新時代《高分子化學》課程中實踐創新能力提高研究

＊呂鳳柱 胡應模

（中國地質大學（北京）北京 100083）

1.工科背景下《高分子化學》課程改革需求

2017年，教育部高等教育司發布《關于開展新工科研究與實踐的通知》，標志著新工科建設在我國已經從理論拓展到實際研究。學校以立德樹人為引導，以培養具備多元化能力和創新精神的卓越工程人才為目標，開展課程體系、人才培養模式、教育教學質量提升和分類發展體系等系列改革[1]。《高分子化學》課程是化學和材料領域都涉及到的一個理論性很強的課程，是大多工科院校都開展的課程，其是高分子材料、材料加工、復合材料等相關學科的一門重要的基礎課或專業課，也面臨著教學內容調整、教學方法改進的系列挑戰。《高分子化學》課程內容旨在讓學生系統理解高分子學科的重要概念、牢固掌握高分子科學的基礎理論，使學生較熟練地掌握高分子的合成、反應原理及控制方法，掌握高分子化學反應的特征，培養學生初步具有控制聚合反應及選擇聚合方法的能力，為應用高分子化學知識解決相關領域內的實際問題夯實基礎[2]。《高分子化學》在不同學科中所起作用不同，課時不同，尤其是在復合材料學科體系中，課時嚴重不足。這就需要在教學過程中，充分利用《高分子化學》課程的自身特點，在突出工科特色的基礎上，將高分子化學中涉及的合成理論和方法和工業生產過程相結合，和科學研究相結合，探索應用型人才育人新模式。最終在學生畢業時實現以下4個目標：（1）掌握高分子結構和本體材料性能之間的關系，能夠建立材料結構決定性能的唯物理論觀；（2）能運用高分子化學中的基本原理，借助文獻研究，分析高分子材料制備過程的影響因素，獲得有效結論；（3）能夠基于科學原理，通過文獻研究或相關方法，提出和分析出高分子材料在工程應用中出現問題的解決方案；（4）能夠站在環境保護和可持續發展的角度思考高分子材料和工程專業工程實踐的可持續性，評價產品生命周期中可能對人類和環境造成的損害和隱患。經過多輪教學探索，根據授課過程中學生的反饋，作者探索出系列提高學生實踐創新能力的方法，對于實現以上4個目標有很大的促進作用，應用過程中收到較好的效果。

2.《高分子化學》課程實踐教學內容質量提升策略

(1)理論課內容的篩分和講授

作為專業方向為材料、復合材料或相關學科的課程，《高分子化學》課時都相對較少；并且新工科背景下為了提高實踐教學內容，理論課內容相對縮減，為了應對以上變化帶來的不利影響，培養符合社會需求的多方位人才，把《高分子化學》和實際結合緊密，應用面廣的逐步聚合中的縮聚、連鎖聚合里的自由基聚合和聚合方法等內容重點詳細講解，把聚合機理與自由基聚合相同或相近的自由基共聚合、陰離子聚合和陽離子聚合的內容略講，并且與自由基聚合進行對比講授，只重點講授和自由基聚合差別較大的引發體系。而對于配位聚合和開環聚合則可以采用翻轉課堂對重點內容講授或作為補充內容讓學生自學。現在高校大都選用潘祖仁主編的《高分子化學》第五版，此版教材為國家級精品教材，受到同行的認可。圖1給出了這個版本設計的章節內容、利用所涉及內容制備的廣泛應用工業化高分子，以及據此劃分的高分子化學課上內容的講授級別。這樣通過對《高分子化學》理論課堂內容的篩分和分類講授，使理論課上教學內容精簡且符合實際需求，進而留出更多時間可以開展和實踐教學相關的內容，在有限課時內讓學生學到最多內容。

圖1 高分子化學課程內容和講授優先級別

(2)高分子化學課上學生實踐創新能力提高的方法和策略

學生實踐創新能力主要包括如圖2所示的總結概括能力、實踐動手能力和創新能力。高分子化學課中對這些能力的提高都提出了相應的策略和方法，具體為：

圖2 學生實踐能力提高的主要策略和方法

①學生總結概括能力的提高策略

學生對已有知識的總結概括能力，把握重點的能力是其自身創新能力提高的前提。只有有意識的從已有的知識把握重點、提煉出有用的信息，才會有后期源源不斷的發散思維，設計創造[3]。為了在《高分子化學》課上提高學生總結概括的能力，《高分子化學》課上增加了學生不拘泥于形式的總結每章的知識框架、提煉重點的環節。以大作業的形式要求學生可以采用框架圖、思維導圖、流程圖和羅列的形式總結每章的知識脈絡，根據老師上課講解情況，標注重難點及需要掌握和了解的知識點。這有助于提高學生總結能力、大局意識、把握重點的能力，為后期勃發提供基礎。此外，撰寫讀書報告對已有知識的總結和概括能力有更高的要求，需要學生把相近內容總結概括，也能最大程度的提高學生總結能力。因而對高分子化學理論課略講的開環聚合和配位聚合部分，提前布置讓學生結合一篇高檔次英文文獻撰寫簡短讀書報告。報告中要求學生提煉文獻中用到的方法和原理，制備步驟中每一步的作用和關鍵控制因素，最終材料特性和制備方法間的關系。這可以讓學生既有大局意識，又能抓住重點，深入淺出的掌握關鍵知識點。凡事看起來容易，做起來難，從方方面面讓學生自己動手，從細節深究原因，從表象探究本質，這對學生主動思維觸動會較大，會較快提升自己總結、提煉、概括能力，而不是被動接受[4]。

