關于“復合材料工藝學”教學內容改革與探索的思考

葉 昉，張 青，劉永勝，成來飛

（西北工業大學 材料學院，陜西 西安 710072）

隨著科技的快速發展，復合材料在現代工業領域的地位日趨重要，其應用范圍不斷擴大，企業對掌握復合材料工藝的技術人才需求也在不斷提升。高校十分重視“復合材料工藝學”在教學體系中的重要地位，同時根據人才培養需求及時對復合材料學的課程體系進行改革。目前，盡管大部分高校材料類專業認識到了教學改革的重要性和緊迫性，然而出于對教學改革定位認知的差異，導致教學過程出現了較多問題。基于此種情況，筆者結合我國正在不斷進行的新工科教育改革及工程教育認證要求，從成果導向教育（OBE，Outcome-Based Education）理念角度出發，探索“復合材料工藝學”的教學改革策略［1］。

“復合材料工藝學”是復合材料專業必修的一門重要課程，通過該課程的培養，主要使學生對復合材料的基本原理、生產工藝及發展趨勢有比較全面的了解和掌握［2］。結合上述基于成果導向的教育要求，如何培養學生面向市場實際要求設計復合材料制備工藝的能力，提高學生分析解決復合材料實際成型加工過程中出現問題的能力，最終完成學科導向向目標導向的轉變，是本次課程教學改革的核心內容。

一、課程存在的主要問題

（一）理論教學環節缺乏吸引力

“復合材料工藝學”課程內容涉及面較廣，從其理論研究部分來講，涉及材料物理、化學、成分、結構、界面等多方面的內容。長期以來，大部分高校在“復合材料工藝學”中所介紹的理論內容繁多，并且由于材料基礎理論部分內容較為抽象和繁雜，學生學習時對這一部分內容的掌握程度較低，很大程度上影響了學生的學習興趣。而對于技術應用部分的研究，盡管學生的學習熱情較高，但由于缺乏對材料基礎理論內容深度的掌握，學生無法完成由基礎理論到技術應用過程的轉化。不僅如此，鑒于材料成型工藝自身的多樣性、復雜性和特殊性，一定程度影響了學生在學習研究過程中創造性和創新性思維的發展與提高。綜上，雖然教師在教學過程中力求將新知識、新技術與實際工程問題引入課堂，但受限于學生對復合材料工藝學基礎理論內容掌握的有限性，教師授課的效率和質量不可避免地降低了。

（二）教學模式陳舊、課件資源匱乏

教學模式上，考慮到培養方案中的課時限制，授課教師往往在講述復合材料基礎理論部分時采取滿堂灌的方式，大部分內容以講授為主。學習內容的枯燥無味，加之學生對傳統教學模式的厭倦和抵觸，造成課堂氣氛緊張壓抑，學生的存在感降低，缺乏學習的主動性，極易產生厭學情緒。盡管部分教師嘗試改善課堂教學氛圍，增加教與學的互動環節，但往往僅通過課堂上簡單的提問，無法真正激發學生自主學習和研究的潛力，課堂教學效果不理想。

課件資源上，“復合材料工藝學”理論教學部分概念抽象，以單純文字和公式為主的課件，其形式更像是教材到屏幕的簡單搬運，很難激發學生的學習興趣。相比較而言，“復合材料工藝學”在應用教學部分似乎更具吸引力，然而考慮到制備工藝過程的復雜性，僅依靠圖像和動畫等課件的簡單演示，同樣很難對學生產生足夠的吸引力。尤其是復合材料成型工藝中部分核心和尖端工藝涉及生產企業的核心機密或商業秘密，能夠公開發表的圖文和影視資料中一般都僅強調產品的技術指標，受制于知識產權和專利保護，對復合材料制備過程中的工藝參數一直是諱莫如深，造成教師在授課過程中由理論基礎到實際應用的銜接變弱，結果極易造成學生的畏學情緒，最終導致課堂應用教學環節不能滿足日趨嚴峻復雜的教學內容和人才培養目標的要求。

（三）實踐環節匱乏

目前，“復合材料工藝學”在教學過程中依然普遍沿用傳統的課堂教學方式，對實踐教學的推廣與實施存在較大的不足［3-4］。一些高校也嘗試加大復合材料學實踐教學環節的投入，例如開展實驗室演示及實驗教學模式的探索，但學生通常只能參與類似手糊、噴射、袋壓、注射等簡單成型工藝的實踐，對于設備和技術要求相對較高的制備工藝，受限于實驗室條件的制約無法開展［5］。不僅如此，從根本上來看由于實驗教學與實際生產間存在一定的差異性，導致學生在實踐環節過程中更像是嚴格按照老師的實驗要求在進行一系列指標性的驗證性操作，由于學生的自主能力和創造性能力無法在整個過程中體現，造成學生對實踐內容興趣索然，很難達到解決復雜實際工程問題能力的培養要求。

