《复合材料原理》课程教学改革研究

陈 飞，赵玉涛，陈 刚

(江苏大学材料科学与工程学院，江苏 镇江 212013)

《复合材料原理》是复合材料专业本科生的核心专业课程，也是一门承接性很强课程，课程通常在学生完成大学物理、工程化学或材料科学基础等公共基础课和专业基础课程的学习之后开设，为后续聚合物基复合材料、陶瓷基复合材料、金属基复合材料等专业课程的开设提供必要铺垫。课程的教学目标是通过该课程的学习，学生能掌握材料复合的基本原理，具备解决本专业领域复杂工程问题的初步能力，为学生将来从事复合材料生产和研究奠定理论基础。因此，该课程的教学质量和效果对复合材料专业人才的培养至关重要。

《复合材料原理》课程涵盖了复合材料共性原理和不同复合材料体系的特性原理，主要讲授复合材料科学基础、复合材料设计及组成界面所涉及的重要理论知识。课程原理多、概念多、数学推导多且涉及材料力学、有机化学、无机非金属、物理化学、金属学等多学科知识。目前已出版的教材较少，且各教材的侧重点明显不同，因此，选择合适的教材是《复合材料原理》课程的重要环节。此外该课程内容过于抽象, 晦涩难解,学生的学习积极性不高，教学面临严峻的挑战。综上所述，《复合材料原理》课程的教学内容改革势在必行。以学生为中心的教学理念和信息技术的发展都要求广大教师对《复合材料原理》课程的教学方法进行改革。目前新工科教育和工程教育认证都要求注重培养学生利用知识、技能解决实际问题能力[1]，这就要求课程考核体系的变革。基于此，本文从《复合材料原理》课程教学内容，信息时代教学方法以及课程考核体系这三个方面分析课程改革方案，并思考多种教学改革措施的作用，期望能够促进《复合材料原理》教学的发展与创新，为其他高校相关课程建设提供一定的参考。

1 教学内容改革

1.1 课程教材建设

《复合材料原理》课程由于专业性较强，现有的教材版本不多，主要包括苏州大学、南京理工大学、西北工业大学等高校编著的《复合材料原理》[2-4]，这些学校在教材编撰过程中，结合各自学校专业方向，侧重点各有不同。苏州大学闻荻江等编写的《复合材料原理》全面覆盖了复合材料基本理论，在复合材料的界面结合原理和性能复合原理方面的阐述较为全面、透彻，然而该教材近年来未能再版，未能涵盖复合材料最新的发展趋势和成果。南京理工大学朱和国等编写的教材对纳米复合材料和遗态复合材料进行了系统讲解，同时引入了复合材料领域的最新研究成果。西北工业大学编写的《复合材料原理》以聚合物基、金属基、陶瓷基、碳/碳复合材料的共性原理为主线，详细阐述了界面结构、特性和以及材料力学性能和失效模式。从专业发展和学生培养的角度考虑，结合专业自身特点和专业领域的发展动态，编撰适应自身教学的《复合材料原理》教材，对于具有教材编写能力的高校来说是最佳选择，可以极大地改善相应课程的教学效果。《复合材料原理》教材建设应该保证复合材料基本知识体系的完整性，主要包括：复合材料结构、性能的复合规律，复合材料界面结合的因素和改善复合材料界面的基本原则，不同结构、功能复合材料的基本特点。对于专业基础薄弱，教材编写困难的高校，则应参考其他高校出版的《复合材料原理》的特点，结合本专业的特色、教学目标、办学定位选用利于自身教学的规范教材，并辅以自编讲义，以最大程度适应本专业的教学。

1.2 课程内容的改革

《复合材料原理》课程的许多理论难以在生活中找到具体应用情景的支撑，因而比较抽象，学生难以直观理解。课程内容不能仅仅局限于书本知识，而应当针对教学内容引用相关科研案例或文献资料进行具体深入讲解。例如复合材料界面表征教学环节，可以借助典型文献中的科研过程的进行讲解， 通过对具体复合材料界面成分的EDS分析，界面应力的XRD分析、界面结构的TEM高分辨观察的表征过程和结论的讲解，加深学生对界面表征具体内容和表征规范方式的理解。需要注意的是，在文献或科研案例教学讲解过程中要重点突出，着重讲解思路、过程和原理，而不需过多强调研究结论。经过科研案例和文献教学可以帮助学生系统的理解相关知识的现实用途。从而在很大程度上弥补教材内容的不足，可以促进学生深入理解专业基础知识和专业技能，并且可以帮助学生认识到专业基础课重要性，激发学生学习的主观能动性。