②實驗教學的開展

新工科背景下，對學生進行培養的新工科教育是在新科技革命、新產業革命、新經濟背景下工程教育改革的重大戰略選擇。以培養未來多元化、創新型卓越工程人才為目標。因而強化實踐創新創業能力是國家對工科專業學生培養提出的要求[5-6]。創新創業能力的提高離不開實踐教學。理論課程較強的《高分子化學》課離不開理論和實踐結合的實驗課程。《高分子化學》可以開設的實驗課高達34個，而典型的高分子化學實驗也有10個左右，在高分子化學課時不足的情況下，要想讓學生對高分子實踐體系有全面的了解和掌握，全部通過開設實驗課實現很不切實際。因而可以采取的措施為對普通實驗采用觀摩，而對于典型實驗要親自動手操作的方法。

采用翻轉課堂，利用網絡資源[7-8]，把在學校不易實現的《高分子化學》實驗引入到教學體系中。例如把從兄弟院校尋求幫助找到的實驗錄像、虛擬實驗或教師自己錄制的實驗視頻等上傳到學習通等學習平臺，而后利用翻轉課堂讓學生自己觀摩理解。翻轉課堂開展時，教師線上布置思考題，讓學生高效把握實踐內容，而后在線下課堂上短時間提綱挈領的講解。這樣涉及實驗內容多，討論有深度，有重點，既避免了實驗內容在整個知識體系的短缺，又讓學生拓寬視野。

進而從實驗裝置類型和實驗原理的角度出發篩選出高分子的典型實驗。《高分子化學》典型實驗課可以用三個綜合性實驗囊括，開展從溶劑無水無氧處理，引發劑的預處理，單體純化等原料預處理與聚合方法聯系的本體聚合、乳液聚合和聚酯縮聚3個方面的綜合實驗。其他實驗和以上三個相比大同小異，經過這三個實驗，學生可以從原料預處理開始、實驗裝置搭建、聚合過程控制、產物純化和表征等方面，全方位掌握高分子化學合成所面臨的問題。這樣經過典型實驗裝置搭建和操作訓練，再加上前期翻轉課堂對一些實驗的觀摩，形成了高分子化學實踐內容的完整體系。使學生既有和高分子合成相關技能的總體認識，也有自身能力的實踐鍛煉。

③和科研相結合方案設計

能對給出要求的進項方案設計是學生實踐創新能力提高的直接體現，也是最能發揮學生能動性，把理論和實踐結合起來的教學環節[7]。《高分子化學》課程每章的理論部分講授結束時，引入方案設計的內容，包括路線設計、投料設計、實驗裝置的搭建設計、工藝流程的設計，讓學生理論聯系實際，把實驗設計依據和課上理論建立聯系，提高學生解決實際問題的能力。《高分子化學》課程中除了第1章和第9章為基本概念外，其他章節內容都可以和科研或工業生產相結合，進行方案設計，即開展涉及不同聚合機理和方法的方案設計，而開展涉及自由基聚合和縮合聚合內容的設計為兩個非常典型的方案設計。例如在自由基聚合理論內容講授結束時，可以給學生布置作業，設計一定粒徑聚苯乙烯微球的制備方案，逐步聚合理論內容結束時，可以讓學生開展聚對苯二甲酸乙二醇酯的合成及其熔融紡絲方案設計。讓學生提出制備方法、利用原理、工藝流程、投料比例計算原理、產品后處理方法等，讓學生全方位理解一種方法的實施涉及到的方方面面；讓學生思考問題更加切合實際。

(3)多方位評價體系促學生自我學習能力提高方法和策略

成績評定是對學生學習效果的評價，是嚴把畢業出口關的一道防線。《高分子化學》課程考核采用“平時成績+期末考試成績”的方式進行。平時成績占比40%。為了使40%的平時成績真正體現學生平時學習狀況，做到對學生平時表現的考評多樣化，符合新時期對學生評價注重能力評價的要求[9]，平時成績由簽到、回答問題、方案設計、章節知識脈絡總結、學生出題、課后作業的成績等共同組成。方案設計、章節知識脈絡總結等評價內容的引入更能反應同學們平時自主學習的能動性和創新能力。此外，《高分子化學》期末考試的內容也更加廣泛，和實際聯系更加緊密，更加生活化，例如在高分子化學機理考試方面，題目中以實際生活中使用的或遇到的高分子材料為出發點考試，考察學生對身邊典型且常見高分子的合成方法和機理的掌握情況。讓學生了解學習課程內容、學習知識是為生活實際需求服務，學習高分子化學知識是為了制備性能更好的高分子材料為目的，從而把理論和實際聯系起來。學生的評價體系就是一個指揮棒，指導學生多思考、多設計、多聯系實際，把《高分子化學》中的聚合理論和實踐聯系起來，定能起到促進作用，使學生實踐創新能力得到提升。

3.《高分子化學》課程實踐內容高質量實施的保障措施

無論何種教育方法和策略的高質量實施都需要有保障措施。《高分子化學》課程內容的實施主體是教師，《高分子化學》課程內容高質量的實施需要教師具有高度的責任感，對主動性強、自我管理能力強的學生起到引領和指導方向的作用；對于惰性較強，需要督促才能學習的學生，教師應參與到學生的學習中，答疑解惑，與學生共同成長；對于對自身要求較低，沒有能動性的學生，教師要有足夠的耐心，經常督促、常常提醒學生學習。但這還遠遠不夠，任何事情靠教師的自覺性，靠教師的品德自我約束開展工作都不是長久的。教研室和學校的政策是促使改革實施的有利保障，中國地質大學（北京）根據國家對“雙一流”大學教育的要求，制定了系列提高工科教育質量、促進工程認證、促進教育質量提升的政策和資助措施、每年有不分職稱高低的教師教學技能大賽、對先進教師的評比和獎勵。這些都將是動力和保障，促使教師在《高分子化學》課程改革中腳踏實地，做出成績。