工程教育认证背景下《聚合物合成工艺学》教学改革与探索

刘 静 王 轶

(桂林电子科技大学 材料科学与工程学院 广西 桂林 541004)

0 引言

二零一七年二月,国家教育部高等学校司印发《有关深入开展新工科研究与实践的通告》,确定进一步深入开展新工科研发和实际活动,这也标志着新工科建设工作由基础理论到实际层面的全面铺开。《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》中也明确:高等学校要全面改善高等教育办学管理水平和人才培养质量等核心问题。目前,中国高校教育仍在长期强调传统课程逻辑下的知识授受,灌输学生多而探究少、教授多而启发少、重视分数多而重视能力低,在培育高素质、宽口径、厚基础的复合专业人才和多层次创新性人才培养上明显无力,招致高教界备受批判和诟病[1]。党的十九大报告指出,要“推进优质高校和一流学科创建,促进高等学校内涵式成长”[2]。要推进新工科、新医学、新农科、新文科的建立,做强顶尖学科专业、创建一流学科专业、培育顶尖人员,全方位振兴本科教学,全面提升高等教育人才培养实力。积极引导各地院校实现分类发展、特色发展和内部结构优化,在服务于当地区域经济发展中建立一个面向未来、满足需要、推动发展、理念领先、保证有力的顶尖本科生综合专业。而当前,在“一流学科专业建设工程”和“工程教育认证”的要求下,我校高分子材料与工程专业的建立与蓬勃发展也面对着巨大的未来发展机会和艰巨的挑战,培育能满足国民经济建设和行业需要的“高级应用型工程技术人才”,已变成学校本专门的主要教学发展任务。因此,根据其所担任的《聚合物合成工艺学》课程教学过程中问题,以“科研反哺教学”为主要的改革手段,探讨其在《聚合物合成工艺学》课堂教学创新中的经验和研究成果。

1 《聚合物合成工艺学》改革的必要性

大学课程是中国人才培养的基础要素。在“一流专业建设”和“工程教育认证”的新发展条件下,课程改革以输出为引导、以学习者为中心的核心理念,完善课程与学生的能力结构之间的对应关系。高分子材料是中国当今最主要的材料之一,并以其加工性好、密度低、硬度高、成本低等优势,被广泛地运用到了国民经济的各个产业当中,如机械制造业、生物医药领域、城市轨道交通、航空航天、智能材料领域等,是与人们生活、工业离不开的重要物质。而放眼于高分子材料学科教育,可以看到的高分子材料品种很多,而且科技发展更新较快,应用范围也在日益扩大,但是由于这种实际的实践经验并没有及时反映在高校的理论知识教学之中,出现了理论落后实用的状况,与科教脱节,非常不利于培育相关人员。可以说,高分子材料类学科改革工作已切身地关系到经济社会的建设发展,要以经济社会需要为目标,优化课程,提升教学质量,形成动态的课改模式。运用线上线下混合教学、网络信息技术、大数据分析等,为课改管理工作创造科技保障,并以此推动学科改革工作的全面开展,将其变成现代人才培养的科学推动器。高分子材料的教育变革离不开网络、自媒体等,其既是网络时代发展给我们的机会,也是一个挑战。[3]

2 《聚合物合成工艺学》学情分析及现状

《聚合物合成工艺学》是高分子材料学科中的专业基础核心课程,其内容涵盖了树脂、橡胶、纤维及多种功能高分子材料等各种常见高分子材料的反应工艺、发展历史、理论研究进展、工业制备方案等,是开展的科学研究、开发设计等方面工作所必不可少的重要理论基础知识,是一个理论性和工程实用性都较强的课程。[4]

本课程通过对常见高分子材料的化学组成与制备、工艺特点及使用情况、各种材料技术发展动向等的系统教学,主要目的让学习者全面掌握高分子材料的工程设计方法、基本构造与重点研究,并着重了解高分子材料的微观构造特征和从宏观角度使用效果间的相互关联,从而具有了“从高分子链结构方面来研究各种材料特性及使用特性”的基本能力,既可以因地制宜地物料选择和材料配方设计工作,并可以对新发展的新建筑材料、新产品、新工艺等技术加以合理地分类和运用,在真正意义上做到了培养学科基础坚实、工程技术应用能力强大的专门工程技术人才。

