《復合材料原理》課程教學改革研究

陳 飛，趙玉濤，陳 剛

(江蘇大學材料科學與工程學院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

《復合材料原理》是復合材料專業(yè)本科生的核心專業(yè)課程，也是一門承接性很強課程，課程通常在學生完成大學物理、工程化學或材料科學基礎(chǔ)等公共基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課程的學習之后開設(shè)，為后續(xù)聚合物基復合材料、陶瓷基復合材料、金屬基復合材料等專業(yè)課程的開設(shè)提供必要鋪墊。課程的教學目標是通過該課程的學習，學生能掌握材料復合的基本原理，具備解決本專業(yè)領(lǐng)域復雜工程問題的初步能力，為學生將來從事復合材料生產(chǎn)和研究奠定理論基礎(chǔ)。因此，該課程的教學質(zhì)量和效果對復合材料專業(yè)人才的培養(yǎng)至關(guān)重要。

《復合材料原理》課程涵蓋了復合材料共性原理和不同復合材料體系的特性原理，主要講授復合材料科學基礎(chǔ)、復合材料設(shè)計及組成界面所涉及的重要理論知識。課程原理多、概念多、數(shù)學推導多且涉及材料力學、有機化學、無機非金屬、物理化學、金屬學等多學科知識。目前已出版的教材較少，且各教材的側(cè)重點明顯不同，因此，選擇合適的教材是《復合材料原理》課程的重要環(huán)節(jié)。此外該課程內(nèi)容過于抽象, 晦澀難解,學生的學習積極性不高，教學面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。綜上所述，《復合材料原理》課程的教學內(nèi)容改革勢在必行。以學生為中心的教學理念和信息技術(shù)的發(fā)展都要求廣大教師對《復合材料原理》課程的教學方法進行改革。目前新工科教育和工程教育認證都要求注重培養(yǎng)學生利用知識、技能解決實際問題能力[1]，這就要求課程考核體系的變革?；诖?，本文從《復合材料原理》課程教學內(nèi)容，信息時代教學方法以及課程考核體系這三個方面分析課程改革方案，并思考多種教學改革措施的作用，期望能夠促進《復合材料原理》教學的發(fā)展與創(chuàng)新，為其他高校相關(guān)課程建設(shè)提供一定的參考。

1 教學內(nèi)容改革

1.1 課程教材建設(shè)

《復合材料原理》課程由于專業(yè)性較強，現(xiàn)有的教材版本不多，主要包括蘇州大學、南京理工大學、西北工業(yè)大學等高校編著的《復合材料原理》[2-4]，這些學校在教材編撰過程中，結(jié)合各自學校專業(yè)方向，側(cè)重點各有不同。蘇州大學聞荻江等編寫的《復合材料原理》全面覆蓋了復合材料基本理論，在復合材料的界面結(jié)合原理和性能復合原理方面的闡述較為全面、透徹，然而該教材近年來未能再版，未能涵蓋復合材料最新的發(fā)展趨勢和成果。南京理工大學朱和國等編寫的教材對納米復合材料和遺態(tài)復合材料進行了系統(tǒng)講解，同時引入了復合材料領(lǐng)域的最新研究成果。西北工業(yè)大學編寫的《復合材料原理》以聚合物基、金屬基、陶瓷基、碳/碳復合材料的共性原理為主線，詳細闡述了界面結(jié)構(gòu)、特性和以及材料力學性能和失效模式。從專業(yè)發(fā)展和學生培養(yǎng)的角度考慮，結(jié)合專業(yè)自身特點和專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展動態(tài)，編撰適應自身教學的《復合材料原理》教材，對于具有教材編寫能力的高校來說是最佳選擇，可以極大地改善相應課程的教學效果?！稄秃喜牧显怼方滩慕ㄔO(shè)應該保證復合材料基本知識體系的完整性，主要包括：復合材料結(jié)構(gòu)、性能的復合規(guī)律，復合材料界面結(jié)合的因素和改善復合材料界面的基本原則，不同結(jié)構(gòu)、功能復合材料的基本特點。對于專業(yè)基礎(chǔ)薄弱，教材編寫困難的高校，則應參考其他高校出版的《復合材料原理》的特點，結(jié)合本專業(yè)的特色、教學目標、辦學定位選用利于自身教學的規(guī)范教材，并輔以自編講義，以最大程度適應本專業(yè)的教學。

1.2 課程內(nèi)容的改革

《復合材料原理》課程的許多理論難以在生活中找到具體應用情景的支撐，因而比較抽象，學生難以直觀理解。課程內(nèi)容不能僅僅局限于書本知識，而應當針對教學內(nèi)容引用相關(guān)科研案例或文獻資料進行具體深入講解。例如復合材料界面表征教學環(huán)節(jié)，可以借助典型文獻中的科研過程的進行講解， 通過對具體復合材料界面成分的EDS分析，界面應力的XRD分析、界面結(jié)構(gòu)的TEM高分辨觀察的表征過程和結(jié)論的講解，加深學生對界面表征具體內(nèi)容和表征規(guī)范方式的理解。需要注意的是，在文獻或科研案例教學講解過程中要重點突出，著重講解思路、過程和原理，而不需過多強調(diào)研究結(jié)論。經(jīng)過科研案例和文獻教學可以幫助學生系統(tǒng)的理解相關(guān)知識的現(xiàn)實用途。從而在很大程度上彌補教材內(nèi)容的不足，可以促進學生深入理解專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能，并且可以幫助學生認識到專業(yè)基礎(chǔ)課重要性，激發(fā)學生學習的主觀能動性。

