《复合材料概》教学改革

摘 要：针对《复合材料概论》的课程教学特点,结合教学实际情况,论证分析了本课程的教学改革.从调整教学内容、改革教学方法、丰富教学手段,拔高教学层次及改进考核方法五个方面开展工作,进行教学改革.结果表明,本次教改形成了良好的教学模式,取得了满意的教学效果.

关 键 词：复合材料概论；教学改革；教学方法

随着中国社会经济的快速发展,对综合素质人才的需求越来越多,高校为了满足社会发展需求,设置了选修课制度,给学生提供多重的选择,以培养综合素质的人才.《复合材料概论》是我校材料学院材料物理,材料工程等非复合材料专业本科生的专业选修课之一.此课程作为材料学科专业选修课的一个重要组成部分,涉及到多个专业课程,如高分子化学与物理、高分子成型加工等,涵盖材料学科的许多专业知识,如材料测试方法、材料界面科学、金属材料、陶瓷材料及力学等.因此,此课程具有内容丰富、实用性强的特点[1].但本课程涵盖的知识体系宽广,涉及多个领域,内容繁琐,与许多选课学生所学专业差异较大,因此,在教学中存在许多问题.首先,学生普遍对选修课重视不足,而该课程名称又是“概论”,导致学生更加无法对其认真看待；其次,选修课通常课时较少,而该课程内容繁多,导致教师无法将知识点一一阐述,且大部分学生在学习该课程前没有形成完善的知识体系,缺乏相应的基础知识,难以进行深入的学习；再次,与其它课程相比,该课程多为陈述性内容,缺少以核心理论、定理、公式等作为佐证的推理性和计算性的内容,导致教师在授课过程中很容易陷入乏味的陈述之中,间接导致学生无法对课程提起兴趣.因此,针对以上问题,本课程组结合其他教育工作者的教学经验[2],在教学过程中进行了改革,并收到了较好的效果,笔者在前面的报道中也对该课程的教学改革进行了初步的探讨[3].在此,笔者在前面的基础上,就这门课程中进行的教学改革的内容和形式做出进一步的总结.

一、调整教学内容,确定复合材料概论的教学重点

教学过程是为教学目标怎么写作的,为了更好地实现教学目标,必须对教学内容进行调整,确定教学重点.课程本身被设计为40学时,在这个指定的教学时效内很难完成原有教材17章的教学任务[4].因此,课程组经过对教材的分析,对其结构进行了合并,并对其内容进行了归纳优化.合并和优化后的内容仅包括原教材的绪论、复合材料的基体材料、复合材料的增强材料、复合材料的界面、聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、碳/碳复合材料和混杂纤维复合材料共10章框架.秉着实用、实际、实效的原则,摒弃过时的、落后于目前材料发展水平的内容,添加一些复合材料领域的最新研究成果,优化教学内容.经过优化的章节,彼此间好像相互独立,其实保持着紧密的内在联系,使得如何突出其内在联系成为本课程的教学重点.复合材料概论课程相似度检测绍的所有的复合材料类型,都可以衍生成基体材料、增强材料、加工方法、界面及性能五个方面,前四个方面决定材料的性能,而性能则决定材料的具体用途.因此,在讲授每一种材料时,教师要注意强调各方面与性能的关系,始终将各方面与性能相联系,分析相关的内容,将复合材料的各方面融合成一个有机整体,便于学生把知识“吃透”.众所周知,大学课堂教学具有信息量大、内容抽象的特点,这就要求教师主动发掘学科本身的魅力来激发学生的求知欲,重视非智力因素在教学中的作用[5].为了达到这样的目的,就需要教师在授课的同时,深入钻研本课程的理论、应用以及学科的发展历史和现状.教师只有深入钻研课程,对课程有感情,才能够深入揭示并领会到学科的思想魅力和理论力量,并通过一定的表达方式来感染学生,使得学生能够积极主动地接受学科知识.

二、改革教学方法

为了激发学生对本课程的求知欲,提高学生对本课程的学习兴趣,实现最终的教学目标,必须对教学方法和教学手段进行改革.首先,帮助学生对知识脉络进行整理,使得学生形成正确的知识结构.如在本课程的绪论部分,告诉学生本课程中的每种材料都有一定的知识结构,包括材料的成分、结构、性能、生产工艺、技术性质及应用.而在分章节中讲授每种材料的具体内容时,要有意识地提醒学生按照知识结构对材料进行理解.经过对几种材料的认知后,学生就基本能够形成正确的知识结构体系,从而在对后面材料的内容讲授时能够快速认知和掌握.其次,在教学环节设置上采用循序渐进的形式,即理论讲述、实例分析、参观考察及课题实践.具体如下：①理论讲述：讲授基本内容,例如材料的组成、结构、复合机理、性能及用途等.②实例分析：分析所收集的资料,通过实例解析材料的组成、结构与性能用途之间的关系.③参观考察：在学生对不同复合材料的性能和应用有初步了解后,教师带领学生对材料市场进行实地考察,让学生对材料本身和由材料制造出的产品有感性认识,进一步深化学生对材料的认知.④课题实践：在学生对不同复合材料有深刻的认识后,教师引导学生确定一到两个课题,让学生从材料的角度进行独立地思考,通过查阅文献撰写出内容详实的科学论文.通过课题实践,使学生的主观能动性得到发挥,变被动学习为主动探索,既深化了对材料的认知,也让学生学到了一定的科学研究方法,培养了科研素质,为以后从事科学研究工作打下了良好的基础.最后,与化学学科相同,材料学同样是一门以实验为基础的学科,实践证明,实验教学可以激发学生的学习兴趣,学生在理论的基础上可以对材料的认知实体化,获得更多的对材料的认知,同时也提高了学生的实验技能.教师通过开展复合材料制备方面的实验,能够利用实验操作课程的形象、直观的特点,达到提升教学效果的目的.如在讲解不饱和聚酯树脂基复合材料时,教师可以开设模压成型实验课程,让学生亲手制造一些模压成型的片状模塑料,学以致用的同时,提高了学生分析问题和解决问题的能力.

