《聚合反应工程基础》课程改革初探—基于OBE理念

郑红娟，王仁杰，苗 蔚，尚蒙娅，程 博

(河南工业大学 材料科学与工程学院，河南 郑州 450001)

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，也是实现工程教育国际互认和工程师资格国际互认的重要基础[1]。截至2017年底，教育部高等教育教学评估中心和中国工程教育专业认证协会共认证了全国198所高校的846个工科专业。近年来，随着专业认证的数量越来越多，专业认证也日趋重要。其中开展毕业要求达成度评价就是一项非常重要的内容，将毕业指标点落实到每门课程的每个章节中，所以课程教学的实施活动、考核方式、达成评价办法和达成度密切相关。

《聚合反应工程基础》课程是高分子材料与工程专业的专业课程之一[2]。该课程的学习是建立在高分子物理和高分子化学专业课基础上，是高分子合成材料工业化生产的必经阶段。由于课程知识点分散、涉及的公式和计算较多，学生们的学习有一定难度。本文从OBE的理念[3]出发，以学习形式自由、教学方法灵活、考核方式多样等方面进行课程改革。

1 学习形式自由

课程的第一部分是化学反应工程基础[4]，为未学过化学反应工程的高分子类学生提供基础知识，主要介绍聚合反应相关知识，使学生能够牢固掌握聚合反应工程的基本概念、基本原理和计算方法。这部分内容采用以问题为导向的学习方式。关于理想反应器的设计、热稳定性、混合、流动分布等内容是该课程的重点，主要通过以讲授为主的形式教学。

第二部分是聚合过程的工程分析，主要是聚合动力学分析操作参数对聚合速率和聚合物质量的影响。是一系工程化研究的内容，需要较多的人员参与，考虑的方面更多。采用以团队为基础的学习，使学生能够有机会在高分子材料与工程的学科背景下的团队中承担个体，团队成员以及负责人的角色。第三部分是聚合物流变与传递，聚合反应器的放大，该部分内容直接和应用衔接。采用以项目为基础形式的学习。理解并掌握与高分子科学技术相关工程项目的管理原理与经济决策方法，并能在多学科环境中应用。

第三部分是以搅拌聚合釜为重点，讨论聚合过程(流动、混合、传热等物理过程及聚合反应过程)对聚合反应器设计和操作控制要求。了解聚合反应器的设计、操作和控制的基本方法。能够根据聚合物性能要求合理确定聚合反应器的设计、操作和控制条件。适合以问题为基础引导学生自学，采用查阅文献、雨课堂等进行课前预习的形式加速学习。能够将工程基础和专业知识用于解决高分子材料设计与开发、高分子材料工程等复杂工程问题。

最后部分是关于管式聚合反应器、塔式聚合反应器和特殊形式的聚合反应器等不同类型反应器，以及未来新类型的反应器，聚合反应工程的发展历程等以汇报讲解形式学习。锻炼学生能够在业界行业及社会公众进行有效沟通和交流，通过撰写报告、设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令方面的练习，能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

2 教学方法灵活

根据课程不同章节的要求，重点和难点内容详讲，次要内容略讲。同时结合所讲内容，多种教学方法有机结合，提高课堂教学效果。以搅拌聚合釜和聚合过程的动力学分析为例，简要说明教学方法。

搅拌聚合釜是工业上聚合反应器中最常见和使用最多的反应器[3]。其中反应釜的结构设置、搅拌器的选择均与合成反应类型密切相关，并且釜内液体的流动状况，搅拌功率大小、搅拌器转速的快慢、流体的分散情况及混合特性均需进行考虑，各种技术参数是否相互影响，又如何变化？聚合釜的传热方式，传热量的计算以及釜内传质情况是否都在变化？一般反应放大过程都是经历实验室小试、中试、工业化生产，可见聚合釜的放大是工业化生产的关键阶段。放大需要考虑哪些方面，放大的方法有哪些，放大成功的标志是什么？等此类重点内容较多，采用板书和PPT相结合的方法讲解相关内容，引导学生主动参与讨论。教师讲授主要是帮助学生对信息进行组织，构建系统的知识框架概念，对问题集中的难点重点进行纠正性教学。

聚合过程的动力学分析中的均相自由基共聚、缩聚反应、非均相聚合反应等知识点在高分子化学课程中已有详细讲解，同时引出流动与混合对聚合度分布的影响、聚合过程的调节与控制的问题。非牛顿流体的流动中的非牛顿流体的种类和流变性的测量已在高分子物理课程中涉及该部分内容，在圆管中进行聚合反应主要是非牛顿流体，结合化工原理课程知识尝试讨论在在圆管中的层流流动和湍流流动情况。上述这类已学习知识内容并不在课堂上进行讲授，而是通过布置阅读任务，让学生在课下提前阅读大量的教材、参考书、论文等学习材料，通过教学视频、网络资源补充。学生分小组做PPT，课堂汇报讲解、讨论形式来加深相应知识。

通过该课程的学习，学生了解聚合反应过程的基本内容和研究方法，聚合反应器设计的基本原理和设计方法；能够运用所学理论知识对反应过程中的某些现象进行分析；能够根据聚合物性能要求合理确定聚合反应器的设计、操作和控制条件。

3 考核方式多样

工程教育专业认证的核心就是确认工科专业毕业生达到行业认可的既定质量标准要求，是一种以培养目标和毕业出口要求为导向的合格性评价。本课程采用讨论、报告、大作业等多种方式进行考核。

讨论：以随机的形式，在每章内容进行中或结束后，提出1～3个主题进行课堂讨论，或课后布置作业进行讨论分析，按20%计入总成绩； 综合汇报：由学生自己选择感兴趣的题目，进行资料查找与总结，并在课堂上对所选题目进行讲解，同学之间互相讨论学习，主要考核学生知识点理解和掌握程度，按30%计入总成绩；大作业:设置结合实际的复杂问题，通过学生的独立完成，培养学生工程思维，提高分析聚合工程问题能力，按50%计入总成绩。

4 结语

通过有目的课程教学，着重培养学生的工程概念、工程分析能力和解决实际工程问题的能力。在教学实践中，采用传统教学和多媒体动画教学相结合的方式，以及不断尝试和改进新的教学方法，可以提高教学效果，激发学生的求知欲望，使学生在理论学习和工程实践方面打下良好的专业基础，能运用所学知识解决聚合反应工程及相关领域的实际问题。希望有更好的教学改革方案，使实验室教学与工业实际有效的结合起来。