（四）考核機制不完善

實踐證明，以期末考試為主的考核方式已經不能滿足工程教育認證標準對專業課程建設的要求。目前，盡管部分高校嘗試以書面考試為主，并輔之以實踐環節的實驗報告和課程設計圖紙開展綜合考核，其目的主要想通過考試成績對學生的理論知識掌握程度進行評判，通過實驗環節對學生的實踐能力進行考核。但從本質上分析，以實驗報告和課程設計結果的考核方式依然在考查學生的理論知識掌握能力，而并不能真正反映出學生的實踐能力，因此這種評價方式存在著較大的局限性，其最終考查結果并不能綜合反映學生的學習能力和效果［6］。不完善的考核機制最終導致學生為應付課程學業考核只會死記硬背工藝原理，實踐環節過程中固化復合材料制備流程，長此以往學生不僅缺乏解決實際問題的能力，同時職業素養也得不到相應的培養與提高。

二、教學改革

（一）教學內容重構

“復合材料工藝學”是與社會實踐密切相關的學科，教學內容上除必要的基礎理論外，應不斷加強對復合材料領域國內外研究現狀的追蹤，把本學科科學前沿的發展動態反映到教學中，增加綜合性、創新性和前沿性教學內容。借此環節，利用高尖端復合材料的最新技術內容吸引學生關注，提高其學習興趣，同時教學過程中要不斷引導學生認識到盡管高尖端復合材料的制備工藝較為復雜和新穎，但其本質核心是對材料基礎理論內容的掌握與應用，以此鼓勵和提高學生對復合材料學理論教學內容的重視程度和學習興趣。

“復合材料工藝學”課程大綱的修訂應根據不同時期社會發展和人才需求的變化，嚴格貫徹成果導向教育理念，結合教育部專業教學指導委員會的要求，對教學內容不斷調整，以期形成較為科學和完善的課程體系。具體操作上，可首先按照新工科建設目標和《工程教育認證標準》要求，根據專業建設要求分析畢業要求對培養目標的支撐關系；其次，將畢業要求細化為可教學、可評價、有邏輯性的內涵觀測點，以引導和明確相應教學環節的合理有效支撐；最后，梳理細化課程體系內理論教學和實踐教學的相互關系，完成課程體系內所有課程有效的銜接。在此筆者建議，針對“復合材料工藝學”基礎理論內容抽象繁雜的問題，將教學內容進行整合修訂，強化諸如“材料科學基礎”“無機材料科學基礎”“復合材料原理”等復合材料工藝學先修課程的理論教學部分，緊密追蹤先修課程的教學效果，并根據課程直接評價分析結果做好知識點的查漏補缺。

（二）教學模式創新、教學課件更新

任務式教學和情景式教學模式不僅可以有效提升學生學習的主動性，也是培養學生科研能力的有效手段?！皬秃喜牧瞎に噷W”應適當弱化課堂理論教學環節，教師在完成必要的基礎理論知識教學后，將解答實際工程原理問題作為任務下達給學生，要求其在線下獨立完成。需要強調的是，筆者在這里所說的是弱化課堂理論教學環節，而不是弱化理論教學的內容，因此授課教師在課前可以將涉及的有關復合材料基礎理論內容、工藝設備、操作規范等資料上傳到線上平臺，供學生隨時隨地進行學習。在任務式教學的過程中，在學生內化理論知識的同時，教師應密切關注學生的學習狀態，及時給予必要的指導，彌補學生因為理論不足而導致的空想問題。通過對學生完成教學任務情況的全面追蹤和分析，教師可以及時了解學生個體對每個理論知識點的掌握情況，建立合理性評價，為下一步高效幫扶提供科學精準的指導。在技術應用教學環節中，可以在線上和線下同時開展情景式教學。線上提出典型案例供學生分析研習，建立復合材料成型加工的實際場景，設立相應知識觀察點，督促學生完成相應環節的學習，要求學生根據所學知識首先完成問題分析，并由此提出合理的解決方案，在此基礎上學生應獨立自主地完成解決方案的可行性分析，以加強學生自身從理論知識到實際應用的銜接和貫通，真正培養學生解決復雜工程問題的能力；線下組織學生開展分組討論，展示學習和研究結果，并進行分析辯論對抗，提高學生的參與度，最后以分組匯報或研討會的形式，讓學生自行總結并分享該過程中的學習心得。

