新工科背景下《復(fù)合材料工藝學(xué)》課程建設(shè)與教改探索

新工科背景下《復(fù)合材料工藝學(xué)》課程建設(shè)

與教改探索焦雷，李惠，王奎，趙玉濤，陳剛（1江蘇大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212022；2江蘇科技大學(xué)，江蘇鎮(zhèn)江212022）隨著教育部國家一流專業(yè)建設(shè)不斷深入推進(jìn)，國內(nèi)各大高校均對傳統(tǒng)工科專業(yè)課程建設(shè)提出新的教學(xué)改革要求，即新工科背景下國家一流專業(yè)課程建設(shè)與教學(xué)改革如何有序開展？這是擺在每一位高校工科專業(yè)教師面前的思考題。本文具體以分析《復(fù)合材料工藝學(xué)》專業(yè)課程建設(shè)為載體，從專業(yè)教學(xué)的基本規(guī)律出發(fā)，均衡專業(yè)教學(xué)硬件物質(zhì)條件、教學(xué)主體人主觀能動(dòng)因素、教學(xué)具體內(nèi)容和先進(jìn)教學(xué)方法理念四個(gè)核心的變量［1］。具體提出關(guān)于《復(fù)合材料工藝學(xué)》專業(yè)課程教學(xué)改革幾點(diǎn)建議，旨在推進(jìn)復(fù)合材料工程專業(yè)國家一流專業(yè)課程教學(xué)質(zhì)量以及復(fù)合材料專業(yè)畢業(yè)生專業(yè)素養(yǎng)。1《復(fù)合材料工藝學(xué)》專業(yè)課程教學(xué)思路改革創(chuàng)新精神是民族進(jìn)步的靈魂，知識創(chuàng)新是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)、文化、科技發(fā)展、文明進(jìn)步的直接動(dòng)力。隨著21世紀(jì)是知識經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，科技、經(jīng)濟(jì)的國際競爭日趨激烈，要積極而有效地應(yīng)對目前的國際形勢必須加強(qiáng)對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，而培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要核心在于培養(yǎng)高科技人才。高等教育作為國家創(chuàng)新體系的重要載體，必須擔(dān)負(fù)起培養(yǎng)高科技人才的重任，所以在高等教育中本科生的培養(yǎng)工作正是高層次人才培養(yǎng)的主要模式，隨著國家科技、經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，社會(huì)對高科技人才的提出了更高的需求和要求，希望進(jìn)入到社會(huì)各個(gè)行業(yè)的高科技人才不光理論水平高，還能理論結(jié)合實(shí)際，解決生產(chǎn)實(shí)際問題，同時(shí)還具有潛在的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，為社會(huì)創(chuàng)造更大的價(jià)值。所以在現(xiàn)代高等教育中本科生的培養(yǎng)工作不僅要求學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的理論課程的學(xué)習(xí)，還要結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行科學(xué)研究，并能提出新見解建立新理論，在此培養(yǎng)過程中不斷地將創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的訓(xùn)練貫穿于其中。在本科生培養(yǎng)環(huán)節(jié)中課程教學(xué)發(fā)揮著重要的作用，如何培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新精神的綜合型高層次人才，是每位高等教育工作者需要思考和解答的問題。針對新工科背景下復(fù)合材料專業(yè)本科生課程《復(fù)合材料工藝學(xué)》的教學(xué)改革與教學(xué)創(chuàng)新問題，結(jié)合本科生的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作以深入探討,分析如何通過《復(fù)合材料工藝學(xué)》課程改革，達(dá)到提高本科生創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的重要目標(biāo)。