关于“复合材料工艺学”教学内容改革与探索的思考

［摘 要］ 为进一步探索复合材料工艺学的教学改革策略，从新工科教育建设的模式出发，结合工程教育认证标准的具体要求，分析了目前课程存在的常见问题。针对学生培养的知识结构特点，以成果导向教育为基础理念，阐述了对复合材料工艺学课程的改革创新思路，从内容编排、教学模式、过程管理、教师指导等方面进行了课程体系的教学改革探索。

［关键词］ 复合材料工艺学；新工科；工程教育认证；成果导向教育

［基金项目］ 2021年度西北工业大学本科教育教学改革专项资金“一流本科课程建设”（21GZ1104）

［作者简介］ 叶 昉（1984—），女，辽宁海城人，博士，西北工业大学材料学院副教授，博士生导师，主要从事复合材料研究。

［中图分类号］ G420 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2022）44-0000-04 ［收稿日期］ 2021-12-10

随着当今世界科技的快速发展，复合材料在现代工业领域当中的地位日趋重要，其应用范围不断扩大，企业生产对掌握复合材料工艺专业技术人才的需求也在不断提升。为此高校在进行材料类专业人才的过程中，不仅因充分重视复合材料工艺学在教学体系的重要地位，同时也急需根据人才培养需求及时对复合材料学的课程体系进行教学改革。目前，尽管大部分高校材料类专业认识到了教学改革的重要性和紧迫性，然而出于对教学改革定位认知的差异，导致教学过程出现了较多问题。基于此种情况，笔者结合我国正在不断进行的新工科教育改革及工程教育认证要求，并从成果导向教育（OBE，Outcome Based Education）理念角度出发，探索复合材料工艺学的教学改革策略［1］。

复合材料工艺学是复合材料专业必修的一门重要课程，通过该课程的培养，主要使学生对复合材料的基本原理、生产工艺及发展趋势有比较全面的了解和掌握［2］。结合上述基于成果导向的教育要求，如何培养学生面向市场实际要求设计复合材料制备工艺的能力，提高学生分析解决复合材料实际成型加工过程中出现问题的能力，最终完成学科导向向目标导向的转变，是本次课程教学改革的核心内容。

一、课程存在的主要问题

（一）理论教学环节缺乏吸引力

复合材料工艺课程内容涉及面较广，从其理论研究部分来讲，涉及到包括材料物理、化学、成分、结构、界面等多方面的内容。长期以来大部分高校在复合材料工艺学中所介绍的理论内容较为繁多，并且由于材料基础理论部分内容较为抽象和繁杂，学生学习时对这一部分内容的掌握程度较低，很大程度上影响了学生的学习兴趣。而对于技术应用部分的研究，尽管学生的学习热情较高，但由于缺乏对材料基础理论内容深度的掌握，学生无法完成由基础理论到技术应用过程的转化。不仅如此，鉴于材料成型工艺自身的多样性、复杂性和特殊性，一定程度影响了学生在学习研究过程中创造性和创新性思维的发展和提高。综上，虽然教师在教学过程中力求将新知识、新技术与实际工程问题引入课堂，但受限于学生对复合材料工艺学基础理论内容掌握的有限性，教师授课的效率和质量不可避免的降低了。

（二）教学模式陈旧、课件资源匮乏

教学模式上，考虑到培养方案中的课时限制，授课老师往往在讲述复合材料基础理论部分时采取满堂灌的方式，大部分内容以讲授为主并结合幻灯片与板书。学习内容的枯燥无味，加之学生对传统教学模式的厌倦和抵触，造成课堂气氛紧张压抑，学生对自身课堂存在感的降低，使其缺乏学习的主动性，极易产生厌学情绪。尽管部分教师尝试改善课堂教学氛围，增加学生教与学的互动环节，但往往又仅通过课堂上简单的提问，无法真正激发学生自主学习和研究的潜力，课堂教学效果不理想。

课件资源上，复合材料工艺学理论教学部分概念抽象，以单纯文字和公式为主的课件，其形式更像是教材到屏幕的简单搬运，很难激发学生的学习兴趣。相比较而言，复合材料工艺学在应用教学部分似乎更具吸引力，然而考虑到制备工艺过程的复杂性，仅依靠图像和动画等课件的简单演示，同样很难对学生产生足够的吸引力。尤其是复合材料成型工艺中部分核心和尖端工艺涉及到生产企业的核心机密或商业秘密，能够公开发表的图文和影视资料中一般都仅强调产品的技术指标，受制于知识产权和专利保护，复合材料制备过程中的工艺参数一直是讳莫如深，造成教师在授课过程中由理论基础到实际应用的衔接变弱，结果极易造成学生的畏学情绪，最终导致课堂应用教学环节不能胜任日趋严峻复杂的教学内容和人才培养目标的要求。

