新工科背景下應用型地方本科高校高分子材料創新綜合實踐教學改革

蔡松韜 羅建新＊ 李文軍 肖湘蓮 李艷花

（湖南工學院材料科學與工程學院，湖南 衡陽 421002）

0 引言

為了主動應對新一輪科技革命和產業革命，我國高等工程教育在“復旦共識”“天大行動”和“北京指南”改革的背景下提出了“新工科”建設。“新工科”建設是以創新驅動發展、學科交叉與融合、協同育人為主要途徑，培養具有工程實踐和全球視野的創新型工程人才。2017 年，教育部在復旦大學召開的高等工程教育發展研討會中提出，“新工科”建設中地方高校要對區域經濟發展和產業轉型升級發揮支撐作用。新材料領域是國家大力推動重點突破的制造強國的十大領域之一，而其中功能高分子材料、先進復合材料為該領域的發展重點。近年來，我國高分子產業得到了飛速發展，而產業結構也從單一的高分子合成、改性加工向新型高分子基復合材料發展，社會迫切需要大量高素質、具有高分子材料與工程背景的高級技術人才。但由于現行高校高分子材料與工程專業的實驗教學的教學模式存在內容結構單一，開放型、創新型等三性實驗開設較少的現狀，不能夠符合當前創新型應用技術人才的培養需要，因此，高分子材料與工程專業的實踐教學尤其是專業創新綜合實踐的開設尤為重要。高分子材料創新綜合實踐是高分子材料與工程專業本科生在主修完四大基礎化學和基礎化學實驗、高分子材料與工程相關專業課程后開設的一門創新綜合性實踐課程，其是高校高分子材料與工程專業人才培養方案中實踐教學的重要環節。為了適應“新工科”建設的需求，落實創新型工程技術人才的培養要求，湖南工學院高分子材料與工程專業教學團隊探索性地開設了高分子材料創新綜合實踐課程，結合區域經濟發展和產業轉型升級和學校專業人才培養方案的實際情況，對專業創新綜合實驗進行了改革和實踐。本文結合教學實際，對高分子材料創新綜合實踐課程教學改革作探索。

1 當前高分子材料專業實踐教學的背景及現狀

高分子材料綜合實驗是根據當時學校學科發展和社會專業需求在2012 年所開設的。在此之后的幾年里，根據我校人才培養方案和專業方向的要求，在專業創新綜合實驗中針對合成改性和成型加工兩個不同方向分別突出了高分子合成與表征、高分子材料加工與性能表征等實驗設計，并將該課程更名為高分子材料創新綜合實驗。從2016 年起，該課程利用現代信息技術開展混合式教學改革；開展了面向工程應用的教學模式探索，明確了課程開設形式、課程模塊、課程內容和考核評價方式；2019 年，湖南工學院高分子材料與工程專業獲批湖南省一流本科專業建設點，課程團隊基于OBE 理念，重構了課程知識體系，建立了課程目標矩陣和達成度評價機制，并實施了課程考核方式的改革。

“新工科”建設提出了全面推進高等教育工程教育改革的新路徑，為了適應高分子新材料行業發展對人才培養和產學合作協同育人的需求，高分子材料創新綜合實驗在課程專業知識構建、提升學生的工程實踐能力，培養學生綜合運用知識并分析解決實際問題的能力上做出了諸多改進。但是在實踐課程的設置與學生創新綜合能力的培養仍存在一定脫節，實踐教學的評價體系有待完善，不能適應“新工科”建設的要求，與此同時，社會區域經濟發展和產業轉型升級對于高分子專業的人才需求也有所變化。因此，作為地方高校為了更好地培養學生綜合運用知識的能力，養成學生科學的思維方法，提高學生的實踐能力，專業創新綜合實踐教學需要進一步持續改進。

2 專業創新綜合實驗改革內容

2.1 實驗項目建設

高分子材料創新綜合實踐是“高分子化學實驗”“高分子物理實驗”兩門專業基礎實驗的延續和提升。高分子材料創新綜合實踐將劃分為綜合型、研究型和創新型三個層次。其中，綜合型以結合高分子工業生產流程，讓學生在高分子合成、物性表征、材料加工等各個環節親自動手，體驗和真正理解理論課程所講的高分子材料的知識；研究型則是給學生一個機會，讓他們在一定的實驗主題下，獨立進行實驗設計、實施、觀察和總結；創新型則比研究型實驗提出更高的要求，體現當今高分子科學與工業的前沿，將一些研究或者是工業上的前沿問題作為實驗主題，開展科研型的實驗，可以讓學生把研究型實驗和大學生的科技創新競賽相結合。

