新工科背景下《复合材料工艺学》课程建设与教改探索

新工科背景下《复合材料工艺学》课程建设

与教改探索焦雷，李惠，王奎，赵玉涛，陈刚（1江苏大学，江苏镇江212022；2江苏科技大学，江苏镇江212022）随着教育部国家一流专业建设不断深入推进，国内各大高校均对传统工科专业课程建设提出新的教学改革要求，即新工科背景下国家一流专业课程建设与教学改革如何有序开展？这是摆在每一位高校工科专业教师面前的思考题。本文具体以分析《复合材料工艺学》专业课程建设为载体，从专业教学的基本规律出发，均衡专业教学硬件物质条件、教学主体人主观能动因素、教学具体内容和先进教学方法理念四个核心的变量［1］。具体提出关于《复合材料工艺学》专业课程教学改革几点建议，旨在推进复合材料工程专业国家一流专业课程教学质量以及复合材料专业毕业生专业素养。1《复合材料工艺学》专业课程教学思路改革创新精神是民族进步的灵魂，知识创新是一个国家经济、文化、科技发展、文明进步的直接动力。随着21世纪是知识经济时代的到来，科技、经济的国际竞争日趋激烈，要积极而有效地应对目前的国际形势必须加强对创新人才的培养，而培养创新人才的重要核心在于培养高科技人才。高等教育作为国家创新体系的重要载体，必须担负起培养高科技人才的重任，所以在高等教育中本科生的培养工作正是高层次人才培养的主要模式，随着国家科技、经济的迅猛发展，社会对高科技人才的提出了更高的需求和要求，希望进入到社会各个行业的高科技人才不光理论水平高，还能理论结合实际，解决生产实际问题，同时还具有潜在的创新精神和创新能力，为社会创造更大的价值。所以在现代高等教育中本科生的培养工作不仅要求学生进行系统的理论课程的学习，还要结合生产实际进行科学研究，并能提出新见解建立新理论，在此培养过程中不断地将创新意识和创新能力的训练贯穿于其中。在本科生培养环节中课程教学发挥着重要的作用，如何培养具有创新能力、创新意识、创新精神的综合型高层次人才，是每位高等教育工作者需要思考和解答的问题。针对新工科背景下复合材料专业本科生课程《复合材料工艺学》的教学改革与教学创新问题，结合本科生的创新能力的培养作以深入探讨,分析如何通过《复合材料工艺学》课程改革，达到提高本科生创新能力和创新精神的重要目标。由于我国长期以来以应试教育为主的主导思想，造成了学生仅满足于混学分、答辩蒙混过关，缺乏科学创新的能力，习惯于用考试的分数来代替科研能力、创新素质的考查。长此以往使高校培养的本科生缺乏挑战意识、创新意识。然而随着科学发展的日新月异，社会对科技人才的要求越来越高，不仅要求其掌握扎实的理论知识，还要求高科技人才具有积极的科研兴趣和挖掘不断的创新能力，这样才能更好的促进科学的进步进而带来社会的跨越式发展［2］。所以目前非常紧迫的事就是转变本科生培养环节中教师和学生对待授课与听课的观念，要求教师能积极参与本科生创新模式的课程建设与改革，在课程改革中强调创新能力培养，应尝试在教学环节中增设创新能力培养的教学内容，改革本科生原卷面考试的单一模式等方法，突出课程教学中的创新性、前沿性和综合性要求。2《复合材料工艺学》专业课程内容的教学改革《复合材料工艺学》专业课程内容是研究复合材料材料的组分、成型工艺、成型条件与性能之间相互关系和变化规律的一门应用性很强的基础科学。它所包含的内容组成了一个以固体的“组分”、“化学反应”、“物理性能”和“材料工艺”为顶点的四面体，因而它是具有立体性质的一个科学领域。树脂基复合材料工艺科学是材料科学中的一支新秀，它广泛应用于国民经济的各个领域，对尖端科学技术的发展起到了重大作用。