面向应用型人才培养复合材料综合实验课程的教学改革与实践

＊任荣 熊需海 王静 冯长杰

（沈阳航空航天大学 材料科学与工程学院 辽宁 110136）

加强应用型人才培养是我国经济由高速发展转向高质量发展历史背景下做出的高等教育管理体制改革的重要战略部署[1]。自改革开放以来，我国经济历经四十多年的高速发展，传统高等教育为经济发展提供了大量的高素质人才。然而，随着产业结构的优化升级，我国各领域核心技术正逐步迈入国际先进或领先行列、面临更高阶的全球竞争，企业对人才的需求也由传统的技术吸收型人才转向了技术创新型人才。因此，高等教育必须进行人才培养供给侧改革，培养高质量应用创新型人才，适应中国特色社会主义新时代经济社会发展的需求[2-3]。

沈阳航空航天大学是一所以航空宇航为特色的多科性高等院校，基于航空航天器结构轻量化对复合材料的重大需求，2016年成立了复合材料与工程本科专业。该专业遵循“适应面宽、基础扎实、实践能力强、有创新意识”的培养原则，借助新能源通用飞机技术国家地方联合工程研究中心、辽宁省高性能聚合物基复合材料重点实验室、辽宁省先进复合材料制备技术重点实验室等创新科研平台，围绕航空航天、国防军工和区域经济社会发展对应用型人才的需求，重点培养具备复合材料与工程基础理论、实践技能和创新思维的高水平应用型工程技术人才。实践类课程是复合材料与工程专业开展应用型人才培养的重要抓手。

复合材料综合实验是复合材料与工程专业开展应用型人才培养最重要的实践类课程之一；集聚了与航空航天领域前沿应用类课题相关的复合材料设计制备、成型工艺、结构表征、性能测试、使役行为等内容。该课程开设在第七学期，学生已完成了专业基础课和大部分专业特色课的学习；通过综合实验的训练，教授学生如何运用复合材料相关基础理论进行科技创新并解决实际问题，完成理论知识学习到技术创新能力转化的培养目标。因此，对该实验课程教学改革与实践对复合材料与工程专业高质量应用型人才培养模式优化至关重要。

1.全面优化课程内容

复合材料综合实验课程原有实验内容陈旧单一，缺乏科技创新前沿性实验项目，不能很好体现我校对该专业应具有航空航天特色的应用型创新人才的培养定位。另外，实验内容大多数为验证性实验，缺乏综合性和设计性实验。大多数实验都有着固定的操作方法和步骤，学生缺乏独立思考和探索的空间，不能很好的培养学生的创新思维和创新意识[4]。

针对复合材料综合实验课程中存在的问题，依据该专业面向应用型人才的培养目标，全面优化了课程内容，见表1。课程内容根据航空航天领域前沿应用类课题结合该专业任课教师的科研方向精心制定并持续更新。

表1 复合材料综合实验课程内容

续表

课程内容涵盖了功能/智能复合材料制备（实验项目1-5）；复合材料制造过程实时监测（实验项目6）；复合材料结构连接技术（实验项目7）；复合材料服役过程的结构与性能（实验项目8）。该课程设置紧密围绕航空航天材料的制备、结构与性能及其服役行为等内容展开，充分体现了我校航空航天特色的办学方向。

实验项目1可使学生掌握形状记忆树脂及其复合材料的基本制备方法，通过形状记忆的树脂的性能的测试深刻了解形状记忆复合材料的应用前景。实验项目2使学生掌握高导热纳米橡胶复合材料的制备方法，了解高导热纳米材料的优异性能和应用背景。为适应现代高技术、立体化战争的需要，将纳米技术引入隐身材料的研究开发已受到世界各军事大国的高度重视[5]；实验项目3紧跟科技创新前沿，让学生了解吸波隐身材料的军事应用前景，同时提高学生的爱国激情和科学探索精神。研制高效吸收电磁波的雷达隐身材料是提高武器系统生存能力的有效途径之一，已成为现代战争中最具有价值、最有效的战术突防手段。可见，电池屏蔽与吸波材料在民事及军事领域都有重要的应用价值[6]。实验项目4旨在让学生了解电池屏蔽材料的制备方法及其应用范围。实验项目5可使学生掌握模压成型制备导电碳纳米复合材料的方法，为以后毕业设计打下基础。复合材料固化成型工艺是影响树脂基复合材料结构性能的关键之一，因此需要针对其固化过程进行有效在线监测。实验项目6使学生了解复合材料制造过程的实时监测方法。复合材料具有很复杂的性能，一般来说，其焊接性不佳，需要采用特殊的焊接工艺才能得到满意的焊接接头。实验项目7可使学生掌握一种复合材料的焊接方法。航空航天飞行器用树脂基复合材料在服役期间要经受各种典型环境因素的作用，其中高温、湿热和热循环（空气/真空）环境会使复合材料的各项力学性能下降。因此可以利用环境试验设备对复合材料进行环境老化处理，借助静态和动态力学性能数据表征材料的环境损伤效应规律来预测其使用寿命。实验项目8 使学生了解一种评估复合材料使用寿命的方法。