由于我國長期以來以應(yīng)試教育為主的主導(dǎo)思想，造成了學(xué)生僅滿足于混學(xué)分、答辯蒙混過關(guān)，缺乏科學(xué)創(chuàng)新的能力，習(xí)慣于用考試的分?jǐn)?shù)來代替科研能力、創(chuàng)新素質(zhì)的考查。長此以往使高校培養(yǎng)的本科生缺乏挑戰(zhàn)意識、創(chuàng)新意識。然而隨著科學(xué)發(fā)展的日新月異，社會(huì)對科技人才的要求越來越高，不僅要求其掌握扎實(shí)的理論知識，還要求高科技人才具有積極的科研興趣和挖掘不斷的創(chuàng)新能力，這樣才能更好的促進(jìn)科學(xué)的進(jìn)步進(jìn)而帶來社會(huì)的跨越式發(fā)展［2］。所以目前非常緊迫的事就是轉(zhuǎn)變本科生培養(yǎng)環(huán)節(jié)中教師和學(xué)生對待授課與聽課的觀念，要求教師能積極參與本科生創(chuàng)新模式的課程建設(shè)與改革，在課程改革中強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新能力培養(yǎng)，應(yīng)嘗試在教學(xué)環(huán)節(jié)中增設(shè)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學(xué)內(nèi)容，改革本科生原卷面考試的單一模式等方法，突出課程教學(xué)中的創(chuàng)新性、前沿性和綜合性要求。2《復(fù)合材料工藝學(xué)》專業(yè)課程內(nèi)容的教學(xué)改革《復(fù)合材料工藝學(xué)》專業(yè)課程內(nèi)容是研究復(fù)合材料材料的組分、成型工藝、成型條件與性能之間相互關(guān)系和變化規(guī)律的一門應(yīng)用性很強(qiáng)的基礎(chǔ)科學(xué)。它所包含的內(nèi)容組成了一個(gè)以固體的“組分”、“化學(xué)反應(yīng)”、“物理性能”和“材料工藝”為頂點(diǎn)的四面體，因而它是具有立體性質(zhì)的一個(gè)科學(xué)領(lǐng)域。樹脂基復(fù)合材料工藝科學(xué)是材料科學(xué)中的一支新秀，它廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，對尖端科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起到了重大作用。探索以課程理論為基礎(chǔ)，以教學(xué)方法為手段，以實(shí)踐為目的的教學(xué)改革思路。其主要培養(yǎng)本科生學(xué)生能夠主動(dòng)運(yùn)用理論知識發(fā)現(xiàn)、分析、解決實(shí)際問題的能力，培養(yǎng)本科生獨(dú)立自主的科研創(chuàng)新能力，最終實(shí)現(xiàn)從科學(xué)知識到科研能力，以及科研創(chuàng)新素質(zhì)的共同提高，結(jié)合學(xué)校的辦學(xué)特色和人才培養(yǎng)的模式，本次將對本科生課程《復(fù)合材料工藝學(xué)》進(jìn)行如下的的改革，具體內(nèi)容如下：(1)結(jié)合本校辦學(xué)特色，增加本行業(yè)內(nèi)最新研究內(nèi)容，反映最新的科學(xué)研究方向，拓寬本科生視野。結(jié)合本校以金屬基復(fù)合材料研究為辦學(xué)特色，適當(dāng)增加金屬基體合金材料相變和增材制造內(nèi)容，具體可增加等離子噴涂、激光熔敷、電子束和離子束等高能束對材料表面處理和改性方面的內(nèi)容，研究表面經(jīng)過處理后材料的相變規(guī)律，拓寬金屬基材料的復(fù)合工藝學(xué)的知識面。⑵結(jié)合新興產(chǎn)業(yè)形勢，反映當(dāng)前市場需求，激發(fā)學(xué)生積極探索進(jìn)取精神［3］。例如新興電子封裝專業(yè)，就是在電子芯片的加工制造過程中，為了減少微缺陷，需要對硅片進(jìn)行一種快速熱處理，將這些新興的產(chǎn)業(yè)技術(shù)對學(xué)生進(jìn)行介紹，并告知學(xué)生我們國家在這個(gè)行業(yè)還處于世界較為落后的水平，由此激發(fā)學(xué)生為祖國富強(qiáng)而努力學(xué)習(xí)的興趣。⑶將近現(xiàn)代材料分析測試手段引入課程教學(xué)中，增加一定的實(shí)踐性環(huán)節(jié)，通過具體的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生理解相變的過程，相變的機(jī)理［4］,并能拋磚引玉的引導(dǎo)學(xué)生能積極思考與自身科研課題相關(guān)的問題，拓展學(xué)生的創(chuàng)新思維。