“复合材料学”课程教学改革与实践

滕翠青

(东华大学 材料科学与工程学院，上海 201620)

“复合材料学”是我校(东华大学)复合材料与工程专业的一门学科基础必修课，主要讲授与复合材料相关的基本原理、基本概念，为学生今后从事复合材料方面的科学研究、指导生产工艺、进行分子设计、开发新品种等打下一定的理论基础。“复合材料学”是复合材料与工程专业学生最早接触的专业课程，是后续课程“复合材料结构设计基础”和“复合材料制品成型工艺及设备”等的先导课，因此该课程的教学效果如何，直接决定着复合材料与工程专业学生对专业的学习兴趣，甚至影响学生以后的职业选择。笔者在近几年该课程的教学过程中，在教学方法、教学手段以及教学内容等方面进行了积极探索，激发学生对复合材料专业知识的学习兴趣，取得了较好的教学效果。

一、 现代化教学媒体与传统教学方法相结合

1. 课堂讲授采取PPT与板书相结合的教学手段

随着现代化教学媒体的普及，高校教师上课基本上都采用PPT教学方式。PPT教学图文并茂、形象直观，易于激发学生的学习兴趣；可以在课堂上增加知识量，增添教学内容，提高课堂时间的利用率，使学生的知识面进一步得到扩展[1]。但是笔者在教学过程中发现，对于“复合材料学”课程来说，单纯采用PPT及多媒体教学方式，效果并不理想。在“复合材料的聚合物基体材料”章节中，有大量的合成及固化反应方程式，这些方程式是学习的重点，也是难点。如果这些方程式只采取PPT的教学形式，大量的符号、化学结构式堆在一起，学生不知道具体的反应过程，容易产生畏难情绪，不容易掌握。但是如果把这些方程式在黑板上书写一遍，并在书写的过程中详细讲解化学反应原理及一步步的反应过程，学生跟着书写一遍，则掌握起来就比较容易。另外，对于一些重要的教学内容，板书可以加深学生的学习印象。因此，在“复合材料学”课堂教学过程中，采取PPT与板书相结合的教学手段，以PPT为主，板书为辅，两者取长补短，互相补充，可取得良好的教学效果。

2. 充分利用“互联网+”学习平台

我们建立了“复合材料学”课程公众号，定期发布国内外复合材料领域的最新发展动态及相关知识，拓展学生的知识面，激发学生学习兴趣，使他们明确以后努力的方向。碳纤维作为复合材料的一种重要增强纤维，是我校复合材料与工程专业的专业方向之一，近年来得到快速发展。为了使学生更好地了解碳纤维的发展以及应用领域，我们先后在课程公众号上发布了多篇关于碳纤维的文章，如《航空发动机领域的碳纤维材料》《我国新一代碳纤维地铁车辆全球发布》等。碳纤维也是我校纤维材料改性国家重点实验室和材料科学与工程学院的优势学科方向，中央电视台“走遍中国”5集系列片《中国智造》中的第5集《智创新材》报道了我校和中复神鹰碳纤维有限公司合作研发高性能碳纤维的过程，研发成果荣获2017年度国家科技进步一等奖。我们把该视频放在课程公众号上，学生观看后，不仅对碳纤维的生产工艺、生产设备以及应用领域有了更深的了解，而且备受鼓舞，更加热爱自己的专业。同时，碳纤维研发过程的艰辛也使学生领悟到任何科研成果都不是一蹴而就的，而是必须有扎实的基础研究和长期的积累。所以学生意识到现在更应该努力学好复合材料的基础知识，他们的学习积极性和主动性明显增强。

二、 综合运用多种教学方法

1. 在课堂讲授中采用启发式教学方法

课堂讲授是主要的教学形式。在讲课过程中要时刻注重与学生的互动，根据教学内容适时提出问题，让学生带着问题去听课、去思考、去理解，而不是简单地去记忆。如在“不饱和聚酯的合成”这一节内容中提到，不饱和聚酯的合成是由不饱和的酸酐、饱和的酸酐以及二元醇合成得到的，从不饱和聚酯的定义和结构来说，只要含有不饱和双键的聚酯都可以称为不饱和聚酯，那么合成时只要不饱和的酸酐和二元醇反应就能得到，那为什么在工业上都要加入饱和的酸酐？在开始讲课前，先把这个问题抛给学生，让学生带着问题听课，力求在听课内容中寻找答案。当教师讲解不饱和聚酯的合成反应与固化原理时，学生会恍然大悟，原来饱和酸酐的加入是为了调节不饱和聚酯固化后的网络结构，降低交联点密度，从而提高树脂的韧性。通过该问题的思考让学生明白，树脂的合成、固化、性能都是相互联系、相互影响的，不能孤立地考虑问题。一个问题就把树脂的这三个方面的知识点串联了起来，使学生印象深刻。

