非材料專業《復合材料》課程教學改革探索

王林珠，陳朝軼，李　翔

(1.貴州大學材料與冶金學院，貴州 貴陽　550025；2.貴州理工學院材料與冶金工程學院，貴州 貴陽　550003)

《復合材料》課程是部分工科院校焊接技術、冶金工程等本科專業高年級學生開設的一門專業選修課，開設該課程可以豐富學生的專業知識，提升學生的競爭力，拓寬學生的就業渠道。《復合材料》課程是關于復合材料理論知識的概括總結和凝練，主要講授復合材料的定義、復合材料的組成材料、復合材料的界面、復合材料的設計原理、聚合物基復合材料、金屬基復合材料、水泥基復合材料、陶瓷基復合材料等。這門課程開設后一直受到學生的重視，選修人數在選修課中位居前列。

《復合材料》教材是針對材料學科相關專業編寫的教材，涉及材料科學與工程基礎、材料化學與物理、材料合成與制備、材料表面與界面、金屬材料、無機非金屬材料、高分子物理與化學等多門課程的知識，需要學生具備較好的專業基礎知識才能更好的學習這門課程，這顯然與非材料專業學生所學專業知識差異較大，如在焊接技術專業《復合材料》教學過程中，由于學生沒有相關材料專業基礎知識，課堂上很難與老師形成互動，課堂氣氛沉悶，因此，有必要對非材料專業《復合材料》課程教學進行改革。

1　教材的選擇及優化

1.1　更新教材內容

選擇好的教材對于學生了解復合材料的基本概念、基本原理、基本制造方法等有極大的促進作用，教材的印刷質量、圖片的清晰程度同樣有利于提高學生的學習興趣。肖力光、趙洪凱老師主編的《復合材料》為普通高等教育"十三五"規劃教材，該教材基于系統化設計教學內容及結構，重點介紹了復合材料的組成、特點、工藝、表征及具體應用，教材內容安排上由淺入深，通俗易懂，教材內容編寫嚴謹、圖片清晰，知識量豐富，是一部本科專業教學的優秀教材。

雖然該教材經過作者反復修改，最新版于2016年8月第1次印刷，但也存在部分信息更新不及時等問題。如該書在講述復合材料的應用領域及國內外生產情況時，引用的多是十年前甚至二十多年前的數據，當時國內的發展水平與國外尚有較大差距。隨著我國進入社會主義建設的新時代，國民經濟突飛猛進，我國復合材料制造技術、產量及應用領域均有了長足的進步，特別是新一輪科技革命和產業革命即將到來，國家提出了創新驅動發展和“一帶一路”、“中國制造2025”、“互聯網+”等重大戰略[1-2]，如我國最新研制的殲20戰斗機及C919大飛機在機身及發動機等部位就大量使用了國產復合材料，最新型的國產航母則是傳統鋼鐵材料與最新型復合材料的“結合體”[3-4]，可以說當前復合材料在我國無論是制造技術還是應用領域都逐漸達到或接近發達國家水平。因此，授課內容不能局限于教材，在教學過程中對該部分數據作了更新，使學生能學到最新的知識。

1.2　引用參考教材

一本教材不可能對每個知識點講解得非常透徹，因此需要參考其他相關教材。主要參考的教材有劉萬輝、于玉成老師主編的《復合材料》，馮小明、張崇才老師主編的《復合材料》，王榮國、武衛莉老師主編的《復合材料概論》等。每本教材都有其特點，如劉萬輝、于玉成老師主編的《復合材料》對復合材料的定義作了詳細的闡述，王榮國、武衛莉老師主編的《復合材料概論》對復合材料的應用領域作了較大篇幅的介紹，而馮小明、張崇才老師主編的《復合材料》則重點介紹了復合材料的制造方法。在講述相關知識點時引用參考教材的內容教學，使學生對復合材料知識有了更全面、更深入的了解。

2　加強學科交叉教學

2.1　復合材料與焊接學科交叉知識點

《復合材料》教材對各類復合材料的性能特點、制造方法等進行了闡述，均是材料學科知識，而各類復合材料的連接技術是材料學科與焊接學科交叉知識點，如機械連接或焊接等方法，由于教材是針對材料專業編寫，對于該部分只做了少量介紹。對于傳統的機械連接方法，由于復合材料各向異性的特點，會出現嚴重的應力集中現象，在鉆孔時還可能造成復合材料層壓板脫層，機械連接件也增加了結構的重量，因此，機械連接并不是復合材料連接的主要方法，不能作為教學的重點內容。而焊接可以克服傳統機械連接方法的上述缺陷，得到較高的連接接頭質量[5]，是連接復合材料結構的一個理想方法，也是當前復合材料連接方法重點研究領域。

