新工科视角下应用型本科院校高分子物理课程教学改革与探索

惠贞贞，王彦平，唐 婧，郑胜彪，仇楠楠，胡瑞章①

（安徽科技学院 化学与材料工程学院，安徽 滁州 233100）

0 引言

近几年新工科的概念陆续出现在国内多所高校教学研讨会上，很多学者对这个概念、内涵外延等进行深入探讨，所谓“新工科”是相对于传统工科而言的，表现为“理念新”“要求新”和“途径新”，是一个动态的范畴[1-2]。目前绝大多数应用型本科院校都是采取以人才培养方案为基础的人才教育模式，即以前人经验积累为基础，结合当前高校教育新趋势及用人单位对人才新要求，调整培养思路，使得本科生教育与时代潮流同步。新工科教育理念在国内虽处于初步阶段，但是国内众多高校已对该领域进行有益探索与尝试[3]。为在地方应用型高水平大学建设中更好地结合新工科概念和内涵，更好服务地方经济，除引入符合新工科趋势新型专业外，应用新工科概念对传统课程进行改造也是迫在眉睫的任务[4]。高分子物理课程作为一门传统工科课程，主要阐述聚合物结构与性能之间的内在关系和基本规律，是材料类专业后续课程的理论基础[5]。为在材料类专业课程建设中更好地探索新工科，安徽科技学院高分子材料授课团队拟在本课题中详细阐述如何应用新工科的概念，优化高分子物理课程教学内容体系，探讨该课程与其他应用领域相结合的创新教学模式，使该课程形成系统化、模块化、柔性化的新工科专业课程，以期培养兼具扎实理论知识和创新实践意识新工科复合应用型人才。

1 新工科视角下教学内容改革

高分子物理是材料科学与工程专业重要的专业课程，该课程在已开设课程高分子化学的基础上，继续探索研究高分子材料结构与性能。高分子物理通过研究聚合物分子运动，把微观结构和宏观性能统一起来，为后续高分子成型加工及聚合物反应工程等课程学习夯实基础[6]。采用“新工科视角”对该传统工科课程教学内容进行改革，其关键任务是如何在新经济和新产业背景下让教师掌握如何教，学生掌握如何学。相对于传统工科人才培养模式，新工科培养模式以产业需求的工程型人才为导向，注重跨学科整合，注重创新性及理论联系实际等能力的培养[7-8]。

安徽科技学院坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，认真学习贯彻党的二十大精神，作为省应用型高水平大学建设高校，多年来致力于地方应用型人才的培养，因此授课团队在讲授高分子物理课程时抓住以下3个特色。1）重视基础，精选内容，强化基础，进一步阐明基本概念和基本理论。安徽科技学院化学与材料工程学院所处的蚌埠市周边有大量高分子材料企业，其中生物可降解材料是蚌埠市重点支持产业，国内外市场正处于爆发增长阶段，但应用领域的研究刚刚起步。因此在教学内容选择上结合蚌埠市相关的高分子材料企业，详细讲授生物可降解材料聚对苯二甲酸-己二酸丁二醇酯等聚合物的结构与性能，积极引入国内外最新研究成果，分析市场上最新产品特点，从而有效服务地方经济。2）突出新意，拓宽知识，讲授课程时着重反映现代高分子物理领域学科发展新成果以及社会关注的热点问题。与老工科相比，新工科比老工科更强调学科实用性、交叉性与综合性[9]，因此需加强高分子物理课程信息化融入建设，推进电子技术与本课程的交叉融合。利用学校现有虚拟仿真实验中心，结合地方特色高分子材料，开设兼具地方特色高分子物理相关虚拟仿真模块，如采用美国Accelry 公司的Materials Studio（MS）软件设计模拟聚乳酸分子结构和性能，一方面让学生了解计算机分子模拟的基本原理和方法；另一方面带领学生进入高分子材料的计算机辅助分子设计与分子模拟科学研究的前沿领域，深化学生对聚乳酸材料认识。3）培养能力，提高素质，既按照循序渐进的认知规律，又使用跳跃思维的方法，引导学生发散思维方式，提高创新能力。在实验课程及实习环节，贯穿新工科理念，设置与地方产业相关的课程内容，如聚丙烯分子设计、材料制备、结构表征、性能测试及成型加工等实验。聘请企业工程人员为兼职教师，他们既有丰富的工程实践经验，又能显著提高学生综合工程能力，学生不再局限于掌握课本理论知识，而是直接与企业接触，清晰直观地了解聚丙烯等高分子材料生产研发过程中的具体细节，对培养复合型新工科应用型人才起着重要作用。

