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1.1國內外研究現狀
國外對碳纖維復合材料的研究起步比較早。結合研究需要成立了相應的碳纖維復合材料研究協會,制訂了相應的測量標準、實施規范、檢測標準、施工規程等,制訂了研究發展方向,加大經碳纖維復合材料再實際中的應用研究,經過多年的研究,目前國外發達國家已經有較為成熟的碳纖維復合材料理論、研究體系和研究成果,并且通過實驗性應用獲得了第一手資料,通過大量實驗已經有了一定的應用實例。目前由于碳纖維復合材料特有的可根據工程需要加工成各種織物材料,滿足工程需要,而且織物表現出很高的強度的特點,因此碳纖維復合材料大量應用在房屋建筑工程的加固工程中、橋梁工程等的加固、維修和保養上。從研究現狀來看,我國對碳纖維復合材料的研究起步比較晚,缺少系統化、本土化的研究體系,主要理論和研究標準、方法借鑒先進國家的研究成果,缺少實際使用經驗的搜集和整理,施工規范上過于依賴國外成熟經驗,缺少本土化的實踐經驗和研究體系,研究方向主要集中碳纖維增強聚合物片材加固和修復鋼筋混凝土結構,而且應用也比較成熟。例如采用碳纖維增強聚合物片材對上海財經大學24m跨度的木結構進行加固,采用碳纖維布對天安門城樓上的大型木柱進行加固[1];等等。單麗萍《碳纖維布在建筑結構加固中的施工措施淺析》(民營科技2012.8)研究指出,碳纖維增強聚合物加固技術是一種新型高效的土木工程加固修復技術,具有質量輕、強度高強、施工簡單等優點。并對碳纖維布在加固和維護建筑結構中的施工措施進行分析,之處隨著對新材料碳纖維(CFRP)的研究的深入,用CFRP取代鋼板作為外貼對建筑物進行加固是一種必然趨勢。并現針對碳纖維加固的原理、依據、前提進行了探討,并對施工工藝進行了簡要的論述。張勇《CFRP加固混凝土梁的凍融試驗研究》(河北建筑工程學院學報2012.1),碳纖維(CFRP)雖然在加固工程中已得到廣泛應用,但其長期的加固性能尚未得到證實。尤其在我國北方較寒冷地區,因此研究凍融循環對碳纖維加固的混凝土構件的影響。試驗研究顯示碳纖維基本能夠滿足寒冷地區的加固要求。舒亞《碼頭改造工程中碳纖維加固技術的運用》(水利建設與管理2014.3)一文中研究指出:伴隨著材料研究的深入,混凝土結構的加固技術也日益提高,結合工程實例,闡述在碼頭改造工程中如何將碳纖維加固技術運用到水工結構物的主要受力構件,為碼頭水工結構物的加固修復帶來新的舉措,保障了碼頭水工建筑物的安全。整體上來說,碳纖維復合材料在土木工程中的使用研究目前基本集中在混凝土結構的修復和加固上,相信隨著研究的深入,碳纖維加固技術在土木工程結構的運用日益廣泛。
1.2最新研究進展和趨勢
日本開發研制成功一種帶有鋁合金接頭碳纖維聚合卷管。研究發現這種聚合卷管具有高效的結構體系,在實際應用中可以獲得特殊的建筑效果[1]。也有學者提出利用碳纖維優良的導電性,通過相應手段監測碳纖維復合材料加固部位導電性能的變化情況,實現對對土木建筑物或橋梁等的無創口健康監測和診斷,而目前利用碳纖維優良的導電性,實現對建筑結構的實時監測應用研究不多,鄭立霞《局部疊層碳纖維水泥基材料的應變電阻效應研究》(四川大學學報(工程科學版)2011.2)研究指出利用不同將碳纖維所具有的特有的導電特性,將不同碳纖維取代鋼筋加入普通混凝土中,普通混凝土便成為具有自診斷功能特性的智能混凝土。