探索以课程理论为基础，以教学方法为手段，以实践为目的的教学改革思路。其主要培养本科生学生能够主动运用理论知识发现、分析、解决实际问题的能力，培养本科生独立自主的科研创新能力，最终实现从科学知识到科研能力，以及科研创新素质的共同提高，结合学校的办学特色和人才培养的模式，本次将对本科生课程《复合材料工艺学》进行如下的的改革，具体内容如下：(1)结合本校办学特色，增加本行业内最新研究内容，反映最新的科学研究方向，拓宽本科生视野。结合本校以金属基复合材料研究为办学特色，适当增加金属基体合金材料相变和增材制造内容，具体可增加等离子喷涂、激光熔敷、电子束和离子束等高能束对材料表面处理和改性方面的内容，研究表面经过处理后材料的相变规律，拓宽金属基材料的复合工艺学的知识面。⑵结合新兴产业形势，反映当前市场需求，激发学生积极探索进取精神［3］。例如新兴电子封装专业，就是在电子芯片的加工制造过程中，为了减少微缺陷，需要对硅片进行一种快速热处理，将这些新兴的产业技术对学生进行介绍，并告知学生我们国家在这个行业还处于世界较为落后的水平，由此激发学生为祖国富强而努力学习的兴趣。⑶将近现代材料分析测试手段引入课程教学中，增加一定的实践性环节，通过具体的实验让学生理解相变的过程，相变的机理［4］,并能抛砖引玉的引导学生能积极思考与自身科研课题相关的问题，拓展学生的创新思维。随着学校材料学科近年来的快速发展，学校购置了大量先进的仪器测试手段，因此在课程实践教学环节中，加入了这些大型仪器设备的使用，通过对本科生开放使用先进的实验仪器设备比如TEM、SEM、XRD、DSC等先进的仪器，是本科生亲自操作仪器，对经过不同的温度处理后金属材料相变前后微观结构的变化，相变点的测试等方面的知识能积极主动的去理解和辨识。这种开创性的实践教学环节的改革将对大大促进本科生实践动手能力的培养，以及激发学生的科研热情和探知未知科学知识的兴趣，进而促进学生的知识创新的能力。(4)根据学校最新提出的培养“创新型、复合型”人才的要求，力求“厚基础、宽专业、重实践、强能力、高素质”理念，在理论和实践方面进行全面创新，进一步创新多媒体课件的建设。优化传统教材内容不适用部分，按新编教材大纲制作多媒体，与最新教材一一匹配,优化课件动画细节，专业产品图片进一步修改更新，建立网络教学平台，充分利用现代化科教手段，加强师生网上互动，使其成为《复合材料工艺学》专业课程内容的教学改革基础保障。3教学过程与课程考核的创新性改革适当调整《复合材料工艺学》课程教学大纲，优化教学内容，使学生迅速、全面地掌握本课程的基础理论知识，更好地为专业课打下基础。建设了多媒体教学课件和教学模型，加强学生理解和掌握枯燥乏味、复杂的、深奥的理论知识，激发学生学习复合材料工艺学课程的兴趣;课堂教学形式多样化，不拘泥于单一的“讲与学”，培养学生的创新意识和创新精神。围绕复合材料工艺学相关专业实验课内容增加了大型仪器设备的应用与操作，加深学生对复合材料工艺学理论的深刻理解，增强学生的动手能力，培养学生的逻辑分析能力、独立思考能力以及综合运用能力。增加教材以外的新知识点，开拓学生视野，激发学生学习兴趣。改变过去教学课堂讲授与板书相结合的传统方法，采用多媒体课件教学，集文字、音、像、声、动画、图像、视频等于一体。重点辅以必要的文字板书，向学生传授知识的信息量、知识点得到大幅度的增加[5]。学生的感官得到多种刺激与吸引，调动学生的积极性，大大提高了教学效果和教学质量。注意将教改成果、学科发展成果充实教学内容。