2.1 《聚合物合成工艺学》教学的学情分析

在实施教学之前,必须通过学情分析,要仔细分析学生的学习基础,重点包括学生的认识基础、方法基础、经验基础等;教学过程,重点内容包括学生的学习方式、学习习惯、学习兴趣、学生个性;《聚合物合成工艺学》是学校面向高分子材料专业学生而设立的学科核心基础课程之一,根据高分子材料科学与工程专业人才培养方案的规划,教学安排在大四上学期,该课程从材料的高分子化学合成、到材料性能、到产品生产流程设计与应用、到最后材料加工的最新研究进展,涵盖了许多方面知识领域,是一个内容体系完备、综合性较强的材料学科基本教程。此时大四年级已经初步接触高分子学科的绝大多数理论知识,了解过此类综合性科目的复习方式,系统性学习的方法,不过由于这阶段学生面对研究生考试、就业的压力,对专业学业不积极,成绩出现二极分化的现象突出,班级之间的学业情况已经出现显著的差别。通过设置相应的课堂教学、案例分析,激发学生的学习积极性与热情,引导他们逐步养成有利于各自成长的学习习惯与学习风格,从而建立了团队互助、合作学习共同进步的良好氛围,同时利用课堂教学过程与研究,可以即时了解学生的学习动向,并适时做出教学方法的重大改变,实现了真正的因材施教,以实现了该课题的培养目标。

学生学习效果的评估是教师教学工作是否如按照毕业要求进行的关键衡量方式。传统课堂中的学习效果考核主要包括教学问题、课后作业、期末考核等,评估手段与考核制度并不完善,没有与时俱进,没有贯彻以学生为中心的指导思想,不能充分体现在现有教学条件下对学生的社会基础知识、综合素质、工程运用技能的训练目标。在教学过程中,通过翻转式学习、自由组合等教学手段,通过案例教育,激发他们的学习积极性,并及时肯定他们在学习过程中成绩最明显和优秀的方面,同时又要及时发现并改进他们在学习过程中所存在的困难,从而亡羊补牢,争取在教学任务完成时让每一个同学的知识与技能都有所提升。

2.2 《聚合物合成工艺学》教学的现状

在实际教学过程中,本课程主要涵盖了各类合成高分子产品制造过程,但有些教学内容枯燥、多且零碎,且学习者往往仅仅看到生产流程示意图,对于实际制造过程涉及到的仪器设备往往只是凭空想象,传统的教学方式也无法充分调动学生的学习兴趣。实际教学过程中也不能充分体现学习者在“学”的中心地位,教学模式单调。此外,由于合成高分子材料制造科技发展速度很快,原有课程已经很久未见过新版,故更新速度滞后;在实际教学的讲解上则更多地偏向理论,对于最新的生产工艺流程、市场需求、实际应用等讲解也较少。课堂教学的考查手段与形式也比较简单,造成学习者对书本内容的依赖性比较强,对书外的知识主动掌握能力比较欠缺,从而无法考查学习者对专业知识的综合使用能力,也不利于学生能力的培养。

为了顺应新时代的发展和“新工科”建立、质量认可改革的需要,本学科对此课做出了大胆变革,形成了全新的课程体系,使此课的教学结构、讲授教学内容、实践方法、评价标准等均进行了很大的变革,能促使学生知识、能力、职业素养等全方位发展,并培养富有科学创新精神、实践创新能力的高层次人才。希望通过完善教学模式与组织形式,改变考试方法,进一步加强教学改革,真正推动教学革新,让枯燥的理论知识更加使学习者容易接受,使学生的学习从被动走向更加主动,同时培养和训练学生的科学思想与创造力。

3 《聚合物合成工艺学》教学思考及探索

高分子材料工业发展至今已有百余年历史,随着人类制造技能的提升,和人类对越来越丰富的高物质文化的要求,用途不同、琳琅满目、品种层出不穷的高分子材料大量涌现于人类的生活与工业之中。纵观《聚合物合成工艺学》的课程内容,由于高分子材料技术更新较快、使用领域范围日益增加,理论技术得不到及时增补与修订,再加上人们关于高分子材料的认知日益增加,经济社会关于高分子材料及其高分子专业技术人才的需求量也在持续增加,所以《聚合物合成工艺学》是一项亟待改造与开拓创新的学科基础课,必须转变传统教学思想,适应经济社会的动态要求,不断更新与充实内容,实施动态课程改革[5],以切实培养出高层次的应用型工程技术人才,更好地服务于我国社会和地方区域的经济发展。

3.1 《聚合物合成工艺学》教学内容设定

本文以《聚合物合成工艺学》教学内容其中一章——“高分子化合物的生产过程”为例来说明。本章课程的教学目的分别从知识目的、能力目的和素质目的三个方面来描述。知识目的:了解高分子化合物的制备过程的基本信息,以及了解到高分子材料制备过程中涉及的复杂过程问题的解决办法,有多种方法可以选择。能力目的:能针对研究对象或工艺过程建立合适的数学模型,利用掌握聚合设备的类型及其特点,如何选型以及应用。素质目的:对高分子物质材料合成工艺中涉及的复杂工艺问题的解决方案提供合理的处理方式,并会利用文献研究成果寻找可取代的处理措施。

