新工科應用型人才培養模式的高分子物理教學改革

李唯真 宋仕強 王繼虎 陳凱敏

上海工程技術大學化學化工學院 （上海 201620）

在新工科應用型人才培養模式下，基于工程教育“學生為中心，產出為導向，持續改進為驅動力”的理念，以培養學生在高分子材料領域具有解決實際工程問題的能力為目標，作為一門專業基礎課程，高分子物理課程需在保持基礎課程理論體系的系統性和完整性的同時提升學生的工程應用能力。高分子物理課程的教學內容與高分子化學、物理化學、流變學等學科交融性強，不僅涉及合成化學知識，還涉及物理化學、材料力學、電學、流變學等物理學知識和基本的數學推導，知識點多且抽象。由此，通過改進教學方法，借助線上線下教學相結合的模式，利用工程化問題的導入對高分子物理課程進行重構，使學生深入理解高分子材料的獨特性能和高分子專業領域的發展方向尤為重要。

1 建立以解決工程問題為中心的教學方法

教學方法的改革直接關系到教學思想的實現和教學效果的優劣。在新工科應用型人才培養模式的背景下，高分子物理課程首先要為學生搭建高分子物理的理論基礎，使后續的材料制備工藝、復合材料改性等實際問題具有科學分析的基礎；其次建立高分子材料結構與物性關系的知識橋梁，增強學生對高分子材料工程領域的認識，提升解決高分子材料工程問題的能力。

高分子物理課程概念抽象、內容多、難度大，是學生普遍認為難學的課程。其傳統的教學方法是教師系統講授，學生被動接受。教學過程缺少互動，教學方法單調，也導致學生的學習主動性受到影響。同時，對于工科院校來說，高分子物理課程的授課學時不足，缺乏學科前沿知識和新材料動向的引入，使學生學習興趣受到影響。因此，對應新工科應用型人才的培養目標，高分子物理課程教學內容及教學方法亟需優化。在教學內容的設定上，需結合教學知識點，設計教學內容對應于高分子材料的設計、生產、成型加工及性能調控等復雜工程問題的分析與比較。保持教學內容結合行業前沿與時俱進，契合課程目標，依據學科前沿動態與社會發展需求動態更新知識體系。探索建立線上線下混合式教學方法：課前設置線上任務點，開展以引入工程問題為導向的探究式教學；線下課堂教學注重理論體系的完整性，側重于對關鍵知識點的深入講解以及幫助學生理清知識點之間的脈絡。在保持線下課堂為獲取和消化知識的主要途徑的同時，根據線上學生的表現和狀態隨時調整教學安排，借助線上多元化的教學內容及知識點的補充教學視頻實行多級重疊式教學。

2 線上線下混合式教學

高分子學科是在長期的生產實踐和科學實驗的基礎上發展起來的。高分子物理課程本身的學科特點決定了它的發展強烈依賴于工程化的改進與科技的進步。對于高分子材料工業來說，更歡迎實用性強的工程化專業課程。因此，為了適應新工科的工程教育模式，高分子物理課程的課程目標需要從培養傳統的“知識點的重復記憶能力”轉變為“解決工程實際問題的綜合能力”。其課程學習的一個重要目標是從復雜多變的實際問題中，用高分子物理的基本理論、觀點和方法分析、研究、計算或估算一般難度的工程實際問題，提高分析問題和解決問題的能力。但目前專業課學時相對減少，若按照傳統課堂授課模式，顯然難以將各類實際工程問題在有限的課堂階段進行講授，無法使課堂內容向深度和廣度發展。因此，線上線下混合式教學能在一定程度上彌補這方面的不足。如針對聚合物凝聚態結構章節，為激發學生深入思考凝聚態結構與綜合性能的聯系，在課前發布超高相對分子質量聚乙烯材料介紹的任務點，從其在工業器材、軍事裝備、航天領域的應用入手引發學生對整個章節的學習興趣，完成對相關背景知識的初步了解。在課堂上對分子鏈有序性、結晶態、非晶態、鏈柔性等概念進行講解后，完成線上基礎作業任務點、超高相對分子質量聚乙烯應用研究案例分析任務點。后續在課堂上進一步梳理凝聚態結構與分子間作用力、強度、韌性的關聯度，課后在線上發布問卷互動，針對超高相對分子質量聚乙烯材料的應用限制與凝聚態結構的關聯進行討論，開拓創新型思維的培養。基于以上思路建立線上教學平臺與線下課堂混合教學模式。