当前复合材料产业发展势头良好，复合材料相关科研工作也在全球范围内快速推进，新的复合材料品类及制备技术不断出现，教材上的内容更新远远跟不上复合材料的发展速度。这就要求授课教师不但要具有扎实的专业理论知识，还应紧跟学科发展步伐，把握复合材料发展趋势和发展方向，时刻关注复合材料的产业进步和科研进展，掌握相关产业和研究存在的技术瓶颈，并将这些知识穿插到课程内容中，比如复合材料在风电叶片、“嫦娥”三号探测器及C919 大飞机上的应用，并与国际领先水平进行对比，揭示其中蕴含的复合材料理论知识，让学生认识到复合材料学科对于科技进步的重要意义，可以极大地调动学生的学习热情和积极性，提高学生的学习效果。

2 教学方法改革

2.1 讲授方式的改革

《复合材料原理》涉及原理性知识，许多知识与我们日常生活都没有直接关联，造成学生学习的困难。教师可以利用多媒体技术将过去静态的、二维的教材转变为由声音、动画、图像构成的动态的教材。比如碳纤维性能和制备原理的讲解，如果采用教师说、学生听的传统模式，学生难以深刻理解、记忆，如果借助多媒体将碳纤维的生产过程的视频展现在学生面前，让学生仿佛置身于工厂生产车间，针对纺丝、牵伸、碳化等关键环节加以提问和讲解，说明其中涉及原理和规范，这样学生可以清楚地认识到这些知识的具体含义。

2.2 信息化教学技术的应用

《复合材料原理》授课学时通常在36～48学时之内，由于课程学时的限制，课堂教学不可能面面俱到，这就需要借助信息化教学手段。信息化教学是指在教育中应用信息技术手段，开发教育资源，优化教育过程，从而提高教育质量和效率，形成适应信息社会要求的新教育模式[5]。信息化教学设计中，教师不再是唯一的知识源，而是要把精力放在如何教学生“学”的方法上。教师可以利用雨课堂、慕课堂等教学平台将《复合材料原理》教学大纲、教案、预习资料提前推送给学生，方便学生课前自主提前学习[6]。同时，教师上完课，可及时将课堂教学内容、作业、思考题通过平台发送给学生，一方面便于学生复习课上内容，教师及时了解学生对知识的掌握情况，另一方面也可通过平台实现师生互动、探讨问题，满足学生答疑需求。

3 课程考核体系改革

传统的课程考核方式注重知识的掌握情况考核，是一种知识记忆考试方式，难以真实反映学生对知识的理解程度和运用知识解决问题的能力，也在很大程度上限制了学生的逻辑思维能力和创新能力。学生只要在考试前几天死记硬背，实现知识的短期记忆，就可以顺利通过考试，甚至可以取得较高的考核分数。这导致学生过于依赖考试前的突击复习，而不注重平时的积累和思考，严重影响学生课上和课下学习的积极性。加之我国正在推行的新工科建设，特别强调学生工程实践能力、创新能力的培养。工程教育专业认证也特别强调培养学生解决复杂工程问题的能力[7]。因此，必须在课程考核方面大力革新， 使课程教学在学生创新能力的培养过程中真正发挥出导向功能。《复合材料原理》课程考核通常采用平时成绩考核+期末考试的综合考核，为了提高平时成绩的公平性，平时成绩应该主要来自于随堂作业或随堂测试，教师可以在每章结束时结合工程案例，设置一道随堂作业题，作业题答案应是多元的，且无法直接从教材上找到答案，允许学生借助手机查找资料，在规定时间内提出自己的观点和思路，并限时上交，教师把每个人的答题情况计入平时成绩， 平时成绩占总分的30%以上。相应的期末考试也需要侧重考核学生的分析能力和创新能力，减少名词解释的比重，注重案例分析题和计算题的比重，锻炼学生利用理论知识分析、解决实际问题的能力。

4 结 语

随着科技的快速发展，复合材料种类不断增加，复合材料的性能不断提升，复合材料制备工艺不断改进和创新。在此背景下，对《复合材料原理》课程教学进行改革具有重要意义。但该课程涉及多学科交叉且涉及的理论知识较为繁杂，教学改革是一个长期、艰巨的任务，这就要求教师在教学过程坚持发展的眼光，以学生为主体，不断更新知识结构，努力探索科学的教学方法，深化改革课程考核方法，注重学生综合能力和创新意识的培养，为中国复合材料产业赶超国际先进水平提供人才支撑。