當前復合材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢頭良好，復合材料相關(guān)科研工作也在全球范圍內(nèi)快速推進，新的復合材料品類及制備技術(shù)不斷出現(xiàn)，教材上的內(nèi)容更新遠遠跟不上復合材料的發(fā)展速度。這就要求授課教師不但要具有扎實的專業(yè)理論知識，還應緊跟學科發(fā)展步伐，把握復合材料發(fā)展趨勢和發(fā)展方向，時刻關(guān)注復合材料的產(chǎn)業(yè)進步和科研進展，掌握相關(guān)產(chǎn)業(yè)和研究存在的技術(shù)瓶頸，并將這些知識穿插到課程內(nèi)容中，比如復合材料在風電葉片、“嫦娥”三號探測器及C919 大飛機上的應用，并與國際領(lǐng)先水平進行對比，揭示其中蘊含的復合材料理論知識，讓學生認識到復合材料學科對于科技進步的重要意義，可以極大地調(diào)動學生的學習熱情和積極性，提高學生的學習效果。

2 教學方法改革

2.1 講授方式的改革

《復合材料原理》涉及原理性知識，許多知識與我們?nèi)粘Ｉ疃紱]有直接關(guān)聯(lián)，造成學生學習的困難。教師可以利用多媒體技術(shù)將過去靜態(tài)的、二維的教材轉(zhuǎn)變?yōu)橛陕曇?、動畫、圖像構(gòu)成的動態(tài)的教材。比如碳纖維性能和制備原理的講解，如果采用教師說、學生聽的傳統(tǒng)模式，學生難以深刻理解、記憶，如果借助多媒體將碳纖維的生產(chǎn)過程的視頻展現(xiàn)在學生面前，讓學生仿佛置身于工廠生產(chǎn)車間，針對紡絲、牽伸、碳化等關(guān)鍵環(huán)節(jié)加以提問和講解，說明其中涉及原理和規(guī)范，這樣學生可以清楚地認識到這些知識的具體含義。

2.2 信息化教學技術(shù)的應用

《復合材料原理》授課學時通常在36～48學時之內(nèi)，由于課程學時的限制，課堂教學不可能面面俱到，這就需要借助信息化教學手段。信息化教學是指在教育中應用信息技術(shù)手段，開發(fā)教育資源，優(yōu)化教育過程，從而提高教育質(zhì)量和效率，形成適應信息社會要求的新教育模式[5]。信息化教學設(shè)計中，教師不再是唯一的知識源，而是要把精力放在如何教學生“學”的方法上。教師可以利用雨課堂、慕課堂等教學平臺將《復合材料原理》教學大綱、教案、預習資料提前推送給學生，方便學生課前自主提前學習[6]。同時，教師上完課，可及時將課堂教學內(nèi)容、作業(yè)、思考題通過平臺發(fā)送給學生，一方面便于學生復習課上內(nèi)容，教師及時了解學生對知識的掌握情況，另一方面也可通過平臺實現(xiàn)師生互動、探討問題，滿足學生答疑需求。

3 課程考核體系改革

傳統(tǒng)的課程考核方式注重知識的掌握情況考核，是一種知識記憶考試方式，難以真實反映學生對知識的理解程度和運用知識解決問題的能力，也在很大程度上限制了學生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。學生只要在考試前幾天死記硬背，實現(xiàn)知識的短期記憶，就可以順利通過考試，甚至可以取得較高的考核分數(shù)。這導致學生過于依賴考試前的突擊復習，而不注重平時的積累和思考，嚴重影響學生課上和課下學習的積極性。加之我國正在推行的新工科建設(shè)，特別強調(diào)學生工程實踐能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。工程教育專業(yè)認證也特別強調(diào)培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力[7]。因此，必須在課程考核方面大力革新， 使課程教學在學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)過程中真正發(fā)揮出導向功能?！稄秃喜牧显怼氛n程考核通常采用平時成績考核+期末考試的綜合考核，為了提高平時成績的公平性，平時成績應該主要來自于隨堂作業(yè)或隨堂測試，教師可以在每章結(jié)束時結(jié)合工程案例，設(shè)置一道隨堂作業(yè)題，作業(yè)題答案應是多元的，且無法直接從教材上找到答案，允許學生借助手機查找資料，在規(guī)定時間內(nèi)提出自己的觀點和思路，并限時上交，教師把每個人的答題情況計入平時成績， 平時成績占總分的30%以上。相應的期末考試也需要側(cè)重考核學生的分析能力和創(chuàng)新能力，減少名詞解釋的比重，注重案例分析題和計算題的比重，鍛煉學生利用理論知識分析、解決實際問題的能力。

4 結(jié) 語

隨著科技的快速發(fā)展，復合材料種類不斷增加，復合材料的性能不斷提升，復合材料制備工藝不斷改進和創(chuàng)新。在此背景下，對《復合材料原理》課程教學進行改革具有重要意義。但該課程涉及多學科交叉且涉及的理論知識較為繁雜，教學改革是一個長期、艱巨的任務(wù)，這就要求教師在教學過程堅持發(fā)展的眼光，以學生為主體，不斷更新知識結(jié)構(gòu)，努力探索科學的教學方法，深化改革課程考核方法，注重學生綜合能力和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，為中國復合材料產(chǎn)業(yè)趕超國際先進水平提供人才支撐。