基于高分子加工工程能力提升的教學改革

張世杰，黃軍左，齊民華

（廣東石油化工學院材料科學與工程學院，廣東茂名 525000）

材料科學是科技發展的物質基礎和核心內容，是現代人類文明的三大支柱之一，材料工業的發展水平長期作為重要標準用來衡量人類社會文明程度。高分子材料作為新興材料品種，雖然發展歷史短，但發展速度驚人，已廣泛應用到國民經濟的各行各業[1]。中國已將材料科學技術列為21 世紀優先發展的關鍵領域之一，被納入“十三五”國家戰略性新興產業發展規劃和國家重點專項規劃。近年來，中國在高分子材料的開發和綜合利用方面發展神速，已建立起完善的高分子材料研究、開發和生產體系。

高分子材料主要包括塑料、橡膠、纖維、膠粘劑和涂料等品種。除涂料、膠粘劑等類型無需成型加工可直接使用外，絕大多數高分子材料均需采用相應的成型方法加工成制品。在成型過程中，聚合物在溫度、壓力及時間等因素作用下，導致分子鏈發生降解、交聯以及其他化學反應，使聚合物的聚集態結構和化學結構發生改變，進而影響到高分子材料制品的外觀形狀和內在質量。故高分子材料的成型加工過程是決定高分子材料最終結構和性能的重要環節，也是高分子材料專業教學的重點內容。由于高分子制品在生活中隨處可見，故工業界對于高分子材料成型加工專業畢業生的需求量很大，對于高校高分子專業成型加工課程建設和畢業生工程能力培養提出了越來越高的要求[2-3]。

人才是推動經濟社會發展最重要的因素。中國高等教育經過多年擴招，已進入大眾教育階段，傳統教學模式導致用人單位對畢業生的滿意度降低。畢業生找不到合適的工作而用人單位招不到所需人才。高等學校的職責是為國家建設提供強有力的智力支撐和人才保證，根據《國家中長期教育改革和發展規劃綱要（2010—2020 年）》文件精神，高等學校必須以基本素養和工程技術實踐能力培養為重點，從教學和實踐兩個環節培養學生的工程實踐能力，使畢業生更加符合社會需要。如何讓學生擁有創新應用能力和工程能力成為高等學校人才培養工作的核心內容。

1 高校對畢業生高分子材料成型加工工程能力的培養現狀

所謂大學生的工程能力，就是學生能夠綜合運用所學過的所有相關知識和技能，對復雜工程問題進行分析，思考解決方案，統籌調配資源，將多學科知識進行組織、研發，并能根據研發結果不斷修正研發方案，直至培養學生養成解決實際工程問題的能力。

高分子成型加工行業屬于制造業范疇，雖然技術更新換代速度不及網絡、軟件等行業，但普遍存在規模較小、技術力量薄弱、從業人員知識層次不高等問題，又要面對千變萬化的用戶需求、成千上萬種產品、對成本較為敏感等現實問題，對于包括大學畢業生在內的從業人員解決復雜工程問題的能力提出了越來越高的要求。同時高分子成型加工行業作為一般利潤率行業，極易受到材料成本、用工成本等因素影響，亟需產業升級換代、提高自動化水平、控制成本、提升產品層次等方面開展艱辛的攻關工作。這也會對從業人員的工程能力提出很高的要求。

目前國內大多數開設高分子材料與工程專業的高校均會重點講授成型加工知識，開設了多門相關課程，但由于雙師型教師不足、成型設備和手段與工業生產現狀脫節、課時限制等原因，導致畢業生的成型加工工程能力普遍不足，入職后技術成長較慢，難以獨當一面，同時行業待遇水平缺乏競爭力、工作環境較為臟亂，故新入職大學生轉行比例較高。畢業生作為高校的“產品”，高校需要根據工業界客戶的需求，加強對畢業生工程能力的培養，雙方攜手促進高分子成型加工行業的健康發展。

