基于OBE理念的高分子材料加工課程探索與改革

楊堅 劉躍軍 經鑫

［摘 要］ 在工程教育專業認證的背景下，根據“高分子材料成型加工工藝與設備”的課程特點，基于湖南工業大學辦學定位與專業課程體系，確定了該課程應承擔的培養任務，制定了相應的課程教學目標。通過“課程群”建設的逐步完善、線下教學手段的多樣化、虛擬仿真實驗的引入和基于過程與能力的評價體系，實現了“以學生為中心、以學習成果為導向”的教學模式初步構建。特別是虛擬仿真技術，將線上線下有機結合，“虛實組合”引入課堂，將知識與能力的培養融為一體，在激發學生自主探索意愿和學習興趣方面有著重要的意義。力求通過教學模式的改革，提高學生在高分子加工方面的工程知識儲備、解決復雜工程問題的能力，培養獲得行業認可的應用型工程技術人才。

［關鍵詞］ 工程教育專業認證；OBE理念；高分子材料成型加工工藝與設備；課程改革

［基金項目］ 2022年度湖南工業大學教育部產學合作協同育人項目“薄膜加工虛擬仿真實驗”（220505940233233）

［作者簡介］ 楊 堅（1985—），女，湖南寧鄉人，博士，湖南工業大學包裝與材料工程學院講師，主要從事高分子材料加工、結構與性能方向研究；劉躍軍（1970—），男，湖南攸縣人，博士，湖南工業大學包裝與材料工程學院教授，主要從事包裝材料的加工、結構與性能方向研究；經 鑫（1987—），女，河南商丘人，博士，湖南工業大學包裝與材料工程學院副教授（通信作者），主要從事高分子復合材料的設計及應用方向研究。

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）37-0141-04［收稿日期］ 2022-12-28

引言

國務院印發《中國制造2025》，提出了人才為本的理念，明確指出我們要培養高端人才。我國本科工程類專業規模很大，但工程類專業培養模式大多還是采取傳統的教學模式，課程考核側重知識掌握程度的考查。這與工程教育專業認證所采納的以學生為本、面向產出和持續改進的OBE理念有著較大的差距。作為高校工程類專業建設者，如何響應國家號召，培養出具有世界先進水平的工程技術人才，是時代交給我們的課題。專業認證作為一個持續改進的過程，其本身就有自我迭代的生命力，使得高校的專業建設方向更為明確。因而，專業認證是實現工程技術人才培養質量突破的必經之路［1］。

千里之行，始于足下，專業認證落實于課程?！案叻肿硬牧铣尚图庸すに嚺c設備”作為高分子材料與工程專業的核心課程，主要涉及高分子材料成型加工原理，需重點構建塑料和纖維等高分子材料加工過程中加工—結構—性能之間的關系，使學生能應用成型加工的原理，提供解決復雜工程問題方案［2］。根據課程特點，基于專業定位和當前教學條件，按照工程教育專業認證的要求，本課程應發展學生靈活應用高分子材料成型加工原理解決復雜工程問題的能力；提高學生創新意識與創造性解決問題的能力；增強學生的學習興趣和自主性，發展終身學習的能力。筆者擔任了4年湖南工業大學高分子材料與工程專業課程的任課教師，現結合工程教育專業認證的要求，從以下幾個方面，就該課程目前存在的相關問題進行探索研究。

一、基于OBE教學理念的教學目標設置

根據OBE教育理念，在課程開始之前就要根據產業行業發展需求和學校定位，系統規劃學生畢業5年之后需達到的職業和專業成就，以此確定培養目標和畢業要求，進而根據畢業要求分解到課程的指標點來構建課程教學方案［3］。依據OBE教育理念，基于湖南工業大學培養高素質應用復合型人才的辦學定位與本專業課程體系，承擔了工程知識、問題分析和設計/開發解決方案方面的能力培養任務。所以，圍繞高分子產業和行業發展對工程人才的需求，制定該課程的教學目標（見表1）。

