《复合材料》课程在农林类高校的教学改革探索

张 艳，王 慧，吴 强，李 倩，武新星，韩帅波，孙芳利

(浙江农林大学化学与材料工程学院，浙江 杭州 311300)

《复合材料》是我校为高分子材料与工程专业开设的一门专业核心必修课程。该课程授课时间为大四学年第一学期，总课时为32学时，学分为2.0个学分。课程全面系统介绍聚合物基复合材料的发展概况、基础理论和制备工艺；重点讲授通用型热固性树脂的合成、增强材料的制备及复合材料的成型工艺。通过该课程的学习，使学生能够全面系统地理解聚合物基复合材料的重要基本概念和理论知识，深刻理解聚合物基复合材料发展的重要意义及目前面临的主要问题，旨在培养学生的创新思维，使其能够根据具体的应用需求对复合材料的结构及工艺进行设计，为今后学生在复合材料领域的深造和研究奠定坚实的基础。而如何更好的结合浙江农林大学“林业工程”学科优势，紧密对接和服务地方经济发展，在高分子和生物质材料等重点领域培养高层次创新型人才，是该课程需要重点考虑的改革方向。

1 课程学情分析

浙江农林大学是浙江省重点建设高校、浙江省人民政府与国家林业和草原局共建高校，其办学宗旨是建设区域特色鲜明的高水平生态性研究型大学。本校高分子材料与工程专业创立于2008年，源于木材科学与技术学科胶合材料方向，以胶黏剂和生物质材料为特色。专业办学目标明确，特色明显，定位于培养在高分子特别是生物基新材料和新技术研发、生产管理及检测方面具有创新创业能力的高素质复合交叉型人才。本课程涉及到复合材料基体、增强材料及不同复合材料的加工工艺等物理、化学、材料设计等方面的知识，是学生在已经掌握了高分子物理、高分子化学以及塑料加工等课程的基础知识前提下开展的。要求学生专业基础扎实，能够积极主动的了解和掌握课程的授课内容。然而，由于这门课程是在大四上学期开设，学生大多忙于考研复习、找工作、实习或做毕业课题，对这门课的重视程度大大降低，而且在课堂教学过程中发现存在利用上课时间复习考研课程、手机上网或上课睡觉的问题，无法集中精力听课或做笔记，从而很大程度上影响了教学效果。同时，本课程所设置内容仍多为传统理工科院校高分子材料与工程专业开设的聚合物基复合材料的内容，不足以体现我校高分子材料与工程专业的办学特色。

为进一步凸显农林类高校的专业办学特色，解决本课程课堂教学中存在的问题，保证良好的教学效果，调动学生学习的积极性，避免传统授课过程中“填鸭被动”、“单一无趣”的教学方式，需对教学内容、教学方法和过程、考核评价等方面进行改革和创新。

2 教学内容和教学方法的实施

2.1 丰富课堂教学实例，激发学生学习热情

《复合材料》课程理论知识点多，涉及面广且较为抽象，学生容易感到理解困难、枯燥乏味，严重影响课堂教学效果。复合材料应用广泛，与我们的生活息息相关。如果引入生活中的实际案例，通过案例分析来讲解具体材料的相关知识点，可引起学生的关注，提高学习积极主动性。根据教学内容和教学目的，设置具体的教学案例，引导学生主动思考，积极参与讨论和分析，是目前应用较为广泛的一种教学方式，即案例教学[1-2]。通过列举大量相关的实例如三大热固性树脂、玻璃纤维、碳纤维、超高分子量聚乙烯纤维及纤维增强复合材料制品及应用等，以具体的例子、图片及多媒体动画等讲解相关的理论知识，将抽象理论具体化，为学生创造一个轻松愉快的学习氛围，提高学习积极性。

