劉 靜 王 軼

(桂林電子科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 廣西 桂林 541004)

0 引言

二零一七年二月,國家教育部高等學(xué)校司印發(fā)《有關(guān)深入開展新工科研究與實踐的通告》,確定進一步深入開展新工科研發(fā)和實際活動,這也標志著新工科建設(shè)工作由基礎(chǔ)理論到實際層面的全面鋪開?！秶抑虚L期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010-2020年)》中也明確:高等學(xué)校要全面改善高等教育辦學(xué)管理水平和人才培養(yǎng)質(zhì)量等核心問題。目前,中國高校教育仍在長期強調(diào)傳統(tǒng)課程邏輯下的知識授受,灌輸學(xué)生多而探究少、教授多而啟發(fā)少、重視分數(shù)多而重視能力低,在培育高素質(zhì)、寬口徑、厚基礎(chǔ)的復(fù)合專業(yè)人才和多層次創(chuàng)新性人才培養(yǎng)上明顯無力,招致高教界備受批判和詬病[1]。黨的十九大報告指出,要“推進優(yōu)質(zhì)高校和一流學(xué)科創(chuàng)建,促進高等學(xué)校內(nèi)涵式成長”[2]。要推進新工科、新醫(yī)學(xué)、新農(nóng)科、新文科的建立,做強頂尖學(xué)科專業(yè)、創(chuàng)建一流學(xué)科專業(yè)、培育頂尖人員,全方位振興本科教學(xué),全面提升高等教育人才培養(yǎng)實力。積極引導(dǎo)各地院校實現(xiàn)分類發(fā)展、特色發(fā)展和內(nèi)部結(jié)構(gòu)優(yōu)化,在服務(wù)于當?shù)貐^(qū)域經(jīng)濟發(fā)展中建立一個面向未來、滿足需要、推動發(fā)展、理念領(lǐng)先、保證有力的頂尖本科生綜合專業(yè)。而當前,在“一流學(xué)科專業(yè)建設(shè)工程”和“工程教育認證”的要求下,我校高分子材料與工程專業(yè)的建立與蓬勃發(fā)展也面對著巨大的未來發(fā)展機會和艱巨的挑戰(zhàn),培育能滿足國民經(jīng)濟建設(shè)和行業(yè)需要的“高級應(yīng)用型工程技術(shù)人才”,已變成學(xué)校本專門的主要教學(xué)發(fā)展任務(wù)。因此,根據(jù)其所擔任的《聚合物合成工藝學(xué)》課程教學(xué)過程中問題,以“科研反哺教學(xué)”為主要的改革手段,探討其在《聚合物合成工藝學(xué)》課堂教學(xué)創(chuàng)新中的經(jīng)驗和研究成果。

1 《聚合物合成工藝學(xué)》改革的必要性

大學(xué)課程是中國人才培養(yǎng)的基礎(chǔ)要素。在“一流專業(yè)建設(shè)”和“工程教育認證”的新發(fā)展條件下,課程改革以輸出為引導(dǎo)、以學(xué)習(xí)者為中心的核心理念,完善課程與學(xué)生的能力結(jié)構(gòu)之間的對應(yīng)關(guān)系。高分子材料是中國當今最主要的材料之一,并以其加工性好、密度低、硬度高、成本低等優(yōu)勢,被廣泛地運用到了國民經(jīng)濟的各個產(chǎn)業(yè)當中,如機械制造業(yè)、生物醫(yī)藥領(lǐng)域、城市軌道交通、航空航天、智能材料領(lǐng)域等,是與人們生活、工業(yè)離不開的重要物質(zhì)。而放眼于高分子材料學(xué)科教育,可以看到的高分子材料品種很多,而且科技發(fā)展更新較快,應(yīng)用范圍也在日益擴大,但是由于這種實際的實踐經(jīng)驗并沒有及時反映在高校的理論知識教學(xué)之中,出現(xiàn)了理論落后實用的狀況,與科教脫節(jié),非常不利于培育相關(guān)人員。可以說,高分子材料類學(xué)科改革工作已切身地關(guān)系到經(jīng)濟社會的建設(shè)發(fā)展,要以經(jīng)濟社會需要為目標,優(yōu)化課程,提升教學(xué)質(zhì)量,形成動態(tài)的課改模式。運用線上線下混合教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析等,為課改管理工作創(chuàng)造科技保障,并以此推動學(xué)科改革工作的全面開展,將其變成現(xiàn)代人才培養(yǎng)的科學(xué)推動器。高分子材料的教育變革離不開網(wǎng)絡(luò)、自媒體等,其既是網(wǎng)絡(luò)時代發(fā)展給我們的機會,也是一個挑戰(zhàn)。[3]

