工程教育認證背景下《聚合物合成工藝學》教學改革與探索

劉 靜 王 軼

(桂林電子科技大學 材料科學與工程學院 廣西 桂林 541004)

0 引言

二零一七年二月,國家教育部高等學校司印發《有關深入開展新工科研究與實踐的通告》,確定進一步深入開展新工科研發和實際活動,這也標志著新工科建設工作由基礎理論到實際層面的全面鋪開。《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010-2020年)》中也明確:高等學校要全面改善高等教育辦學管理水平和人才培養質量等核心問題。目前,中國高校教育仍在長期強調傳統課程邏輯下的知識授受,灌輸學生多而探究少、教授多而啟發少、重視分數多而重視能力低,在培育高素質、寬口徑、厚基礎的復合專業人才和多層次創新性人才培養上明顯無力,招致高教界備受批判和詬病[1]。黨的十九大報告指出,要“推進優質高校和一流學科創建,促進高等學校內涵式成長”[2]。要推進新工科、新醫學、新農科、新文科的建立,做強頂尖學科專業、創建一流學科專業、培育頂尖人員,全方位振興本科教學,全面提升高等教育人才培養實力。積極引導各地院校實現分類發展、特色發展和內部結構優化,在服務于當地區域經濟發展中建立一個面向未來、滿足需要、推動發展、理念領先、保證有力的頂尖本科生綜合專業。而當前,在“一流學科專業建設工程”和“工程教育認證”的要求下,我校高分子材料與工程專業的建立與蓬勃發展也面對著巨大的未來發展機會和艱巨的挑戰,培育能滿足國民經濟建設和行業需要的“高級應用型工程技術人才”,已變成學校本專門的主要教學發展任務。因此,根據其所擔任的《聚合物合成工藝學》課程教學過程中問題,以“科研反哺教學”為主要的改革手段,探討其在《聚合物合成工藝學》課堂教學創新中的經驗和研究成果。

1 《聚合物合成工藝學》改革的必要性

大學課程是中國人才培養的基礎要素。在“一流專業建設”和“工程教育認證”的新發展條件下,課程改革以輸出為引導、以學習者為中心的核心理念,完善課程與學生的能力結構之間的對應關系。高分子材料是中國當今最主要的材料之一,并以其加工性好、密度低、硬度高、成本低等優勢,被廣泛地運用到了國民經濟的各個產業當中,如機械制造業、生物醫藥領域、城市軌道交通、航空航天、智能材料領域等,是與人們生活、工業離不開的重要物質。而放眼于高分子材料學科教育,可以看到的高分子材料品種很多,而且科技發展更新較快,應用范圍也在日益擴大,但是由于這種實際的實踐經驗并沒有及時反映在高校的理論知識教學之中,出現了理論落后實用的狀況,與科教脫節,非常不利于培育相關人員。可以說,高分子材料類學科改革工作已切身地關系到經濟社會的建設發展,要以經濟社會需要為目標,優化課程,提升教學質量,形成動態的課改模式。運用線上線下混合教學、網絡信息技術、大數據分析等,為課改管理工作創造科技保障,并以此推動學科改革工作的全面開展,將其變成現代人才培養的科學推動器。高分子材料的教育變革離不開網絡、自媒體等,其既是網絡時代發展給我們的機會,也是一個挑戰。[3]

2 《聚合物合成工藝學》學情分析及現狀

《聚合物合成工藝學》是高分子材料學科中的專業基礎核心課程,其內容涵蓋了樹脂、橡膠、纖維及多種功能高分子材料等各種常見高分子材料的反應工藝、發展歷史、理論研究進展、工業制備方案等,是開展的科學研究、開發設計等方面工作所必不可少的重要理論基礎知識,是一個理論性和工程實用性都較強的課程。[4]

本課程通過對常見高分子材料的化學組成與制備、工藝特點及使用情況、各種材料技術發展動向等的系統教學,主要目的讓學習者全面掌握高分子材料的工程設計方法、基本構造與重點研究,并著重了解高分子材料的微觀構造特征和從宏觀角度使用效果間的相互關聯,從而具有了“從高分子鏈結構方面來研究各種材料特性及使用特性”的基本能力,既可以因地制宜地物料選擇和材料配方設計工作,并可以對新發展的新建筑材料、新產品、新工藝等技術加以合理地分類和運用,在真正意義上做到了培養學科基礎堅實、工程技術應用能力強大的專門工程技術人才。

