《復合材料導論》課程教學研究與實踐

吳小文,閔鑫,房明浩,劉艷改,黃朝暉,李金洪

摘要：《復合材料導論》是材料科學與工程學科本科生的一門專業主干課。結合本校的教學實踐，本文主要探討了如何通過精選教學內容、靈活運用教學方法、改革成績評價方式進行《復合材料導論》課程的教學改革和教學研究。同時，這些教學改革還可以提升學生對本門課程的課堂學習興趣，進一步改善教學質量和教學效果，為培養出更多的創新性人才和高等學校相關課程和專業建設提供了一定的參考。

關鍵詞：復合材料；教學研究；教學方法；成績評價

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）45-0137-03

復合材料是新材料領域的重要組成部分，相對于傳統材料而言，復合材料具有更高的比強度和比模量、更加優異的抗疲勞斷裂性能以及更強的可設計性等特點，是發展現代工業、國防和科學技術不可缺少的重要基礎材料，是國家戰略性新興產業中的新材料產業發展的主要方向之一。國內大部分高校尤其是工科院校都非常重視復合材料類課程的開設，如材料科學與工程專業、材料物理專業、材料化學專業、金屬材料專業、無機非金屬材料專業、高分子材料專業以及復合材料專業通常都開設了與復合材料相關的專業課。《復合材料導論》是中國地質大學（北京）材料科學與工程專業、材料化學專業本科生的一門專業課。該門課程講述內容包括復合材料概述、復合材料基體、復合材料增強體、復合材料界面以及復合材料的設計原理，另外包括金屬基復合材料、無機非金屬（主要是陶瓷、水泥）基復合材料、聚合物基復合材料以及碳/碳復合材料等。課程教學的目的是讓學生掌握復合材料的基本知識，了解復合材料的結構設計、制備工藝、使用性能、應用場合以及發展動態。然而，該課程知識體系內容豐富，涉及領域寬廣，整體內容大于學生所學本專業的實際應用領域。因此，在教學中存在一些問題，例如學生對《復合材料導論》課程重視不足，重點把握不夠好，教師很難將所有知識點闡述清楚，導致學生學習深度不夠。此外，該門課程多為陳述性內容，在授課過程中很容易陷入乏味的“填鴨式”教學之中，很難激發學生對本門課程的學習興趣。針對以上存在的問題，筆者通過對該門課程進行教學研究，并在教學過程中進行了改革且應用于教學實踐，取得了較好的效果。本文通過分析《復合材料導論》課程的教學內容，并結合本校的專業特色，進行了必要的教學內容、教學方法和考核體系改革，以期可以為高等院校的相關課程和專業建設提供一定的參考和借鑒。

一、調整優化教學內容突出教學重點體現專業特色

《復合材料導論》是一門講述復合材料的組成結構、使用性能、制備工藝和應用發展的材料類專業主干課程。前一部分主要講述復合材料的基本知識，包括復合材料基體、復合材料增強體、復合材料界面和復合材料的結構設計等，后一部分主要講述不同類基體復合材料的主要性能及制備工藝，如金屬基（銅基、鋁基等）復合材料、聚合物基（塑料基、橡膠基）復合材料、陶瓷基（陶瓷、水泥基）復合材料等。按照新一輪培養方案要求，本科專業課堂教學總學時數需要壓縮，在通識課學時數增加的大背景下，專業課的學時數必然需要減少，因此本課程教學學時定為32學時，而在這個教學時間內很難完成原有教材的教學任務。教學過程是為教學目標服務的，為了更好地實現教學目標，必須對教學內容進行調整，確定教學重點。因此，筆者所在教學團隊經過對教材的分析，對其結構和內容進行了合并及優化。堅持實用、實際和實效的原則，調整優化了教學章節和教學內容，不但使各部分內容間保持著緊密的聯系，而且還將如何突出其內在聯系作為本課程的教學重點。《復合材料導論》課程中介紹的所有的復合材料類型，都可以衍生成基體材料、增強材料、加工方法、界面及性能五點，其中前四點決定第五點材料的性能，而材料的性能則決定材料的具體應用。因此，在講授每一種材料時，教師要注意強調各方面與性能的關系，始終將各方面與性能相聯系，分析講述相關內容，將復合材料的各方面知識融合成一個有機整體，便于學生把知識“吃透”[1]。讓學生理解復合材料的整體性能是由各個部分的結構和性質綜合決定的，主要包括基體和增強體的類型、含量、取向，界面結合以及復合工藝等。主要調整的內容為將后一部分不同類基體復合材料的制備工藝合并在一起介紹，講述幾種典型的復合工藝即可，將一些基本原理相同的復合工藝合并在一起。眾所周知，大學課堂的教學特點為信息量大、內容抽象等，這就要求教師主動發掘學科本身的魅力來激發學生的求知欲，重視非智力因素在教學中的作用。為了達到這樣的目的并提高教學效果，就需要教師在授課的同時，深入鉆研本課程的理論、應用以及發展前沿動態等信息。在此基礎上，及時調整和更新教學內容，以達到突出教學重點的目的。此外，由于不同高校的材料類專業培養目的和專業方向不同，其教學內容也不宜完全相同，應當合理選擇教學內容，因專業施教[2]。中國地質大學（北京）材料科學與工程專業以無機非金屬材料為主要方向，依托“礦物材料開發及應用”國家專業實驗室和“非金屬礦物與固廢資源材料化利用”北京市重點實驗室，以新型礦物材料的研發和應用技術為特色，重點發展礦物資源及工業固體廢棄物利用、礦物粉體加工、陶瓷和耐火材料、礦物復合材料等領域，以適應國家、地區經濟和社會、行業的發展需要。本專業畢業的學生能夠從事在礦物與無機非金屬材料領域中的基礎理論研究，新材料、新工藝和新技術開發和生產技術管理等工程科技工作和技術經濟管理。因此，本校的《復合材料導論》課程教學內容既要包括陶瓷基復合材料、聚合物基復合材料等共性內容，又要包括礦物復合粉體、礦物復合材料等特色方向的部分內容。