章节内容的教学侧重和难度,分别为:以激发学生学习高分子合成工艺学的积极性,和掌握工业生产制备大分子合成的一般流程。同时结合案例,通过高度总结高分子生物合成的共同化的思维方法,给学习者一个深入的印象,为下一个学习阶段奠定了归纳概括的思维方式。

3.2 《聚合物合成工艺学》教学创新设计

章节课程的创新设计见图1。

图1 高分子化合物的生产过程课程设计Fig.1 Course design of polymer compound production process

在课程教学中应避免“一言堂”的传统教学模式,而通过启发式课堂教学、交互式教学、课题引导型教学等方法,可以改善课堂,进而激发学生的主动性才能,改善学生读书成绩。因此,通过提问引导的课堂方式可运用于在学校做好班前准备。首先,在课前班后,老师根据此段课所教教学内容,运用网络平台,如雨课堂,给学生布置了一些课题,尤其是一些概念性的知识点。为了有助于老师掌握和判断学生的预习状态,在上课时还可对同学们做出有关内容的询问。传统的课堂,我们只强调了教师的“教”而忽略了学生的“学”,大多数学生对知识的接受是被动的。怎样调动和培养学生对学习的主动性,这是作为老师必须深思,并寻找对这一传统模式进行改造的方法。在现有的《聚合物合成工艺学》的教学过程中,改变了传统的“课堂学习”方式,通过翻转课堂、慕课学习、团队案例分享等教学方法,使学生充分发挥学习主观能动性,实现了多方位学习。一方面,在老师的引导下,就教学中涉及的主要知识点,按照教材,设计一些探究性项目,比如,“聚乙烯给人们的生活带来什么样的变化”,“砸不破的西瓜是如何实现的”,将这些生活中能见到的课程项目或知识点分配给学生,学生以小队为单元,通过使用图书室和网络平台寻找有关资源,在课堂教学和网络平台上相互交流,让学生切实地动起来;另一方面教师把“教”的角色赋予学生,让学生在讲台上展现“教”的角色,体会并总结怎样才可以教育得好。通过这样的环节既调动了他们自主学习的积极性,同时也增强了他们相互协作、合作研究式的学习意识。

3.3 课程思政

高分子材料涵盖到了日常生活中的方方面面,不过因为现在社会普遍对材料学科还具有一些偏见,再加上大家对高分子材料专业领域的认识很可能还停留在平时看到的塑胶、包装袋、轮胎等领域,所以学科认同感并不强。在介绍高分子材料应用情况时,我们着力阐述了高分子材料在提高人民生活水平和科学发展过程中的最新运用,以帮助他们认识所学专业和材料在经济社会发展中的重要促进意义,从而增强了他们的学科认同感和自豪感。例如,在车辆轻量化发展领域,课程通过对车辆的内部结构进行了拆分,并着重介绍了车辆中合成高分子材料的使用情况和特性特点,并介绍了这些材料生产改性工艺发展历程。通过对聚丙烯(PP)生产工艺和改性工艺的进展介绍,对PP材料结构强度和抗冲击特性提高,所以目前轿车的前部保险杠和后备箱基本都是由合成高分子材料PP 所构成;采用发泡的成型工艺方法,制备多孔PP,有效的减小了PP的密度,增大了PP的比表面积,提升了PP 硬度。而汽车的内饰材料科技感也随着材料的生产工艺和改性工艺的发展而越来越深入。汽车内装主体塑料PP、聚碳酸酯(PC)和苯乙烯-丁二烯-丙烯腈三元共聚物(ABS)由于各自的性能和应用不同,通过调整材质表层的硬度,还能够赋予与汽车内装塑料制品良好的接触感。导电高分子复合材料的问世也让电子设备不再全部依赖于常规金属导线,而且采用导电高分子复合材料还可以建立结构更复杂的传导通道,极大的缩小了电子设备的尺寸,也大大增加了安全和实用价值。另外,通过调节弹性体、橡胶等大分子物质导电性和强度之间的平衡点,扩宽了光伏高分子材料的发展方向,使柔性电子折叠屏的应用变为了可能性。通过对高分子材料新应用的阐述与分析,学生可以更直观地认识高分子材料。在促进人民生活水平与产业发展过程中的重要影响,对高分子材料的认知力增强,专业认同感增加,民族自豪感提升。

4 总结

新型工科背景下,中国社会对作为传统学科的高分子材料及工程技术发展,提出了更高的需求。传统学科、传统课程也必须在新的历史背景下能够冲破传统观念,以自主与创新性进行教学改革。作为新课程的主要引导人,学校教师要根据当前社会、行业的发展新要求,对高分子学科人才需求不断深人探讨、并及时加以调整、充实教学的改革方案。改革的终极目的是为了调动学生学习兴趣,努力提高教学质量,积极培育富有创新精神、高水平、综合创新能力较强的人才培养,以适应当前社会、行业的发展需求,并共同推动我校本学科的建立与发展。