2.1 《聚合物合成工藝學》教學的學情分析

在實施教學之前,必須通過學情分析,要仔細分析學生的學習基礎,重點包括學生的認識基礎、方法基礎、經驗基礎等;教學過程,重點內容包括學生的學習方式、學習習慣、學習興趣、學生個性;《聚合物合成工藝學》是學校面向高分子材料專業學生而設立的學科核心基礎課程之一,根據高分子材料科學與工程專業人才培養方案的規劃,教學安排在大四上學期,該課程從材料的高分子化學合成、到材料性能、到產品生產流程設計與應用、到最后材料加工的最新研究進展,涵蓋了許多方面知識領域,是一個內容體系完備、綜合性較強的材料學科基本教程。此時大四年級已經初步接觸高分子學科的絕大多數理論知識,了解過此類綜合性科目的復習方式,系統性學習的方法,不過由于這階段學生面對研究生考試、就業的壓力,對專業學業不積極,成績出現二極分化的現象突出,班級之間的學業情況已經出現顯著的差別。通過設置相應的課堂教學、案例分析,激發學生的學習積極性與熱情,引導他們逐步養成有利于各自成長的學習習慣與學習風格,從而建立了團隊互助、合作學習共同進步的良好氛圍,同時利用課堂教學過程與研究,可以即時了解學生的學習動向,并適時做出教學方法的重大改變,實現了真正的因材施教,以實現了該課題的培養目標。

學生學習效果的評估是教師教學工作是否如按照畢業要求進行的關鍵衡量方式。傳統課堂中的學習效果考核主要包括教學問題、課后作業、期末考核等,評估手段與考核制度并不完善,沒有與時俱進,沒有貫徹以學生為中心的指導思想,不能充分體現在現有教學條件下對學生的社會基礎知識、綜合素質、工程運用技能的訓練目標。在教學過程中,通過翻轉式學習、自由組合等教學手段,通過案例教育,激發他們的學習積極性,并及時肯定他們在學習過程中成績最明顯和優秀的方面,同時又要及時發現并改進他們在學習過程中所存在的困難,從而亡羊補牢,爭取在教學任務完成時讓每一個同學的知識與技能都有所提升。

2.2 《聚合物合成工藝學》教學的現狀

在實際教學過程中,本課程主要涵蓋了各類合成高分子產品制造過程,但有些教學內容枯燥、多且零碎,且學習者往往僅僅看到生產流程示意圖,對于實際制造過程涉及到的儀器設備往往只是憑空想象,傳統的教學方式也無法充分調動學生的學習興趣。實際教學過程中也不能充分體現學習者在“學”的中心地位,教學模式單調。此外,由于合成高分子材料制造科技發展速度很快,原有課程已經很久未見過新版,故更新速度滯后;在實際教學的講解上則更多地偏向理論,對于最新的生產工藝流程、市場需求、實際應用等講解也較少。課堂教學的考查手段與形式也比較簡單,造成學習者對書本內容的依賴性比較強,對書外的知識主動掌握能力比較欠缺,從而無法考查學習者對專業知識的綜合使用能力,也不利于學生能力的培養。

為了順應新時代的發展和“新工科”建立、質量認可改革的需要,本學科對此課做出了大膽變革,形成了全新的課程體系,使此課的教學結構、講授教學內容、實踐方法、評價標準等均進行了很大的變革,能促使學生知識、能力、職業素養等全方位發展,并培養富有科學創新精神、實踐創新能力的高層次人才。希望通過完善教學模式與組織形式,改變考試方法,進一步加強教學改革,真正推動教學革新,讓枯燥的理論知識更加使學習者容易接受,使學生的學習從被動走向更加主動,同時培養和訓練學生的科學思想與創造力。

3 《聚合物合成工藝學》教學思考及探索

高分子材料工業發展至今已有百余年歷史,隨著人類制造技能的提升,和人類對越來越豐富的高物質文化的要求,用途不同、琳瑯滿目、品種層出不窮的高分子材料大量涌現于人類的生活與工業之中。縱觀《聚合物合成工藝學》的課程內容,由于高分子材料技術更新較快、使用領域范圍日益增加,理論技術得不到及時增補與修訂,再加上人們關于高分子材料的認知日益增加,經濟社會關于高分子材料及其高分子專業技術人才的需求量也在持續增加,所以《聚合物合成工藝學》是一項亟待改造與開拓創新的學科基礎課,必須轉變傳統教學思想,適應經濟社會的動態要求,不斷更新與充實內容,實施動態課程改革[5],以切實培養出高層次的應用型工程技術人才,更好地服務于我國社會和地方區域的經濟發展。

3.1 《聚合物合成工藝學》教學內容設定

本文以《聚合物合成工藝學》教學內容其中一章——“高分子化合物的生產過程”為例來說明。本章課程的教學目的分別從知識目的、能力目的和素質目的三個方面來描述。知識目的:了解高分子化合物的制備過程的基本信息,以及了解到高分子材料制備過程中涉及的復雜過程問題的解決辦法,有多種方法可以選擇。能力目的:能針對研究對象或工藝過程建立合適的數學模型,利用掌握聚合設備的類型及其特點,如何選型以及應用。素質目的:對高分子物質材料合成工藝中涉及的復雜工藝問題的解決方案提供合理的處理方式,并會利用文獻研究成果尋找可取代的處理措施。