二、靈活運用各種教學方法激發學生的學習興趣

如前所述，《復合材料導論》課程涉及的內容較廣泛且多數為陳述性內容，因此采用傳統的平鋪直敘的講解方式，不能很好地激發學生的學習興趣。針對這種情況，筆者嘗試了多種教學方法來提高學生課堂學習的興趣。（1）教師更多地采用“啟發式”教學方式，加強與學生的互動和課堂討論。這樣做的目的在于，一方面將本課程的重點、難點貫穿于課堂中，使學生牢固掌握復合材料的基本概念和基本方法，提高教學效果。另一方面，能進一步提高大學生的創新思維和創新能力。例如，教師可以和學生討論在航空航天領域（比如航空飛機或運載火箭上）用到的哪類材料的比例越來越高及其原因這個問題。先讓學生思考，然后進行討論，這樣就將復合材料的輕質高強、耐高溫和抗疲勞等性能特點自然地講述清楚了，還能使學生印象深刻。（2）有效運用“微課”的教學方式，吸引學生的注意力，增強教學質量和教學效果。“微課”作為輔助教學手段，穿插在傳統的教學過程中，有利于復合材料基礎理論知識的講授，也便于學生在輕松的環境中理解其應用，從而提高其對專業知識的學習興趣[3]。例如，在講述聚合物復合材料的鋪層工藝時，利用形象、生動的動畫效果很好地展示了各個鋪層之間的關系，特別是在出現尖角和臺階的特殊部位的設計，能夠被更清晰地展示出來。再如，在上緒論課之前，教師精心搜集一些關于復合材料應用的圖片和視頻，運用多媒體技術，介紹復合材料的概念、實例和發展歷史，展示復合材料在日常生活、休閑、體育、工業以及軍事等多個領域的應用，讓學生對復合材料有初步的了解，并認識到它們的先進性。在教學過程中，教師通過運用實物、視頻等教學媒體能夠明顯提高教學效果，使學生更好地融入到輕松、愉悅的課堂環境中。（3）強化案例教學，積極將科研實例融入到課堂教學中去，實現科研為教學服務的目的。在教學過程中，教師應該積極介紹自己的研究項目，以達到拓寬學生學習思路的目的，最終實現教學、科研相長。例如，在講述碳/碳復合材料制備工藝章節內容時，筆者將自己從事的碳/碳復合材料快速致密化工藝化學液氣相沉積工藝的科研實踐貫穿其中，指出了該方法是目前縮短碳/碳復合材料制備周期、降低其制備成本的一種有效方法，同時也是該類復合材料走向民用市場的最有希望的一種制備工藝。通過這樣的講解，讓學生更好地理解該類復合材料目前存在的主要問題和產業化障礙，同時對碳/碳復合材料的特點及應用有了更加清晰地認識。如此，不僅能夠使學生學到課本上的知識，而且也提高了學生把握復合材料領域中新技術和新知識的水平。同時，教師將在科研工作中掌握的國內外最新研究成果貫穿到實際的教學當中，不斷地對教學內容進行更新和優化，做到與時俱進。例如，結合目前學術界乃至工業界的“石墨烯熱”問題，一方面普及一下石墨烯的結構和性能特點等基本知識，另一方面也給學生們提個醒，即石墨烯的規模化應用還需要進一步的技術突破，不能被資本界當前的跟風炒作行為所誤導。目前規模化應用的一個主要方向還是作為復合材料的添加劑來使用，以達到提升復合材料性能的目的。重點是要學生明確石墨烯與石墨烯粉以及與石墨的區別，提高對市場上的各式各樣“石墨烯”產品的鑒別能力。通過科研與教學的有機結合，進一步貫徹理論與實踐相結合的思想，加深學生對枯燥知識的生動理解，提高教學質量和教學效果[4]。（4）教師應該幫助學生整理知識脈絡，使得學生形成清晰、正確的知識結構。例如，在緒論部分，告訴學生本課程中的每種材料都有一定的知識結構，包括材料的成分、結構、性能、生產工藝、技術性質及應用。而在分章節中講授每種材料的具體內容時，要有意識地提醒學生按照知識結構對材料進行理解。endprint

