非材料专业《复合材料》课程教学改革探索

王林珠，陈朝轶，李　翔

(1.贵州大学材料与冶金学院，贵州 贵阳　550025；2.贵州理工学院材料与冶金工程学院，贵州 贵阳　550003)

《复合材料》课程是部分工科院校焊接技术、冶金工程等本科专业高年级学生开设的一门专业选修课，开设该课程可以丰富学生的专业知识，提升学生的竞争力，拓宽学生的就业渠道。《复合材料》课程是关于复合材料理论知识的概括总结和凝练，主要讲授复合材料的定义、复合材料的组成材料、复合材料的界面、复合材料的设计原理、聚合物基复合材料、金属基复合材料、水泥基复合材料、陶瓷基复合材料等。这门课程开设后一直受到学生的重视，选修人数在选修课中位居前列。

《复合材料》教材是针对材料学科相关专业编写的教材，涉及材料科学与工程基础、材料化学与物理、材料合成与制备、材料表面与界面、金属材料、无机非金属材料、高分子物理与化学等多门课程的知识，需要学生具备较好的专业基础知识才能更好的学习这门课程，这显然与非材料专业学生所学专业知识差异较大，如在焊接技术专业《复合材料》教学过程中，由于学生没有相关材料专业基础知识，课堂上很难与老师形成互动，课堂气氛沉闷，因此，有必要对非材料专业《复合材料》课程教学进行改革。

1　教材的选择及优化

1.1　更新教材内容

选择好的教材对于学生了解复合材料的基本概念、基本原理、基本制造方法等有极大的促进作用，教材的印刷质量、图片的清晰程度同样有利于提高学生的学习兴趣。肖力光、赵洪凯老师主编的《复合材料》为普通高等教育"十三五"规划教材，该教材基于系统化设计教学内容及结构，重点介绍了复合材料的组成、特点、工艺、表征及具体应用，教材内容安排上由浅入深，通俗易懂，教材内容编写严谨、图片清晰，知识量丰富，是一部本科专业教学的优秀教材。

虽然该教材经过作者反复修改，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时等问题。如该书在讲述复合材料的应用领域及国内外生产情况时，引用的多是十年前甚至二十多年前的数据，当时国内的发展水平与国外尚有较大差距。随着我国进入社会主义建设的新时代，国民经济突飞猛进，我国复合材料制造技术、产量及应用领域均有了长足的进步，特别是新一轮科技革命和产业革命即将到来，国家提出了创新驱动发展和“一带一路”、“中国制造2025”、“互联网+”等重大战略[1-2]，如我国最新研制的歼20战斗机及C919大飞机在机身及发动机等部位就大量使用了国产复合材料，最新型的国产航母则是传统钢铁材料与最新型复合材料的“结合体”[3-4]，可以说当前复合材料在我国无论是制造技术还是应用领域都逐渐达到或接近发达国家水平。因此，授课内容不能局限于教材，在教学过程中对该部分数据作了更新，使学生能学到最新的知识。

1.2　引用参考教材

一本教材不可能对每个知识点讲解得非常透彻，因此需要参考其他相关教材。主要参考的教材有刘万辉、于玉成老师主编的《复合材料》，冯小明、张崇才老师主编的《复合材料》，王荣国、武卫莉老师主编的《复合材料概论》等。每本教材都有其特点，如刘万辉、于玉成老师主编的《复合材料》对复合材料的定义作了详细的阐述，王荣国、武卫莉老师主编的《复合材料概论》对复合材料的应用领域作了较大篇幅的介绍，而冯小明、张崇才老师主编的《复合材料》则重点介绍了复合材料的制造方法。在讲述相关知识点时引用参考教材的内容教学，使学生对复合材料知识有了更全面、更深入的了解。

2　加强学科交叉教学

2.1　复合材料与焊接学科交叉知识点

《复合材料》教材对各类复合材料的性能特点、制造方法等进行了阐述，均是材料学科知识，而各类复合材料的连接技术是材料学科与焊接学科交叉知识点，如机械连接或焊接等方法，由于教材是针对材料专业编写，对于该部分只做了少量介绍。对于传统的机械连接方法，由于复合材料各向异性的特点，会出现严重的应力集中现象，在钻孔时还可能造成复合材料层压板脱层，机械连接件也增加了结构的重量，因此，机械连接并不是复合材料连接的主要方法，不能作为教学的重点内容。而焊接可以克服传统机械连接方法的上述缺陷，得到较高的连接接头质量[5]，是连接复合材料结构的一个理想方法，也是当前复合材料连接方法重点研究领域。

