高分子化工类专业高分子成型加工原理在线教学改革探索与思考*

杨 斌，夏 茹，苗继斌，曾少华，陈鹏鹏

(安徽大学化学化工学院，绿色高分子材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230601)

2017年2月，教育部发布了“新工科”建设复旦共识，同年4月又发布了“新工科”建设行动计划(“天大行动”)，首次提出探索建立工科发展新范式，“新工科”概念的提出为中国工程教育理论和实践探索提供了一个崭新的视角[1-2]。然而，受到2020年春季新型冠状肺炎疫情影响，全国高校的开学时间一再延期，此间教育部提出“停课不停学”的倡议，得到各地教育主管部门的响应和执行。然而，高等教育不同于中小学，有其自身的特点，如何在有限的时间内备课，合理利用网络教学方式给大学生授课，成了高校广大专业课授课教师必须面对的一个问题。笔者结合近几年来从事高分子成型加工原理教学工作以及新工科教育改革探索的基础上，积极开展线上-线下混合教学研究和实践工作，深入挖掘教学资源，探索改革课堂教学设计等内容，及时总结相关教学经验，经过近三年的探索已取得了很好的教学成效，基于此我们对该课程的在线教学改革提出了一些建议与思考。

1 在线教学的组织模式

1.1 课程设置及考勤

目前，我国合成树脂工业年产量稳居世界第一位，然而实际上我国的高分子化工产品整体上品种较少，产品附加值偏低，与发达国家相比，我国高分子材料的生产及应用还处于较低水平，自给率仅为60%，由此说明我国在高分子材料工业领域尚有很大的发展空间，仍需要大量能够从事高分子材料合成、加工和应用的工程技术人才。高分子成型加工原理作为高分子化工类专业的一门专业课，通常设置在化工原理、高分子化学以及化工热力学等专业课之间后设，且课程涉及内容多、体系复杂等特点，同时受学时限制，而且又涉及到大量专业性较强的内容(如：挤出工艺、注塑成型原理等)[3-4]，线上教学时需要根据课程难度重新设计教学进度，防止速度推进过快，导致大多数同学无法理解的情况。而且，线上教学形式多样(包括图文、音视频)，课程也方便学生对具体的知识的学习和巩固(课后学生仍可反复观看)，已成为线下课堂教学的有力补充。为了强化部分重点和难点章节，可以考虑设计每2～3次理论课后，安排一节习题课或讨论课，不定期安排一次网络测验，以及时检测学生的学习效果。此外，在线授课过程中为防止一部分学生开小差，通过随机点名提问方式进行考勤，对未能及时反馈的学生，在其考勤分中应适当给予扣分处罚。

1.2 线上教学的实施

目前国内在线教学的平台很多，例如：阿里钉钉、超星学习通、腾讯会议、QQ群课堂、希沃易、中国大学MOOC、UClass等，为了增加学生的理解，还可以结合平台自带的白板功能，非常类似于我们在教室里上课采用的板书形式[5]。在明确课程目标的前提下，任课教师应根据毕业要求指标点，合理进行教学内容设计、教学案例筛选，将基础理论知识和前沿热点问题有机结合。充分汲取便捷的网上教学资源，制作丰富的教学资料库，开拓学生视野，完善知识体系。为了确保线上教学质量和教学效果以及应对网络平台可能出现的突发情况，任课教师可以提前建立微信群或QQ群，准备线下学习资料预案，以保证线上课堂的顺利开展和良好的学习体验。高分子成型加工主要涉及高分子材料从原材料转变为最终制品的全过程(如：聚合物熔体流动、传热和传质、聚合物形变与定型、制品后处理等)，采用共享屏幕，老师很容易在授课过程中穿插播放视频或者Flash动画，要比单纯演示PPT更便于学生掌握一些抽象的概念和知识点。例如，在介绍聚合物流变模型时，动画或者视频能够更清晰地展示出层流与湍流的区别及其判断方式；又如，在讲授单螺杆挤出工艺过程时，Flash动画可以更形象地揭示高分子材料在加料段、压缩段以及均化段熔体流动和固-液相转变中的基本规律。通过动静画面相结合，能够将抽象的知识变得更加直观，使得网课教学变得生动有趣。在线上教学过程中采用平台直播方式，上课前要求学生提前做好预习，听课中关注重点、难点、易错点，对仍未解决的难点、疑惑点做好批注。课堂上师生之间可以利用教学资源平台进行互动，营造线上学习氛围，从而提高学生的学习效率。

