“高分子材料進展”課程的教學實踐與探索

常曉華 朱雨田

[摘 要] “高分子材料進展”是高分子材料與工程專業的學科基礎選修課程之一，是培養高分子科技人才整體知識結構的重要組成部分。結合杭州師范大學開設“高分子材料進展”課程的實際情況，從課程教學內容、教學方法和教學考核方式三個方面加以闡述，提出在師范類高校開展此類課程的教學實踐，從而培養學生的學習熱情、科研興趣及國際視野，提高學生分析問題和解決問題的綜合能力，使學生初步具有較高科學素養、良好科學創新思維和獨立獲取知識的能力，為高分子專業學生的職業規劃提供指導，培養“學術型”“復合型”“應用型”高分子專業人才。

[關鍵詞] 高分子材料進展;多媒體;教學實踐

[作者簡介] 常曉華（1991—），女，安徽黃山人，博士，杭州師范大學材料與化學化工學院講師，主要從事高分子納米復合材料結構調控與傳感性能研究;朱雨田（1979—），男，江西贛州人，博士，杭州師范大學材料與化學化工學院教授（通信作者），主要從事高分子復合材料結構調控與性能研究。

[中圖分類號] G643 ? [文獻標識碼] A ? [文章編號] 1674-9324（2021）11-0097-04 ? ?[收稿日期] 2020-12-10

杭州師范大學高分子材料與工程專業始建于2006年，于2007年9月招收了第一批本科學生。為實現專業的跨越式發展，一方面，注重專業基礎知識的培養，開設了“高分子物理”“高分子化學”“材料科學與基礎”“聚合物現代儀器分析”等專業必修課程;另一方面，為了培養學生掌握科學研究動態的能力，開設了“高分子材料進展”“綠色高分子材料”等切合高分子領域最新研究進展的專業選修課程[1]。“高分子材料進展”是研究高分子材料合成、材料構效關系的前沿發展的科學，是高分子科學領域發展最為迅速，與其他科學領域交叉度最高的領域[2-4]。它是建立在高分子化學、高分子物理等相關學科的基礎上，并與物理學、醫學甚至生物學等學科密切聯系。該課程授課時間為大三第二學期，總學時為48個學時，學分為3個學分。本課程通過介紹高分子發展概況、高分子材料合成設計進展及具有特殊功能的高分子材料，旨在讓高分子專業學生了解當前的高分子材料領域的最新研究成果和發展趨勢，達到開闊學生視野、提高學生從事高分子材料研究興趣的目的，從而為高分子專業學生的職業規劃提供更好的幫助和指導。通過本課程學習，學生系統掌握高分子材料的基礎理論和實際應用的知識和方法，了解高分子材料學科的前沿理論及高分子材料行業新工藝、新技術、新產品和新設備的發展動態，具備一定的國際化視野、結合浙江省及杭州市產業發展需要參與國際競爭和合作的能力。本課程旨在提高學生分析問題和解決問題的綜合能力，使其初步具備良好工程素養、科學創新思維和獨立獲取知識的能力、實際操作和實踐動手能力，滿足“學術型”“復合型”“應用型”人才培養的教學需要。

一、教學內容的設計

雖然杭州師范大學高分子專業發展歷史較短，但其培養目標明確、專業特色鮮明。專業定位于培養能適應現代社會、經濟、科學發展需要，并具有創新精神和實踐能力的高分子材料與工程專門人才。結合師范院校的特點，在課程設置上，尤其注重培養學生學習的主動性和積極性，以及講授知識的能力。事實上，當前社會不僅對人才的專業技能要求較高，對人才溝通表達能力的要求也不斷提升，發揮師范院校的優勢，培養學生在具備教學能力的同時引導學生將該能力用于專業技術交流上，使培養出的學生更具有現代競爭力。