三、優化考核形式采用綜合方式評定課程成績

考核是教學質量管理的一個重要環節，它不僅是對學生學的效果的評定，還是對教師教的質量的檢驗。同時，考核也是教師加強教學反饋，促使其改進教學方法，提高教學質量的重要措施之一。傳統的閉卷考試，往往使得學生只關注成績，而不注重分析問題和解決問題等綜合能力的提高。同時，考試的另外一個重要弊端就是無法全面評估學生對本門課程的掌握情況，因為本門課程內容較廣泛，知識點很多。最近幾年，筆者所在教學團隊通過近幾年的教學和考核方式的實踐，不斷地優化考核形式，采用綜合考核、靈活應試的辦法，通過平時考勤、課堂發言和討論、讀書報告以及綜述性論文等多種方法對學生進行綜合考核。具體包括以下考核手段：（1）加強課堂考勤管理。由于本門課程在第七學期開設，多數學生正在準備考研或者找工作，如果不加強課堂考勤管理勢必會影響到本門課程的教學秩序乃至教學效果。（2）加強平時發言和課堂討論的考核。通過啟發式教學方式和互動式的教學模式，激發學生的好奇心和學習興趣。同時，教師在此過程中也要注意加強引導和管理。（3）教師要求學生通過閱讀教材和相關專業書籍，找出最新的復合材料領域內的技術，并將最新技術總結成讀書報告。（4）選擇一種具體的復合材料或者復合材料的某一方面，例如制備工藝技術等，完成一篇綜述性論文。選題的原則包括以下幾點：結合自身情況，例如有的學生參加過大學生創新性實驗計劃項目的，有的是參與了專業教師的研究課題，或者通過認識實習和生產實習等實踐性教學環節接觸過有關復合材料或產品，還可以結合教師課堂講述過的感興趣的復合材料等進行。通過查閱文獻資料，對該類復合材料的結構、性能和工藝以及發展動態等做出全面的總結和概述。這一方面能使學生更好地理解復合材料的整個知識體系。另一方面則有利于提高其文獻綜述的能力，為其后續的畢業論文工作，以及將來的繼續深造或者工作均可打下必要的基礎。最后，教師要認真評判學生的讀書報告和綜述論文，給出公平、公正的評價。綜合以上四部分成績最終給出本門課程的綜合成績。總之，教學要以培養適合社會發展需求的人才為目的，通過本課程有望培養具有豐富專業知識、敏銳專業意識的材料專業人才，為學生以后從事技術或研發工作打下良好的復合材料專業基礎。

四、結語

《復合材料導論》是一門內容豐富、相對抽象的課程，“填鴨式”的教學方式不容易激發學生的學習興趣。靈活運用和及時更新教學方法，加強案例教學突出教學重點，能夠進一步提高學生對該門課程的學習興趣。改革課程成績評定辦法，采用讀書報告和綜述性論文的方式能夠提高學生對專業文獻資料的查閱和綜合評述能力，有利于鍛煉和提高學生發現問題和解決問題的能力，增強他們的科學素養和創新精神。通過改革和實踐，教學效果有了明顯的提高，實現了教學相長，為更多創新性人才的培養起到了促進作用。本課程的教學改革對我國高校材料類專業的建設和復合材料類課程建設具有一定的參考價值。

致謝：感謝中國地質大學（北京）教學研究與教學改革項目“基于工程教育專業認證的材料科學與工程專業課程體系的構建”。

參考文獻：

[1]馬慶宇.《復合材料概論》教學改革淺析[J].教改創新，2013，（2）：48-50.

[2]潘強，何田，張馳，胡大勇.復合材料專業課教學改革實踐探究[J].新課程研究，2014，（12）：83-84.

[3]唐立丹，王冰齊，錦剛，彭淑靜.微課教學在《復合材料概論》教學中的應用和實踐[J].高教學刊，2015，（20）：90-92.

[4]叢海林，于冰，張秀蘭，楊瑞霞.教學創新在復合材料課程中的應用與實踐[J].教育教學論壇，2015，（51）：87-88.endprint