新工科背景下以成果為導(dǎo)向的“高分子物理”課程“4233”教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

摘"要：本文探究了“新工科”背景下將OBE理念融入“高分子物理”課程教學(xué)中，從課程框架、授課途徑、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)過程進(jìn)行全方位改革，以小規(guī)模限制性在線課程（SPOC）為載體，融入BOPPPS模型，打造適合“高分子物理”課程的線上線下交互遞進(jìn)式“4233”教學(xué)模式。通過豐富多元的課程資源形式，激發(fā)和引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，通過層次關(guān)聯(lián)的課程知識體系，梳理和強(qiáng)化學(xué)生的思維方式，通過生動靈活的課程教學(xué)過程，培養(yǎng)與提高學(xué)生的綜合能力。通過教學(xué)改革的實(shí)施，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績、解決工程問題的能力以及創(chuàng)新能力有了很大提升，有助于培養(yǎng)符合“新工科”要求的材料類創(chuàng)新型工程人才。

關(guān)鍵詞：高分子物理；新工科；OBE；創(chuàng)新人才；教學(xué)改革

1"概述

為響應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”“一帶一路”等國家政策計(jì)劃，順應(yīng)國家人才需求，我國高等教育學(xué)校在努力探索新的人才培育模式過程中提出了“新工科”理念［1］。如何抓住新工科建設(shè)的契機(jī)，助推地方高校轉(zhuǎn)型發(fā)展，怎樣面對社會對高素質(zhì)工科人才的需求，助推地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展，已成為當(dāng)下高校普遍關(guān)注的熱點(diǎn)問題［2］。成果導(dǎo)向教育（OutcomeBased"Education，簡稱OBE，亦稱能力導(dǎo)向教育、目標(biāo)導(dǎo)向教育或需求導(dǎo)向教育）于1981年由Spady等人提出［3］，倡導(dǎo)以教師預(yù)期學(xué)生的學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向，進(jìn)行反向教學(xué)設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)成果，使學(xué)生具備社會發(fā)展所需要的能力［4］。

“高分子物理”課程是高等學(xué)校高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是一門運(yùn)用物理方法和數(shù)學(xué)公式研究高分子結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的學(xué)科［5］。該課程內(nèi)容龐雜，涉及面廣，理論性強(qiáng)，基本概念多且抽象，且隨著教學(xué)改革的推進(jìn)，課程學(xué)時(shí)縮減，加之學(xué)生基礎(chǔ)水平參差不齊，傳統(tǒng)的教學(xué)方法無法保障學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，導(dǎo)致學(xué)生對許多知識點(diǎn)不能理解和掌握，無法內(nèi)化成自己的知識，更談不上將理論知識應(yīng)用到實(shí)踐當(dāng)中去［6］。將OBE理念融入“高分子物理”課程教學(xué)，可以改變傳統(tǒng)教學(xué)模式下“高分子物理”課程“難教難學(xué)”的困境。從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)模式及評價(jià)方式等方面進(jìn)行改革與探索，以成果為導(dǎo)向培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，有助于學(xué)生為畢業(yè)后從事高分子材料相關(guān)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)、研發(fā)、加工等工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［7］。

2"課程改革具體措施

通過多舉措并舉，我們建立了高分子物理課程“4233”教學(xué)模式（如下圖所示）。

高分子物理課程“4233”教學(xué)模式示意圖

2.1"課程知識體系架構(gòu)重整

按照課程核心主線“結(jié)構(gòu)—分子運(yùn)動—性能—應(yīng)用”重新整合教材內(nèi)容，幫助學(xué)生建立“高分子材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)通過分子運(yùn)動決定材料最終宏觀性能”這一解決工程問題的邏輯思路。圍繞課程主線建立課程框架的四個(gè)維度。

2.1.1"知識維度

對“高分子物理”基本理論知識進(jìn)行系統(tǒng)梳理，包括高分子的結(jié)構(gòu)、性能、分子運(yùn)動等方面，確定學(xué)生在課程結(jié)束后應(yīng)掌握的核心知識體系。制定詳細(xì)的知識模塊，每個(gè)模塊對應(yīng)特定的學(xué)習(xí)目標(biāo)和成果要求，確保學(xué)生逐步建立起完整的高分子物理知識框架。

2.1.2"能力維度

著重培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。通過設(shè)置案例分析、問題求解等教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的高分子物理知識解決實(shí)際問題。提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，安排相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，使學(xué)生親身體驗(yàn)高分子材料的性能測試和分析過程，增強(qiáng)對理論知識的理解和應(yīng)用能力。

2.1.3"素質(zhì)維度

培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。在教學(xué)過程中，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注高分子物理領(lǐng)域的前沿研究動態(tài)，鼓勵(lì)學(xué)生提出新的想法和觀點(diǎn)。加強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作能力和溝通能力，通過小組作業(yè)、項(xiàng)目討論等活動，讓學(xué)生學(xué)會與他人合作，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)。