授課教師應充分借助龐大的網絡資源，及時更新并豐富教學課件，提高學生課堂的注意力和學習興趣。在教學課件中引入視頻演示、全景動畫、三維透視等新型影像呈現方式，可使工藝流程透明化和直觀化，還可極大地提高學生對技術應用過程中關鍵點的感性認知。近年來，計算機仿真模擬技術迅速發展，其不僅在科學研究與實際生產中大幅節省了人力、物力和財力，凸顯出極高的應用效率，也為教育教學提供了新的、有益的講授途徑。當然，為實現并完成模擬仿真教學在復合材料工藝學中的應用，還應從根本上建立一個良好的物理模型基礎，而不是將模擬看成是對商品軟件的熟練使用。因此，要提出好的仿真模擬，要求授課教師具有厚實的理論基礎，這對授課教師提出了更大的挑戰。

（三）加強實踐教學

鑒于“復合材料工藝學”課程的實踐性特點，從新工科人才的培養要求出發，加強實踐環節教學是實現成果導向教育的有效手段。這里筆者提供一些思路，可以作為參考。首先，高校內部可以依托科研院所及實驗室、課題組進行實踐性教學，借助多年來科研平臺項目的投入，部分高校的研究所和科研團隊資源較為雄厚，甚至部分科研項目已經建設了成熟的中試基地，上述條件均為學生專業課程的實踐環節教學提供了有力保障；其次，高校外部應加強與企業之間的產學交流，創造條件安排學生進行實踐活動。在上述現場教學實踐學習過程中，科研院所和企業的工程師可實地給學生講解各類復合材料工藝的操作流程、工藝規范等內容，不僅能夠使學生直觀了解復合材料生產工藝的各個環節，同時也使學生對今后可能進入的科研及工作環境有了初步認知。最后，通過以上環節，學生不僅可以深刻認識到該專業課的應用領域和價值，達到提高學生學習興趣的目的，同時更為重要的是在整個過程中讓學生真正認識到復合材料的應用領域及復合材料工藝學課程的實用價值，激發學生對基礎理論內容的追求與掌握。

（四）課程目標評價模式更新

課程目標評價的本質是對學生在課程學習中獲得的知識、技能和素質的證據性判別。為真實有效反映出學生對于復合材料工藝學理論知識和實踐能力的掌握情況，需要建立理論教學與實踐教學合理的評價模式體系，具體描述學生在完成本課程后在認知、能力及素質三方面的學習成果，最終實現包括觀測方法、信息收集、診斷解讀、評價結論、問題分析和改進措施的閉環。

理論教學評價以量化結果為主，并增加學生形成性評價環節。任課教師作為教學主體，應明確課程目標對畢業要求的支撐關系，并根據每一章節的知識點建立合理的目標觀察點，設置課前預習、課堂問答、課后作業、課下討論等多元形成性評測機制，不斷追蹤學生個體對課程目標的掌握情況，依靠學生個體形成性評價結果的科學分析，有針對性地對學生個體展開學業精準幫扶，保證其最終完成相應的課程目標。最后，理論課期末考試內容以往都以考核課本內容為主，客觀題較多，為真正考核學生對復合材料學實際問題的解決能力，應在期末考試中增加主觀題的數量，并以實踐案例分析結果考查學生的應用能力。

實踐教學評價以質性結果為主。須明確學生在此教學環節中的主體地位，鼓勵其自主展開學習活動，并達到學習目標。整個過程中指導教師應從學生的專業求知、自主構建、執著探索、開拓創新、個人控制、自我調節、團隊合作、自我擔當等多角度客觀評判學生的實踐能力和專業素質，以期實現學生知行合一和學思結合的真正轉變。多元化的考核結果可以全面反映學生學習的狀態，成績評定方法改革能對教學目標的達成度進行更加客觀的評價，并實現教學過程的動態反饋，有助于教學過程中及時發現問題并予以解決，最終實現教學的可持續發展。

最后，為加強本課程學生目標專業能力達成及素質教育培養的過程管理，教學目標評價機制所包含的評價方法、評價過程應建立相對規范化的評價資料并形成歸檔制度；利用院校督導檢查、專業教師聽課、學生評教等多種形式，加強對教師的工作指導和督促檢查；針對課程目標達成情況進行分析討論，并形成最終整改措施，以此作為持續改進的直接指導性意見。

結語

通過對復合材料工藝學學科定位和教學培養過程中存在問題的分析，筆者探索了“復合材料工藝學”的教學改革策略，即“復合材料工藝學”的教改應以成果導向教育理念為核心，通過課程教學體系的重構，實現教學模式上由教師為中心到學生為中心的真正轉換，使理論教學和實踐教學科學合理的評價機制保持持續改進，推動本科生專業知識能力和工程素養教育培養的進一步發展，提升學生的實踐能力，以期最終實現人才培養目標滿足市場發展的實際需求。