浅谈如何提高复合材料成型工艺实验的教学效果

王静　王文一　纪秀杰　赵义平　张兴祥

【摘 要】随着科技的进步和网络幕课的发展，高等学校的传统教育面临着巨大的挑战。复合材料成型工艺实验作为复合材料专业实验教学的基本课程之一，如何提高其教学效果成为任课教师必须思考的问题。本文阐述了如何做好复合材料实验预习、吸引学生兴趣引发学生的独立思考和实践能力，充分发挥复合材料实验在本科生教学中的重要作用。

【关键词】复合材料实验；创新实践能力；教学方法

复合材料成型工艺实验是我院复合材料专业的专业基础实验，涉及到化学、材料、化工、环境等专业的理论知识。它是一门实验科学，可以通过实验使得同学们更深刻地理解和掌握一些基本理论，同时可以锻炼实验基本技能，更能够培养学生们严谨的科学态度、科学的实验方法、较强的动手能力，为同学们步入社会提供理论和实践基础。作为任课教师我们该如何提高复合材料实验课程的教学效果呢？以下谈谈笔者在实验教学过程中对教学方法及实验设计的体会。

1.实验预习形式的调整

实验的预习是为了加深学生对理论课内容的理解，增强学生们做实验的积极性，锻炼学生的自学能力。这些都在培养学生探究能力和创新能力等方面发挥着重要作用，同时还能提高教师实验课的效率。然而，大多数同学的预习报告只是抄了一遍实验内容，没有思考的过程。有的同学还抱怨讲义内容太多，抄的手麻，而在课堂讲授的时候都不知道实验的操作步骤。这严重影响了实验课程的教学效果，无法达到培养同学们创新能力的目的。这就要求教师进行换位思考，改变预习形式。

复合实验一般都是以2人为一组，采用每次实验课随机请同学们在课堂上进行实验讲解，老师的作用可以作为实验内容的补充讲解，强化实验要点和注意事项。这样对于不爱预习的同学有预习的紧迫感，而对于做好课前复习并善于思考的同学而言是展现自己的一次机会。对于预习充分，讲解思路清晰的同学，可以通过实验加分的方式予以鼓励。同样，对于讲解过程中，提出关键问题或者补充的同学，也可以予以加分。这样能够很好的发挥预习的作用，加深同学们对实验的理解，同时对于实验重点和注意事项能够印象深刻。

这一方法，淡化了老师的主导作用，能够更好的启发学生对实验的思考，做到理论知识与独立思考的融会贯通。

2.实验内容及形式的调整

对于复合材料专业的学生而言，学生能够通过成型工艺实验巩固已学过的聚合物成型原理与工程的理论知识，学习拟定实验方案、选择和制定工艺参数，掌握各实验的目的、原理及各种仪器设备的基本操作方法，从而培养学生的实际操作能力和科学研究能力，为毕业后从事复合材料相关的工作奠定良好的基础。然而，成型工艺实验的原材料多为各类树脂液，即使在通风橱中也有刺激性的气味；另外，仪器多为大型设备，无法做到每人做一次，多是小组合作，大大降低了学生的兴趣和主观能动性。

俗话说：兴趣是最好的老师，提高学生兴趣，寓学于乐是提高实验教学成果的最佳方式。在成型实验中，以聚合物为基体的复合材料制品在设计时基体的基本性能数据通常用树脂浇注体的性能代替，因此，掌握树脂浇注体技术非常重要。我院对本实验采取开放式设计实验，学生初步反应良好。在浇注体实验中，部分同学选择模具的制作，另一部分同学则选择工艺品的制作。两年中，同学们的作品已经由平面发展成为立体作品。由于引起了学生的兴趣，同学们对影响树脂作品的颜色、外观、制作时间等因素都进行了认真的思考，提问也比较活跃。比如，实验教学中选用的树脂为不饱和聚酯树脂，树脂本身为绿色，受紫色促进剂颜色的影响，促进剂比例高的情况下，浇注体产品颜色就会变为黄绿色；反之，促进剂含量低时，在固化剂含量一定的情况下，反应时间边长，同时浇注体产品的颜色也会更接近树脂本色。这样，同学们对于浇注体实验的原理、步骤、注意事项及配方的选择有了更深刻的认识，实验效果得到了加强。