（三）实践环节匮乏

目前，复合材料工艺学在教学过程中依然普遍沿用传统的课堂教学方式，对实践教学的推广与实施存在较大的不足［3，4］。一些高校也尝试加大复合材料学实践教学环节的投入，例如开展实验室演示及实验教学模式的探索，但学生通常只能参与类似手糊、喷射、袋压、注射等简单成型工艺的实践，针对设备和技术要求相对较高一些的制备工艺，受限于实验室条件的制约无法开展［5］。不仅如此，从根本上来看由于实验教学与实际生产间存在一定的差异性，导致学生在实践环节过程中更像是严格按照老师的实验要求在进行一系列指标性的验证性操作，由于学生的自主能力和创造性能力无法在整个过程中体现，造成学生对实践内容兴趣索然，很难达到解决复杂实际工程问题能力的培养要求。

（四）考核机制不完善

实践证明以期末考试为主的考核方式，已经不能满足工程教育认证标准对专业课程建设的要求。目前，尽管部分高校尝试以书面考试为主，并辅之以实践环节的实验报告和课程设计图纸开展综合考核方式，其目的主要想实现通过考试成绩对学生的理论知识掌握程度进行评判，通过实验环节对学生的实践能力进行考核。但从本质上分析以实验报告和课程设计结果的考核方式依然在考虑学生的理论能力，而并不能真正反应出学生的实践能力，因此这种评价方式存在着较大的局限性，其最终考察结果并不能综合反映学生的学习能力和效果［6］。不完善的考核机制最终导致学生为应付课程学业考核只会死记硬背工艺原理，实践环节过程中固化复合材料制备流程，长此以往学生不仅缺乏解决实际问题的能力，同时职业素养也得不到相应的培养与提高。

二、教学改革

（一）教学内容重构

复合材料工艺学是与社会实践密切相关的学科，教学内容上除必要的基础理论外，应不断加强对复合材料领域国内外研究现状的追踪，把本学科科学前沿的发展动态反映到教学中去，增加综合性、创新性和前沿性教学内容。借此环节，利用高尖端复合材料的最新技术内容吸引学生关注，提高其学习兴趣，同时教学过程中要不断引导学生认识到尽管高尖端复合材料的制备工艺较为复杂和新颖，但其本质核心是对材料基础理论内容的掌握与应用，以此鼓励和提高学生对复合材料学理论教学内容的重视程度和学习兴趣。

复合材料学课程大纲的修订应根据不同时期社会发展和人才需求的变化，严格贯彻成果导向教育理念，结合教育部专业教学指导委员会的要求，对教学内容不断调整，以期形成较为科学和完善的课程体系。具体操作上，可首先按照新工科建设目标和《工程教育认证标准》要求，根据专业建设要求分析毕业要求对培养目标的支撑关系；其次，将毕业要求细化为可教学、可评价、有逻辑性的内涵观测点，以引导和明确相应教学环节的合理有效支撑；最后，梳理细化课程体系内理论教学和实践教学的相互关系，完成课程体系内所有课程有效的衔接。在此笔者建议，针对复合材料工艺学基础理论内容抽象繁杂的问题，将教学内容进行整合修订，强化诸如材料科学基础、无机材料科学基础、复合材料原理等复合材料工艺学先修课程的理论教学部分，紧密追踪先修课程的教学效果，并根据课程直接评价分析结果做好知识点的查漏补缺。