利用這些功能特性可望實現土木工程結構和基礎設施的健康監測。并通過實驗研究局部疊層碳纖維取代鋼筋形成的三點彎曲梁在單調和循環拉應力作用下電阻的變化規律,分析了局部疊層碳纖維水泥基材料的應變-電阻效應,在此基礎上進行橫向對比,實驗結果表明,局部疊層碳纖維水泥基材料的應變靈敏系數是連續碳纖維水泥基材料應變靈敏系數的近23倍,但穩定性要差一些;局部疊層碳纖維水泥基材料的電阻和拉伸應變成正比例,因此利用這一特性把可望把局部疊層碳纖維用于土木工程,便于實現在結構和基礎設施的健康監測。
2碳纖維復合材料在構件承載力不足的情況下的應用
雖然在土木工程施工過程中在施工階段,從上到下有嚴格的施工規范和要求,但是實際過程中卻常常存在由于施工管理不嚴、施工人員能力缺陷、致使施工質量不能達到要求,特別是混凝土構件承載力不足導致在建工程或建成工程使用時在安全隱患,存在一定的潛在質量風險,可能導致傷害事故的發生,在這種情況下,如何在不拆除現有混凝土結構的條件下對混凝土構件進行范圍內的加固和修復是要解決的問題,使用碳纖維復合材料為主要原料的纖維增強聚合布進行加固,可以在不毀壞現有結構的基礎上,使混凝土結構得到理想的增補效果。加上纖維增強聚合布施工過程中無需任何重型機械,施工空間不受限制的優點,因此在維護和加固現有建筑中得到大量應用。
2.1碳纖維復合材料在民用建筑加固方面的應用
由于碳纖維增強聚合布的材料性能的特點,碳纖維增強聚合布大量應用在民用建筑中,如梁、板、柱、頂、梁腹裂縫發展過大的構件加固中。碳纖維增強聚合布加固可有效控制裂縫的發展。在使用碳纖維復合材料對不同部位進行加固時,操作手段、方法有一定差異。目前通常使用碳纖維布對鋼筋混凝土裂縫等進行加固時首先選取合適粘合劑,以免造成粘合不緊密,加固效果差,在此基礎上注意粘貼在混凝土裂縫處。在對鋼筋混凝土抗彎構件進行加固時,通常采用特殊粘合劑將碳纖維布粘貼于混凝土構件強力受拉區,通過碳纖維布增加受拉區域強度,實現碳纖維布分擔工程結構中混凝土鋼筋的承受拉力,提高混凝土構件的抗彎承載力和受拉承載力。碳纖維復合材料加固損傷的受彎構件時,結果表明,通過碳纖維布的加固,檢驗結果顯示,加固部位剛度恢復非常顯著,加固部位強度和加固量、損傷程度具有一定關系,通過加固,兩者都有不同程度的改善提高。在工程中使用碳纖維復合材料進行抗剪力加固時,一般要求將碳纖維復合材料粘貼于加固構件的受剪力區,力求形成整體的拉力,促使碳纖維復合材料的作用類似于箍筋,從而形成一定的加固力量,有效控制混凝土結構裂縫的進一步發展。目前研究結果表明,理論上推算碳纖維復合材料的隨著外界條件變化應變發展比較緩慢,在實踐中用于加固混凝土構件時,碳纖維復合材料達到的最大應變值比較小。在加固混凝土構件屈服后,碳纖維復合材料逐漸取代混凝土構件箍筋的作用逐,從而有效提高構件抗剪承載力,碳纖維復合材料對工程質量提高程度與加固方式、加固量、帶間距及粘貼層數密切相關。因此實踐中使用碳纖維復合材料對一定的混凝土結構進行維修和加固時,要區別對待,不同位置、強度的部件進行加強所需粘貼量不同,過多過少都不利于加固效果的最優化,如粘貼過量碳纖維增強聚合布,可能會導致不能充分的發揮碳纖維增強聚合布的優勢。由于碳纖維增強聚合布的可設計性的優勢它與所加固構建之間粘貼比較緊密,可以在不改變現有建筑外觀形狀的基礎上進行整體加固,因此在一些對整體構件加固質量要求比較高,碳纖維聚合布在得到大量應用,如對歷史建筑的搶救、保護和維護和原有建筑,同時構件的整體抗震性能得到提高。