由此可推测，对于注塑成型、真空导入（VIP）等成型实验，我们也可以开展开放性实验。比如：热注塑成型机为大型仪器，一般采用演示实验的方法，有些同学刻意围在外圈不去学习仪器操作。针对这种现象，我们可以选取便携式的化妆品小瓶等具有吸引力的小制品为模具，能在最大程度上满足学生的好奇心，从而激发学习的欲望。层压成型、模压成型的区别就在于模压成型有模具，然而现开展的实验均是制备平板材料，学生不仅兴致不高而且成型特点不易区分。同样的，真空导入成型的设计也是平板产品，学生早已经厌烦。因此，我们可以在进行专业建设时，购入具有吸引力的教学模具，比如小滑板、小杯子等等。

树脂传递模塑成型（RTM），其设备包括空压机、RTM机以及注射枪，其中RTM机上树脂配方的调节和注射枪的注射是RTM的难点，其操作也相对复杂，单一的讲解各部分的作用无法让学生有一个系统的认识。而且讲授时间过长，部分细节没有听懂的学生很容易产生疲劳感，授课效果大打折扣。实验课任课老师可以自己在准备实验中进行视频录像，并在实验操作过程中加以讲解。课堂上，播放视频录像能够吸引学生的注意力，使学生对实验有一个系统操作的认识。在重点和难点部分，使用教学仪器进行现场讲解，加深学生对树脂配方调节的方法和注意事项的记忆，事半功倍。最后由学生亲自操作，在学生自己操作的过程中，再次体会仪器的使用和操作顺序，补充在观摩视频和教师讲解中没有注意的事项，查漏补缺，达到系统全面掌握仪器使用的目的。

这些方法，在最大程度上吸引了学生兴趣，通过开放型的实验设计或者富吸引力的小制品，引导学生思考和学习，便于不同成型工艺的特点和要点的区分和记忆。

3.实验报告的书写

实验后，教师针对实验要求学生进行数据处理或者实验思考总结。复合材料实验中，只有凝胶时间、挥发分、单丝和复丝强度实验需要数据的处理及作图。以往同学们作图的方法大部分手动画图，这种方法误差大同时耗时。一般情况下我们向同学们讲解origin作图软件的使用方法，通过事例数据的反复练习使同学们熟练掌这种作图软件，它能满足大部分本科生的作图需求，帮助同学们节省了以往手动作图的时间，同时提高实验结果的科学性和准确性，有利于科学研究的开展。根据实验作图结果分析实验过程中哪些是有效数据，哪些是无效数据，同时分析无效数据产生的原因，深刻理解实验内容。

成型工艺实验是复合材料实验的重点，也是学院为了同学们毕业后步入社会从事相关学科工作和学习进行的技能训练。报告中主要包括实验完成后对实验的整体性把握，对实验目的、实验方法、实验内容和实验操作过程中的注意事项全新的认识和自己对实验的一个心得体会，实验成败的影响因素分析等等。教师应该结合实验过程中学生的动手能力以及完成情况在报告上写优秀、良好或者好等这样不同的批注语，以鼓励同学们继续发扬主观能动性。

4.结束语

为了提高复合材料成型工艺实验课程的教学效果，针对成型工艺实验课程的特点，总结了以上教学方法，培养同学们主动探究问题和解决问题的能力，在成型工艺实验过程中真正实现了“教师为辅，学生为主，寓学于乐”的学习模式，强化了学生创新意识的培养，使同学们形成严谨的科学态度，获得科学合理的实验方法，为社会培养创新型人才奠定基础。

致谢：

天津工业大学2013年校级教育教学改革立项项目：2013-3-04；天津市教育科学“十二五”规划课题： 高等教育青年课题 （HEYP6001）； 高等教育重点课题： （HE2013）。