“高分子进展”课程在线教学初探

王平,胡先海，王献彪，徐文总

（1.安徽建筑大学材料与化学工程学院，安徽合肥230601；2.安徽省先进建筑材料工程实验室，安徽合肥230601）

目前高校专业同质化是影响专业特色发展和学生培养质量的主要问题之一。如何结合学校定位、专业特色、教师的教育及工程背景，在课程体系、教学内容、科研活动、工程活动等方面体现专业的差异化和特色是目前“高分子材料与工程专业”发展的主要任务[1-2]。为此，我校提出立足安徽，面向全国，依托建筑业服务城镇化，适应行业与区域经济发展需求，为建筑建材、石油化工、汽车工业、能源环境等行业和领域输送高素质应用型人才的专业发展路线[3]。“高分子进展”课程就是在上述背景下实施教学改革的主要课程之一。本课程作为学生将来专业方向定位的指导课程，其顺利开展，不但能使学生深刻理解高分子行业的特点及内涵，更能启发学生将自身兴趣与高分子专业学习相结合，帮助学生树立正确的择业和科研观。因此，如何提高“高分子进展”课程的教学质量，体现教学特色，满足课程差异化需求，一直是专业授课教师思考的问题。特别是近期受新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情的影响，线上教学成为授课的主要形式，如何利用线上丰富的教学资源，进一步提高“高分子进展”课程的教学质量，体现教学特色显得尤为重要。

1“高分子进展”课程的教学定位

“高分子进展”作为高分子材料与工程专业的专业必修课之一，主要讲授当前高分子科学研究和工业开发领域内最新的研究方向和发展现状。在线上课堂教学中以世界及我国的科技和社会发展对高分子材料的需求为起点，分别以工业、农业、军事及航空航天领域内高分子发展现状及需求为线索，分层次、分步骤进行授课。课堂教学中首先讲述了高分子材料新的合成反应机理，如开环易位聚合、活性/可控自由基聚合，并在此基础上引入新的高分子合成反应实施技术，如超临界聚合技术和辐射聚合及其研究进展，特别是结合了安徽建筑大学材料学科的专业定位，服务“大土木”专业建设发展的需要，在教学过程中重点讲授了多组分高分子材料如高分子共混物、聚合物基复合材料和高性能高分子材料等方面的研究进展。通过本课程的学习，学生可以了解本专业的发展现状和趋势，并具备一定的产品开发和设计、技术改造与创新的能力。

2“高分子进展”在线教学模式的初探

“高分子进展”讲授的内容和知识体系是大量科研工作者对高分子专业基础知识综合运用与提高的结果，也是对传统高分子理论的补充，其课程内容抽象且理论性较强，需要学生对高分子专业知识有较为全面的了解，因此学习难度较大，并且，由于学时较短和在线授课方式的限制，更增加了本门课程讲授与学习的难度。为提高本门课程的教学质量和效率，授课教师在教学理念、教学内容和教学方法等形式上进行了调整和提高，以适应目前在线教学的现状。

2.1 教学理念

在“高分子进展”在线教学过程中，授课教师首先要关注学生的进步和发展，实行“对象”意识，避免在线上教学过程中对着电脑屏幕唱独角戏。离开“学”，就无所谓“教”，因此，教学过程中要始终秉承“以人为本”的教学理念，确立学生的主体地位，树立一切为了学生发展的教育思想。其次，以“全人”的概念指导“高分子进展”教学，并在线上教学中，关注线上教学的教学效益，综合考虑单位时间内学生的学习结果，同时结合线上教学的特点，更新教学的可测性和量化指标，明确并具体化教学目标，量化教学过程，反思日常教学行为，采取有效的教学策略。

