(yīng)面寬、基礎(chǔ)扎實(shí)、實(shí)踐能力強(qiáng)、有創(chuàng)新意識(shí)”的培養(yǎng)原則，借助新能源通用飛機(jī)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心、遼寧省高性能聚合物基復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、遼寧省先進(jìn)復(fù)合材料制備技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等創(chuàng)新科研平臺(tái)，圍繞航空航天、國防軍工和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對應(yīng)用型人才的需求，重點(diǎn)培養(yǎng)具備復(fù)合材料與工程基礎(chǔ)理論、實(shí)踐技能和創(chuàng)新思維的高水平應(yīng)用型工程技術(shù)人才。實(shí)踐類課程是復(fù)合材料與工程專業(yè)開展應(yīng)用型人才培養(yǎng)的重要抓手。

復(fù)合材料綜合實(shí)驗(yàn)是復(fù)合材料與工程專業(yè)開展應(yīng)用型人才培養(yǎng)最重要的實(shí)踐類課程之一；集聚了與航空航天領(lǐng)域前沿應(yīng)用類課題相關(guān)的復(fù)合材料設(shè)計(jì)制備、成型工藝、結(jié)構(gòu)表征、性能測試、使役行為等內(nèi)容。該課程開設(shè)在第七學(xué)期，學(xué)生已完成了專業(yè)基礎(chǔ)課和大部分專業(yè)特色課的學(xué)習(xí)；通過綜合實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，教授學(xué)生如何運(yùn)用復(fù)合材料相關(guān)基礎(chǔ)理論進(jìn)行科技創(chuàng)新并解決實(shí)際問題，完成理論知識(shí)學(xué)習(xí)到技術(shù)創(chuàng)新能力轉(zhuǎn)化的培養(yǎng)目標(biāo)。因此，對該實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革與實(shí)踐對復(fù)合材料與工程專業(yè)高質(zhì)量應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式優(yōu)化至關(guān)重要。

1.全面優(yōu)化課程內(nèi)容

復(fù)合材料綜合實(shí)驗(yàn)課程原有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊單一，缺乏科技創(chuàng)新前沿性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不能很好體現(xiàn)我校對該專業(yè)應(yīng)具有航空航天特色的應(yīng)用型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)定位。另外，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大多數(shù)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，缺乏綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都有著固定的操作方法和步驟，學(xué)生缺乏獨(dú)立思考和探索的空間，不能很好的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識(shí)[4]。

針對復(fù)合材料綜合實(shí)驗(yàn)課程中存在的問題，依據(jù)該專業(yè)面向應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)，全面優(yōu)化了課程內(nèi)容，見表1。課程內(nèi)容根據(jù)航空航天領(lǐng)域前沿應(yīng)用類課題結(jié)合該專業(yè)任課教師的科研方向精心制定并持續(xù)更新。

表1 復(fù)合材料綜合實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容

續(xù)表

課程內(nèi)容涵蓋了功能/智能復(fù)合材料制備（實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1-5）；復(fù)合材料制造過程實(shí)時(shí)監(jiān)測（實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目6）；復(fù)合材料結(jié)構(gòu)連接技術(shù)（實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目7）；復(fù)合材料服役過程的結(jié)構(gòu)與性能（實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目8）。該課程設(shè)置緊密圍繞航空航天材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能及其服役行為等內(nèi)容展開，充分體現(xiàn)了我校航空航天特色的辦學(xué)方向。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目1可使學(xué)生掌握形狀記憶樹脂及其復(fù)合材料的基本制備方法，通過形狀記憶的樹脂的性能的測試深刻了解形狀記憶復(fù)合材料的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目2使學(xué)生掌握高導(dǎo)熱納米橡膠復(fù)合材料的制備方法，了解高導(dǎo)熱納米材料的優(yōu)異性能和應(yīng)用背景。為適應(yīng)現(xiàn)代高技術(shù)、立體化戰(zhàn)爭的需要，將納米技術(shù)引入隱身材料的研究開發(fā)已受到世界各軍事大國的高度重視[5]；實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3緊跟科技創(chuàng)新前沿，讓學(xué)生了解吸波隱身材料的軍事應(yīng)用前景，同時(shí)提高學(xué)生的愛國激情和科學(xué)探索精神。研制高效吸收電磁波的雷達(dá)隱身材料是提高武器系統(tǒng)生存能力的有效途徑之一，已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中最具有價(jià)值、最有效的戰(zhàn)術(shù)突防手段?？梢姡姵仄帘闻c吸波材料在民事及軍事領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用價(jià)值[6]。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目4旨在讓學(xué)生了解電池屏蔽材料的制備方法及其應(yīng)用范圍。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目5可使學(xué)生掌握模壓成型制備導(dǎo)電碳納米復(fù)合材料的方法，為以后畢業(yè)設(shè)計(jì)打下基礎(chǔ)。復(fù)合材料固化成型工藝是影響樹脂基復(fù)合材料結(jié)構(gòu)性能的關(guān)鍵之一，因此需要針對其固化過程進(jìn)行有效在線監(jiān)測。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目6使學(xué)生了解復(fù)合材料制造過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測方法。復(fù)合材料具有很復(fù)雜的性能，一般來說，其焊接性不佳，需要采用特殊的焊接工藝才能得到滿意的焊接接頭。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目7可使學(xué)生掌握一種復(fù)合材料的焊接方法。航空航天飛行器用樹脂基復(fù)合材料在服役期間要經(jīng)受各種典型環(huán)境因素的作用，其中高溫、濕熱和熱循環(huán)（空氣/真空）環(huán)境會(huì)使復(fù)合材料的各項(xiàng)力學(xué)性能下降。因此可以利用環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備對復(fù)合材料進(jìn)行環(huán)境老化處理，借助靜態(tài)和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能數(shù)據(jù)表征材料的環(huán)境損傷效應(yīng)規(guī)律來預(yù)測其使用壽命。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目8 使學(xué)生了解一種評(píng)估復(fù)合材料使用壽命的方法。