此外，在本专业的另一门专业核心课聚合物合成工艺学中，我们积极邀请企业专家在线给学生讲授聚合化工生产工艺，聘请企业专家开展在线专题报告，强化相关高分子材料的应用及特性介绍，加深学生的理解；而且在生产实习和专业见习前期的安全教育环节，我们也安排了相关企业专家介绍生产安全和环保等知识。线上教学方式的实施，显著加深了学生对专业知识的理解，给学生提供了与企业专家们近距离沟通的机会(以往的线下面对面教学过程，还往往在提问环节出现学生“无问题可问”的场景)，不仅能丰富学生的专业知识，而且能开阔学生的工程视野，受到学生们的广泛欢迎，也确实提高了他们对专业理论知识的认识深度。而且，学院还聘请了一批企业专家作为大学生创新创业训练计划兼职指导教师，通过在线途径为本专业学生们做就业专题辅导报告，使学生了解现代高分子相关企业的发展趋势及新业务的技术需求，为他们步入职场提前做好准备。

2 线上教学考核

2.1 平时作业

为了强化在线学习的效果，必须在每次课程之后布置一定量的课后作业，并在规定的时间内提交，以督促同学们做好课后复习。作业提交方式以网络方式为主，可以通过钉钉、微信或者电子邮件。考虑到一部分同学网络学习的理解能力，允许学生在做题过程中向老师提问(每次作业布置后，教学班约15%的同学会积极提问)，及时答疑将有助于大家对问题的理解，特别是对部分共性问题的解释，可以让大家受到启发。在教案设计中，可以根据高分子专业课程内容的特点(如：聚合物流变基础、聚合物配方与混配、挤出成型、注塑工艺等)，通过提出一系列课后问题，调动学生的自主学习积极性，在寻找答案的过程中，深入理解课程的重点和难点知识，逐步培养掌握解决工程实践问题的能力[4-7]。每次课后作业可以根据课堂授课内容，突出重点和难点，通过答题情况及时了解学生对本次授课内容的掌握情况，以便有针对性地在下一次授课时予以选讲，也可以通过QQ或微信群方式进行作业订正。

2.2 提问、讨论与在线测验

虽然在线教学的互动性方面没有线下课堂那么直接，但其实也可以通过设计随堂提问，设置讨论课等方式，加强师生之间的交流。老师可以抛出一个具体问题或者一个概念，指定一位同学或者让大家自由发言，像钉钉在线直播、腾讯课堂等平台都很容易实施这样的互动活动，对于一部分比较难的话题，一时间大家不知道怎么回答，导致短暂的“冷场”，老师可以通过拆解问题或者将问题换一个角度来思考等方法，适当加以引导，方便大家的理解。还可以通过指定班级里学习成绩较好的同学来回答，然后让大家进行补充的方法，以同学的视角来探讨这些问题的理解，往往收效不错。

在讨论环节可由任课教师提一个高分子的加工工艺设计方案论题，让同学们分组讨论各自的理解，充分结合专业知识与应用，活跃线上讨论的气氛。例如，随着我国对环境问题的逐渐重视，新型可降解高分子的重要性越来越明显。如何设计一种具有特殊响应的高分子产品，在未受到响应时具有良好的应用性能，在受到响应(如紫外线、高温等)后，聚合物结构发生改变，易被环境所降解。同学们基于自己的认识，通过电脑端或手机端，互动“刷屏”，让问题“越辩越明”，最后由任课教师进行专业点评，以促进大家对这一问题的理解。

此外，为了及时检验大家在网络学习过程的效果，老师可以安排一些在线测验，限制时间作答，题型以选择题、填空题、判断题为主，便于学生在手机端快速作答(问答题等主观性较强题型，文字写得较多，不同学生的理解程度也有差异，难以控制时间)，以及老师对测验结果的分析。刚开始同学们对这种网络考试不太适应，但是经历1～2次后就逐步熟悉了，考试结果也更能准确地反映大家对课程知识的掌握程度。