2.2橋梁建設加固方面碳纖維復合材料的應用
由于碳纖維復合材料的使用特點,碳纖維增強聚合布可以應用在橋梁加固方面。如磨損、裂縫、局部塌陷的橋面,可以在保持現有混凝土構件的情況下,通過適當修補后加貼碳纖維增強聚合布,從而提高橋面堅固程度和增加使用壽命,如一般采用將碳纖維增強聚合布粘貼于橋面板下面,在提高橋面整體平整的基礎上可以增強橋面板的抗彎及抗剪能力,延長橋梁使用壽命,目前碳纖維復合材料在橋梁建設方面的用途主要有兩類,現有橋梁的加固方面和新橋梁的建設使用。在橋梁加固方面碳纖維復合材料主要用于混凝土橋梁的基本構件、節點、裂縫受彎構件、抗彎構件等的加固,加固的目的主要是提高橋梁的面板、構件的抗彎、受彎、抗剪、軸向抗壓承載力等,橋梁建設加固方面碳纖維復合材料的應用在國外應用廣泛,我國在這方面的工程實踐是在引進吸收國外先進經驗的基礎上,結合我國橋梁工程和新材料發展狀況,2003年7月對1971年建成的“寶成橋”進行了加固維修。提高了大橋承載強度,同時對大橋基本構件提供了抗裂防腐的保護作用[2-5]。但是碳纖維增強聚合布加固混凝土橋柱、橋梁時,應注意原有混凝土構件橫向膨脹性能促使外包碳纖維增強聚合布的局部環向剛度增大,導致混凝土原有構件的脆性破壞,因此在應用碳纖維增強聚合布維修橋梁加固混凝土柱時要注意完全粘貼整個構件。
3結論和建議
1958年,我國因鋼材短缺,曾探索過用GFRP筋代替鋼筋的研究。20世紀七八十年代,FRP在結構工程中的應用與研究逐漸增多。1972年在云南建造了一座直徑為44m的球形GFRP雷達天線罩。1982年在北京密云建成了跨徑20.7mGFRP簡支蜂窩箱梁公路橋,設計荷載等級為汽-15、掛-80,并進行了現場荷載試驗,這是國際上第一座GFRP公路橋。此后,FRP材料,尤其是價格比較便宜的GFRP,在工結構程中應用的范圍越來越廣。但是這些應用大多數都是附屬性、臨時性的構件,FRP材料的優越性能沒有得到充分發揮,即使用FRP作為結構材料也都是嘗試性的,沒有形成規模。同時,多數的土木結構工程師不了解FRP材料性能和設計方法,大大限制了它在土木工程結構中的應用和推廣。
2FRP復合材料在土木工程中的實踐效果
2.1用于結構加固
我國對FRP加固技術的研究始于1997年,中冶建筑研究總院有限公司(國家工業建筑診斷與改造工程技術研究中心)于1997年10月進行了國內首批外貼碳纖維布加固梁試驗。隨后在短短幾年中,外貼FRP片材加固技術已成為全國土木建筑行業研究和應用的熱點,很快為市場所接受,而市場的擴大使材料的成本大幅下降,這為FRP材料在建筑中的應用發展提供了更大的可能,在我國已迅速發展成為建筑結構補強加固的主要技術。至2012年,國內從事FRP試驗研究及技術開發的科研單位幾十所,用于土木建筑行業中的碳纖維制品生產銷售的廠家幾十個,從事于碳纖維加固補強的專業公司上百個,已經形成了相當大的研發、生產、設計、應用的社會群體。目前FRP材料在土木建筑中的應用以加固鋼筋混凝土結構為主,加固的形式又以外貼FRP片材為主,但FRP技術在砌體結構、鋼結構、木結構中的應用,以及采用FRP筋材、網格材、預應力FRP片材加固技術的應用已有很多,新的應用形式、新的產品、新的規范規程的研究正在世界各地廣泛開展。