章節內容的教學側重和難度,分別為:以激發學生學習高分子合成工藝學的積極性,和掌握工業生產制備大分子合成的一般流程。同時結合案例,通過高度總結高分子生物合成的共同化的思維方法,給學習者一個深入的印象,為下一個學習階段奠定了歸納概括的思維方式。

3.2 《聚合物合成工藝學》教學創新設計

章節課程的創新設計見圖1。

圖1 高分子化合物的生產過程課程設計Fig.1 Course design of polymer compound production process

在課程教學中應避免“一言堂”的傳統教學模式,而通過啟發式課堂教學、交互式教學、課題引導型教學等方法,可以改善課堂,進而激發學生的主動性才能,改善學生讀書成績。因此,通過提問引導的課堂方式可運用于在學校做好班前準備。首先,在課前班后,老師根據此段課所教教學內容,運用網絡平臺,如雨課堂,給學生布置了一些課題,尤其是一些概念性的知識點。為了有助于老師掌握和判斷學生的預習狀態,在上課時還可對同學們做出有關內容的詢問。傳統的課堂,我們只強調了教師的“教”而忽略了學生的“學”,大多數學生對知識的接受是被動的。怎樣調動和培養學生對學習的主動性,這是作為老師必須深思,并尋找對這一傳統模式進行改造的方法。在現有的《聚合物合成工藝學》的教學過程中,改變了傳統的“課堂學習”方式,通過翻轉課堂、慕課學習、團隊案例分享等教學方法,使學生充分發揮學習主觀能動性,實現了多方位學習。一方面,在老師的引導下,就教學中涉及的主要知識點,按照教材,設計一些探究性項目,比如,“聚乙烯給人們的生活帶來什么樣的變化”,“砸不破的西瓜是如何實現的”,將這些生活中能見到的課程項目或知識點分配給學生,學生以小隊為單元,通過使用圖書室和網絡平臺尋找有關資源,在課堂教學和網絡平臺上相互交流,讓學生切實地動起來;另一方面教師把“教”的角色賦予學生,讓學生在講臺上展現“教”的角色,體會并總結怎樣才可以教育得好。通過這樣的環節既調動了他們自主學習的積極性,同時也增強了他們相互協作、合作研究式的學習意識。

3.3 課程思政

高分子材料涵蓋到了日常生活中的方方面面,不過因為現在社會普遍對材料學科還具有一些偏見,再加上大家對高分子材料專業領域的認識很可能還停留在平時看到的塑膠、包裝袋、輪胎等領域,所以學科認同感并不強。在介紹高分子材料應用情況時,我們著力闡述了高分子材料在提高人民生活水平和科學發展過程中的最新運用,以幫助他們認識所學專業和材料在經濟社會發展中的重要促進意義,從而增強了他們的學科認同感和自豪感。例如,在車輛輕量化發展領域,課程通過對車輛的內部結構進行了拆分,并著重介紹了車輛中合成高分子材料的使用情況和特性特點,并介紹了這些材料生產改性工藝發展歷程。通過對聚丙烯(PP)生產工藝和改性工藝的進展介紹,對PP材料結構強度和抗沖擊特性提高,所以目前轎車的前部保險杠和后備箱基本都是由合成高分子材料PP 所構成;采用發泡的成型工藝方法,制備多孔PP,有效的減小了PP的密度,增大了PP的比表面積,提升了PP 硬度。而汽車的內飾材料科技感也隨著材料的生產工藝和改性工藝的發展而越來越深入。汽車內裝主體塑料PP、聚碳酸酯(PC)和苯乙烯-丁二烯-丙烯腈三元共聚物(ABS)由于各自的性能和應用不同,通過調整材質表層的硬度,還能夠賦予與汽車內裝塑料制品良好的接觸感。導電高分子復合材料的問世也讓電子設備不再全部依賴于常規金屬導線,而且采用導電高分子復合材料還可以建立結構更復雜的傳導通道,極大的縮小了電子設備的尺寸,也大大增加了安全和實用價值。另外,通過調節彈性體、橡膠等大分子物質導電性和強度之間的平衡點,擴寬了光伏高分子材料的發展方向,使柔性電子折疊屏的應用變為了可能性。通過對高分子材料新應用的闡述與分析,學生可以更直觀地認識高分子材料。在促進人民生活水平與產業發展過程中的重要影響,對高分子材料的認知力增強,專業認同感增加,民族自豪感提升。

4 總結

新型工科背景下,中國社會對作為傳統學科的高分子材料及工程技術發展,提出了更高的需求。傳統學科、傳統課程也必須在新的歷史背景下能夠沖破傳統觀念,以自主與創新性進行教學改革。作為新課程的主要引導人,學校教師要根據當前社會、行業的發展新要求,對高分子學科人才需求不斷深人探討、并及時加以調整、充實教學的改革方案。改革的終極目的是為了調動學生學習興趣,努力提高教學質量,積極培育富有創新精神、高水平、綜合創新能力較強的人才培養,以適應當前社會、行業的發展需求,并共同推動我校本學科的建立與發展。