《复合材料加工工艺与设备》教学改革探索

李瑞红　张邦文

摘要：根据复合材料与工程专业的特点，从教学内容、教学手段与方法、课程考核方式等方面对《复合材料加工工艺与设备》课程进行了改革。结果表明，这种教学改革提高了学生学习的积极性和主动性，取得了很好的教学效果。

关键词：复合材料加工工艺与设备；教学方法；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）49-0140-02

随着科学技术的飞速发展，复合材料有了突破性的发展。就目前的发展态势来看，复合材料已经成为高端领域发展（如航空航天技术、国防军工等）的必不可少的高新技术材料，如神州飞船的返回舱，其主承力机构就是由复合材料制成，再比如，生物基低密度SMC制备的气缸盖比传统SMC成型的气缸盖质量轻35%，这对发展新能源汽车是非常有前景的。这些高科技成果的频繁出现，也标志着我国的复合材料发展技术已经达到世界先进水平。随着近年来碳纤维及其复合材料、多尺度复合材料、生物复合材料的出现和发展，使得复合材料在交通、建筑等领域得到了长足的发展，也带动了国民经济的发展，形成了巨大的经济和社会效益。复合材料在新世纪的发展更是举世瞩目，尤其是亚洲乃至中国的市场增长更快。国务院颁发的《节能与新能源汽车发展规划》规定，到2020年中国乘用车新车平均油耗要降到百公里五升的水平。这个规定就要求汽车的生产必须实现轻量化，而碳纤维复合材料、热塑性增强塑料、FRP以及镁铝等轻金属都成为了首选轻质材料。近年来，复合材料又向着高性能、低成本发展，基体材料也向着功能性、强韧性和工艺优异等方向研发和应用发展，并且随着材料、结构一体化设计理念逐步深入，使得我国复合材料的制备及生产工艺水平不断进步，复材行业也朝着高、精、尖方向不断发展。但是，由于我国复材生产厂家多而小，生产技术相对落后，使得我国复合材料的发展受到一定的限制，我国只是复材生产大国，而不是复材强国，复合材料产品的质量和品种与先进世界发达国家相比，有一定的差距。如技术上缺乏自主创新，知识产权意识淡漠等。进入21世纪以来，复合材料市场增长快速。我国对复合材料的研发与应用更是投入了大量的人力与经济，并取得了很大的成果。转型升级后的复合材料新兴产业正在大力发展，比如长纤维和连续纤维增强热塑性复合材料、轨道交通用复合材料、碳纤维复合芯导线和复合材料杆塔为代表的电力复合材料、航空航天用复合材料以及生物医用复合材料等。随着我国复合材料在汽车、航空、风电、烟气脱硫领域的应用逐步加大，我国对于复合材料人才的需求也在逐步增加。与此同时，我国高校中有复合材料专业的高校并不多，且目前学校培养出来的学生离企业要求还有一定的差距，比如说学生的实践少、动手能力差，这就迫切需要高校教师对课程讲授有一定的改变且学校对于复合材料专业要进一步明确办学的方向。

《复合材料加工工艺与设备》课程是复合材料与工程专业的专业主干课，该专业是一门融合了金属、高分子以及陶瓷的涉及交叉学科的应用性较强的专业。学校在培育学生时要加强工程应用技术人才的培养。目前，该专业的就业前景良好，因此，如果能够提高学生对复合材料加工工艺以及加工设备的认识和熟悉，使学生具备一定的实践能力、创新能力，一定会给他们的就业带来非常大的帮助。

鉴于此，为了培养动手能力强且有一定创新能力的学生，以满足复合材料产业的发展需求，我们从教学内容、教学手段与教学方法等多个方面对《复合材料加工工艺与设备》的课程进行改革，努力取得较好的教学成果。

一、教学内容的改革

进入新世纪以来，我国复合材料发展日新月异，高性能低成本的新材料以及新工艺不断涌现。而高校对于学生的教授还是以课本为主，教材的更新速度远远不及科技发展的速度。因此，就要求高校教师在备课时要同时兼备课本知识以及行业发展的新知识、新观点。不断地将目前世界上复合材料的成型工艺及设备以及最新的科学技术成果引入到课堂上，使得在这个以学生为主体的课堂教学中，课堂内容更加生动，能够更多地调动学生的积极性和参与性。还应该查阅大量资料，找出各种相关视频，声音以及动画对于学生都有一定的吸引力，而且也容易理解，同时也丰富了课堂内容。复合材料加工工艺与设备的课程与其他的复合材料专业课程，如复合材料性能学，复合材料加工原理等有一定的重复和关联，因此，在教授该课程时，要做到重点突出，难点多讲，讲课要有层次感，要条理清楚，这样学生才能更好地接受教师所讲的内容。《复合材料加工工艺与设备》侧重于树脂基复合材料的成型工艺、加工方法、加工设备等，以及成型过程中的参数控制等，内容广泛、知识量大，实践性强。所以在授课时还要做到不断回顾、对比、讲解和总结，使学生能够深入地了解各种成型工艺的异同和应用的领域。此外，灵活运用各种语言表达方式，使课堂气氛更加活跃，讲述语调要抑扬顿挫，提高学生思维的活跃性，主动带入，提高教学效果。