本课程将农林特色与传统材料紧密结合，通过对案例进行对比分析，使学生掌握知识点并深切领会其间区别。重点教学案例展示如下：

(1)案例一：在讲解热固性树脂部分内容时，重点分析环氧树脂相关知识点。首先向学生引入环氧树脂的一个应用案例，如环氧树脂是一种万能胶。提出问题：什么是万能胶？为什么环氧树脂可以作为万能胶？以环氧树脂万能胶产品为例具体讲解为什么环氧树脂具有优异的粘结性，能够粘结塑料、金属、木材等多种材料，进而讲解相关的理论知识。以传统应用较为广泛的石油基双酚A型环氧树脂为例来讲授其化学结构、合成原理、性能及应用等。同时，将生物基环氧树脂作为对比案例进行分析，引入目前研究较多的生物基环氧树脂，重点分析如何利用生物质原料合成环氧树脂，以解决目前石油资源匮乏和不环保的问题。

(2)案例二：在讲解增强材料部分内容时，将碳纤维作为重点案例进行讲解。首先让学生看到碳纤维实物，课堂上亲自感受碳纤维的表观形貌和力学强度等特征。然后引入碳纤维的生产及应用等相关视频，使学生直观认识和理解碳纤维作为增强材料的优势。之后重点分析以聚丙烯腈为原料的碳纤维制备方法和工艺流程，从原料特征、制备工艺条件及制备过程中分子链结构的变化讲解碳纤维的生产过程。同时，将木质素基碳纤维作为对比，讲解木质素作为原料的优点及与传统碳纤维制备工艺的区别。

(3)案例三：在讲解增强材料章节时，以超高分子量聚乙烯纤维为例，重点学习凝胶纺丝法超倍拉伸技术。首先让学生看到超高分子量聚乙烯和超高分子量聚乙烯纤维实物，深刻体会塑料与特种高性能纤维的表观形貌和力学强度等区别。引出超高分子量聚乙烯纤维的特征，并提出问题：为什么超高分子量聚乙烯纤维属于高性能纤维？这种纤维是如何制备的？播放超高分子量聚乙烯纤维的生产及应用视频，重点讲解凝胶纺丝法超倍拉伸技术制备超高分子量聚乙烯纤维的原理。将超高分子量聚乙烯纤维与市面上的普通塑料产品如保鲜膜做对比分析总结，加深对该部分内容的理解。

(4)案例四：在讲解热固性复合材料成型工艺章节时，以大家常见的玻璃钢游船为例，引入玻璃纤维复合材料的制备工艺。通过播放玻璃钢小船的制备过程，让学生了解玻璃纤维增强的树脂基复合材料的制备流程，然后结合视频内容具体讲解玻璃纤维、热固性树脂及其复合材料的特性及要求。同时，作为对比，将竹纤维或麻纤维增强的复合材料产品引入课堂，重点讲解植物纤维作为增强材料的优势及制备工艺。

2.2 思政教育融入课堂教学

通过真实案例分析，逐步构建学生对事物的真实认知，引导学生正确认识问题，充分发挥思政课提升学生思想素养的作用[3]。本课程引入的思政案例主要为以下三个方面：(1)以木竹材、古代兵器、建筑及目前复合材料在航天航空、交通运输、建筑等多个方面的成功应用为例，阐明复合材料的重要性，增强对复合材料的学习兴趣，加深对创新性研究的理解，培养创新意识；(2)以航空航天等世界前沿项目中复合材料的发展动态为实例，讲述解析技术壁垒及国内外技术的真实差距，指出限制我国发展的“卡脖子”技术，激发学生的学习动力和科技报国的热情；(3)围绕“碳达峰碳中和”主题，以生物基复合材料的设计生产工艺为例，讲解复合材料轻量化、低成本、低VOC释放的重要性，加强学生的环保意识[4]。