2.1.4nbsp;價(jià)值維度

強(qiáng)調(diào)高分子物理知識在實(shí)際工程中的應(yīng)用價(jià)值，使學(xué)生認(rèn)識到所學(xué)知識對社會發(fā)展和產(chǎn)業(yè)進(jìn)步的重要意義。培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德和社會責(zé)任感，引導(dǎo)學(xué)生在未來的工作中注重可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)。

2.2"線上課程資源分類完善

利用學(xué)習(xí)通平臺搭建“高分子物理”SPOC課程，建立線上課程資源庫，包括“視頻資源庫”“案例庫”“資料庫”“習(xí)題庫”等，學(xué)生可以根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度和需求，自主選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容和時(shí)間。開展在線討論和答疑活動，教師及時(shí)解答學(xué)生的問題，促進(jìn)學(xué)生之間的交流和互動；進(jìn)行在線測試和作業(yè)提交，及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，為教學(xué)調(diào)整提供依據(jù)。

2.3"教學(xué)過程設(shè)計(jì)雙向閉環(huán)

我們在授課過程中突出課程知識點(diǎn)的最終實(shí)際應(yīng)用，以“結(jié)構(gòu)—分子運(yùn)動—性能—應(yīng)用”為主線設(shè)計(jì)教學(xué)過程。

2.3.1"正向閉環(huán)（“結(jié)構(gòu)→分子運(yùn)動→性能→應(yīng)用”）

強(qiáng)化學(xué)生對高分子合成、加工、性能及應(yīng)用的內(nèi)在關(guān)聯(lián)的認(rèn)識、理解和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散型邏輯思維，使學(xué)生能夠從高分子結(jié)構(gòu)出發(fā)，分析在不同加工工藝的條件下，能夠獲得怎樣不同的材料性能，進(jìn)而聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用需求，推測不同性能的材料可以應(yīng)用于哪些領(lǐng)域和場景。

2.3.2"逆向閉環(huán)（“結(jié)構(gòu)←分子運(yùn)動←性能←應(yīng)用”）

根據(jù)材料的實(shí)際應(yīng)用場景，引出材料應(yīng)該具有怎樣的性能，之后根據(jù)材料性能進(jìn)行溯源，剖析材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)是怎樣的，利用逆向思維將課本上枯燥的理論知識轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗蠡膶?shí)際問題，激發(fā)學(xué)生為解決實(shí)際應(yīng)用問題和工程問題而獨(dú)立思考的主觀能動性。

2.4"課程思政元素融入課程

“高分子物理”課程是高分子專業(yè)的核心專業(yè)基礎(chǔ)課，課程的核心育人目標(biāo)是為我國高分子材料及其相關(guān)領(lǐng)域培養(yǎng)德才兼?zhèn)涞暮细駥I(yè)人才［8］。我們從哲學(xué)思想、文化內(nèi)涵和價(jià)值理念三個(gè)維度挖掘科學(xué)人物、科學(xué)故事、科技前沿等具體元素，使學(xué)生樹立正確的人生觀、世界觀和價(jià)值觀。培養(yǎng)學(xué)生家國情懷、科技報(bào)國、團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神，求真務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，積極踐行社會主義核心價(jià)值觀，以哲明人、以文育人、以德塑人，落實(shí)立德樹人［9］。

2.5"科教深度融合點(diǎn)亮課堂

在教學(xué)改革中，我們強(qiáng)化“科教融合”，積極推進(jìn)“以賽促學(xué)、以研促教”，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行科研探索以及參加各類學(xué)科競賽活動，在2020年第十二屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競賽中獲得省級一等獎(jiǎng)3項(xiàng)，2023年第十二屆“創(chuàng)青春”中國青年創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽比賽中獲得省級一等獎(jiǎng)1項(xiàng)，2024年第十四屆“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生創(chuàng)業(yè)計(jì)劃競賽中獲得省級一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、二等獎(jiǎng)1項(xiàng)，2024年中國國際大學(xué)生創(chuàng)新大賽中獲得省級銅獎(jiǎng)2項(xiàng)；帶領(lǐng)學(xué)生積極申報(bào)“大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”，獲批2024年省級立項(xiàng)項(xiàng)目2項(xiàng)。在學(xué)科競賽備賽過程中，引導(dǎo)學(xué)生利用課程所學(xué)知識解決實(shí)驗(yàn)過程以及項(xiàng)目研究過程中遇到的專業(yè)問題，實(shí)現(xiàn)“知行合一”，同時(shí)將學(xué)科競賽作為實(shí)際案例融入課堂教學(xué)中，啟發(fā)學(xué)生面對實(shí)際工程問題以及科研問題時(shí)如何獨(dú)立思考，學(xué)會創(chuàng)新并提出解決方案，幫助學(xué)生完成知識的內(nèi)化，實(shí)現(xiàn)學(xué)有所用，點(diǎn)亮課堂。

3"課程改革成效

3.1"課程資源形式——對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)與引導(dǎo)