2 《聚合物合成工藝學(xué)》學(xué)情分析及現(xiàn)狀

《聚合物合成工藝學(xué)》是高分子材料學(xué)科中的專業(yè)基礎(chǔ)核心課程,其內(nèi)容涵蓋了樹脂、橡膠、纖維及多種功能高分子材料等各種常見高分子材料的反應(yīng)工藝、發(fā)展歷史、理論研究進展、工業(yè)制備方案等,是開展的科學(xué)研究、開發(fā)設(shè)計等方面工作所必不可少的重要理論基礎(chǔ)知識,是一個理論性和工程實用性都較強的課程。[4]

本課程通過對常見高分子材料的化學(xué)組成與制備、工藝特點及使用情況、各種材料技術(shù)發(fā)展動向等的系統(tǒng)教學(xué),主要目的讓學(xué)習(xí)者全面掌握高分子材料的工程設(shè)計方法、基本構(gòu)造與重點研究,并著重了解高分子材料的微觀構(gòu)造特征和從宏觀角度使用效果間的相互關(guān)聯(lián),從而具有了“從高分子鏈結(jié)構(gòu)方面來研究各種材料特性及使用特性”的基本能力,既可以因地制宜地物料選擇和材料配方設(shè)計工作,并可以對新發(fā)展的新建筑材料、新產(chǎn)品、新工藝等技術(shù)加以合理地分類和運用,在真正意義上做到了培養(yǎng)學(xué)科基礎(chǔ)堅實、工程技術(shù)應(yīng)用能力強大的專門工程技術(shù)人才。

2.1 《聚合物合成工藝學(xué)》教學(xué)的學(xué)情分析

在實施教學(xué)之前,必須通過學(xué)情分析,要仔細分析學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ),重點包括學(xué)生的認識基礎(chǔ)、方法基礎(chǔ)、經(jīng)驗基礎(chǔ)等;教學(xué)過程,重點內(nèi)容包括學(xué)生的學(xué)習(xí)方式、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)興趣、學(xué)生個性;《聚合物合成工藝學(xué)》是學(xué)校面向高分子材料專業(yè)學(xué)生而設(shè)立的學(xué)科核心基礎(chǔ)課程之一,根據(jù)高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)方案的規(guī)劃,教學(xué)安排在大四上學(xué)期,該課程從材料的高分子化學(xué)合成、到材料性能、到產(chǎn)品生產(chǎn)流程設(shè)計與應(yīng)用、到最后材料加工的最新研究進展,涵蓋了許多方面知識領(lǐng)域,是一個內(nèi)容體系完備、綜合性較強的材料學(xué)科基本教程。此時大四年級已經(jīng)初步接觸高分子學(xué)科的絕大多數(shù)理論知識,了解過此類綜合性科目的復(fù)習(xí)方式,系統(tǒng)性學(xué)習(xí)的方法,不過由于這階段學(xué)生面對研究生考試、就業(yè)的壓力,對專業(yè)學(xué)業(yè)不積極,成績出現(xiàn)二極分化的現(xiàn)象突出,班級之間的學(xué)業(yè)情況已經(jīng)出現(xiàn)顯著的差別。通過設(shè)置相應(yīng)的課堂教學(xué)、案例分析,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性與熱情,引導(dǎo)他們逐步養(yǎng)成有利于各自成長的學(xué)習(xí)習(xí)慣與學(xué)習(xí)風格,從而建立了團隊互助、合作學(xué)習(xí)共同進步的良好氛圍,同時利用課堂教學(xué)過程與研究,可以即時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動向,并適時做出教學(xué)方法的重大改變,實現(xiàn)了真正的因材施教,以實現(xiàn)了該課題的培養(yǎng)目標。

學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評估是教師教學(xué)工作是否如按照畢業(yè)要求進行的關(guān)鍵衡量方式。傳統(tǒng)課堂中的學(xué)習(xí)效果考核主要包括教學(xué)問題、課后作業(yè)、期末考核等,評估手段與考核制度并不完善,沒有與時俱進,沒有貫徹以學(xué)生為中心的指導(dǎo)思想,不能充分體現(xiàn)在現(xiàn)有教學(xué)條件下對學(xué)生的社會基礎(chǔ)知識、綜合素質(zhì)、工程運用技能的訓(xùn)練目標。在教學(xué)過程中,通過翻轉(zhuǎn)式學(xué)習(xí)、自由組合等教學(xué)手段,通過案例教育,激發(fā)他們的學(xué)習(xí)積極性,并及時肯定他們在學(xué)習(xí)過程中成績最明顯和優(yōu)秀的方面,同時又要及時發(fā)現(xiàn)并改進他們在學(xué)習(xí)過程中所存在的困難,從而亡羊補牢,爭取在教學(xué)任務(wù)完成時讓每一個同學(xué)的知識與技能都有所提升。