由于當前高分子材料領域發展非常迅速，高分子材料與電子、信息、生命、醫學、能源等多個學科存在深入而廣泛的交叉融合，因而高分子材料的知識結構也在隨著其他學科的發展而迅速變化。為了適應高分子材料知識更新快的特點，不僅需要在課堂教學中介紹完整的知識體系，而且要將相關領域的前沿進展引入教學中，了解高分子材料領域的新發展方向和熱點，培養學生具備探索和應用研究的能力。例如，課堂首先需要對高分子材料基本知識及概念進行講授，對傳統高分子材料如通用塑料、工程塑料、橡膠、纖維、涂料等進行系統授課，使學生系統掌握各種常見的高分子材料合成、制備、特性及應用場合，建立較為完善的知識體系。在此基礎之上，對目前高分子材料科學前沿熱點領域進行授課，引導學生關注科技最前沿熱點，培養科研興趣。例如，近年來日新月異的柔性電子產品的出現開辟了未來電子領域的新前景，在信息、能源、醫療及國防等領域顯現出了巨大的應用潛力，如柔性電子顯示器、有機發光二極管、薄膜太陽能電池板、柔性傳感器等。其中，傳感器作為柔性電子器件的核心部件，在運動監測、人機交互、疾病診斷、健康監測等方面發揮著重要作用，成為當前柔性電子材料與器件主要研究熱點之一。因此，在教學中增加了高分子傳感材料專題，重點介紹高分子柔性傳感器的結構設計和傳感機制，以及在電子皮膚、生物醫療、人機交互和健康監測等方面的應用進展，并與科研團隊合作，在課堂中向學生展示各種高分子材料傳感器件實物，并對其傳感應用進行演示，極大激發了學生學習興趣，獲得較為理想的學習效果;在“納米自組裝材料”一章，作為一種新型的功能高分子材料，高分子自組裝材料由于其特殊的內部結構在藥物裝載和可控釋放等方面具有重要的應用價值。因此，在教學中歸納了聚合物組裝材料的概念、設計原理、表征技術以及相應的研究進展，向學生介紹各種納米組裝規整有序結構及聚合物自組裝材料在藥物運輸和靶向治療體系的醫用發展前景，從而開闊學生思維，提高學生的科研熱情。醫用高分子材料與我們生活息息相關，醫用材料由于在人體內使用，對其生物安全性、生物相容性及功能性都有全面系統的要求，通過向學生系統地介紹各類體內、體外醫用材料制備、加工成型過程及應用領域，使學生對醫用材料這一快速增長的新興領域有了較為全面的了解。此外，以抗疫中的高分子材料為主題，向學生介紹抗擊新冠疫情中高分子材料所起到的重要作用，如醫用口罩中的聚丙烯熔噴布的生產制備過程及其工作原理。另外，針對抗疫中最重要的醫療設備體外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO）中的核心材料，高分子膜肺材料成分、制備、工作原理及目前國產化的瓶頸問題，不僅使學生獲得相關專業知識，同時培養學生服務社會的意識以及高度的社會責任感。

二、教學模式的實施

長期以來，我國高校課堂教學的基本模式可以說是“單向灌輸式”占主導地位，課堂上只有教師對知識的單向傳遞，沒有學生接受、理解、運用知識的信息反饋，禁錮了學生的創新思維和探索能力。因此，本課程教學中需要改進教學方式，引發學生思考，調動學生的積極性，讓學生成為主體，逐步培養學生探究式的學習習慣。

本課程主要通過課堂講授為主，輔以問題提問，結合網絡視頻資料和多媒體圖片動畫演示方法等進行教學，吸引學生注意力，啟發學生科研思維，從而提高課堂教學效果。此外，每章結束，布置相關主題課外調研作業，學生需要自主查閱國內外資料，形成調研書面報告，拓寬其知識面。最后，本課程還創新性地引入學生自主專題講座模式，為學生選定高分子前沿領域相關材料，學生查閱文獻組織專題講座，使學生學習模式從傳統的被動、“灌輸”型轉為主動、自主型學習，學生學習積極性空前高漲。

1.教學中充分利用互聯網，充實課程內容。互聯網在高校教學中有利于提高學習者自主學習能力和加強師生間互動交流，推動教育發展的多元化。因此，在教學中采用線上線下混合式教學，每一章節結束，推薦學生學習相關的網絡教學資源，充實課程內容，豐富學生的知識體系，體現互聯網+優勢;提前預習，課堂提問，以問題為驅動，啟發學生思考，主動參與課程討論，同時針對課堂回答的不足，教師給予及時講解和補充，這體現了課堂教學充分關注學生的發展，突出學生主體地位，尊重學生的思維發展，不僅讓學生全面透徹地掌握課程知識，同時提高了學生學習的積極性和創造性;根據每一章節的專題內容，關聯最新的科研成果，組織學生分組進行文獻調研，并以課程匯報和教師點評的方式展示這類高分子材料的前沿領域和未來發展趨勢，讓學生既能認識到這類高分子材料的重要性，提高學習積極性，又能讓學生了解到最新的研究成果，提高科學研究的興趣;課后作業是對課堂知識的鞏固，培養學生思考的能力。基于課程講授章節，布置習題，幫助學生課后鞏固，同時教師根據反饋的教學結果，即時調整教學方式。

2.教學中創新性地開創了學生自主講座環節。教師有針對性地選擇特定主題，對學生進行分組，準備相應自主講座課件。本課堂所選擇主題既包括高分子材料一些最前沿熱點領域，如有機太陽能電池，液晶高分子材料、生物醫用高分子、可降解高分子材料、形狀記憶高分子材料，同時也包括傳統高分子材料，如通用塑料、工程塑料、特種塑料，天然橡膠及人工合成橡膠、聚合物薄膜、聚合物纖維材料、高分子涂料等，使學生既能了解高分子科學前沿發展情況，又能系統掌握高分子材料基本知識。學生課外積極查閱國內外文獻資料，或者請教從事相應課題研究的教師及研究生同學，準備講座課件。在課堂上拿出部分時間，安排小組學生講解專題課件，同時對其內容開展課堂討論，進一步加深及拓展所選定主題的相關知識。這種新的教學模式使得學生學習狀態從傳統的被動、灌輸型轉為主動型學習，學生學習積極性空前高漲，取得了非常好的教學效果。