二、教学手段与教学方法的改革

《复合材料加工工艺与设备》涉及的知识面较广，内容多，工业性较强，如采用传统填鸭式的教学手段，学生很难快速地接收到老师所讲授的内容，无法使其得到直观的体验，而且学生在听的过程中难免会出现厌烦情绪，从而加大了学习和理解的难度。该课程的实践性较强，几乎所有内容都涉及到工业应用的工艺及设备，复合材料的成型方法很多，如缠绕成型、模压成型、层压成型、手糊成型等，而且新的复合材料成型方法不断涌现，在实验和实习中不可能每个工艺都能参与到，而且在校外实习时，学生也只是了解该工艺的一般流程以及成型用设备的外观，对其内部结构和工作原理无从知晓。所以若使用多媒体教学，老师可以将课本中讲到的知识转化为色彩多变的ppt、声音、动画等，从而在有限的时间里提供给学生最大的知识信息量。本课件主要包括各种树脂基复合材料成型方法的概述、过程、工艺特点、成型用设备、产品外观图等。在ppt中同时还展示了各种成型用设备的内部结构剖面图和外观形貌图，以及工作工程的动画演示，从而将工业生产过程直观、生动地展现在学生面前，使得一些生产操作中看不到的现象以及难懂的工作原理化难为易。

专业课普遍存在叙述性内容较多的特点，这往往使得课堂教学比较烦闷，学生上课积极性不高，因此教授该课程时要注意合理取舍，不必面面俱到，对于一般易懂的内容可以让学生自学，或者由课堂提问来进行，从而能够让学生对该知识有更加深刻的了解。还可以以思考题的方式给出，可稍作讲解，指出应注意的问题和建议，使学生在此基础上多阅读教材和文献，了解当下的行业发展以及问题的解决方法，从而带动学生课下学习的积极性。同时，教师还应对学生在课下学习遇到的问题进行精讲，并进行课堂讨论，这样不仅避免了课堂教学中的“照本宣科”及“满堂灌”，也能让学生更多地参与到课堂教学中，发挥其学习主动性。该课程涉及应用性较强的专业课，像挤出成型和注射成型，现在几乎占了树脂基复合材料成型工艺的60%～70%，所以这两种成型工艺要重点讲述。还要注重理论教学与实践相结合，如讲述聚合物基复合材料的注射成型时，由于人们日常生活中使用的塑料瓶、碗、杯具等大部分都是注射成型获得，所以可以在讲述该成型工艺时，将一些矿泉水瓶、塑料碗、日化用品等带入到课堂中，使学生更加了解这些工艺的实用价值。在课程的教学过程中，我们安排部分学时将学生带到我系的实验室，让学生更多地了解实验用设备，如挤出成型、注射成型等加工设备，使同学们更加真实地了解成型用设备的内在结构及功能、工作原理以及具体的工艺参数设置等，并且可以自己亲手操作该设备，锻炼了学生的动手能力，同时还能加深其对课堂知识的吸收，取得了比传统教学更好的效果。

三、课程考核方式的改革

在传统教学中，考试是非常重要的考核环节。其实，考试只是检验学生理解知识和掌握知识程度的一种手段，同时也是检验教师教学工作的一种有效途径。但是考试不是最终目的，学生通过考试，可以掌握和使用所学知识，能够体现其理解问题、分析问题和回答问题的能力，而通过考试，教师可以了解学生对所学知识掌握的程度，从而对以后的教学方法和手段进行积极调整。以往的考核方式以期末考试为主，大约占90%左右，这种考核方式存在一定的缺点，对于大部分课程，学生平时不太认真学习，在期末考试前几周开始突击学习，应付过关，考完不久则几乎全盘忘掉。目前，笔者对《复合材料加工工艺与设备》课程的考核方式进行了改革，结束了传统的纯知识记忆考试方式，而且缓解了学生一定的思想压力。我们采取的考试方式是：加大平时成绩（包括出勤率、课堂提问及回答问题情况、完成作业情况等）在总评成绩中的比例，这样可以更大地调动学生平时学习的兴趣。

总之，作为复材专业的主干课之一，《复合材料加工工艺与设备》的教学改革是一项系统的改革，对于该课程，我们需要不断更新教学内容，不断创新教学模式，通过努力调动学生学习积极性，培养学生的自主创新能力，才能提高教学质量。我们通过对本课程教学手段和方法上的改革探索，提高了学生的学习积极性和主动性，教学效果也有了很大的提高。

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