新工科背景下应用型地方本科高校高分子材料创新综合实践教学改革

蔡松韬 罗建新＊ 李文军 肖湘莲 李艳花

（湖南工学院材料科学与工程学院，湖南 衡阳 421002）

0 引言

为了主动应对新一轮科技革命和产业革命，我国高等工程教育在“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”改革的背景下提出了“新工科”建设。“新工科”建设是以创新驱动发展、学科交叉与融合、协同育人为主要途径，培养具有工程实践和全球视野的创新型工程人才。2017 年，教育部在复旦大学召开的高等工程教育发展研讨会中提出，“新工科”建设中地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用。新材料领域是国家大力推动重点突破的制造强国的十大领域之一，而其中功能高分子材料、先进复合材料为该领域的发展重点。近年来，我国高分子产业得到了飞速发展，而产业结构也从单一的高分子合成、改性加工向新型高分子基复合材料发展，社会迫切需要大量高素质、具有高分子材料与工程背景的高级技术人才。但由于现行高校高分子材料与工程专业的实验教学的教学模式存在内容结构单一，开放型、创新型等三性实验开设较少的现状，不能够符合当前创新型应用技术人才的培养需要，因此，高分子材料与工程专业的实践教学尤其是专业创新综合实践的开设尤为重要。高分子材料创新综合实践是高分子材料与工程专业本科生在主修完四大基础化学和基础化学实验、高分子材料与工程相关专业课程后开设的一门创新综合性实践课程，其是高校高分子材料与工程专业人才培养方案中实践教学的重要环节。为了适应“新工科”建设的需求，落实创新型工程技术人才的培养要求，湖南工学院高分子材料与工程专业教学团队探索性地开设了高分子材料创新综合实践课程，结合区域经济发展和产业转型升级和学校专业人才培养方案的实际情况，对专业创新综合实验进行了改革和实践。本文结合教学实际，对高分子材料创新综合实践课程教学改革作探索。

1 当前高分子材料专业实践教学的背景及现状

高分子材料综合实验是根据当时学校学科发展和社会专业需求在2012 年所开设的。在此之后的几年里，根据我校人才培养方案和专业方向的要求，在专业创新综合实验中针对合成改性和成型加工两个不同方向分别突出了高分子合成与表征、高分子材料加工与性能表征等实验设计，并将该课程更名为高分子材料创新综合实验。从2016 年起，该课程利用现代信息技术开展混合式教学改革；开展了面向工程应用的教学模式探索，明确了课程开设形式、课程模块、课程内容和考核评价方式；2019 年，湖南工学院高分子材料与工程专业获批湖南省一流本科专业建设点，课程团队基于OBE 理念，重构了课程知识体系，建立了课程目标矩阵和达成度评价机制，并实施了课程考核方式的改革。

“新工科”建设提出了全面推进高等教育工程教育改革的新路径，为了适应高分子新材料行业发展对人才培养和产学合作协同育人的需求，高分子材料创新综合实验在课程专业知识构建、提升学生的工程实践能力，培养学生综合运用知识并分析解决实际问题的能力上做出了诸多改进。但是在实践课程的设置与学生创新综合能力的培养仍存在一定脱节，实践教学的评价体系有待完善，不能适应“新工科”建设的要求，与此同时，社会区域经济发展和产业转型升级对于高分子专业的人才需求也有所变化。因此，作为地方高校为了更好地培养学生综合运用知识的能力，养成学生科学的思维方法，提高学生的实践能力，专业创新综合实践教学需要进一步持续改进。

2 专业创新综合实验改革内容

2.1 实验项目建设

高分子材料创新综合实践是“高分子化学实验”“高分子物理实验”两门专业基础实验的延续和提升。高分子材料创新综合实践将划分为综合型、研究型和创新型三个层次。其中，综合型以结合高分子工业生产流程，让学生在高分子合成、物性表征、材料加工等各个环节亲自动手，体验和真正理解理论课程所讲的高分子材料的知识；研究型则是给学生一个机会，让他们在一定的实验主题下，独立进行实验设计、实施、观察和总结；创新型则比研究型实验提出更高的要求，体现当今高分子科学与工业的前沿，将一些研究或者是工业上的前沿问题作为实验主题，开展科研型的实验，可以让学生把研究型实验和大学生的科技创新竞赛相结合。