2.2FRP筋在新建結構中代替鋼筋
傳統鋼筋混凝土結構中配置非預應力和預應力鋼筋,在處于惡劣環境條件時,如干濕交替、化學介質等作用下,極易引起鋼筋的腐蝕,嚴重影響結構的耐久性和適用性,甚至導致結構承載能力的降低。相比之下,防腐性能好、粘結性能與鋼筋相差不多且抗拉強度高的FRP筋成為代替鋼筋的一個較好選擇。20世紀80年代初開始,FRP筋逐漸大量應用于有特殊性能要求的結構物中代替鋼筋,如有磁共振醫療設備的建筑及海堤、工業廠房屋面板等受嚴重化學侵蝕的結構物中。1985年,美國SanAntonio醫院大樓的MRI設備的樁、柱和梁中均采用了GFRP筋。1986年,SanAntonio的大學建筑中的邊墻和鋼筋混凝土梁中配置了GFRP筋。FRP筋的另一個應用對象是巖土工程,目前已用于因潮汐變化等干濕交替的擋土墻、地基錨桿及地鐵沉井等工程中。
2.3FRP結構及組合結構
由于FRP材料具有高強、輕質、耐腐蝕等優點,FRP結構和FRP組合結構的應用也日益受到工程界的重視。
(1)早期試驗性的FRP結構
20世紀60年代,英國已開始生產GFRP復合材料的屋蓋結構,運往中東和北非建造使用,1968年一個采用GFRP夾心板與鋁質骨架的圓頂結構建于利比亞Bengazhi;1972年阿聯酋的Dubai國際機場,采用GFRP傘狀屋頂。20世紀70年代及80年代初期,英國的一些建筑采用了GFRP作為除梁柱以外的承重或半承重構件。1974年,第一個全復合材料建筑在英國Lancashire落成,外形為三棱錐體組成的空間結構。早期的FRP結構,大多帶有一定的試驗性質,尚未在土木工程中形成規模。
(2)橋梁工程中的FRP結構構件
隨著FRP生產技術和產品形式的迅速發展,FRP結構在橋梁工程中得到迅速發展。英國、瑞士、丹麥、日本、美國及中國等國家,均成功建造了一系列全FRP結構的人行天橋。同時,FRP結構也被應用于承受較大反復動載的公路橋梁中。1982年,我國在北京密云建成了一座跨徑為20.7m的GFRP蜂窩箱梁公路橋。1994年,英國建造的BondMill橋采用GFRP拉擠型材組合而成,是一座可通過40t卡車的活動橋。1996年,美國堪薩斯州Russell架起了第一座采用FRP橋面板的公路橋。此后不到十年的時間里,采用FRP橋面板的中小型橋梁在美國已有數十座。FRP橋面板還被用于替換老化的混凝土橋面板。此外,FRP索還可替代鋼索用于斜拉橋和懸索橋。
3FRP復合材料在土木工程中的實踐展望
校企聯合培養依托行業發展,以培養應用能力為主線,通過構建適應現代經濟發展、以市場為導向的“零距離”實踐教學體系、與市場“零距離”接軌的教材體系和基于就業需求的“零距離”素質拓展培養體系,培養接地氣的高素質行業人才。問世以來,不僅對各國經濟發展起了積極的促進作用,而且大大提升了學生就業的適應性。通過借鑒國外成功模式,我國高校與企業積極探索和發展了多種校企聯合培養模式,例如:大學科技園、校辦企業、國家產學研工程、“產學研”聯合培養基地和校企聯合培養基地等,聯合培養本科人才、工程碩士、碩士研究生和博士生。