隨著學(xué)校材料學(xué)科近年來的快速發(fā)展，學(xué)校購置了大量先進(jìn)的儀器測試手段，因此在課程實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中，加入了這些大型儀器設(shè)備的使用，通過對本科生開放使用先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備比如TEM、SEM、XRD、DSC等先進(jìn)的儀器，是本科生親自操作儀器，對經(jīng)過不同的溫度處理后金屬材料相變前后微觀結(jié)構(gòu)的變化，相變點(diǎn)的測試等方面的知識能積極主動(dòng)的去理解和辨識。這種開創(chuàng)性的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的改革將對大大促進(jìn)本科生實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)，以及激發(fā)學(xué)生的科研熱情和探知未知科學(xué)知識的興趣，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生的知識創(chuàng)新的能力。(4)根據(jù)學(xué)校最新提出的培養(yǎng)“創(chuàng)新型、復(fù)合型”人才的要求，力求“厚基礎(chǔ)、寬專業(yè)、重實(shí)踐、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”理念，在理論和實(shí)踐方面進(jìn)行全面創(chuàng)新，進(jìn)一步創(chuàng)新多媒體課件的建設(shè)。優(yōu)化傳統(tǒng)教材內(nèi)容不適用部分，按新編教材大綱制作多媒體，與最新教材一一匹配,優(yōu)化課件動(dòng)畫細(xì)節(jié)，專業(yè)產(chǎn)品圖片進(jìn)一步修改更新，建立網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，充分利用現(xiàn)代化科教手段，加強(qiáng)師生網(wǎng)上互動(dòng)，使其成為《復(fù)合材料工藝學(xué)》專業(yè)課程內(nèi)容的教學(xué)改革基礎(chǔ)保障。3教學(xué)過程與課程考核的創(chuàng)新性改革適當(dāng)調(diào)整《復(fù)合材料工藝學(xué)》課程教學(xué)大綱，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生迅速、全面地掌握本課程的基礎(chǔ)理論知識，更好地為專業(yè)課打下基礎(chǔ)。建設(shè)了多媒體教學(xué)課件和教學(xué)模型，加強(qiáng)學(xué)生理解和掌握枯燥乏味、復(fù)雜的、深?yuàn)W的理論知識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)復(fù)合材料工藝學(xué)課程的興趣;課堂教學(xué)形式多樣化，不拘泥于單一的“講與學(xué)”，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神。圍繞復(fù)合材料工藝學(xué)相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容增加了大型儀器設(shè)備的應(yīng)用與操作，加深學(xué)生對復(fù)合材料工藝學(xué)理論的深刻理解，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯分析能力、獨(dú)立思考能力以及綜合運(yùn)用能力。增加教材以外的新知識點(diǎn)，開拓學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。改變過去教學(xué)課堂講授與板書相結(jié)合的傳統(tǒng)方法，采用多媒體課件教學(xué)，集文字、音、像、聲、動(dòng)畫、圖像、視頻等于一體。重點(diǎn)輔以必要的文字板書，向?qū)W生傳授知識的信息量、知識點(diǎn)得到大幅度的增加[5]。學(xué)生的感官得到多種刺激與吸引，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，大大提高了教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。注意將教改成果、學(xué)科發(fā)展成果充實(shí)教學(xué)內(nèi)容。在教學(xué)方法上，本課程引入了新的教學(xué)模式，比如教師在講授完復(fù)合工藝的基本理論和基本概念后，采用專題教學(xué)，研討式教學(xué),讓學(xué)生分成5?6個(gè)小組，分配不同的主題，讓本科生親自查閱資料，制作多媒體，自己講解，學(xué)生提問，老師共同解疑的形式來完成主題內(nèi)容，這樣就避免了學(xué)生單一的記錄筆記灌輸式的教學(xué)模式，讓每個(gè)學(xué)生都能積極參與到教學(xué)活動(dòng)中來，享受得到知識的快樂和充實(shí)，同時(shí)也培養(yǎng)了本科生的自學(xué)能力和自我思考能力，通過這種教學(xué)模式的改革，本科生們在學(xué)習(xí)完這門課程后，不僅了解復(fù)合工藝概念和公式,而且還能準(zhǔn)確掌握該課程涉及的國內(nèi)外新理論、新方法、新技術(shù)，甚至能自己提出新的見解。