2.3 成绩考核依据

高分子成型加工原理课程的课程目标有3个，其中关于工程问题分析能力的是课程目标2(权重值为40%)，它对应的毕业要求指标点是“能够对高分子材料领域中的复杂工程问题进行分析、评价，对解决方案合理优化和改进”，主要考核学生根据高分子制品的外观要求和使用要求，确定基础原料和配方体系，提出优化方案；制定合理的成型方案，针对生产过程的工程问题，能提出合理的解决方案；能够从熔体流动性以及冷却过程中的结晶与取向等角度理解成型工艺如何影响高分子材料的成型过程，从而具备识别高分子材料工程复杂问题的关键环节和参数的能力(以下的数据分析将主要围绕课程目标2展开)。

学生最终成绩由两部分组成，即：平时成绩(50%)和期末考试(50%)，其中平时成绩包括三部分，考勤和平时作业占15%，讨论和回答问题占15%、期中线上测评成绩占20%，各部分的成绩分别记录，并最终加权获得学生整门课程的总评成绩。

3 在线教学效果分析

表1是2019-2021年高分子成型加工原理课程成绩分布表，这三年的教学班的学生选课人数分别为41人、43人和44人(小班教学)。三年均取当年学生平时成绩(包括随堂提问、平时作业、讨论课和期中考查)进行综合分析，从数据来看，在线教学的效果略优于线下课堂教学，而且在线学习的90分以上学生人数比例高于线下课堂教学，这点能说明线上教学有利于自律能力强的高分段学生学习成绩的提高。其实这个较容易理解，对于班级里大多数同学而言，线上教学资源可以反复观看回播，并加深印象，而传统课堂教学只讲一遍，往往前一节课没理解透彻(以及课后未及时复习)，会影响后继课堂的学习效果。此外，2021年本课程采取了线上-线下混合方式教学(线上教学占比20%)，教学班的平均分优于单纯线下和线上教学方式，且90分以上分数段的同学所占的比例也得到了明显提高(达到55.9%)。

表1 近三年高分子成型加工原理课程成绩分布

我们以课程目标2的达成情况为分析对象来做进一步比较说明，2019-2021连续三年的课程目标2的达成度分别为0.782、0.813和0.835。课程目标2要求学生能够根据高分子材料制品的外观要求和使用要求，确定基础原料和配方体系，提出优化方案；制定合理的成型方案，针对生产过程的工程问题，能提出合理的解决方案；能够从熔体流动性以及冷却过程中的结晶与取向等角度理解成型工艺如何影响高分子材料的成型过程，从而具备识别高分子材料工程复杂问题的关键环节和参数的能力。从达成度来看，使用线上教学方式(或者将线上-线下相结合)能够达到“工程分析”的课程目标。此外，根据课堂互动、平台数据分析，我们对学生的学习效果以及对线上教学的意见进行了及时收集和整理。学生对线上教学方式非常认可，也积极予以配合。学生们总体上能够跟随老师的进度和要求认真完成课程学习，学习效果良好。

4 结 语

“本科教育为立校之本”，人才培养处于我校各项工作的中心地位，教学改革应立足于服务学生。在新工科建设的大背景下，在线教学为传统课堂教学提供了有力的补充，在“停课不停学”的倡议下如何保障在线教学的效果成为广大一线教师需要面对的现实问题，所以在教学进度、教学方式、课程考核方法等系列问题进行实践探索，如何在线上教学“看不见”学生的条件下，积极与学生互动，充分调动学生的学习兴趣至关重要。另一方面，开展混合式教学时线上与线下学习的比例问题也应该进行合理控制，线上教学虽能做到师生互动，但却难以达到师生面对面交流的效果，这也是目前线上教学尚不能完全取代传统课堂教学的重要原因之一，所以任课教师需根据实际情况综合多种因素选择合理的学时分配比例。高分子成型加工原理作为高分子化工类专业学生的一门专业课，事关培养学生运用基础理论分析和解决复杂工程实际问题的能力。我校通过深化校企产学研合作，通过聘请和顶岗锻炼(安排青年教师进入校外实习基地及专业相关的企业进行顶岗、学习锻炼)相结合等方式，强化师资队伍的工程技术背景，在线教学作为线下教学的有力补充，实现了课堂教学知识的延伸，因为人不用到现场，可以使更多的同学加入学习，并可以根据需要观看回播，有利于促进学生将所学专业知识与工程实践问题紧密结合，提高其解决实际工程问题的能力。在此，笔者结合了前期在线教学实践的相关数据，从教学方式、考核方式以及教学效果等方面做了一定的分析和探讨，并希望借此抛砖引玉。