在湖南省教育廳的支持下,國防科學技術大學航天科學與工程學院(簡稱國防科大)與株洲時代新材料科技股份有限公司(簡稱時代新材)合作建立了湖南省復合材料研究生培養創新基地,探索聯合培養材料科學與工程領域全日制碩士和博士研究生(課程學習在高校,課題研究在企業)、合辦工程碩士研究生班、合作培養博士后研究人員的模式和方法。筆者正是該創新基地培養的博士研究生,現作為教員,對校企聯合培養博士研究生的探索和實踐,有些微體會。
一、產學研深度融合是校企聯合培養共贏的基礎
校企聯合培養追求“高校一企業一學生”共贏的目標。理論上,共贏目標的愿景無限美好,但實際上國內外不斷實踐和探索的結果卻不盡如人意,原因在于、共贏”必須以產學研深度融合為基礎。深度融合,則“共贏”枝繁葉茂;不然,則空空如也。
根據邢素麗等人的論述,產學研深度融合應包括:(1)需融學科和產業、學問和技術、基礎研究與工程應用內涵于一體;(2)需融高??蒲?、企業課題、國家和省課題內涵于一體;(3)需融高校學科優勢、企業需求內涵于一體;(4)需融新技術、新需求、新理論、新應用內涵于一體。在產學研深度融合的基礎上,以研究生培養創新基地為平臺,發揮校企各自優勢,促進不同領域、不同范疇、不同層次等之間的融合,為研究生營造創新環境、激活創新動力、提升創新水平、增強創新能力。
國防科大與時代新材料,以共同研發兆瓦級復合材料葉片為契機,深度合作,聯合培養博士研究生,實現共贏。兆瓦級復合材料葉片研發需要解決四大關鍵技術:氣動布局、結構、制備和全尺寸測試。氣動布局直接關系葉片捕捉風能的效率和風能的利用率;合理的結構設計是確保葉片安全運行20年的保證;葉片效能的最終實現,關鍵在于如何制備出質量穩定的兆瓦級復合材料風電葉片,難點包括模具設計與制備、工藝設計與實現、制備控制與效率等,稍有不慎,整個葉片制備失敗或質量差下,動輒就是百萬級別的經濟損失;制備完成后,在國際認證機構(例如船級社)的監視下,完成全尺寸靜力測試和疲勞測試考核,才能獲得市場準人資格。
國防科大充分利用自己氣動設計、結構設計、大尺寸復合材料整體成型制備和大型構件全尺寸測試等方面的學科優勢,結合時代新材資金、場地和人力,共同研發了1.5~4.0MW、低風速型、超長型、海上超大型等多款兆瓦級復合材料風電葉片并實現產業化,目前相關產品巳在國內外50多個風場裝機運行,為國家新能源戰略計劃做出了重大貢獻。該項目校企聯合培養的博士研究生(筆者)全程參與了兆瓦級復合材料風電葉片氣動設計、結構設計、成型制備和全尺寸測試的所有工作,涉及空氣動力學、結構力學、復合材料力學、流體力學、復合材料學、流變學、熱力學、化學等多學科知識,理論知識在工程實踐中得到了很好的應用,同時以超大型碳纖維復合材料風電葉片為研究背景,針對結構設計和成型制備過程中的物理、化學變化機制,發表學術論文10余篇(其中SCI源刊8篇,EI源刊6篇),申請國家發明10余項,獲湖南省科技進步一等獎1項,順利完成博士畢業論文研究,相關研究成果支撐了2項科技鑒定成果。高校一企業一學生三方共贏,其根本原因就是校企合一,深度融合!