为了适应“新工科”建设及应用型地方本科高校发展的需要，培养出为地方区域经济发展服务的人才，2019 年，我校课程更名为高分子材料创新综合实践，拓展课程内容，涉及前期调研、方案设计、实验研究、性能检测和工程应用整个产品开发应用流程。在实践教学的项目设计上，致力于与脱贫攻坚、乡村振兴、区域经济发展和产业转型、环境治理、“碳中和”等国家和地方战略结合，并积极开展课程思政，打造创新性、应用性为一体的专业综合实践课程。高分子材料创新综合实践围绕衡阳地区茶籽壳综合利用情况及其高效吸附剂的开发和应用、农业废弃物稻壳粉的综合利用情况调研及其3D 打印应用开发、农作物秸秆综合利用情况调研及低成本禾塑复合材料的开发、废油脂再利用情况及其转化制备生物柴油技术开发等课题设置专业创新综合实践项目，加强对学生工程实践能力和创新能力的培养。课程的实施总体分为调研、研发、应用三个阶段，通过前期调研，深入企业、乡村等基层一线，了解农业废弃物、废旧塑料再利用、水污染等实际情况，进一步开展相关文献资料调研，掌握以上废弃高分子材料再利用技术和相关水污染治理技术的方法。在研发阶段，根据研发方案，利用相关设备制备相关样品，并进行相关表征和性能测试，优化配方设计和工艺参数。在应用阶段，根据研发阶段的最佳配方和工艺，展开相关应用研究，并获得最佳应用条件和改进措施，撰写相关实践报告和科技论文。

2.2 改革教学模式

现代的教学理念，是鼓励开展启发式和互动式的教学模式，从根本上改变“老师讲，学生听”一言堂的传统教学模式，建立以学生为中心的实践教学模式。教师从“主角”变为“导演”，将学生从“观众”变为“主角”。在实践课堂中让学生从前期调研环节开始树立“主人翁”意识，建立独立思考、开拓创新的课堂氛围，以团队小组为单位积极主动参与完成实践项目，让学生在项目实践中既有体验更有收获。实验讲义将不单纯是一本详细罗列实验步骤和工艺参数的指导书，而让老师可以借助实验讲义，引导学生先提出问题，指导学生去社会调研、查阅文献、设计、探索解决问题的方法，然后由学生自行设计实验方案，经与教师指导、确认后，准备实验原料器材并完成实验。在实验课堂上，教师不仅是“指导者”，更是“合作者”，要引导学生发现实验中的新现象，允许学生提出新观点，和他们共同探讨。对创新综合实践项目小组成员做出合作完成的要求，在考察实验参数对产品物性的影响时，可以采用一个小组完成一个参数的变化，每个小组的实验参数都不同，最终将所有小组的实验数据共享，根据每个小组的实验参数和产品物性的表征结果，优化出最佳的实验参数。

此外该课程通过社会调研、行业调研、文献检索、方案设计和工程应用等环节，将社会实践和专业实践相融合。通过微助教上传国家行业政策、国家和相关行业标准、农业废弃物、废塑料、废油脂、重金属污染、3D 打印等相关文献资料20 个；上传有关调研方法、文献检索方法、图表绘制方法、仪器设备操作方法、产品生产流程等视频资料，合计共50 个。充分利用信息化手段、计算机技术和信息检索工具，采取线上—线下相结合的指导方式，强化综合性实践活动。引导学生培养自主创新学习的意识，提升主动解决工程实践相关项目的能力，并提高了学生对专业学习的兴趣。

2.3 完善评价机制

根据高分子材料专业创新综合实践本课程的特点，培养学生综合应用能力，包括文献资料的查阅方法、实验方案的设计方法、开题报告的撰写方法、PPT的制作方法与答辩技巧、实验仪器设备的操作方法、实验数据的处理方法和科技论文的撰写方法等。以供学生根据自身需要，在课前和课间进行自主学习，达到分层次培养的目标。在现有实验室开放的基础上，学生可根据需要开展实验；再利用“慕课”和“微助教”等师生交流平台，实现学生随时提问、教师随时随地指导和监督的目的。根据课程大纲和课程标准，采用“开题报告、实践活动、实践报告、科技论文（或研究产品）”多维度考核方式；其中，开题报告占20%，实践活动占40%，实践报告占20%，科技论文占20%。开题报告和实践活动的成绩由任课教师和小组同学共同评定。同时可通过师生交流情况，结合教师点评、学生互评和自评，建立一种旨在挖掘学生潜能来促进其自主实验的评价机制。引导学生尽早进入专业实验室或实习企业。

3 结语

面向“新工科”建设的高分子材料创新综合实践教学改革探索，是构建高分子材料与工程专业工程教育的重要实践教学环节之一。从近年来地方人才需求和学生毕业招聘情况来看，越来越多的企业需要招聘有工程实践背景的高分子材料与工程专业学生，而高分子材料创新综合实践是一个专业性和社会性相结合的创新性综合性实践过程，客观上也需要本课程适应“新工科”建设并服务区域经济发展和产业结构转型而改革。高分子材料创新综合实践通过课程团队八年的持续改革和建设，本课程的及格率和优良率逐年增长，并于2021 年获批湖南省一流课程，学生的创新创业能力得到较大提升，主持创新创业训练项目18项，其中国家级4 项、省级9 项；参加发表科研论文19篇，在各类竞赛中获得奖励120 余项。高分子材料创新综合实践课程的改革发展，不仅提升了学生的专业综合知识和动手能力，并且激发了学生参与专业的实践热情，从专业角度解决实践中问题的深刻内涵，其既提高学生的工程实践能力和创新创业能力，又为深化单元课程改革提供参考。