在教学方法上，本课程引入了新的教学模式，比如教师在讲授完复合工艺的基本理论和基本概念后，采用专题教学，研讨式教学,让学生分成5〜6个小组，分配不同的主题，让本科生亲自查阅资料，制作多媒体，自己讲解，学生提问，老师共同解疑的形式来完成主题内容，这样就避免了学生单一的记录笔记灌输式的教学模式，让每个学生都能积极参与到教学活动中来，享受得到知识的快乐和充实，同时也培养了本科生的自学能力和自我思考能力，通过这种教学模式的改革，本科生们在学习完这门课程后，不仅了解复合工艺概念和公式,而且还能准确掌握该课程涉及的国内外新理论、新方法、新技术，甚至能自己提出新的见解。以《复合材料工艺学》第一章课程教学为例，结合新工科背景重点讲授复合材料的国内外发展概况与应用成果，具体教学主线为20世纪40年代，在美国首先出现了手糊工艺(雷达罩、飞机油箱、汽车外壳、飞机机身、机翼)。60年代，缠绕工艺、喷射成型、片状模塑料(SMC)、拉挤成型工艺、透明玻璃钢逐渐出现并引起人们的兴趣。70年代，树脂传递模塑(RIM)及(增强反应注射模塑)RRIM,热塑性片状模塑料得到较好的发展。80年代，出现了离心浇铸工艺。进入20世纪70年代，对复合材料的研究发迹了仅仅采用玻璃纤维增强树脂的局面，人们一方面不断开辟玻纤-树脂复合材料的新用途，同时也发现，这类复合材料的比刚度要求很高的尖端技术的要求，因而开发了一批如碳纤维、碳化硅纤维、氧化铝纤维、硼纤维、芳纶纤维、高密度聚乙烯纤维等高性能增强材料，并使用高性能树脂、金属与陶瓷为基体，制成先进复合材料(AdvancedCompositeMaterials,简称ACM)。这种先进复合材料具有比玻璃纤维复合材料更好的性能，是用于飞机、火箭、卫星、飞船等航空航天飞行器的理想材料。期间可以利用多媒体课件，集文字、音、像、声、动画、图像、视频于一体，创新性重点讲解标志性事件案例成果。第一件美国全部用碳纤维复合材料制成一架八座商用飞机一里尔芳2100号，并试飞成功，这架飞机仅重567kg,它以结构小巧重量轻而称奇于世。第二件是采用大量先进复合材料制成的哥伦比亚号航天飞机，这架航天飞机用碳纤维/环氧树脂制作长18.2m、宽4.6m的主货舱门，用凯芙拉纤维/环氧树脂制造各种压力容器，用硼/铝复合材料制造主机身隔框和翼梁，用碳/碳复合材料制造发动机的喷管和喉衬，发动机组的传力架全用硼纤维增强钛合金复合材料制成，被覆在整个机身上的防热瓦片是耐高温的陶瓷基复合材料。在这架代表近代最尖端技术成果的航天收音机上使用了树脂、金属和陶瓷基复合材料。第三件是在波音-767大型客机上使用了先进复合材料作为主承力结构，这架可载80人的客运飞机使用碳纤维、有机纤维、玻璃纤维增强树脂以及各种混杂纤维的复合材料制造了机翼前缘、压力容器、引擎罩等构件，不仅使收音机结构重量减轻，还提高了飞机的各种飞行性能。复合材料在这几个飞行器上的成功应用，表明了复合材料的良好性能和技术的成熟，这对于复合材料在重要工程结构上的应用是一个极大的推动。通过上述具体教学改革措施，学生的感官得到多种刺激与吸引，调动学生的积极性，大大提高了《复合材料工艺学》第一章教学效果和教学质量。此外，《复合材料工艺学》课程考核模式应该针对新工科背景做出对应的探索与创新，比如在课程的总成绩中加大了实践成绩的比例，另外业改革了以前进行卷面考试的单一模式，增加了专题研讨的分值,另外学生在课后还要将自己的科研课题与本门课程结合起来，通过查阅资料撰写一篇3000〜5000字的科技论文，这些新的考核模式更