校企聯合培養博士研究生通常是兩段式,即課程學習階段在高校進行,完成基礎理論課程學習;學位論文培養階段在企業進行,參與企業科研項目,完成學位論文。學位論文階段,如果沒有產學研深度融合,博士生難以順利完成學位論文研究。困難主要是人、財、物三方面的保障問題,此問題對于材料科學與工程專業尤為突出。博士生在企業進行課題研究,往往是單槍匹馬,企業的性質決定了難以給博士生配備助手,而很多論文的實驗研究是必須有幫手才能完成。比如,我們采用光學測試系統監測大型風電葉片極限載荷下的變形,需要十幾個助手才能完成,在企業往往一個助手都沒有,如果不是深度合作,此類實驗就無法完成。此外,材料學科開展研究通常需要購買大量的原材料,購買原材料的資金誰出,如果沒有明確,學生就不知所然,如果高校出,學生只能通過高校購買平臺進行購買,來回奔波,疲于奔命,浪費大量的精力和時間;假設企業出資,如果需要層層審批和控制,以學生一己之力,難以協調。因此,校企聯合培養,深度合作,解決博士生資金和資金使用問題,是保證其論文課題順利開展的前提。
二、雙導師制是校企聯合培養成功的保障
校企聯合培養,采取雙導師制培養方式,即由校方導師與企方導師組成導師組共同指導研究生。校方導師為主導師,企方導師為副導師。校企聯合培養課題論文階段在企業完成,這種雙導師制,很好地解決了導師隨時指導、監督和協調的難題,可以確保校企聯合培養研究生(包括碩士生和博士生)順利完成論文研究。
兩導師的分工,有專家提出,選題確定后,由企方導師負責工作安排、現場學術指導、學位論文的初審;校方導師根據研究生論文題目及培養人才的需要,負責研究生培養計劃的制定、學術指導、論文審閱與組織論文答辯等工作。校企雙方導師及時交流,共同解決在創新基地研究生的科研和生活中出現的問題。學生每月按時向校企雙方導師匯報工作學習情況,雙方導師填寫《指導情況記錄表》,及時指導學生。這樣,既保證了研究生培養要求,又充分發揮企業優勢,加強科研實際訓練,提高研究生的理論與實踐能力。
以親身經歷而言,兩導師的分工,筆者有不同的看法。企方導師的精力首先是以企業為主,負責企業的各種任務,目前令人尷尬的情況是:企方導師根本無暇顧及學生論文的指導,更別談負責工作安排、現場學術指導和學位論文的初審。因此,筆者認為,校方導師不僅要負責研究生培養計劃的制定、學術指導、論文審閱與組織論文答辯等工作,還要負責工作安排。這肯定有人會問,如果這樣是不是就不需要企方導師了?答案是當然需要,而且非常必要,只是角色定位應該是負責人、財、物的協調,保證學生論文的順利開展。人、財、物的協調對于學生開展論文工作至關重要,而且對于企方導師來說,往往易如反掌。研究生,特別是博士研究生,通常都具有高度的自覺性,每周或每月定期向校方導師匯報論文進展情況,完全可以做到積極主動,這樣校方導師綜合研究的學術和應用價值,與學生一起討論制定研究方案、工作安排也是水到渠成的事,而且高效可行。
雙導師制是一種很好的校企聯合培養模式,但必須結合實際情況,合理分工,才能保障校企聯合培養的成功,否則,就是紙上談兵,空談誤人。
三、完備的創新平臺是校企聯合培養可行的前提條件
有了產學研深度融合的基礎、雙導師制度的保障,校企聯合培養博士研究生是否可行,還取決于一個重要條件一一完備的創新平臺。
國防科大與時代新材校企聯合培養博士研究生,之所以行之有效,一個重要的前提條件就是時代新材擁有一個新材料檢測中心,該中心具有材料科學與工程專業實驗研究所需的多數檢測設備和系統,即便是需要搭建平臺,該中心也能快速完成。筆者博士論文涉及的實驗和檢測,幾乎都是在該中心完成。假設時代新材沒有該檢測中心,即使是簡單的力學性能測試都需要在高校完成,那么學生必然疲于奔波,留給論文研究和項目開發的時間還會剩多少?因此,一個開展論文課題研究所需的創新平臺,對于校企聯合培養博士研究生,實在是太必要了!如果沒有,筆者建議不要輕易提校企聯合培養,高校和導師要慎之又慎,以免誤人子弟!
