聚合物基復合材料專業課程考核方式改革探析

[摘要]先進復合材料是關系國家戰略和國民經濟發展需求的關鍵材料之一。為適應國家對創新型人才的培養需求，結合近年來復合材料學科的發展特點，筆者所在的教研團隊對聚合物基復合材料專業課程的考核方式進行改革，提出了新的考核方法和內容，如：以復合材料的典型結構應用為案例，撰寫可行性論證報告，啟發和引導學生對原材料、工藝和性能進行綜合分析，提升對知識的融會貫通與運用能力。實踐表明，這一改革可有效培養學生的創新思維，提高解決工程實踐問題的能力。

[關鍵詞]聚合物基復合材料 航空航天 創新型人才 教學實踐 考核方式

中圖分類號：G642.0； TB332 文獻標識碼：B

先進聚合物基復合材料由于質量輕、強度高，已成為航空航天等領域具有戰略性的關鍵材料之一，近年來其應用、科學與技術呈現出突飛猛進的發展態勢[1，2]。2006年1月國家提出了在2020年建成創新型國家，實現科技發展成為經濟社會發展有力支撐的建設目標，其中培養和造就創新型人才，特別是創新型工程科技人才是重中之重[3，4]。

以往的教學方式，注重基本概念、基本理論和基本技能的講授，考核也主要是閉卷答題，對學生關于知識結構的系統性和在實踐中自覺運用知識的積極能動性引導不足，不利于培養學生的獨立性、實踐性和創新性意識。針對這一問題，筆者所在的北京航空航天大學復合材料團隊結合50多年的教學科研經驗和體會，就如何適應創新型國家戰略發展需求，培養高素質的復合材料創新人才問題，開展了《聚合物基復合材料及其成型工藝》課程改革。其中課程考核是教學活動的重要環節，對引導和促進學生潛能、個性和創造性等的培養具有重要作用。

考核方式的改革

聚合物基復合材料是一門誕生于上世紀50年代的新興工程學科方向課程，相對于傳統材料，它的理論、方法及技術處于不斷更新與發展階段，同時該材料涉及的學科知識很廣，包括高分子物理、高分子化學、物理化學、有機化學、材料測試方法、材料力學等，具有多學科交叉融合、知識更新快、應用性強等特點。因此，在教學大綱的指導原則下，結合復合材料學科方向的以上特點，首先確定了《聚合物基復合材料及其成型工藝》課程考核方式改革的核心內容。選取先進聚合物基復合材料在航空航天應用中的四種典型案例，引導學生依據所選對象的結構、使用等設計要求[5]，綜合分析其原材料選擇、工藝制訂和性能分析各環節，強化學生對專業知識和技術的融會貫通理解能力，提升運用所學知識分析、解決實際問題的能力。

1.改革內容

在原有教學內容基本講授完畢后，對應于課堂講授的重要知識點，以復合材料在飛行器結構上的典型應用為實例，對其應用情況和結構特征進行綜合評述，然后讓學生自由選擇一個實例，通過課外自學、資料調研、小組討論等途徑，對原材料選擇、制備工藝設計、性能測試評價三個方面進行細致分析。在此基礎上，應結合工程實際考慮結構應用的可靠性、材料質量的穩定性、表征分析的有效性和完備性，以及成本效率等因素，對所選材料、工藝和性能指標等進行可行性論證和評價。

首先讓學生形成2～3人的小組，利用課余時間根據所選擇的實例進行文獻調研，每個人調研的內容應各有側重點，然后進行討論和匯總，撰寫可行性論證報告，該環節在一周內完成。然后教師對報告進行評閱，總結報告存在的問題。最后教師在課堂上對所涉及的應用案例進行點評和講解，對比較集中的問題進行分析，并挑選報告撰寫的比較優秀的小組在課堂上闡述撰寫的思路和過程。

撰寫形成的典型復合材料應用可行性論證報告是考核學生綜合運用知識能力的主要依據，其內容應包括：（1）復合材料結構使用要求及國內外應用情況；（2）復合材料原材料選擇；（3）復合材料制造工藝設計與制造方案評估；（4）復合材料關鍵性能測試及評價。報告內容的安排上要求具有條理性和邏輯性，給出選定材料和方案的分析判定依據，并要求具有可操作性。在報告格式上要求符合學術規范，適當引用參考文獻。