為了適應“新工科”建設及應用型地方本科高校發展的需要，培養出為地方區域經濟發展服務的人才，2019 年，我校課程更名為高分子材料創新綜合實踐，拓展課程內容，涉及前期調研、方案設計、實驗研究、性能檢測和工程應用整個產品開發應用流程。在實踐教學的項目設計上，致力于與脫貧攻堅、鄉村振興、區域經濟發展和產業轉型、環境治理、“碳中和”等國家和地方戰略結合，并積極開展課程思政，打造創新性、應用性為一體的專業綜合實踐課程。高分子材料創新綜合實踐圍繞衡陽地區茶籽殼綜合利用情況及其高效吸附劑的開發和應用、農業廢棄物稻殼粉的綜合利用情況調研及其3D 打印應用開發、農作物秸稈綜合利用情況調研及低成本禾塑復合材料的開發、廢油脂再利用情況及其轉化制備生物柴油技術開發等課題設置專業創新綜合實踐項目，加強對學生工程實踐能力和創新能力的培養。課程的實施總體分為調研、研發、應用三個階段，通過前期調研，深入企業、鄉村等基層一線，了解農業廢棄物、廢舊塑料再利用、水污染等實際情況，進一步開展相關文獻資料調研，掌握以上廢棄高分子材料再利用技術和相關水污染治理技術的方法。在研發階段，根據研發方案，利用相關設備制備相關樣品，并進行相關表征和性能測試，優化配方設計和工藝參數。在應用階段，根據研發階段的最佳配方和工藝，展開相關應用研究，并獲得最佳應用條件和改進措施，撰寫相關實踐報告和科技論文。

2.2 改革教學模式

現代的教學理念，是鼓勵開展啟發式和互動式的教學模式，從根本上改變“老師講，學生聽”一言堂的傳統教學模式，建立以學生為中心的實踐教學模式。教師從“主角”變為“導演”，將學生從“觀眾”變為“主角”。在實踐課堂中讓學生從前期調研環節開始樹立“主人翁”意識，建立獨立思考、開拓創新的課堂氛圍，以團隊小組為單位積極主動參與完成實踐項目，讓學生在項目實踐中既有體驗更有收獲。實驗講義將不單純是一本詳細羅列實驗步驟和工藝參數的指導書，而讓老師可以借助實驗講義，引導學生先提出問題，指導學生去社會調研、查閱文獻、設計、探索解決問題的方法，然后由學生自行設計實驗方案，經與教師指導、確認后，準備實驗原料器材并完成實驗。在實驗課堂上，教師不僅是“指導者”，更是“合作者”，要引導學生發現實驗中的新現象，允許學生提出新觀點，和他們共同探討。對創新綜合實踐項目小組成員做出合作完成的要求，在考察實驗參數對產品物性的影響時，可以采用一個小組完成一個參數的變化，每個小組的實驗參數都不同，最終將所有小組的實驗數據共享，根據每個小組的實驗參數和產品物性的表征結果，優化出最佳的實驗參數。

此外該課程通過社會調研、行業調研、文獻檢索、方案設計和工程應用等環節，將社會實踐和專業實踐相融合。通過微助教上傳國家行業政策、國家和相關行業標準、農業廢棄物、廢塑料、廢油脂、重金屬污染、3D 打印等相關文獻資料20 個；上傳有關調研方法、文獻檢索方法、圖表繪制方法、儀器設備操作方法、產品生產流程等視頻資料，合計共50 個。充分利用信息化手段、計算機技術和信息檢索工具，采取線上—線下相結合的指導方式，強化綜合性實踐活動。引導學生培養自主創新學習的意識，提升主動解決工程實踐相關項目的能力，并提高了學生對專業學習的興趣。

2.3 完善評價機制

根據高分子材料專業創新綜合實踐本課程的特點，培養學生綜合應用能力，包括文獻資料的查閱方法、實驗方案的設計方法、開題報告的撰寫方法、PPT的制作方法與答辯技巧、實驗儀器設備的操作方法、實驗數據的處理方法和科技論文的撰寫方法等。以供學生根據自身需要，在課前和課間進行自主學習，達到分層次培養的目標。在現有實驗室開放的基礎上，學生可根據需要開展實驗；再利用“慕課”和“微助教”等師生交流平臺，實現學生隨時提問、教師隨時隨地指導和監督的目的。根據課程大綱和課程標準，采用“開題報告、實踐活動、實踐報告、科技論文（或研究產品）”多維度考核方式；其中，開題報告占20%，實踐活動占40%，實踐報告占20%，科技論文占20%。開題報告和實踐活動的成績由任課教師和小組同學共同評定。同時可通過師生交流情況，結合教師點評、學生互評和自評，建立一種旨在挖掘學生潛能來促進其自主實驗的評價機制。引導學生盡早進入專業實驗室或實習企業。

3 結語

面向“新工科”建設的高分子材料創新綜合實踐教學改革探索，是構建高分子材料與工程專業工程教育的重要實踐教學環節之一。從近年來地方人才需求和學生畢業招聘情況來看，越來越多的企業需要招聘有工程實踐背景的高分子材料與工程專業學生，而高分子材料創新綜合實踐是一個專業性和社會性相結合的創新性綜合性實踐過程，客觀上也需要本課程適應“新工科”建設并服務區域經濟發展和產業結構轉型而改革。高分子材料創新綜合實踐通過課程團隊八年的持續改革和建設，本課程的及格率和優良率逐年增長，并于2021 年獲批湖南省一流課程，學生的創新創業能力得到較大提升，主持創新創業訓練項目18項，其中國家級4 項、省級9 項；參加發表科研論文19篇，在各類競賽中獲得獎勵120 余項。高分子材料創新綜合實踐課程的改革發展，不僅提升了學生的專業綜合知識和動手能力，并且激發了學生參與專業的實踐熱情，從專業角度解決實踐中問題的深刻內涵，其既提高學生的工程實踐能力和創新創業能力，又為深化單元課程改革提供參考。