2. 课堂讲授+课堂研讨+实验教学相结合的教学方法

课堂讲授可以使学生掌握基本概念和原理，但主要还是教师讲、学生被动听的模式，因此，要想进一步提高学生的学习兴趣，必须让学生适当地参与到教学中。课堂研讨可以让每个学生参与其中，教师不定期给学生布置大作业，针对特定的复合材料方面的主题让学生查阅资料，然后课堂上分组进行PPT汇报。在查阅资料和课堂汇报的过程中，使学生进一步掌握复合材料的相关知识，同时锻炼了查阅文献资料、做PPT以及演讲等各方面的能力。

复合材料是一门实践性很强的学科，因此在课程教学中可适当增加实验教学环节。可以先让学生进实验室参观各种复合材料的成型方法，如模压成型、缠绕成型、拉挤成型等，然后让学生自己动手操作，使学生对复合材料的制备生产过程有直观的认识，更清楚复合材料的基础知识与制备工艺之间的关系，认识到学习复合材料基本概念和基本原理的重要性，从而激发学生的学习热情。

三、 教学内容注重与前修课程及后续课程之间的联系

“复合材料学”课程与高分子材料与工程专业、复合材料与工程专业的其他课程都有着紧密的联系，在教学过程中要注重做好这些前后课程内容之间的衔接。

1. “高分子化学”和“高分子物理”是“复合材料学”的重要基础课程

“复合材料学”课程中基体树脂的合成与固化反应原理基本上都是高分子化学的内容，例如酚醛树脂的合成是体型缩聚，固化反应是体型缩聚的继续；不饱和聚酯的合成是线型缩聚，固化原理是与交联单体的自由基共聚。体型缩聚、线型缩聚和自由基共聚在高分子化学中都是学生需要掌握的内容，因此在讲到基体树脂相关内容时，要把学过的高分子化学的有关基础知识与树脂的合成及固化的具体反应结合起来，分析两者之间有哪些相同点，又有哪些不同点，这样有利于学生更好地理解和掌握基体树脂的相关反应。而在讲到基体树脂的分子结构与性能以及两者之间的关系时，又会用到高分子物理的知识，通过回顾高分子物理的相关知识，可以使学生更容易地理解“复合材料学”课程的内容。

2. 加强“复合材料学”与“复合材料制品成型工艺及设备”等后续课程的联系

“复合材料学”是后续课程“复合材料制品成型工艺及设备”“复合材料结构设计基础”等的基础，在讲授复合材料的基本原理和基本概念时，一定要从复合材料工艺和结构设计的角度来讲解。以复合材料的成型工艺为例，复合材料的一大特点就是材料与工艺是同时产生的[2]。也就是说，如果没有成型工艺，也就没有复合材料，有的只是制备复合材料的原材料。如环氧树脂是高分子材料，碳纤维是无机材料，只有把环氧树脂和碳纤维通过一定的成型工艺，才能得到碳纤维增强环氧树脂复合材料。因此，在讲解复合材料的基本概念和基本原理时，一定要从成型工艺出发，否则很难理解。如讲到酚醛树脂改性时，其改性目的之一是降低酚羟基的浓度，从而达到改善复合材料的成型工艺条件、降低成型压力的目的。学生普遍对这一说法感到不理解。这是因为酚醛树脂在成型时一般选择模压成型，这是一种高压高温成型方法，酚醛树脂的固化原理是体型缩聚，会释放出小分子，小分子释放得越多越集中，需要的成型压力也就越大。若改性后酚羟基的浓度降低，就可以减少固化过程中产生的小分子，所以就能降低成型压力。复合材料中的这些基本概念和基本原理都与工艺有着密切的关系，在教学中一定要时时注意从工艺的角度来讲解，这样既能让学生更好地掌握“复合材料学”的基础知识，又能理解“复合材料学”课程与“复合材料制品成型工艺及设备”课程的关系，为下学期后者的学习打下坚实的基础。

四、 结语

我校复合材料与工程专业的“复合材料学”课程经过以上教学改革与实践，取得了较好的教学效果。整体学风变好，学生学习热情提高，并积极参与课堂教学，从被动学习变为主动学习，不但学习成绩提高，而且综合能力也得到了较大提升。但该课程教学仍存在一些问题，还需在以下方面持续改进：一是要进一步利用“互联网+”学习平台，探索先进的教学方法；二是要更新教学内容。近年来复合材料的发展日新月异，要把复合材料领域最新的研究成果补充到教学内容中，让学生在掌握基础知识的同时了解复合材料的国内外发展现状，从而明确以后努力的方向，进一步激发学生的学习热情，并在将来积极投身到复合材料研发事业中去。