2.2 《聚合物合成工藝學(xué)》教學(xué)的現(xiàn)狀

在實際教學(xué)過程中,本課程主要涵蓋了各類合成高分子產(chǎn)品制造過程,但有些教學(xué)內(nèi)容枯燥、多且零碎,且學(xué)習(xí)者往往僅僅看到生產(chǎn)流程示意圖,對于實際制造過程涉及到的儀器設(shè)備往往只是憑空想象,傳統(tǒng)的教學(xué)方式也無法充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。實際教學(xué)過程中也不能充分體現(xiàn)學(xué)習(xí)者在“學(xué)”的中心地位,教學(xué)模式單調(diào)。此外,由于合成高分子材料制造科技發(fā)展速度很快,原有課程已經(jīng)很久未見過新版,故更新速度滯后;在實際教學(xué)的講解上則更多地偏向理論,對于最新的生產(chǎn)工藝流程、市場需求、實際應(yīng)用等講解也較少。課堂教學(xué)的考查手段與形式也比較簡單,造成學(xué)習(xí)者對書本內(nèi)容的依賴性比較強,對書外的知識主動掌握能力比較欠缺,從而無法考查學(xué)習(xí)者對專業(yè)知識的綜合使用能力,也不利于學(xué)生能力的培養(yǎng)。

為了順應(yīng)新時代的發(fā)展和“新工科”建立、質(zhì)量認可改革的需要,本學(xué)科對此課做出了大膽變革,形成了全新的課程體系,使此課的教學(xué)結(jié)構(gòu)、講授教學(xué)內(nèi)容、實踐方法、評價標準等均進行了很大的變革,能促使學(xué)生知識、能力、職業(yè)素養(yǎng)等全方位發(fā)展,并培養(yǎng)富有科學(xué)創(chuàng)新精神、實踐創(chuàng)新能力的高層次人才。希望通過完善教學(xué)模式與組織形式,改變考試方法,進一步加強教學(xué)改革,真正推動教學(xué)革新,讓枯燥的理論知識更加使學(xué)習(xí)者容易接受,使學(xué)生的學(xué)習(xí)從被動走向更加主動,同時培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思想與創(chuàng)造力。

3 《聚合物合成工藝學(xué)》教學(xué)思考及探索

高分子材料工業(yè)發(fā)展至今已有百余年歷史,隨著人類制造技能的提升,和人類對越來越豐富的高物質(zhì)文化的要求,用途不同、琳瑯滿目、品種層出不窮的高分子材料大量涌現(xiàn)于人類的生活與工業(yè)之中?？v觀《聚合物合成工藝學(xué)》的課程內(nèi)容,由于高分子材料技術(shù)更新較快、使用領(lǐng)域范圍日益增加,理論技術(shù)得不到及時增補與修訂,再加上人們關(guān)于高分子材料的認知日益增加,經(jīng)濟社會關(guān)于高分子材料及其高分子專業(yè)技術(shù)人才的需求量也在持續(xù)增加,所以《聚合物合成工藝學(xué)》是一項亟待改造與開拓創(chuàng)新的學(xué)科基礎(chǔ)課,必須轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)教學(xué)思想,適應(yīng)經(jīng)濟社會的動態(tài)要求,不斷更新與充實內(nèi)容,實施動態(tài)課程改革[5],以切實培養(yǎng)出高層次的應(yīng)用型工程技術(shù)人才,更好地服務(wù)于我國社會和地方區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展。

3.1 《聚合物合成工藝學(xué)》教學(xué)內(nèi)容設(shè)定

本文以《聚合物合成工藝學(xué)》教學(xué)內(nèi)容其中一章——“高分子化合物的生產(chǎn)過程”為例來說明。本章課程的教學(xué)目的分別從知識目的、能力目的和素質(zhì)目的三個方面來描述。知識目的:了解高分子化合物的制備過程的基本信息,以及了解到高分子材料制備過程中涉及的復(fù)雜過程問題的解決辦法,有多種方法可以選擇。能力目的:能針對研究對象或工藝過程建立合適的數(shù)學(xué)模型,利用掌握聚合設(shè)備的類型及其特點,如何選型以及應(yīng)用。素質(zhì)目的:對高分子物質(zhì)材料合成工藝中涉及的復(fù)雜工藝問題的解決方案提供合理的處理方式,并會利用文獻研究成果尋找可取代的處理措施。