在新工科背景下，高校人才培養(yǎng)的任務(wù)是培養(yǎng)工程實(shí)踐能力強(qiáng)、創(chuàng)新思維能力強(qiáng)，且具備個(gè)人競爭力的高素質(zhì)應(yīng)用型創(chuàng)新人才。然而，在有限的課時(shí)里很難通過傳統(tǒng)教學(xué)方式使學(xué)生充分理解和內(nèi)化課程知識，轉(zhuǎn)化為自己的知識體系［10］，更談不上鍛煉學(xué)生將課程知識靈活應(yīng)用于解決實(shí)際工程問題的能力。線上教學(xué)資源的融入極大地提高了教學(xué)過程的靈活性，可以彌補(bǔ)課堂教學(xué)時(shí)間不足的缺陷。通過豐富的線上課程資源，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生對高分子領(lǐng)域認(rèn)知的深度和廣度充分調(diào)動學(xué)生在“高分子物理”課程學(xué)習(xí)過程中的主動性，豐富學(xué)生的知識儲備與專業(yè)視野。

3.2"課程知識體系——對學(xué)生思維方式的梳理與強(qiáng)化

近年來，在“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”原則的指導(dǎo)下，課程的教學(xué)以“學(xué)生能力培養(yǎng)為目標(biāo)”替代了“知識傳授為目標(biāo)”［11］，注重培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的思維能力。由于受學(xué)時(shí)限制，課堂講授往往疲于知識點(diǎn)的講解，課程內(nèi)容受限于教材，缺少實(shí)際工程的應(yīng)用，造成學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性低、專業(yè)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力薄弱，最終導(dǎo)致培養(yǎng)出的學(xué)生無法適應(yīng)社會對人才的需求［12］。我們圍繞“結(jié)構(gòu)—分子運(yùn)動—性能—應(yīng)用”的主線構(gòu)建課程知識體系，融入相關(guān)課程的知識，通過多學(xué)科、多課程、多層次課程知識的融入，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用、融會貫通，幫助學(xué)生挖掘自己感興趣的研究方向，培養(yǎng)其工程思維和創(chuàng)新思維。

3.3"課程教學(xué)過程——對學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)與提高

“新工科”背景下，高校要培養(yǎng)社會發(fā)展所需要的復(fù)合型應(yīng)用創(chuàng)新人才就必須改革傳統(tǒng)教學(xué)模式，重新建立課程評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，由原先“簡單粗暴”的“唯分論”轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅貙W(xué)生學(xué)習(xí)過程考核。我們借助學(xué)習(xí)通在線教學(xué)平臺，動態(tài)跟蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的自主學(xué)習(xí)、項(xiàng)目案例的分析討論、工程問題的解決方案、小組活動、線上測試等多方面教學(xué)任務(wù)的完成情況，綜合評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、實(shí)踐能力、團(tuán)隊(duì)合作、工程思維以及創(chuàng)新意識等綜合素質(zhì)。幫助學(xué)生從被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿鳎瑥膯螌W(xué)科封閉式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬W(xué)科融合式學(xué)習(xí)，從簡單記憶到綜合運(yùn)用所學(xué)知識解決實(shí)際應(yīng)用問題和工程問題，使學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)和水平得以提高，創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)得以發(fā)展。

結(jié)語

我們在“高分子物理”課程教學(xué)中融入OBE理念，打造新工科背景下適合“高分子物理”課程教學(xué)的“4233”教學(xué)模式，重新整合與架構(gòu)課程知識體系，圍繞“結(jié)構(gòu)—分子運(yùn)動—性能—應(yīng)用”重構(gòu)《高分子物理》教材脈絡(luò)，構(gòu)建和完善課程資源庫，通過線上教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合的途徑，強(qiáng)化基于BOPPPS模型的“課前—課中—課后”進(jìn)階式、參與式、閉環(huán)式教學(xué)過程。在教學(xué)過程中，我們遵循以學(xué)生為主體、以成果為導(dǎo)向的教學(xué)理念，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際應(yīng)用問題與工程問題的能力，幫助學(xué)生確立清晰的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)方向，培養(yǎng)其利用高分子物理知識解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題以及復(fù)雜的工程問題的能力，鍛煉其科研思維與工程思維，助力培養(yǎng)材料類創(chuàng)新型工程人才。同時(shí)，該教學(xué)模式可作為“材料分析測試方法”“聚合物共混改性原理”等其他材料類工科課程教學(xué)改革的參考模式。

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項(xiàng)目基金：河北省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“地方公費(fèi)師范生實(shí)踐教學(xué)體系建設(shè)——以化學(xué)專業(yè)公費(fèi)師范生為例”（2023GJJG569）；唐山師范學(xué)院教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目“新工科背景下以成果為導(dǎo)向的《高分子物理》課程‘4233’教學(xué)模式的探索與實(shí)踐”（2024JG31）

*通訊作者：羅寶晶（1988—"），女，漢族，山東濱州人，博士，講師，研究方向：高分子材料結(jié)構(gòu)與性能調(diào)控、可降解高分子材料等。