《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 鎮江 212013)

《復合材料原理》是復合材料專業本科生的核心專業課程，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等公共基礎課和專業基礎課程的學習之后開設，為后續聚合物基復合材料、陶瓷基復合材料、金屬基復合材料等專業課程的開設提供必要鋪墊。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，具備解決本專業領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和研究奠定理論基礎。因此，該課程的教學質量和效果對復合材料專業人才的培養至關重要。

《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、復合材料設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》課程的重要環節。此外該課程內容過于抽象, 晦澀難解,學生的學習積極性不高，教學面臨嚴峻的挑戰。綜上所述，《復合材料原理》課程的教學內容改革勢在必行。以學生為中心的教學理念和信息技術的發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。基于此，本文從《復合材料原理》課程教學內容，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》教學的發展與創新，為其他高校相關課程建設提供一定的參考。

1 教學內容改革

1.1 課程教材建設

《復合材料原理》課程由于專業性較強，現有的教材版本不多，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，結合各自學校專業方向，側重點各有不同。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復合材料進行了系統講解，同時引入了復合材料領域的最新研究成果。西北工業大學編寫的《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，詳細闡述了界面結構、特性和以及材料力學性能和失效模式。從專業發展和學生培養的角度考慮，結合專業自身特點和專業領域的發展動態，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。《復合材料原理》教材建設應該保證復合材料基本知識體系的完整性，主要包括：復合材料結構、性能的復合規律，復合材料界面結合的因素和改善復合材料界面的基本原則，不同結構、功能復合材料的基本特點。對于專業基礎薄弱，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，結合本專業的特色、教學目標、辦學定位選用利于自身教學的規范教材，并輔以自編講義，以最大程度適應本專業的教學。

1.2 課程內容的改革

《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。課程內容不能僅僅局限于書本知識，而應當針對教學內容引用相關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節，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、界面結構的TEM高分辨觀察的表征過程和結論的講解，加深學生對界面表征具體內容和表征規范方式的理解。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，而不需過多強調研究結論。經過科研案例和文獻教學可以幫助學生系統的理解相關知識的現實用途。從而在很大程度上彌補教材內容的不足，可以促進學生深入理解專業基礎知識和專業技能，并且可以幫助學生認識到專業基礎課重要性，激發學生學習的主觀能動性。

當前復合材料產業發展勢頭良好，復合材料相關科研工作也在全球范圍內快速推進，新的復合材料品類及制備技術不斷出現，教材上的內容更新遠遠跟不上復合材料的發展速度。這就要求授課教師不但要具有扎實的專業理論知識，還應緊跟學科發展步伐，把握復合材料發展趨勢和發展方向，時刻關注復合材料的產業進步和科研進展，掌握相關產業和研究存在的技術瓶頸，并將這些知識穿插到課程內容中，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，許多知識與我們日常生活都沒有直接關聯，造成學生學習的困難。教師可以利用多媒體技術將過去靜態的、二維的教材轉變為由聲音、動畫、圖像構成的動態的教材。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過程的視頻展現在學生面前，讓學生仿佛置身于工廠生產車間，針對紡絲、牽伸、碳化等關鍵環節加以提問和講解，說明其中涉及原理和規范，這樣學生可以清楚地認識到這些知識的具體含義。

2.2 信息化教學技術的應用

《復合材料原理》授課學時通常在36～48學時之內，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手段，開發教育資源，優化教育過程，從而提高教育質量和效率，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容、作業、思考題通過平臺發送給學生，一方面便于學生復習課上內容，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新能力。學生只要在考試前幾天死記硬背，實現知識的短期記憶，就可以順利通過考試，甚至可以取得較高的考核分數。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，特別強調學生工程實踐能力、創新能力的培養。工程教育專業認證也特別強調培養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新能力的培養過程中真正發揮出導向功能。《復合材料原理》課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或隨堂測試，教師可以在每章結束時結合工程案例，設置一道隨堂作業題，作業題答案應是多元的，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，在規定時間內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重考核學生的分析能力和創新能力，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 語

隨著科技的快速發展，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，這就要求教師在教學過程堅持發展的眼光，以學生為主體，不斷更新知識結構，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新意識的培養，為中國復合材料產業趕超國際先進水平提供人才支撐。