2 新工科视角下教学模式探索

2.1 传统教学和新工科教学相融合，力求直观

传统教学主要表现为教师讲授为主，教师在整个教学过程中扮演着主要角色，而学生在整个过程中扮演着被动角色，因此也称之为“灌输式”教学。教师和学生互动少，学生对课堂参与感弱，不利于学生对知识点有效吸收，同时教师不能准确把握学生的接受能力，所以特别需要注重在传统教学过程中融入部分新工科教学模式，如翻转课堂、移动课堂等多样化、新颖式教学手段，充分利用动画、实物照片、图片等辅助手段，清晰明了将知识传授给学生，力求把知识点直观展示给学生，在此过程中教师还能准确把握学生学习进度和对知识点的掌握程度[10]。

2.2 以实际工程问题为载体，直面就业，增强学生实践能力

在新时代背景下，学生能否高质量就业是每位高校教师检验教学质量的一个核心观测点。本课程在课堂教学过程中不仅注意理论知识的应用与发展，更注重培养学生学以致用能力，为此专门设计具有实际工程问题的项目让学生参与，如聚苯乙烯和聚丙烯是常用的工程塑料，但是在采用注射成型时，分别将2种粒料成型为不同的皮-芯结构长条试样，要求学生通过设计探究型实验项目阐明原因，并设计必要的实验证明推断。首先在设计实验之前，需要考虑高分子材料进行加工时的内外影响因素，如材料本身的物理化学性质、模具温度与特征温度比大小、皮层和芯层的取向度及结晶情况等，然后就以上2种物质进行分析，将所有判断做完之后，再进行实验测定并分析总结得出结论。通过以上改革措施，让学生在参与解决实际工程问题过程中化繁为简，从理论到实践，综合运用所学知识，改善学生理论联系实际的薄弱现状，增强学生实践能力。

2.3 巧妙植入科研元素，提升工程性和学术性，培养学生创新能力

充分发挥课程组教师在科学研究领域的优势。在传统和现代教学手段相融合的教学过程中以教材为主，结合科研成果和学术热点，适当地将高分子材料和复合材料等领域最新热点、研究成果和工程技术现状等知识有机地植入到教学环节，提升教学的实践性。如在讲授聚合物电学性能和光学性能章节时，引入高分子物理与化学国家重点实验室最新研究成果高分子薄膜太阳能电池中的光电功能高分子。在分子设计与合成、薄膜器件组装与调控等方面开展的基础及应用研究，详细阐述光电功能高分子的电子结构、分子结构与光电性能之间的关联。另外，课程授课团队近几年获批一系列国家级及省级科学研究项目，在教学过程中实时以学术报告形式分享研究成果，培养学生科研思维，激发学生科研兴趣，培养学生创新能力。

3 新工科视角下的教学实践

该课程讲授时，授课教师采用板书讲授与新工科教学模式相融合的方法，运用案例教学法、视频演示和慕课（MOOC）等教学手段，注重培养学生理论联系实际能力，激发学生的求知欲。将成功的实践案例引入到课堂教学环节中，引导学生在学习的过程中能够根据案例实际要求，确定目标和解决方案，把创新创业工程理念融入其中，并能够对其中的科学问题进行可行性分析与论证[11-12]。如在讲授高分子溶液和聚合物的分子运动等章节时，因其具有重要的工业应用价值，在课堂教学过程中准确适宜地引入纤维、塑料等高分子材料工业中溶液纺丝和增塑等相关工程案例，可以使学生在学习解决实际案例的过程中深刻理解高分子溶液热力学性质、动力学性质及高分子与溶剂分子间的相互作用对指导生产实践和发展高分子的基本理论所具有重要的意义。

教师在课堂教学过程中引入工程案例或分析模型时，可以将整个教学过程进行细化分解，如表1所示。

多年教学实践表明，上述教学方法不仅能有效地激发学生学习兴趣，且能提升学生的专业素养。有利于培养德智体美劳全面发展，熟练掌握高分子材料基本理论知识，具有材料制备、成型与加工、结构分析等基本能力，能够在高分子材料等领域从事科学研究、技术开发、工艺设计与工程设计、生产管理与经营等方面的工作，具有创新意识和创业精神的高素质应用型专业人才。

4 结语

本课程教学改革与探索统筹考虑新工科注重的“实用性、交叉性和创新性”与传统工科强调的“基础性、知识性、理论性”，助力深化工程教育课程体系改革，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。结合安徽科技学院教学的实际情况以及地方产业特色，以服务区域经济为导向，从培养地方高水平应用型本科院校的新工科型人才为出发点，优化教学理念，深化教学内容，促进该课程的教学改革与探索。