（二）教学模式创新、教学课件更新

任务式教学和情景式教学模式不仅可以有效提升学生学习的主动性，同时也是培养学生科研能力的有效手段。复合材料工艺学应适当弱化课堂理论教学环节，教师在完成必要的基础理论知识教学后，以解答实际工程原理问题作为任务下达给学生，要求其在线下独立完成。需要强调的是，笔者在这里所说的是弱化课堂理论教学环节，而不是弱化理论教学的内容，因此授课教师在课前可以将涉及到的有关复合材料基础理论内容、工艺设备、操作规范等资料上传到在线平台，供学生随时随地进行学习。在采用任务式教学的过程中，学生在内化理论知识的同时，教师应密切关注学生的学习状态，及时给予必要的指导，弥补学生因为理论不足而导致的空想问题。通过对学生完成教学任务情况的全面追踪和分析，教师可以及时了解学生个体对每个理论知识点的掌握情况，建立合理性评价，为下一步高效帮扶提供科学精准的指导。在技术应用教学环节中，可以在线上和线下同时开展情景式教学模式。线上提出典型案例供学生分析研习，提出复合材料成型加工的实际场景，设立相应知识观察点，督促学生完成相应环节的学习，要求学生根据所学知识首先完成问题分析，并由此提出合理的解决方案，在此基础上学生应独立自主地完成解决方案的可行性分析，以加强学生自身从理论知识到实际应用的衔接和贯通，真正培养学生解决复杂工程问题的能力；线下组织学生开展分组讨论，展示学习和研究结果，并进行分析辩论对抗，提高学生的参与度，最后以分组汇报或研讨会的形式，让学生自行总结并分享该过程中的学习心得。

授课教师应充分借助庞大的网络资源，及时更新并丰富教学课件，以有效提高学生课堂的注意力和学习兴趣。在教学课件中引入借助诸如视频演示、全景动画、三维透视等新型影像呈现方式，可使工艺流程透明化和直观化，还可极大提高学生对技术应用过程中关键点的感性认知。近年来，计算机仿真模拟技术迅速发展，其不仅在科学研究与实际生产中大幅节省了人力、物力和财力，凸显出极高的应用效率，同时也为教育教学提供了新的、有益的讲授途径。当然，为实现并完成模拟仿真教学在复合材料工艺学中的应用，还应从根本上建立一个良好的物理模型基础，而不是将模拟看成是对商品软件的熟练使用。因此，要提出好的仿真模拟，要求授课教师具有厚实的理论基础，这对授课教师提出了更高挑战。

（三）加强实践教学

鉴于复合材料工艺学课程的实践性特点，从新工科人才的培养要求出发，加强实践环节教学是实现成果导向教育的有效手段。这里笔者提供一些思路，可以作为参考。首先，高校内部可以依托科研院所及实验室、课题组进行实践性教学，借助多年来科研平台项目的投入，部分高校的研究所和科研团队资源较为雄厚，甚至部分科研项目已经建设了成熟的中试基地，上述条件均为学生专业课程的实践环节教学提供了有力保障；其次，高校外部应加强与企业之间的产学交流，创造条件安排学生进行实践活动。在上述现场教学实践学习过程中，科研院所和企业的工程师可实地给学生讲解各类复合材料工艺的操作流程、工艺规范等内容，不仅能够使学生直观了解复合材料生产工艺的各个环节，同时也使学生对今后可能进入的科研及工作环境有了初步认知。通过以上环节，学生不仅可以深刻认识到该专业课的应用领域和价值，达到提高学生学习兴趣的目的，同时更为重要的是在整个过程中让学生真正认识到复合材料的应用领域以及复合材料工艺学课程的实用价值，刺激学生对基础理论内容的追求与掌握。

（四）课程目标评价模式更新

课程目标评价的本质是对学生在课程学习中获得的知识、技能和素质的证据性判别。为真实有效反映出学生对于复合材料工艺学理论知识和实践能力的掌握情况，需要建立理论教学与实践教学合理的评价模式体系，具体描述学生在完成本课程后在认知、能力及素质三方面的学习成果，最终实现包括观测方法、信息收集、诊断解读、评价结论、问题分析和改进措施的闭环。

理论教学评价以量化结果为主，并增加学生形成性评价环节。任课教师作为教学主体，应明确课程目标对毕业要求的支撑关系，并根据每一章节的知识点建立合理的目标观察点，设置课前预习、课堂问答、课后作业、课下讨论等多元形成性评测机制，不断追踪学生个体对课程目标的掌握情况，依靠学生个体形成性评价结果的科学分析，有针对性的对学生个体展开学业精准帮扶，保证其最终完成相应的课程目标。最后，理论课期末考试内容以往都以考核课本内容为主，客观题较多，为真正考核学生对复合材料学实际问题的解决能力，应在期末考试中增加主观题的数量，并以实践案例分析结果考察学生的应用能力。