2.2　增加復合材料的連接技術教學

焊接技術專業高年級學生本身具備一定的專業知識，依據學生原有的知識體系，在保留復合材料教材重點教學內容的基礎上，適當的減少了一些專業性較強的材料知識教學，并降低了部分材料學知識要求程度，增加了當前復合材料焊接技術最新研究成果的教學。

如在聚合物基復合材料教學過程中，重點講述了聚合物基復合材料的焊接技術中最具應用前景的超聲波焊[6]。增加了聚合物基復合材料超聲波焊接原理和方法、切入式與連續式焊接、遠場焊接和近場焊接、能量引導體等焊接工藝參數的設定等[7]。金屬基復合材料的焊接方法主要有擴散焊、釬焊、瞬時液相焊、電子束焊、等離子焊、電容放電焊等[8]，重點講述了金屬基復合材料釬焊的基本原理、釬焊過程控制的關鍵因素，給定金屬基復合材料焊接溫度、時間、裝配、表面處理等工藝參數的選擇等。陶瓷基復合材料的焊接方法主要有電子束焊、微波焊等[9]，講述了陶瓷基復合材料電子束焊的基本原理、焊前準備、焊前調試、焊接參數如焊接電流及聚焦電流、電子槍的移動距離等參數控制等。

上述焊接方法，多數是學生之前專業課的學習內容，在教學過程中由于學生已有一定的了解，而焊接的對象又是之前未接觸過的復合材料，普遍興趣濃厚，不僅鞏固了已有的專業知識，同時也學習到了新的知識，開闊了學生的視野，達到了較好的教學效果。

3　教學手段及考核方式探索

3.1　形象化教學

對于焊接專業學生，由于材料結構知識極為匱乏，對于材料的性能、制造及檢測沒有系統性的認識，對于復合材料中常用的增強纖維，由于日常生活中難見，他們只能通過想象來理解，然后死記硬背課本的定義及理論[10]，這樣顯然難以達到好的教學效果。

只有使教學內容形象生動，教學過程充滿趣味性，才能使學生主動聽講。多媒體教學是當前主要教學手段之一，在講述復合材料制造方法、應用領域，特別是介紹制造裝置、復合材料實物時采用圖文并茂的PPT教學無疑能達到較好的教學效果。在制作PPT的過程中盡量減少了文字數量，多用圖片、動畫、視頻等講解知識點。采用PPT教學時，不但可以使學生直觀的看到復合材料基體、增強體、復合材料的照片以及制造復合材料的設備，而且可以通過動畫或視頻的形式將一些復合材料材料的制造過程介紹給學生，使學生真正理解復合材料的制造過程。例如，在講解碳纖維相關知識點時充分利用網絡搜集碳纖維的實物及碳纖維制造的各類復合材料照片，展示碳纖維復合材料在體育、軍工、休閑娛樂中的應用情況，通過展示碳纖維的亂層石墨結構與石墨結構對比圖片，直觀形象且通俗易懂，使學生對碳纖維的內部結構有了清晰的認識。在講解擠出成型工藝制造聚合物基復合材料時，通過動畫的形式將擠出成型工藝展示，該過程被同學們形象的比喻為“擠米筒”，有效提高了學習的趣味性。

3.2　多樣化考核

在講解手糊成型工藝制造玻璃纖維增強聚合物基復合材料時，通過網絡視頻講解了手糊成型工藝制造帆船構件的過程，學生對手糊成型工藝制造玻璃纖維增強聚合物基復合材料表現出了濃厚的興趣。因此，嘗試將期末考核方式修改為理論考試和實踐考試兩部分，要求學生通過網絡等"第二課堂"，使用手糊成型的方法自行設計制造一個玻璃纖維增強聚合物基復合材料，以制造難度及美觀程度打分，最終作品有奧運五環、五角星、水杯等，極大的激發了學生的學習興趣，同時提高了學生的動手能力。

4　結語

復合材料相對傳統材料具有獨特的可設計性，具有許多傳統材料所不具備的優異性能，復合材料的崛起與發展極大的豐富了現代材料家族，為人類社會的發展開辟了無限的想象與實現空間[11]，某種意義上《復合材料》這門課程具有巨大的學習價值。學好《復合材料》這門課程對于非材料專業學生認知材料知識、拓展就業渠道都有極大的幫助。通過《復合材料》這門課程的教學我充分認識到對于新知識的傳授不能跳躍性太大，否則沒有相關基礎知識支撐學生無法理解將失去學習興趣，教材的編寫者只能按照教授該課程的主要專業編寫教材，難以兼顧其他專業選修課教學。同時，強化課堂的趣味性，引導學生自主學習，往往能激發學生學習的主動性，收到意料之外的效果。總之，教學過程中需要教師根據學生的具體情況不斷探索，才能真正提高教學質量。