《復(fù)合材料工藝原理》課程教學(xué)改革和探索*

范路安，宮琳丹，李峻青，趙方波

(哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院, 黑龍江 哈爾濱 150001)

隨著科技發(fā)展，苛刻工作環(huán)境對(duì)材料性能的要求越來越高，人們對(duì)材料優(yōu)異性能的追求越來越強(qiáng)烈，單一組份材料已經(jīng)很難滿足人們對(duì)材料的需求。復(fù)合材料可以將各種組份材料的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，得到功能優(yōu)異的新材料。在現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)中，復(fù)合材料應(yīng)用范圍越來越廣泛，用量越來越龐大，其作用也越來越突出，別是航空、航天和海洋開發(fā)等高科技領(lǐng)域的發(fā)展，更離不開高性能復(fù)合材料的研發(fā)。我國復(fù)合材料的發(fā)展始于上個(gè)世紀(jì)50年代末，多年來，我國復(fù)合材料領(lǐng)域得到了長足的發(fā)展，與發(fā)達(dá)國家的差距逐漸減少，復(fù)合材料相關(guān)理論也逐步完善，復(fù)合材料課程已經(jīng)成為我國高校材料工程相關(guān)專業(yè)學(xué)生都需要學(xué)習(xí)的專業(yè)課程。

《復(fù)合材料工藝原理》 課程的開設(shè)就是使學(xué)生掌握復(fù)合材料具有優(yōu)異性能的原因及了解如何制備性能優(yōu)異的復(fù)合材料。本文主要從教和學(xué)兩方面淺談該課程存在問題，及相關(guān)教改的對(duì)應(yīng)措施。

1 《復(fù)合材料工藝原理》課程教學(xué)內(nèi)容

《復(fù)合材料工藝原理》課程主要講授復(fù)合材料三大要素(基體、增強(qiáng)體和界面)和復(fù)合材料改性及成型方法等知識(shí)?；w主要以樹脂基體、陶瓷基體、金屬基體講授為主，個(gè)別專業(yè)還會(huì)學(xué)習(xí)碳基體和水泥基體。增強(qiáng)體主要學(xué)習(xí)纖維狀、層狀、顆粒及晶須等形式的增強(qiáng)材料。復(fù)合材料改性及成型方法因?qū)I(yè)不同，學(xué)習(xí)的側(cè)重點(diǎn)也各有差別。但總體說來，樹脂基復(fù)合材料的相關(guān)理論最為系統(tǒng)，成型方法也十分多樣，占據(jù)的課時(shí)相對(duì)較多。通過課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握復(fù)合材料的性能評(píng)價(jià)和改善方法，了解多種復(fù)合材料成型工藝和相應(yīng)原理，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)自承擔(dān)復(fù)合材料設(shè)計(jì)和制備的能力，為今后從事材料研究與制備等領(lǐng)域的工作奠定理論基礎(chǔ)。

2 《復(fù)合材料工藝原理》課程教學(xué)改革必要性

對(duì)于材料科學(xué)與工程以及相關(guān)學(xué)科的學(xué)生，學(xué)習(xí)《復(fù)合材料工藝原理》課程，十分必要。但該課程講授和學(xué)習(xí)具有一些特點(diǎn)，也存在一些問題，比如：

2.1 涵蓋知識(shí)廣，內(nèi)容繁雜，知識(shí)點(diǎn)新穎度低

復(fù)合材料學(xué)是物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理、金屬及非金屬材料學(xué)等多學(xué)科交叉發(fā)展的科學(xué)，《復(fù)合材料工藝原理》授課內(nèi)容繁雜，知識(shí)跨度大[1]。學(xué)生想學(xué)好本課程，需要具備較系統(tǒng)的前續(xù)課程學(xué)習(xí)和扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)積累。