為了迎接新工業革命對高等工程教育的挑戰，人們更加關注教育投入的回報與實際產出的現實需要，成果導向教育（OBE）在美國、英國、加拿大等國家已成為教育改革的主流理念。基于學習產出的教育模式（Outcomes-based Education ，OBE），作為一種先進的教育理念，于1981 年由SPADY 等人提出。OBE 強調如下4 個問題：我們想讓學生取得的學習成果是什么？為什么要讓學生取得這樣的學習成果？如何有效地幫助學生取得這些學習成果？如何知道學生已經取得了這些學習成果？OBE 的5 個實施要點分別為確定學習成果、構建課程體系、確定教學策略、自我參照評價、逐級達到頂峰[4-6]。

2 基于最新案例的本科生高分子材料成型加工工程能力的課堂教學改革

雖然目前高校在成型加工課堂教學中會采用大量實例進行知識傳授，但例子普遍較為傳統和普通，無外乎各種傳統產品的成型工藝，難以吸引學生的注意力，調動學生的積極性。但通過采購特殊成型設備，引入實例教學，不僅投資較大而且面臨就業單位中常規成型設備占絕大多數的現狀，所以實用性不高[7]。

在有效利用現有成型加工教學設備的前提下，通過采用最新案例，改革課堂教學形式，調動學生的積極性和參與度，培養其解決實際工程問題的能力，是一種切實可行的教改思路。

例如，2020 年初由于疫情發生突然，社會對于口罩的需求量在短時間內激增，導致口罩生產所需的熔噴布專用料（特種聚丙烯）極度短缺，并嚴重影響到口罩的供應量和防疫工作的開展，全社會各行各業的人全都對于熔噴布專用料非常關注。以熔噴布專用料的制備為例，培養學生的工程能力。將學生進行分組，組內同學均有具體分工。充分發揮學生的主導能力，教師只是發揮側面協助作用。

發現問題。引導學生通過資料調研并結合已學過的相關課程知識，總結出熔噴布專用料與普通聚丙烯材料在分子結構、聚集態、物理性能等方面的顯著差異及產生的原因，并調研熔噴布成型過程，分析該過程對于聚丙烯原料提出的特殊要求。

提出解決方案。針對熔噴布專用料與普通聚丙烯間存在的顯著差異，由學生設計熔噴布專用料的制備思路。每組同學準備講演PPT，并派出代表在課堂上進行介紹，由其他組同學進行提問，開展交流。課堂討論結束后，同學們對自己的制備工藝路線進行修訂。

設計實驗方案，開展實驗。教師協助學生開展試驗工藝路線的設計，原料準備和研發過程。每組同學編制提交研究報告，并在課堂上進行宣講和互評工作。

教師點評。教師根據每組同學的實驗結果，從產品物性、經濟性、制備路線合理性、環保性等方面進行點評，指出方案及制備過程中存在的缺陷及有待改進的問題，加深學生對知識和能力掌握的深度和廣度。

完善實驗。學生根據教師的點評，對自己小組的優選制備工藝進行修訂并開展再次實驗，并對實驗結果進行自評，分析性能改善的影響因素，提交最終修訂版的研發報告。

總結學生所獲得的能力。組織學生開展對自己是否獲得相關能力提升的總結分析。學生總結自己在項目研發的五個階段中所經歷的波折，在出現問題和與預期間存在偏差后如何思考和發現解決辦法（如何發現問題、查找文獻、修改方案、重復試驗、樣品分析等），及對于研發過程的反思。通過以上總結和歸納，學生能夠更科學地看待整個研發歷程，獲得系統性能力提升。

通過以上6 個步驟，學生認真調研文獻，發揮主觀能動性，回想組織所學過的專業相關知識，制定制備方案并開展研發工作，對實驗結果進行評價，再修訂實驗方案，開展再次研發，直至獲得最優成果，培養學生在較接近真實工廠情況下解決復雜工程問題的能力。同時組內同學各司其職、緊密配合，也鍛煉了學生們的合作精神和協作能力。

3 展望

通過在課堂教學中引入最新案例，引導學生深度參與其中，積極查找篩選文獻，對已學過的相關知識進行歸納總結，自行制定和修改試驗方案并開展試驗工作，讓學生在類似于企業研發環境中開展研發工作，按照市場要求對實驗結果進行評價，以獲得真正的工業化產品，培養、提高學生解決復雜工程問題的能力。