四、結語
綜上所述,校企聯合培養博士研究生只有建立在產學研深度融合的基礎之上,結合實際情況,通過雙導師制給予保障,企業擁有開展論文課題研究的創新平臺,才能實現高校一企業一研究生的共贏。
【關鍵詞】復合材料概論 教學改革 教學方法
為了實施素質教育,許多高校相繼實行了選修課制度。選修課的廣泛開設為學生綜合素質的提高和個性發展提供了廣闊的空間,選修課的建設和完善成為高校教學改革深化的重要環節[1]?!稄秃喜牧细耪摗氛n是材料類非復合材料專業開設的一門專業選修課,課程的開設一方面有利于學生擴充知識面,拓寬專業口徑、強化其創新精神,培養其創造性思維和初步科研能力,另一方面,可以直接提升學生的競爭力、拓寬大學生就業渠道。
一、教學過程中存在的問題
作為一門選修課,《復合材料概論》課的特點是知識量大,內容繁雜,且課程內容涉及有機材料,與學生所學的專業差異性較大,教學過程中存在很多問題。首先,由于是選修課,課程名稱是“概論”,學生往往重視程度不夠;其次,課程內容多,課時量少,無法將知識點展開講,加上學生沒有相應的基礎知識,在學習過程中難以深入,不知道如何理順知識體系,對有些關鍵知識點難以理解,有些無所適從;課程內容多為陳述性的內容,缺少以核心理論、定理、公式等為背景的知識體系,計算的東西少,敘述性的內容多,使得教師的授課很容易陷入平鋪直敘的乏味陳述中,這些問題直接影響了教學效果。
二、《復合材料概論》課程的改革
(一)教學內容的調整。
《復合材料概論》課的特點是內容多,目前選用的教材包含17章內容,按照學校關于選修課教學課時的規定,配備課時數已經達到64節的上限。根據學科特點,課程組大膽創新,積極改革,除保留出4個課時進行復結外,把其余60課時分為兩大部分,其中課程教學40個課時,科研實踐20個課時。但是在40課時內很難完成全部“基本內容” 的課程教學任務。為此我們對教材章節進行結構上合并處理和內容上的歸納優化,處理后的內容僅保留緒論、復合材料的基體材料、復合材料的增強材料、復合材料的界面、聚合物基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、水泥基復合材料、碳/碳復合材料和混雜纖維復合材料等十章內容。此外在實用、實際、實效原則的基礎上, 大膽地刪掉一些過時的、落后于目前材料發展水平的舊知識, 引入材料科學的最新研究成果,及時地、有選擇地補充最新研究成果, 使教學內容處于動態的優化過程中。
在20課時的科研實踐中,教師對學生創新能力做最有效的培養和鍛煉,結合自身的科研課題, 積極吸納學生參與, 由老師提出研究項目, 學生選擇課題確定后查找資料、設計實驗方案、按方案完成實驗、發表科研論文。這種方式在科研實踐中提高了學生的綜合、創新能力。
(二)教學方法的改革。
要實現教學重心的轉移,充分激發學生的學習興趣,發揮主觀能動性,改變以往滿堂灌的做法,摒棄注入灌輸、死記硬背的教學方法。實踐中,課題組采取多種措施進行教學方法的改革,使學生主動的學習。首先幫助學生理出知識脈絡, 做到雜而不亂。在本課程的緒論部分, 就幫助學生整理出知識的脈絡,告訴學生《復合材料概論》課程中的每種材料學習過程中都有一個知識結構, 那就是材料的成分、材料的結構、材料的性能、生產工藝、技術性質及應用。在分章節講授每種材料的具體內容時, 有意識提醒學生對上述知識結構進行自我的理解和把握,樣經過前幾種材料的講授, 學生基本上就可以形成對知識結構體系整體的認識和把握能力。
另外,大學課堂教學的特點是信息密度大、內容高度抽象, 這就要求教師要通過努力發掘學科本身的理論魅力去激發學生的求知欲, 重視非智力心理因素在教學中的作用。要讓學生在聽課中充滿激情, 教師自己在講授時就要充滿激情。要做到這一點, 就要深入鉆研本門課程的理論和應用, 以及學科的發展歷史和背景。教師鉆研得越深入,就會對自己所教的這門課程越有感情,就越能深入揭示這門學科的思想魅力和理論力量,并以此去感染學生,來充分調動學生的探求欲。