高分子物理課程重構思路如圖1 所示。（1）利用線上平臺設置課前任務點，引入工程類實際案例，引出對應章節的基本知識點及重點難點，開展探究式教學，激發學生的學習興趣，進而促進課堂上引發式互動或翻轉課堂環節。（2）課堂教學著重對不同章節的知識點進行分區梳理，按知識點的多重性劃分層次，構建多而有序的知識點脈絡。（3）課堂上通過發布線上問卷，跟蹤學生對知識點的理解程度，幫助學生認識到學習中的重點、難點以及存在的問題。（4）引入育人理念，培養工匠精神，激發科技報國的使命感。（5）課后，學生在線上平臺完成基礎作業與階段工程案例作業兩大任務，以產教融合工作為引導，在特定體系中運用所學知識，將所學基礎知識體現在實踐中，進而對應課內知識點體系。（6）線上平臺設計SPOC（小規模限制性在線課程）資源內容，增加優質教學視頻（幫助加深對知識概念的理解），與線下面授內容相輔助搭建課程整體支架，幫助深層理解。基于以上環節，對高分子物理課程進行重構，擯棄“以教師為中心，以教材為中心，以課堂為中心”的傳統觀念，真正樹立“培養學生應用能力”的現代教育理念。

圖1 高分子物理課程重構示意圖

3 課程考核與評價方式的多元化

課程考核是測評教學目標達到與否的重要手段，而傳統的閉卷考試形式很難評價學生對工程化能力的掌握。按工程教育認證核心理念，高分子物理課程考核改革的核心是確定考核過程以學生能力檢測為目標，把考核過程作為工程專業應用型人才培養的重要組成部分，著力培養專業基礎扎實、實踐能力強的專業型人才。高分子物理課程考核模式在傳統的課堂提問、課后作業和期末考試的基礎上增加改進考核過程。

首先，除原有的課堂提問環節外，增加基于線上平臺的課堂問卷調查，學生通過回答對應知識點的線上問卷可累積課堂表現積分。

其次，課后除布置針對理論知識的平時作業以外，利用網絡資源在線上平臺中引入：（1）作業互評。提高教學有效性，提高學生的學習積極性，解決拔尖學不夠、學習難、學不會的難題。（2）工程實踐類大作業。充分利用線上教學平臺、文獻查詢平臺、實驗課平臺（通過大型實驗設備和測試儀器資源學習先進表征手段）。發布產教融合案例中的工程實踐問題、文獻節選內容的闡述討論或高分子物理相關實驗的數據分析，以報告形式提交。在課程報告的撰寫方面，要求學生體現對數據的分析及自己的見解或疑問，著重培養學生系統分析與解決問題的能力。此類考核不僅檢驗了學生對本課程知識的掌握程度，更促進學生對高分子材料前沿發展有一定程度的了解，以此提高學生分析及解決問題的能力。兩類線上考核與學生課堂表現和普通作業成績一并歸入平時成績中。

最后，線下考核以期末考核為主，考核題型的設計減少純記憶型題目，增加綜合型題目的比例，與線上考核內容形成互補，支撐提高學生解決實際工程問題的能力。

4 結語

高分子物理課程作為培養高分子材料與工程專業人才的重要環節，進行工程化、應用型融入的線上線下混合的教學改革是非常必要的。通過3 個教學周期的教學改革，從實際工程問題入手的教學方式更有利于調動學生對專業研究領域探索的積極性，學生學習方式顯著變化，課堂互動氛圍明顯加強，同時學生的思維能力也得到相應提高，對行業的深入了解也很有幫助。目前，存在個別學生線上學習進度慢，學習動力不足的現象，導致線上教學內容的組織實施進度延遲。為提升學生線上學習動力，預采取闖關式進度管理模式，設置進度關卡，逾期未達標即扣除之前累計的平時成績。該方法或可有效防止消極拖延意識。此外，可通過平臺數據跟蹤進行一對一針對性幫扶，以提高整體教學質量。