2.2 确立“以需求为导向，以创新为动力，融入课程思政”的教学模式

2.2.1 以需求为导向，拓宽学生视野，激发学生的兴趣

“高分子进展”讲授内容从宏观层面上可以分为“经济和社会发展对高分子材料科技的重大需求”“世界高分子材料前沿科技领域的发展动向”“世界新材料技术发展态势分析”“我国相关科技规划中对材料领域的部署情况”。微观层面上具体涉及新的高分子结构单元的组成、结构、新的聚合方法、新的功能，以及上述新材料所服务的领域。因此，在授课的过程中，授课教师将课程思政融入教学中，首先以工业和信息化部发布的《〈中国制造2025〉重点领域技术路线图》为背景，强调了高分子新材料产业作为10大领域以及23个重点发展方向之一的重要性，指出了我国高分子材料领域的发展目标——全面满足我国经济社会发展对高分子材料的需求，并明确将总体目标分为“集成应用”“研制攻关”和“探索研究”分阶段实施的战略思路。同时以研究方向为导向，用具体的课题为实例，讲授每个阶段的研究重点与研究趋势，比如在集成应用方面，以工程塑料和结构仿生高分子为例，讲授了在军事和国防工业领域耐极端环境工程材料的研究意义和重要性；在研制攻关方面，提出了以结构或组分可控的烯烃聚合技术和利用非石油资源制备聚合物为代表的卡脖子难题是目前工业界亟待解决的难题；同时提出了以光电功能高分子材料和高分子智能材料为代表的探索研究，是我国高分子领域将来必须自主掌握的核心技术，并让学生通过文献和资料的调研，对上课讲授的知识做进一步的了解、消化和吸收，以此培养学生对专业的认同感，激发学生的学习兴趣。

2.2.2 以创新为动力，融入教师科研，培养学生的创新意识

高分子材料的新组成、新结构、新性能和新应用是“高分子进展”课程讲授的重点。与高分子材料的新结构、新性能相比，学生对新应用的接受和理解程度最高。因此，在讲授的过程中授课教师以应用为起点，以性能要求为目标，以高分子材料的结构设计为核心，引导学生理解材料结构和性能之间的关系，并在课堂讲授过程中结合授课教师的科研进展，加强学生对科研的敏感度，训练学生的科研思维。例如，在讲授可生物降解聚合物高性能化的研究进展时，首先以传统石油基聚合物对环境的影响为起点，讲述可生物降解材料对自然环境及生态的意义，并以聚乳酸（PLA）为代表，重点阐述PLA 的结构控制与高性能化过程，首先让学生理解PLA“源于自然而又归于自然”的特征及影响其可生物降解的因素，并在此基础上将PLA的分子结构与通用聚合物进行对比，引导学生从微观结构的层面理解限制PLA规模化应用的因素——韧性较差。然后以课题攻关的形式，将问题交给学生，让学生通过文献的调研和小组讨论，找到提高PLA 高性能化的方案——添加弹性物质，并由授课教师对学生提出的方案进行提问和点评。通过教师的提问、学生的思考和讨论，得出分子链柔顺的聚合物能够对PLA 进行增韧的初步结论，但该物质与PLA 的相容性问题，是目前科学及工业界的一个难题。此时，授课教师可以将目前科学及工业界解决PLA与增韧剂相容性的策略、方案等方面的研究进展介绍给学生，并将课题和授课教师自己的科研进展相结合，提出“材料高性能化中普遍存在的问题是不同聚合物之间的界面问题”，将PLA 高性能化问题由技术问题向科学问题升华，并介绍新的研究方法，同时将研究过程以示意图的形式呈现，方便学生理解。

比如，授课教师介绍聚乳酸(PLA)与热力学不相容生物可降解聚酯弹性体共混时，需相容剂对共混物进行增容和界面调控。目前，常使用“嵌段共聚物”和“相界面交联剂”作为相容剂对界面进行调控，研究主要集中在相容剂的结构和用量对共混材料性能的影响方面，但关于相容剂的增容及界面调控机理方面的研究却鲜有报道。因此针对这个问题，授课教师设计合成含有聚乙二醇（PEG）和聚己内酯（PCL）链段的嵌段共聚物TAPEC 及其离子化产物TAPEC(IL)，系统研究了二者对PLA聚集态结构形成过程及其机理的影响，发现TAPEC对PLA 聚集态形成过程与性能的影响机理与传统增塑剂类似，但TAPEC(IL)结构中的离子基元促进了其与PLA 的相容，并聚集形成表面能较高的“离子对”或“离子簇”，诱导PLA成核，同时离子基元与PLA分子链间的氢键、静电力等具有方向性的作用力，可提高PLA 分子链的有序化效率，促进了PLA 的成核和晶体生长，最终促使PLA 在高/低温的结晶环境中均能快速结晶，如图1所示[4]。