2.優(yōu)化教學(xué)方法和手段

傳統(tǒng)的教學(xué)方法是教師占據(jù)主導(dǎo)地位，學(xué)生處于被動(dòng)，教學(xué)過程大多是教師單向的向?qū)W生傳授知識(shí)。實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)模式為“教師先講，學(xué)生再做”，公用藥品由實(shí)驗(yàn)員提前備好。實(shí)驗(yàn)過程中“做一步，看一步”，完全“機(jī)械式”操作。這種教學(xué)方法重灌輸，輕互動(dòng)，未能體現(xiàn)以學(xué)生“學(xué)”為中心，缺乏趣味性，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新意識(shí)，不利于提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，不利于鍛煉學(xué)生綜合運(yùn)用理論知識(shí)的能力，無法滿足學(xué)校面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)。

針對以上問題，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中采用以項(xiàng)目為導(dǎo)向的自主學(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

課程采取導(dǎo)師負(fù)責(zé)制，一人一題，共4周時(shí)間，在大四年級(jí)上學(xué)期進(jìn)行。每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都有研究該領(lǐng)域的專業(yè)指導(dǎo)教師指導(dǎo)。每位同學(xué)根據(jù)自己專業(yè)特長和興趣從以上8個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目（表1）中選擇其中的一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在開課前一周，教師將實(shí)驗(yàn)開設(shè)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)要求等資料上傳至班級(jí)群，供學(xué)生下載。要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目要求，自主查閱文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案，聯(lián)系導(dǎo)師探討方案的可行性，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下自主完成實(shí)驗(yàn)過程。

這種教學(xué)方法充分發(fā)揮了學(xué)生的自主能動(dòng)性和創(chuàng)新意識(shí)，有助于推動(dòng)學(xué)生工程意識(shí)的自我形成，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)跨界整合能力的培養(yǎng)[7]。

3.課程評(píng)定方式改革

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程評(píng)定方式主要通過實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)分。這種方法注重終結(jié)性評(píng)價(jià)、輕視過程性評(píng)價(jià)、忽視形成性評(píng)價(jià)的考核形式進(jìn)行完善，構(gòu)建科學(xué)、合理、公正、全面的過程性評(píng)價(jià)體系。

本課程的評(píng)定方式如表2所示。分為4個(gè)考核環(huán)節(jié)：文獻(xiàn)綜述與方案設(shè)計(jì)占比10%，實(shí)驗(yàn)操作過程占比20%，研究能力占比30%，撰寫論文及表達(dá)能力占比40%。學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后需要撰寫論文報(bào)告并進(jìn)行答辯，由4位評(píng)審老師按照考核方式給出答辯成績。最終成績由指導(dǎo)教師（占比50%）和評(píng)審老師（占比50%）綜合評(píng)定。

表2 復(fù)合材料綜合實(shí)驗(yàn)課程評(píng)定方式

4.教學(xué)改革效果

“復(fù)合材料綜合實(shí)驗(yàn)”自2020年開始在沈陽航空航天大學(xué)復(fù)合材料與工程專業(yè)實(shí)施，教學(xué)效果獲得學(xué)生高度評(píng)價(jià)，并對學(xué)院其他專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革起到示范作用。對2018屆復(fù)材專業(yè)部分學(xué)生進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn)，學(xué)生普遍反映該課程的開設(shè)有助于構(gòu)建起完整的復(fù)合材料設(shè)計(jì)與制備、成型加工、性能測試?yán)碚撆c技術(shù)體系，能夠?yàn)橄聦W(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。

同時(shí)在校期間能夠提前參與到具有一定深度和前沿性的小課題或者是參與到教師的科研項(xiàng)目中。有助于促成對自身發(fā)展的準(zhǔn)確定位。通過4周系統(tǒng)化的實(shí)踐訓(xùn)練，培養(yǎng)了知識(shí)的綜合應(yīng)用能力、工程思維和創(chuàng)新意識(shí)，為工作后盡快適應(yīng)和勝任工作崗位打下了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

5.結(jié)語

應(yīng)用型本科教育要堅(jiān)持理論與實(shí)踐相結(jié)合，注重實(shí)用性，服務(wù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。而高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)牢記“培養(yǎng)什么人、如何培養(yǎng)人、為誰培養(yǎng)人”這一根本問題，準(zhǔn)確識(shí)變、科學(xué)應(yīng)變、主動(dòng)求變，響應(yīng)國家高等教育改革新動(dòng)態(tài)新要求，持續(xù)扎實(shí)做好人才培養(yǎng)工作。沈陽航空航天大學(xué)復(fù)合材料與工程專業(yè)堅(jiān)持立德樹人，基于面向應(yīng)用型人才培養(yǎng)的建設(shè)理念開設(shè)了“復(fù)合材料綜合實(shí)驗(yàn)”課程，對傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念、模式、方法、內(nèi)容進(jìn)了改革創(chuàng)新，激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)踐能力，對其他專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課程改革具有一定參考價(jià)值。下一步將在實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程思政深度融合、豐富虛擬仿真教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)方法和內(nèi)容不斷更新、教學(xué)團(tuán)隊(duì)優(yōu)化配置等方面持續(xù)改進(jìn)。