此外，教學(xué)知識(shí)點(diǎn)相對(duì)陳舊，新穎度不高，并未緊跟當(dāng)今國內(nèi)外最新技術(shù)。雖然我國復(fù)合材料相關(guān)知識(shí)體系已經(jīng)比較完善，但《復(fù)合材料工藝原理》課程的知識(shí)點(diǎn)更新較少，仍以單一功能復(fù)合材料及常規(guī)制備方法的介紹為主。先進(jìn)復(fù)合材料在神舟飛船上的成功應(yīng)用，表明我國復(fù)合材料科學(xué)已經(jīng)接近世界先進(jìn)水平[2]，而發(fā)達(dá)國家的復(fù)合材料已經(jīng)向智能材料發(fā)展，在信息快速傳播的環(huán)境下，普通復(fù)合材料和常規(guī)制備工藝等授課內(nèi)容，很難激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。

2.2 教學(xué)大綱知識(shí)點(diǎn)廣而不深，課時(shí)相對(duì)較少，教學(xué)難度大

《復(fù)合材料工藝原理》大綱內(nèi)容涉及較廣，教學(xué)內(nèi)容繁多。課程要講授具有代表性的碳纖維、玻璃纖維、有機(jī)纖維及晶須等增強(qiáng)體，還會(huì)介紹各種基體材料的合成、制備及成型及界面理論的相關(guān)知識(shí)，內(nèi)容涉及有機(jī)分子聚合、無機(jī)粉體合成、金屬材料加工、粉末冶金、材料成型及性能測(cè)試等領(lǐng)域。教師授課前需要對(duì)各個(gè)部分知識(shí)點(diǎn)都有一定深度的了解和學(xué)習(xí)。該課程作為必修課以48學(xué)時(shí)居多，而作為選修課，其所占學(xué)時(shí)通常是32學(xué)時(shí)[3]。課時(shí)限制，導(dǎo)致教師無法詳細(xì)講解各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，部分內(nèi)容只能淺嘗輒止，學(xué)生無法透徹理解[4]。知識(shí)點(diǎn)跨度大，不易融會(huì)貫通，常出現(xiàn)教學(xué)效果不佳的現(xiàn)象。

2.3 知識(shí)點(diǎn)掌握需要有一定的知識(shí)積累，學(xué)生學(xué)習(xí)難度大

《復(fù)合材料工藝原理》是針對(duì)材料，化學(xué)工程，高分子，金屬等相關(guān)專業(yè)本科生和研究生開設(shè)的課程，學(xué)習(xí)該課程所需的前續(xù)課程因各高校不同專業(yè)方向各有側(cè)重，通常需要學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、金屬學(xué)、材料科學(xué)基礎(chǔ)等課程。不同專業(yè)的本科生，或是來自不同院校具有不同本科專業(yè)背景的研究生，對(duì)前續(xù)課程知識(shí)的學(xué)習(xí)及掌握程度差異較大，即使講授相同知識(shí)點(diǎn)時(shí)，學(xué)生接受和消化的效果也不盡相同。經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)有機(jī)專業(yè)背景的同學(xué)聽不懂金屬基和陶瓷基章節(jié)的知識(shí)，金屬和無機(jī)非金屬專業(yè)的同學(xué)對(duì)樹脂基復(fù)合材料的固化和成型原理無法理解。

2.4 缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)

《復(fù)合材料工藝原理》課程中復(fù)合材料的制備工藝部分占據(jù)了一定的比重，教學(xué)大綱注重工藝成型原理的講授，對(duì)復(fù)合工藝的實(shí)際操作要點(diǎn)和成型設(shè)備的介紹較少。學(xué)生很難從課堂學(xué)習(xí)中了解工業(yè)上制備復(fù)合材料的各種先進(jìn)制備，以及材料成型的具體工藝要求。缺少實(shí)踐環(huán)節(jié)的缺點(diǎn)導(dǎo)致學(xué)生無法做到理論聯(lián)系實(shí)際[5]，對(duì)教學(xué)內(nèi)容很難達(dá)到理性和感性的雙重認(rèn)知，動(dòng)手能力無法得到鍛煉提高。