三、丰富教学手段

运用丰富的教学手段,如利用课件、视频和教具等教学工具,能够使得教学变得直观形象,将抽象的知识理论具体化、形象化.在教学过程中,教师可以根据教学需要和学生兴趣搜集合适的素材,利用科学的人机互动教学模式,运用具有直观效果的动画、图片来进行理论的讲解,使学生能够融入到轻松愉悦的课堂环境中[6].例如,在上绪论课之前,精心搜集一些关于复合材料应用的图片和视频,运用多媒体技术,介绍复合材料的概念、实例和发展历史,展示复合材料在日常生活、休闲、体育、工业甚至军事等多个领域的应用,让学生对复合材料有初步的了解,并认识到它们的先进性.同时制作相关动画,引导学生思考复合材料的结构和特点,了解与传统单一材料的区别.为了使学生对课程内容的印象更加深刻,教学中要适当穿插小故事和工程应用实例,同时也能起到吸引学生注意力的目的.在笔者的教学中发现,教师通过运用实物、视频等教学媒体能够明显提高教学效果.同时,开设“第二课堂”也能够加深学生对复合材料理论的理解和认识.目前,笔者所在课程组在“第二课堂”中主要使用以下形式：①企业课堂：将教学理论融入到生产实际中,由教师带领学生走进企业,使理论与工业化生产相结合.②举办学术讲座：课程组不定期邀请国内外知名专家做课程相关的专题报告,与学生交流,提高学生的学习兴趣.③综合性创新实验：由教师指导、教师和学生共同设计复合材料相关的综合性创新实验,制备出新型的复合材料,培养学生的科研素质.四、拔高教学层次

洪堡关于大学教育的核心思想之一为教学与科研相结合,倡导大学以科研为主导、以科研促教学的办学方针[7].讲授《复合材料概论》的课程组成员,均为博士以上学历,在教学的同时,也进行此领域内的科学研究,这就为拔高此课程教学层次提供了有力的前提.在教学过程中授课教师积极介绍自己的研究项目,拓宽学生的学习思路,从而实现教学与科研相互促进,不仅使学生学到了课本上的知识,也提高了学生把握复合材料领域中新技术,新知识的水平.不仅如此,在讲授过程中,授课教师把国家的产业政策动向主动介绍给学生,比如,早在2009年《“十二五”规划前期重大问题选题指南》中已经指出材料为关键领域之一,但同时也应看到,目前我国材料发展存在能耗高、环境污染严重、资源消耗大等问题,这点在国家材料发展战略中明确指出[8].因此,在教学过程中,教师除了将复合材料知识讲授给学生外,还应有意识地培养和加强学生的环保意识,使学生将可持续发展的理念印入脑海.在以后的工作中,能够根据产品的实际用途,以性能为依据,合理选用基体材料、增强材料和加工方法,在满足需求的基础上尽量设计低污染、可回收、环境友好型的复合材料.这样一来,教学层次有效地被提升了一个层次.

五、改进考核办法

考核是教学质标管理的一个重要环节.考核不仅是对学生学的效果的评定,也是对教师教的质量的检验,更是加强教学反馈,促使教师改进教学方法,提高教学质量的重要措施之一.在传统考核中,考试是成绩评定的重要依据,但往往学生只关注成绩,而不注重综合能力的提高.并且,考试的一个重要弊病是无法全面评估学生对这门课程的掌握情况.最近几年,笔者所在课程组采用综合考核、灵活应试的办法,通过期末考试、课堂发言和讨论、书面作业和科研小论文等多种方法对学生进行综合考核.具体包括以下考核手段：①加强课堂提问.②加强平时考核.③在科研实践活动中,采取抽查的方式.④教师要求学生通过阅读最近两年的专业书籍及期刊,找出最新的复合材料概念和专业技术,或者对最新技术进行总结成科研报告,或者从实务中选择一个综合案例进行研究分析.⑤加强期末考试的科学性、客观性和有效性.总之,教学要以培养适合社会发展需求的人才为目的,通过本课程有望培养具有丰富专业知识、熟练专业技能及敏锐专业意识的材料专业人才,为学生以后从事技术或研发工作打下了良好的专业基础.

综上,在以学生为主体的基础上,本课程组对复合材料概论课程进行了教学改革.通过教学改革,该课程的教学活动呈现出新特点：一是加强了学生学习的主体地位,二是提高了学生的学习积极性和主观能动性,三是培养了学生的思维、研究及表达等多种能力.通过教学改革实现了教学相长,取得了良好的教学效果,也受到了学生的欢迎和好评.