(三) 教學手段的豐富。
對沒有工程經驗、甚至對某種材料沒有任何感性認識的學生而言, 在教學活動中大談特談該材料的性質如何, 怎么檢測和使用, 他們只能根據想象來理解, 然后把教材的內容死記硬背, 這樣的教學效果肯定不太理想。多媒體投影教學在這個方面彌補了傳統教學手段的不足。利用制作好的課件, 不但可以使學生看到材料的照片、試驗儀器的樣子, 而且可以將一些材料應用過程中的圖片介紹給學生, 使學生真正體會到復合材料的應用效果。
(四)課程考核方法的改革。
考核是檢查、評價學生水準和才智的一種方法, 是教學的重要環節。通過它可以檢測學生對所學課程教學大綱規定的掌握知識的情況, 檢驗教師的教學質量和教學效果, 促進教師改進教學方法。傳統教學方式中考試是作為成績評定的重要依據, 考試成為了教師手里一根重要的指揮棒, 同時對學生的學習也起了重要的引導作用, 考試后關心的是分數, 導致學生只看重考試的結果, 成績成為學習的目的。最近幾年,對《復合材料概論》這門專業選修課,我們采用綜合考核, 靈活應試的辦法來測驗學生掌握這門課的水平。除期末考試之外,象課堂發言和討論、書面作業和科研小論文都作為成績重要的組成部分,這種多樣化的考核手段的內容包括加強課堂提問、 加強平時考核、敘述自己的對課題的認識、加強期末考試的科學性客觀性和有效性等
三、結束語
《復合材料概論》這門專業選修課的課程教學改革是建立在以學生為主體的基礎上的,目的在于培養學生在課堂教學時間內學會自己獲取知識,并通過科學實踐活動,理論聯系實際,對知識進行拓寬和深挖,以達到教學活動的最優化。課程改革使教學活動出現了新的特點:第一,學生學習的主體地位得到加強;第二,學生的學習積極性和主動性得到提高;第三,學生的多種能力得到培養;最后,在課堂內外,學生也提出了許多新問題,也促進了教師不斷學習,相應的課前的準備工作量也大大提高,改革后的教學模式真正做到了教學相長,大大提高了教學效果,受到了學生的歡迎和好評。
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三元共聚聚酰亞胺初生纖維結構與性能的研究
大直徑聚苯硫醚單絲的后拉伸性能研究
超高相對分子質量聚乙烯纖維用原料的性能研究
中國產業用紡織品行業的現狀和發展機遇
高性能纖維模量表征中的幾個問題
樹脂對芳綸無緯布防彈防刺性能的影響
石英纖維增強氰酸酯樹脂基復合材料性能研究
影響Nomex蜂窩節點強度因素的研究
含有固化生物活性物質的高分子纖維及膜材料
有機硅涂層劑在紡織領域里的應用
硬質泡沫塑料在航空結構中的應用
敬請重視和寫好論文的中英文摘要
膨脹石墨與納米分離技術
碳纖維/乙烯基酯樹脂復合材料的溫阻特性分析
單向玻璃纖維復合材料縱向彈性模量有效預測方法的研究
FRP筋與混凝土粘結性能的試驗研究及數值模擬
先進復合材料與運動器材
蜜胺纖維發展概況與應用前景
5528氰酸酯樹脂性能研究
溫度對碳纖維/乙烯基酯樹脂導電復合材料電性能的影響
抗焦劑對粘膠基碳纖維碳化收率及抗拉強度影響因素的研究
SiO2涂層對MF/Al2O3復合材料界面性能的影響
芳綸抗拉伸曲線模型的探討
碳纖維片材加固混凝土梁在樓結構改造工程中的應用
阻燃紡織品加工方法及發展趨勢
信息動態
GKN航空航天公司提供復合材料范圍
Texero品牌高品質干態單向帶/日本三菱人造絲公司開發出蓄熱纖維/下一代中型客機787初步公開日本明年導入
復合材料在風力發電上的應用發展
碳材料在電雙層電容器電極應用的最新研究
是碳纖維的巨大市場,還是對碳纖維工業的威脅--國外對中國碳纖維工業現狀和發展的看法
3234樹脂預浸工藝研究
碳纖維界面改性的研究
芳綸的應用和發展
芳綸的熱光老化降解研究