二、基于OBE教學理念的教學方式調整

（一）群策群力，共建能力

在工程教育專業認證課程建設過程中將畢業要求分解成二級指標點，不同的課程對應不同的指標點。而一個任務的完成需要不同知識與能力的有機結合，由此就形成了課程群?！案叻肿硬牧霞庸すに嚺c設備”這一課程兼具理論性與實踐性，與“高分子物理”和“高分子材料表征與測試”等課程有著密切的關系。高分子工程師解決復雜工程問題的關鍵是建立起配方—加工—結構—性能之間的關系。該課程是這個關系構建的核心之一。將與該課程相關的教師組成教學團隊，通過有效配合，形成課程群，建立能力發展目標，在不同課程進行分解，有助于學生系統性地理解知識和提升解決復雜工程問題的能力。比如“探究不同加工溫度對聚丙烯流延膜結構與性能的影響”這一任務不僅需要學生用到該課程的專業理論，還需結合其他多門課程的相關理論知識。學生在具體的任務探究過程中，解決工程問題的實踐能力自然會得到提升。

（二）豐富線下教學手段

OBE理念強調學習過程以學生為主體，教學過程的設計應著力于提升學生興趣、引導學生創新思維的發展和知識應用能力的提升。為此，筆者在以下幾個方面對教學過程進行了改進。

1.投入精力用于教學視頻的篩選與剪輯。一個好的教學視頻不僅能吸引同學的注意力、激發學習興趣，而且能幫助學生對教學內容形成更形象生動的理解，有的則可以便捷地將理論知識與實際應用建立聯系。例如在《塑料成型加工》一章中提到“嵌鑄”這一成型方式。筆者向同學展示了通過將甲殼蟲軀殼放入自制塑料殼的模具，用環氧樹脂澆筑成型，經過打磨形成一件很具特色的藝術品的視頻。讓學生理解塑料的成型工藝在我們的日常生活中有著廣泛的應用。鼓勵學生在課后嘗試自制藝術品，更進一步理解這一成型工藝。

2.課堂中引入科研最新進展，讓學生理解當前理論知識在科研領域的應用。筆者從事多年高分子材料的結構與性能的研究，將本人的研究數據直接在課堂上展示，有助于學生深刻領會重點難點。例如，在講述“塑料薄膜的加工成型”部分時需要讓學生理解拉伸工藝誘導取向與結晶有助于制品力學性能的顯著提升，這里就需要學生理解加工工藝（拉伸工藝）—結構（取向與結晶）—性能（力學性能）之間的關系這一關鍵工程知識。通過數據展示，對比未經拉伸的聚乳酸薄膜和經過拉伸取向的聚乳酸薄膜二維廣角X射線衍射花樣（可以定性判斷出晶區的取向程度）和力學性能的差異，向學生說明加工過程對結構與性能有著至關重要的影響。

3.安排課程中部分章節以學生分組調研討論的方式展開。鼓勵學生以小組為單位的方式，課前查閱文獻，課上集中討論相關知識。例如，在開展《高分子材料混合加工的原料配方設計》一節中添加劑屬性對性能影響的教學活動時，讓同學分組分別調研：（1）填料粒度對力學性能的影響；（2）填料含量對力學性能的影響；（3）填料表面性質對力學性能的影響等。同學們通過文獻調研與課堂匯報，提出自己的觀點與理解。在此過程中，教師可以把握學生的困惑之處，以便輔導；學生也可在此過程中掌握重點知識、提升解決問題和溝通表達的能力。

4.借助雨課堂，實現課堂內外的有效把控。通過雨課堂，發布預習資料，督促學生課前在雨課堂作答，可有效提高課堂教學效率。在課堂教學過程中，雨課堂也可以很好地發揮記錄課堂教學過程的作用，為教學過程評價提供有效依據。

5.鼓勵學生進入教師的課題組，參與科研課題。筆者所在學院高分子專業教師立足包裝材料的開發，通過與高分子加工相關企業密切合作，讓學生參與到科研課題中，從而了解行業需求，真正將所學加工專業知識應用于工程問題的解決。學生也可以參與創新創業大賽，在參賽過程中，激發自主研究的意愿，提升實踐能力。

（三）引入虛擬仿真教學

虛擬仿真實驗可以進行一些極具特色但線下無法實現的實驗內容的展示［4］，在教學中的應用擁有其獨到優勢。例如，大型加工設備的內部結構，物料在加工過程的結構演化，工藝參數與制品性能之間的關系等。筆者將創新性教學方法應用于教改實踐，充分利用虛擬仿真技術，將線上線下和“虛實”組合引入課堂，如圖1所示。