以上問題造成學(xué)生對(duì)《復(fù)合材料工藝原理》課程缺乏興趣，學(xué)習(xí)熱情低。因此，對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行改革，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、培養(yǎng)學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力、實(shí)踐能力，十分必要。

3 《復(fù)合材料工藝原理》課程教學(xué)改革的具體措施

保持教學(xué)大綱基礎(chǔ)上,引入案例教學(xué)法,課堂研討,文獻(xiàn)講解,復(fù)合材料制備實(shí)驗(yàn)演示等措施，具體如下：

3.1 提高知識(shí)新穎度，強(qiáng)調(diào)課前預(yù)習(xí)的重要性

學(xué)習(xí)《復(fù)合材料工藝原理》，需要前續(xù)課程的知識(shí)儲(chǔ)備，課前預(yù)習(xí)十分必要[6]。針對(duì)知識(shí)點(diǎn)陳舊問題，教學(xué)中會(huì)提升知識(shí)內(nèi)容新穎度，緊密聯(lián)系最新科技前沿，結(jié)合自身科研經(jīng)驗(yàn)研究，介紹復(fù)合材料領(lǐng)域最先進(jìn)的知識(shí)和制備工藝，吸引學(xué)生對(duì)復(fù)合材料科學(xué)的關(guān)注和熱情。

3.2 避免基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的重復(fù)講授，高效利用有限學(xué)時(shí)

《復(fù)合材料工藝原理》知識(shí)跨學(xué)科較多，學(xué)時(shí)少，但部分基礎(chǔ)知識(shí)，與其他已學(xué)課程重復(fù)。比如，不飽和樹脂基復(fù)合材料的固化機(jī)理，部分內(nèi)容與高分子化學(xué)自由基聚合內(nèi)容相似，可以簡要講解，突出重點(diǎn)即可。對(duì)于較難較少接觸的復(fù)合材料內(nèi)容可以通過視頻，動(dòng)畫等多媒體進(jìn)行演示，提高學(xué)生的感性認(rèn)知。

3.3 教學(xué)方式改革 啟發(fā)互動(dòng)交流教學(xué)

針對(duì)“一言堂”，即教師臺(tái)上講解，學(xué)生臺(tái)下被動(dòng)接受的教學(xué)模式，在授課過程中引入“不同基體復(fù)合材料對(duì)比”，“先進(jìn)復(fù)合材料制備工藝”等內(nèi)容的課堂討論，文獻(xiàn)講解等內(nèi)容，增加互動(dòng)，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

3.4 增加實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容

在大綱規(guī)定學(xué)時(shí)內(nèi)，結(jié)合學(xué)校辦學(xué)特色，引入“樹脂基阻尼材料設(shè)計(jì)制備和性能評(píng)價(jià)”案例教學(xué)實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生的參與度，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。多種教學(xué)方式并行，為復(fù)合材料工藝原理的教學(xué)做出有益的補(bǔ)充和完善。

3.5 考核方式

課程考核是檢驗(yàn)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要手段。對(duì)于課程重要知識(shí)點(diǎn)，必須掌握的內(nèi)容采用客觀題考核。對(duì)于應(yīng)用內(nèi)容，可以通過論述題進(jìn)行考核，考察學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的綜合掌握程度和舉一反三的能力。

4 結(jié) 語

對(duì)《復(fù)合材料工藝原理》的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式以及考核方式進(jìn)行改革，可以提高課堂教學(xué)質(zhì)量，高效完成大綱要求的教學(xué)目標(biāo)，達(dá)到激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性、培養(yǎng)學(xué)生對(duì)復(fù)合材料的綜合設(shè)計(jì)能力，使學(xué)生了解學(xué)科最前沿技術(shù)，掌握基本的復(fù)合材料制備方法和評(píng)價(jià)手段。通過實(shí)踐環(huán)節(jié)，鍛煉學(xué)生獨(dú)自承擔(dān)復(fù)合材料設(shè)計(jì)和制備的能力，使學(xué)生真正受益，為以后的工作和科研打下良好的基礎(chǔ)。