3.注重實踐教學。當今社會對高分子學科人才的要求越來越高，企業更關注學生的創新能力和實踐能力，因此在教學中，引入實踐教學，注重對學生獨立研究和開發能力的培養。我校的高分子材料與工程專業依托有機硅化學及材料技術教育部重點實驗室和高分子材料市級重點實驗室以及專業教師團隊長期從事的科學研究工作，確定了以“有機硅高分子材料”和“綠色高分子復合材料成型加工”為兩大特色方向，充分發揮地方性院校積極服務地方經濟的主動性。高分子材料與工程專業是杭州師范大學2006年開辦的應用型人才培養專業，2012年開始調整為第一批招生。該專業培養方向結合浙江省高分子新材料產業現狀和發展需求，通過校企合作、教研協同、師生互動的人才培養模式，培養具有創新創業能力的高分子材料專業人才。近年來，專業影響力穩步提升，先后被評為校特色專業（2012），杭州市“產學對接”特需專業（2014），浙江省特色專業（2017），2019年獲批國家首批一流本科專業建設點，在全國師范院校同類專業排名第三位。與省內外和國內同類高校的相關專業比較，本專業具有學科支撐強（浙江省一流A類學科，連續5年ESI排名均進入全球1%）、產學對接密、師資力量好、硬件設施優等優勢。專業開辦以來，生源質量穩步提升，招生人數逐年增加，招生范圍跨越浙江、河南、云南等多個省份。高分子材料與工程專業尤其關注對學生創新與實踐能力的培養，擁有良好的師資條件和完善的硬件設施，本科教學專用實驗室2000m2，2012年—2018年，投資近3000萬元，進一步完善了科研教學大型儀器平臺，可以開展高分子材料相關的各類專業實驗課程。該專業同時配備了工廠級的實習專用設備，擁有大型雙螺桿擠出機、注塑機、高分子拉膜、吹膜機器設備、木塑加工生產線、金工實習設備等教學專用設備，加強對學生實踐創新能力和工程意識的培養。此外，本專業還在杭州高新橡塑、浙江萬馬高分子、浙江巨化新材院等8家行業龍頭企業中設立校外實習基地，滿足專業工程實踐教學的需要。最后，在實踐教學中，高分子材料與工程專業各研究團隊向學生開放實驗室，大力鼓勵和支持學生以科研助理方式參與教師科研課題，吸引有興趣的學生，提升學生的科學素養。近年來，以本科生為負責人申請并獲得多項國家級大學生創新創業訓練計劃項目和校級本科生創新能力提升工程項目的支持，均取得較好成績，為本科生就業和考研打下了堅實的基礎。

三、考核形式的改革

“高分子材料進展”的課程目標是讓學生了解高分子材料領域最新的發展方向和熱點，掌握具有特殊結構和功能的高分子材料概念、設計及合成制備的理論基礎和基本分析方法，構筑功能高分子結構—性能—應用關系，培養學生初步分析和解決功能高分子材料領域相關問題的能力。傳統考核方式注重學生對知識的系統性和全面性掌握，往往采用閉卷考試的模式，然而本課程知識更新較快，閉卷考試的考核模式容易導致學生采用死記硬背的學習方式，很難培養學生的創新能力，降低學生學習的熱情，無法達成本課程最終的課程目標，且對學生以后的擇業就業選擇無法起到任何實質性的幫助，因此，有必要對本課程的考核方式進行改革。本課程學生的總評成績由平時成績和期末成績兩部分組成，平時成績占總評的40%，包括上課出勤、課堂作業和回答問題，對于評價學生的知識掌握與運用能力具有重要參考價值，不僅是考試的重要補充部分，還可以提高學生參與課堂教學的積極性。期末成績占總評的60%，采用課程主題匯報和課程小論文的方式。通過制定與課程相關的主題，推薦學生閱讀最新的科研成果，學生通過課程主題匯報的形式展示，并撰寫與匯報內容相關、格式規范的研究進展小論文，這不僅激發了學生的學習興趣，促使學生靈活運用掌握的知識，學會分析問題和解決問題，同時，培養了學生主動學習和查閱文獻、整理資料的能力，對學生的言語表達能力也是一種促進。另外本課程的授課對象是大三下學期的學生，有些學生已經提前開始準備畢業課題，這種考核模式有利于指導學生畢業論文的開展，鍛煉了學生的科研創新能力。在課程改革實施過程中，學生對高分子學科的前沿發展領域表現出濃厚的興趣，積極進入教師課題組從事相關科研課題，提高了運用理論知識分析、解決實際研究問題的能力。