2.优化教学方法和手段

传统的教学方法是教师占据主导地位，学生处于被动，教学过程大多是教师单向的向学生传授知识。实验课的教学模式为“教师先讲，学生再做”，公用药品由实验员提前备好。实验过程中“做一步，看一步”，完全“机械式”操作。这种教学方法重灌输，轻互动，未能体现以学生“学”为中心，缺乏趣味性，无法激发学生的学习兴趣和创新意识，不利于提高学生的自主学习能力，不利于锻炼学生综合运用理论知识的能力，无法满足学校面向应用型人才培养的目标。

针对以上问题，在实验教学过程中采用以项目为导向的自主学习方式，培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力，激发学生的创新意识。

课程采取导师负责制，一人一题，共4周时间，在大四年级上学期进行。每个实验项目都有研究该领域的专业指导教师指导。每位同学根据自己专业特长和兴趣从以上8个实验项目（表1）中选择其中的一个项目进行实验。在开课前一周，教师将实验开设计划、实验要求等资料上传至班级群，供学生下载。要求学生根据实验项目要求，自主查阅文献，设计试验方案，联系导师探讨方案的可行性，在导师的指导下自主完成实验过程。

这种教学方法充分发挥了学生的自主能动性和创新意识，有助于推动学生工程意识的自我形成，实现学生知识跨界整合能力的培养[7]。

3.课程评定方式改革

传统的实验课程评定方式主要通过实验报告进行评分。这种方法注重终结性评价、轻视过程性评价、忽视形成性评价的考核形式进行完善，构建科学、合理、公正、全面的过程性评价体系。

本课程的评定方式如表2所示。分为4个考核环节：文献综述与方案设计占比10%，实验操作过程占比20%，研究能力占比30%，撰写论文及表达能力占比40%。学生完成实验后需要撰写论文报告并进行答辩，由4位评审老师按照考核方式给出答辩成绩。最终成绩由指导教师（占比50%）和评审老师（占比50%）综合评定。

表2 复合材料综合实验课程评定方式

4.教学改革效果

“复合材料综合实验”自2020年开始在沈阳航空航天大学复合材料与工程专业实施，教学效果获得学生高度评价，并对学院其他专业的实验教学改革起到示范作用。对2018届复材专业部分学生进行调研发现，学生普遍反映该课程的开设有助于构建起完整的复合材料设计与制备、成型加工、性能测试理论与技术体系，能够为下学期的毕业设计打下良好的基础。

同时在校期间能够提前参与到具有一定深度和前沿性的小课题或者是参与到教师的科研项目中。有助于促成对自身发展的准确定位。通过4周系统化的实践训练，培养了知识的综合应用能力、工程思维和创新意识，为工作后尽快适应和胜任工作岗位打下了理论和实践基础。

5.结语

应用型本科教育要坚持理论与实践相结合，注重实用性，服务区域经济社会发展。而高校实验教学应牢记“培养什么人、如何培养人、为谁培养人”这一根本问题，准确识变、科学应变、主动求变，响应国家高等教育改革新动态新要求，持续扎实做好人才培养工作。沈阳航空航天大学复合材料与工程专业坚持立德树人，基于面向应用型人才培养的建设理念开设了“复合材料综合实验”课程，对传统实验教学的理念、模式、方法、内容进了改革创新，激发了学生的创新意识和实践能力，对其他专业的实验教学和课程改革具有一定参考价值。下一步将在实验教学与课程思政深度融合、丰富虚拟仿真教学资源、实验方法和内容不断更新、教学团队优化配置等方面持续改进。