2.可行論證報告考核要求

依據先進聚合物基復合材料近年來的前沿發展和國家需求，結合筆者所在教學科研團隊已有基礎和優勢經驗，突出航空航天特色，在課程改革中選定：大型客機機翼上下壁板及中央翼盒上下壁板、超音速飛機機翼縱橫加筋壁板、大型客機機頭雷達罩及升降舵壁板、衛星主承力筒等作為研究對象。學生依據所選結構對象的應用要求，就原材料、工藝和性能展開可行性論證分析，形成報告。報告的具體考核要求如下：

（1）復合材料典型應用案例分析：闡述所選對象的結構形式、承載要求、功能特性、使用環境等；

（2）復合材料原材料選擇：主要對增強體、樹脂基體、夾芯材料等的主要類型、工藝及性能特點及其匹配關系進行對比分析，按照性能滿足應用要求的原則，同時考慮工藝和成本因素，初選出幾種材料體系；

（3）復合材料制備工藝設計：依據材料工藝性表征評價方法，分析所選結構對象的可制造性，主要包括工藝方法對所選對象結構形式的制造質量控制難度和制造周期兩個方面，結合材料體系的物理化學行為分析，確定成型、固化方法、工藝流程，對比不同方法在制造質量穩定性、結構靈活性、實施成本、批量適用性等方面的特點，再詳細分析工藝參數、工裝設備、缺陷控制等因素，確定工藝優化方案；

（4）復合材料性能測試評價：結合復合材料結構服役特點和設計要求，針對所選材料體系組成和各向異性特征，確定復合材料的力學、功能、環境使用性能等的測試方法與評價指標；

（5）論證報告結論：綜合分析所選材料體系、工藝方案及性能指標的科學性、關聯性和工程可實施性，對于可能存在的難點或關鍵問題給予評述，并提出分析和解決的方法。

改革效果與體會

針對學生撰寫的報告，教師依據學生對所學知識的掌握、運用能力，以及分析、闡述問題的邏輯性和科學性進行評分，占總成績的30%，選出優秀報告作為范例，并總結學生在分析中存在的問題，在課堂上對所涉及的應用案例進行點評和講解，使學生深入理解所學知識之間的關聯性和貫通性，培養學生運用知識分析、解決問題的自覺性和主動性。

通過兩年的教學改革和實踐發現，這種考核方式有效激發了學生的自主學習興趣，不僅學生的團隊合作能力、發散思維、逆向思維能力、文獻調研能力、溝通表達能力、隨機應變能力等方面得到了培養和提高，而且學生養成了主動學習和互動學習的良好習慣。從可行性論證報告的成績看，兩年中優和良的總比例占到了70%～90%，說明了學生的認真態度和積極性。通過與學生的座談，了解到學生對考核方式的改革反映良好，認為該環節對課堂知識的理解和運用起到了很好的促進作用。這一考核方式改革導向，使學生對復合材料基本知識的理解變得生動和深刻，提高了在實踐中運用所學知識分析、解決問題的綜合能力，并且利于學生掌握知識點的內在關聯和約束作用，以及對知識體系的有機性理解與融會貫通，是一種創新型工程科技人才培育的考核新模式，為“兩領”人才成長及其素質提升提供了有益的探索。

另外，通過學生反饋和論證報告的總結評述，教師可掌握課堂教學效果，便于改進教學方法，更新教學內容，提高素質教育的教學質量。同時可以更客觀地評價學生的綜合能力，判斷學生的學習效果，使教和學兩者得到有機結合。顯著提高了學生將理論知識與工程實踐相結合、專業知識與專業技能相貫通的學習意識，培養和增強學生的自主學習、綜合分析，以及運用知識解決問題的創新能力。

根據已有的改革成果和體會，下一步準備結合復合材料技術和應用的最新發展趨勢，豐富典型實例中涉及的內容，不局限于復合材料在航空航天領域的應用，而擴大到能源、交通、建筑等方面，如大型復合材料風電葉片、復合材料車身、復合材料船體等，從而進一步擴展學生思路，豐富教學內容。

參考文獻：

[1]益小蘇，杜善義，張立同.復合材料手冊[M].北京：化學工業出版社，2009：424-431.

[2]陳祥寶，張寶艷，邢麗英.先進樹脂基復合材料技術發展及應用現狀[J].中國材料進展，2009，28（6）：2-12.

[3]中國工程院“創新人才”項目組.走向創新——創新型工程科技人才培養研究[J].高等工程教育研究，2010，（1）：1-19.

[4]潘云鶴.論研究型大學工科學生的能力培養[J].高等工程教育研究，2005，（4）：1-4.

[5]Chun-Yung Niu. Composite airframe structures[M].Hong Kong： Conmilit Press Ltd，1992：560-620.

作者單位：北京航空航天大學材料科學與工程學院 北京