图1 TAPEC(IL)对PLA聚集态结构影响机理图

通过授课教师科研的融入，学生能够在书本知识的基础上了解高分子共混复合材料设计的新思路，并且能够初步掌握运用高分子专业知识，对高分子材料加工及相关领域复杂工程问题提出系统性的解决方案。

2.2.3 课程资源建设

近10 年，高分子材料行业呈现快速发展的态势，各种新材料不断被开发，专业化、规模化、技术型企业不断出现，因此，为了让学生适应高分子材料高速发展的现状，“高分子进展”课程资源建设的标准逐渐提高，要求授课教师随时更新备课素材，第一时间将科研动态和发展现状引入课程体系。因此，“高分子进展”在教材的基础上，以近5 年《高分子材料市场专项调研及投资战略研究报告》为依托，同时将中国知网、American Chemi⁃cal Society、Springer-Verlag、Elsevier 等数据库纳入备课范围，并将上述数据库中经典文献以课后作业的形式让学生翻译，提前让学生体验科学研究中发现问题、提炼问题、解决问题的乐趣。除此之外，考虑线上教学的特殊性，在课程资源建设中，授课教师会结合其工程背景以及研究课题，将实际工业中的案例和研究过程中有趣的工作，以视频的形式上传到教学资料中，让学生感受到高分子材料的魅力，以提高同学们在线学习的专注力和学习兴趣。比如在授课过程中，授课教师将高分子在抗击“COVID-19”疫情中的作用，口罩和防护服的结构和材料组成等知识和本课程相结合，以提高学生的专业认同感[6]。

2.3 在线翻转课堂，提高学生自主学习能力

在“高分子进展”线上教学过程中，授课教师和学生均存在对象意识不明确，教学的可测性和量化指标不可控的问题。如果采用传统的以授课教师讲授，学生听课的模式，学生的学习效率较低，且对于一些教学重点和教学难点掌握程度不够。因此，为了解决上述问题，授课教师充分利用网络资源将电子版教材、备课文献、每节课的教案、课件等教学资料在开课前上传至网络数据库，同时为了保证学生的课前预习和课后复习质量，提前一周将授课内容的视频课程上传至网络学习平台，并设置为任务点，以保证学生的学习效率。除此以外，授课教师根据课程内容的主题将学生分组，并安排学生根据各自的主题，进行文献调研、资料整理以及组内讨论，形成自主规划学习内容、学习节奏、学习风格和呈现知识的方式，并将各自的学习内容以在线“翻转课堂”的模式呈现出来，将学习的决定权从教师转移给学生，从而使学生对教学重点和难点有更深层次的理解，充分量化教学过程，提高教学效率。

3 结论

丰富的信息化资源和在线灵活的教学模式，为“高分子进展”教学内容和教学改革提供了保障，也为提高线上教学效果、培养学生创新能力和创新意识提供了基础。“高分子进展”课程坚持“以需求为导向，以创新为动力，融入教师科研”的教学模式，通过将当前高分子科学研究和工业开发领域内最新的研究方向和发展现状与学校学科定位、教师的科研及学生未来的就业和科研方向相结合，通过主题攻关的形式，提前让学生体验科学研究中发现问题、提炼问题、解决问题的乐趣，增加学习的兴趣，从而领悟到高分子材料的魅力。但是，专业类课程线上教学的模式刚刚开始，全面型专业人才的培养是深远持久、潜移默化的过程，不仅是专业技能的提高，更是人文素养的升华，这就需要专业教师在教学和科研中进一步探索和不断变革创新。