重点思政案例展示如下：(1)在讲解复合材料的增强机理时，深入分析复合材料各组分有效复合的重要性，复合材料的高强特性源于其各组分的协同增效，基体粘结增强材料为一个整体，均匀传递应力，增强材料提高增强效果，加之二者具有较好的界面相容性，则能够充分发挥各组份的优势，使其大大优于单一材料的性能。通过深入理解和体会材料的有效复合所产生的1+1大于2的效应，使学生意识到团队成员协作的重要性。(2)在讲解环氧树脂时，详细讲解环氧树脂的制备工艺及特性，指出环氧树脂作为综合性能优异的胶黏剂广泛应用于航空航天、交通、化工、建筑等多个领域。然而，目前环氧树脂在高端领域应用如与碳纤维复合过程中，仍存在韧性不足的卡脖子问题。由此引导学生学好专业知识，增强突破技术难点和改革创新意识。(3)在讲解碳纤维时，重点学习聚丙烯腈基碳纤维的制备工艺并揭示碳纤维的微观结构。结构决定性能，正是碳纤维的这种乱层类石墨结构使其具有轻质高强且耐高温的特性，从而成功应用到冬奥会火炬外壳。通过引入冬奥会火炬的创新设计理念，激发学生的民族自豪感，树立文化自信，增强科技与文化结合的创新意识。(4)在讲解超高分子量聚乙烯纤维时，详细学习凝胶纺丝工艺流程，揭示凝胶纺丝原理。强调正是凝胶纺丝法超倍拉伸技术的突破才成功生产了具有刀枪不入神奇功能的超高分子量聚乙烯纤维，让学生体会科技创新的重要性。指出国产超高分子量聚乙烯纤维及复合材料只有不断提升才能满足国防战略需求，推动学生勇于担当起新时代的历史使命，坚持“四个面向”，为我国科技领域长远发展注入强劲创新动能。

2.3 紧跟时代步伐，不断更新课堂教学内容

课堂教学以经典教材为基础，为学生讲授相关复合材料的内容。但是，教材往往存在更新较慢的问题。因此，在课堂教学中，将最新研究动态与教材基础理论相结合是十分必要的。根据教学内容设置小课题，让学生根据兴趣选择课题内容，并且通过查阅文献资料对课题的研究进展在课堂上以PPT的形式进行汇报。学生通过自主选题、自主查阅资料并自主分析汇报，不仅增强了学习主动性，同时增强了分析问题和解决问题的能力。此外，将最新研究报道不断引入课堂教学中，让学生意识到社会发展不仅仅需要扎实的理论知识作为基础，同时需要不断创新。例如除了课堂上重点讲解的长纤维复合材料，可以引入纳米、智能及仿生复合材料。通过不断更新教学内容，使学生掌握课程基本理论知识的同时能够把握最新的发展方向，紧跟时代步伐，开阔视野，培养学生的思维前瞻性。

2.4 线上线下相结合的教学方式

摒弃单纯的“填鸭式”教学方式，依托互联网，引入超星学习通、雨课堂、慕课堂等现代化教学工具和平台，积极推动线上线下相结合的教学模式，有效培养学生自主学习、创新和分析解决问题的能力[5]。

课前要求学生利用线上资源提前预习和了解课程相关的知识，并通过任务点完成情况掌握学生的课前预习情况。课堂教学中，依据工程教育认证标准，实施以学生为主体，老师为主导的教学模式，引导学生多思考，讲课过程中注重知识点的内在联系，通过对比分析，将知识系统化，编织成知识网，让学生自主掌握由繁到简的学习方法，高效学习，提高自信。此外，将课堂教学与课外实训紧密结合，具体为课堂教学-案例分析-实验室操作-提出问题，解决问题，将理论课堂与实际应用相结合，鼓励学生积极参与创新创业训练项目，从中提高其学习兴趣，提高动脑和动手能力，真正达到学以致用的目的。

3 考核方法的探索

采用多元化的考核方式，除了试卷考试、课堂作业等具体知识点的考察，强化过程评价考核，将学生课堂表现、分组讨论、课下实验、动手操作能力等全过程进行评估，综合评价学生对课程内容的掌握程度和运用所学知识分析、解决问题的能力。教师可以通过过程考核评估及时发现课程教学中的不足，有针对性的进行修正，学生可以在全方位的考核下展现自己的学习和实践能力，提高综合素养和技能。

4 结 语

《复合材料》是高分子材料与工程专业必修的一门主干核心课程，紧密结合学校办学宗旨和当地经济发展需求，建立高效的、特色明显的课堂教学体系，是本课程教学改革的重要方向。通过对《复合材料》课程的教学改革探索，丰富了课堂教学案例，将抽象知识具体化，加深了学生对复合材料基础理论知识的理解，提高了学生的学习积极性和分析问题的能力。向课堂教学中引入思政教育，进一步端正学生学习态度，提高学习热情。采用线上线下和理论实践相结合的教学方式，结合多元化、全过程考核机制，优化了课程教学体系，提高了学生的综合素养和技能，达到学以致用的目的。