以《復(fù)合材料工藝學(xué)》第一章課程教學(xué)為例，結(jié)合新工科背景重點(diǎn)講授復(fù)合材料的國內(nèi)外發(fā)展概況與應(yīng)用成果，具體教學(xué)主線為20世紀(jì)40年代，在美國首先出現(xiàn)了手糊工藝(雷達(dá)罩、飛機(jī)油箱、汽車外殼、飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼)。60年代，纏繞工藝、噴射成型、片狀模塑料(SMC)、拉擠成型工藝、透明玻璃鋼逐漸出現(xiàn)并引起人們的興趣。70年代，樹脂傳遞模塑(RIM)及(增強(qiáng)反應(yīng)注射模塑)RRIM,熱塑性片狀模塑料得到較好的發(fā)展。80年代，出現(xiàn)了離心澆鑄工藝。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，對復(fù)合材料的研究發(fā)跡了僅僅采用玻璃纖維增強(qiáng)樹脂的局面，人們一方面不斷開辟玻纖-樹脂復(fù)合材料的新用途，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，這類復(fù)合材料的比剛度要求很高的尖端技術(shù)的要求，因而開發(fā)了一批如碳纖維、碳化硅纖維、氧化鋁纖維、硼纖維、芳綸纖維、高密度聚乙烯纖維等高性能增強(qiáng)材料，并使用高性能樹脂、金屬與陶瓷為基體，制成先進(jìn)復(fù)合材料(AdvancedCompositeMaterials,簡稱ACM)。這種先進(jìn)復(fù)合材料具有比玻璃纖維復(fù)合材料更好的性能，是用于飛機(jī)、火箭、衛(wèi)星、飛船等航空航天飛行器的理想材料。期間可以利用多媒體課件，集文字、音、像、聲、動(dòng)畫、圖像、視頻于一體，創(chuàng)新性重點(diǎn)講解標(biāo)志性事件案例成果。第一件美國全部用碳纖維復(fù)合材料制成一架八座商用飛機(jī)一里爾芳2100號，并試飛成功，這架飛機(jī)僅重567kg,它以結(jié)構(gòu)小巧重量輕而稱奇于世。第二件是采用大量先進(jìn)復(fù)合材料制成的哥倫比亞號航天飛機(jī)，這架航天飛機(jī)用碳纖維/環(huán)氧樹脂制作長18.2m、寬4.6m的主貨艙門，用凱芙拉纖維/環(huán)氧樹脂制造各種壓力容器，用硼/鋁復(fù)合材料制造主機(jī)身隔框和翼梁，用碳/碳復(fù)合材料制造發(fā)動(dòng)機(jī)的噴管和喉襯，發(fā)動(dòng)機(jī)組的傳力架全用硼纖維增強(qiáng)鈦合金復(fù)合材料制成，被覆在整個(gè)機(jī)身上的防熱瓦片是耐高溫的陶瓷基復(fù)合材料。在這架代表近代最尖端技術(shù)成果的航天收音機(jī)上使用了樹脂、金屬和陶瓷基復(fù)合材料。第三件是在波音-767大型客機(jī)上使用了先進(jìn)復(fù)合材料作為主承力結(jié)構(gòu)，這架可載80人的客運(yùn)飛機(jī)使用碳纖維、有機(jī)纖維、玻璃纖維增強(qiáng)樹脂以及各種混雜纖維的復(fù)合材料制造了機(jī)翼前緣、壓力容器、引擎罩等構(gòu)件，不僅使收音機(jī)結(jié)構(gòu)重量減輕，還提高了飛機(jī)的各種飛行性能。復(fù)合材料在這幾個(gè)飛行器上的成功應(yīng)用，表明了復(fù)合材料的良好性能和技術(shù)的成熟，這對于復(fù)合材料在重要工程結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用是一個(gè)極大的推動(dòng)。通過上述具體教學(xué)改革措施，學(xué)生的感官得到多種刺激與吸引，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，大大提高了《復(fù)合材料工藝學(xué)》第一章教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量。此外，《復(fù)合材料工藝學(xué)》課程考核模式應(yīng)該針對新工科背景做出對應(yīng)的探索與創(chuàng)新，比如在課程的總成績中加大了實(shí)踐成績的比例，另外業(yè)改革了以前進(jìn)行卷面考試的單一模式，增加了專題研討的分值,另外學(xué)生在課后還要將自己的科研課題與本門課程結(jié)合起來，通過查閱資料撰寫一篇3000?5000字的科技論文，這些新的考核模式更