2.2　增加复合材料的连接技术教学

焊接技术专业高年级学生本身具备一定的专业知识，依据学生原有的知识体系，在保留复合材料教材重点教学内容的基础上，适当的减少了一些专业性较强的材料知识教学，并降低了部分材料学知识要求程度，增加了当前复合材料焊接技术最新研究成果的教学。

如在聚合物基复合材料教学过程中，重点讲述了聚合物基复合材料的焊接技术中最具应用前景的超声波焊[6]。增加了聚合物基复合材料超声波焊接原理和方法、切入式与连续式焊接、远场焊接和近场焊接、能量引导体等焊接工艺参数的设定等[7]。金属基复合材料的焊接方法主要有扩散焊、钎焊、瞬时液相焊、电子束焊、等离子焊、电容放电焊等[8]，重点讲述了金属基复合材料钎焊的基本原理、钎焊过程控制的关键因素，给定金属基复合材料焊接温度、时间、装配、表面处理等工艺参数的选择等。陶瓷基复合材料的焊接方法主要有电子束焊、微波焊等[9]，讲述了陶瓷基复合材料电子束焊的基本原理、焊前准备、焊前调试、焊接参数如焊接电流及聚焦电流、电子枪的移动距离等参数控制等。

上述焊接方法，多数是学生之前专业课的学习内容，在教学过程中由于学生已有一定的了解，而焊接的对象又是之前未接触过的复合材料，普遍兴趣浓厚，不仅巩固了已有的专业知识，同时也学习到了新的知识，开阔了学生的视野，达到了较好的教学效果。

3　教学手段及考核方式探索

3.1　形象化教学

对于焊接专业学生，由于材料结构知识极为匮乏，对于材料的性能、制造及检测没有系统性的认识，对于复合材料中常用的增强纤维，由于日常生活中难见，他们只能通过想象来理解，然后死记硬背课本的定义及理论[10]，这样显然难以达到好的教学效果。

只有使教学内容形象生动，教学过程充满趣味性，才能使学生主动听讲。多媒体教学是当前主要教学手段之一，在讲述复合材料制造方法、应用领域，特别是介绍制造装置、复合材料实物时采用图文并茂的PPT教学无疑能达到较好的教学效果。在制作PPT的过程中尽量减少了文字数量，多用图片、动画、视频等讲解知识点。采用PPT教学时，不但可以使学生直观的看到复合材料基体、增强体、复合材料的照片以及制造复合材料的设备，而且可以通过动画或视频的形式将一些复合材料材料的制造过程介绍给学生，使学生真正理解复合材料的制造过程。例如，在讲解碳纤维相关知识点时充分利用网络搜集碳纤维的实物及碳纤维制造的各类复合材料照片，展示碳纤维复合材料在体育、军工、休闲娱乐中的应用情况，通过展示碳纤维的乱层石墨结构与石墨结构对比图片，直观形象且通俗易懂，使学生对碳纤维的内部结构有了清晰的认识。在讲解挤出成型工艺制造聚合物基复合材料时，通过动画的形式将挤出成型工艺展示，该过程被同学们形象的比喻为“挤米筒”，有效提高了学习的趣味性。

3.2　多样化考核

在讲解手糊成型工艺制造玻璃纤维增强聚合物基复合材料时，通过网络视频讲解了手糊成型工艺制造帆船构件的过程，学生对手糊成型工艺制造玻璃纤维增强聚合物基复合材料表现出了浓厚的兴趣。因此，尝试将期末考核方式修改为理论考试和实践考试两部分，要求学生通过网络等"第二课堂"，使用手糊成型的方法自行设计制造一个玻璃纤维增强聚合物基复合材料，以制造难度及美观程度打分，最终作品有奥运五环、五角星、水杯等，极大的激发了学生的学习兴趣，同时提高了学生的动手能力。

4　结语

复合材料相对传统材料具有独特的可设计性，具有许多传统材料所不具备的优异性能，复合材料的崛起与发展极大的丰富了现代材料家族，为人类社会的发展开辟了无限的想象与实现空间[11]，某种意义上《复合材料》这门课程具有巨大的学习价值。学好《复合材料》这门课程对于非材料专业学生认知材料知识、拓展就业渠道都有极大的帮助。通过《复合材料》这门课程的教学我充分认识到对于新知识的传授不能跳跃性太大，否则没有相关基础知识支撑学生无法理解将失去学习兴趣，教材的编写者只能按照教授该课程的主要专业编写教材，难以兼顾其他专业选修课教学。同时，强化课堂的趣味性，引导学生自主学习，往往能激发学生学习的主动性，收到意料之外的效果。总之，教学过程中需要教师根据学生的具体情况不断探索，才能真正提高教学质量。