通過增加線上虛擬仿真實驗學習與考核機制來輔助常規的線下教學，以虛補實、取長補短。為此，筆者與教學團隊在“雙向拉伸功能薄膜生產工藝虛擬仿真實驗”的設計中，將虛擬仿真學習分成了四個層級：（1）了解雙向拉伸薄膜生產線的結構功能、工藝流程、薄膜性能檢測手段，提高學生的專業認知水平。（2）掌握功能聚丙烯薄膜配方設計方法，掌握工藝參數設計原理，在情境互動式探究中夯實工藝操作技能。（3）引導學生分組實驗與討論、對比總結、自主構建配方—工藝參數—結構性能之間的關系，并虛擬生產一款薄膜，提高學生團結協作、解決實際工程問題的能力。（4）引導學生開展針對性研究。如公共場所扶手等多人接觸物件存在傳播細菌病毒的可能。學生需查閱學習文獻、設計薄膜生產方案，全方位培養學生分析、總結、設計、探索等科研創新能力。

虛擬仿真實驗在保障學生安全的同時，使學生真正掌握知識與原理，激發學生的創新興趣和專業志趣，促進學生應用相關知識解決實際問題的綜合能力。目前，該虛擬仿真實驗已經被評為湖南省一流課程。

三、基于OBE教學理念的評價方式

基于OBE理念，學生的學習成果需要得到更為綜合與全面的評價，評價方式應更加多樣化。因此課程建立了包括理論知識、虛擬仿真實驗、課堂表現等幾個方面的評價機制。理論知識的考查試題更具開放性，更加注重學生理論知識應用于解決工程問題的能力。例如：試分析在注射成型過程中樣條厚度偏差較大，中部內凹，導致這一現象的原因可能是什么，如何改善。虛擬仿真實驗教學本身就設計了考評機制，整個操作過程都有系統記錄賦分。課堂表現一方面通過雨課堂數據來反映，如：預習題是否完成、課堂中插入的客觀題正確率如何、主觀題完成狀態如何、是否積極參與課堂討論中的“彈幕”“投稿”與“投票”等；另一方面通過教師在課堂上的記錄來反映，如：小組討論是否積極參與、成果匯報是否有理有據等。

結語

工程教育專業認證對“高分子材料成型加工工藝與設備”課程的教、學與評價方式都提出了更高的要求。依據OBE教學理念，筆者對該課程的教學目標、教學模式和評價方式進行了研究與改革。進一步明確了以綜合能力提升為目標的培養方案。新教學方案的實施將為學生日后從事高分子材料領域相關工作打下更為堅實的基礎。

參考文獻

［1］夏益青，盛玉萍，于永啟，等.“雙一流”背景下基于OBE理念的《高分子物理》課程教學改革的探索［J］.高分子通報，2022（11）：132-136.

［2］楊春林，歐梅桂，嚴偉，等.工程教育認證背景下課程思政融入模式探索與實踐：以《聚合物成型加工原理》課程為例［J］.高分子通報，2021（5）：121-127.

［3］戴先中.工程師：工程教育專業認證標準中的“培養目標”［J］.中國大學教學，2021（12）：28-34.

［4］董桂偉，趙國群，王桂龍.我國虛擬仿真實驗教學的發展與趨勢研究：基于近十年中國知網文獻的知識圖譜分析［J］.中國大學教學，2021（7）：85-92+96.

Exploration and Teaching Reform of Polymer Processing Based on OBE Concept

YANG Jian， LIU Yue-jun， JING Xin

（School of Packaging and Materials Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou， Hunan

412007， China）

Abstract： Under the situation of engineering education professional certification， the training tasks and the curriculum teaching goal are determined according to individual characteristics of the course of “technology and equipment of polymer processing”， which are based on the orientation of Hunan University of Technology and the curriculum system of this major. The teaching model of student-centered and learning-outcome-oriented has been initially constructed according to the gradual improvement of the construction of “course group”， diversification of offline teaching methods， the introduction of virtual simulation experiment and the evaluation system based on process and capability. In particular， virtual simulation technology organically combined online and offline teaching， realized combination of virtuality and reality， and integrated the development of knowledge and ability. It is of great significance in stimulating students independent exploration willingness and learning interest. The purpose of the reform of teaching mode is to improve students engineering knowledge base in polymer processing， and ability to solve complex engineering problems. And then， application-oriented engineering and technical talents recognized by the industry can be cultivated.

Key words： engineering education certification; OBE concept; Technology and Equipment of Polymer Processing; curriculum reform