章節(jié)內(nèi)容的教學(xué)側(cè)重和難度,分別為:以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)高分子合成工藝學(xué)的積極性,和掌握工業(yè)生產(chǎn)制備大分子合成的一般流程。同時結(jié)合案例,通過高度總結(jié)高分子生物合成的共同化的思維方法,給學(xué)習(xí)者一個深入的印象,為下一個學(xué)習(xí)階段奠定了歸納概括的思維方式。

3.2 《聚合物合成工藝學(xué)》教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計

章節(jié)課程的創(chuàng)新設(shè)計見圖1。

圖1 高分子化合物的生產(chǎn)過程課程設(shè)計Fig.1 Course design of polymer compound production process

在課程教學(xué)中應(yīng)避免“一言堂”的傳統(tǒng)教學(xué)模式,而通過啟發(fā)式課堂教學(xué)、交互式教學(xué)、課題引導(dǎo)型教學(xué)等方法,可以改善課堂,進而激發(fā)學(xué)生的主動性才能,改善學(xué)生讀書成績。因此,通過提問引導(dǎo)的課堂方式可運用于在學(xué)校做好班前準備。首先,在課前班后,老師根據(jù)此段課所教教學(xué)內(nèi)容,運用網(wǎng)絡(luò)平臺,如雨課堂,給學(xué)生布置了一些課題,尤其是一些概念性的知識點。為了有助于老師掌握和判斷學(xué)生的預(yù)習(xí)狀態(tài),在上課時還可對同學(xué)們做出有關(guān)內(nèi)容的詢問。傳統(tǒng)的課堂,我們只強調(diào)了教師的“教”而忽略了學(xué)生的“學(xué)”,大多數(shù)學(xué)生對知識的接受是被動的。怎樣調(diào)動和培養(yǎng)學(xué)生對學(xué)習(xí)的主動性,這是作為老師必須深思,并尋找對這一傳統(tǒng)模式進行改造的方法。在現(xiàn)有的《聚合物合成工藝學(xué)》的教學(xué)過程中,改變了傳統(tǒng)的“課堂學(xué)習(xí)”方式,通過翻轉(zhuǎn)課堂、慕課學(xué)習(xí)、團隊案例分享等教學(xué)方法,使學(xué)生充分發(fā)揮學(xué)習(xí)主觀能動性,實現(xiàn)了多方位學(xué)習(xí)。一方面,在老師的引導(dǎo)下,就教學(xué)中涉及的主要知識點,按照教材,設(shè)計一些探究性項目,比如,“聚乙烯給人們的生活帶來什么樣的變化”,“砸不破的西瓜是如何實現(xiàn)的”,將這些生活中能見到的課程項目或知識點分配給學(xué)生,學(xué)生以小隊為單元,通過使用圖書室和網(wǎng)絡(luò)平臺尋找有關(guān)資源,在課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)平臺上相互交流,讓學(xué)生切實地動起來;另一方面教師把“教”的角色賦予學(xué)生,讓學(xué)生在講臺上展現(xiàn)“教”的角色,體會并總結(jié)怎樣才可以教育得好。通過這樣的環(huán)節(jié)既調(diào)動了他們自主學(xué)習(xí)的積極性,同時也增強了他們相互協(xié)作、合作研究式的學(xué)習(xí)意識。

3.3 課程思政

高分子材料涵蓋到了日常生活中的方方面面,不過因為現(xiàn)在社會普遍對材料學(xué)科還具有一些偏見,再加上大家對高分子材料專業(yè)領(lǐng)域的認識很可能還停留在平時看到的塑膠、包裝袋、輪胎等領(lǐng)域,所以學(xué)科認同感并不強。在介紹高分子材料應(yīng)用情況時,我們著力闡述了高分子材料在提高人民生活水平和科學(xué)發(fā)展過程中的最新運用,以幫助他們認識所學(xué)專業(yè)和材料在經(jīng)濟社會發(fā)展中的重要促進意義,從而增強了他們的學(xué)科認同感和自豪感。例如,在車輛輕量化發(fā)展領(lǐng)域,課程通過對車輛的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了拆分,并著重介紹了車輛中合成高分子材料的使用情況和特性特點,并介紹了這些材料生產(chǎn)改性工藝發(fā)展歷程。通過對聚丙烯(PP)生產(chǎn)工藝和改性工藝的進展介紹,對PP材料結(jié)構(gòu)強度和抗沖擊特性提高,所以目前轎車的前部保險杠和后備箱基本都是由合成高分子材料PP 所構(gòu)成;采用發(fā)泡的成型工藝方法,制備多孔PP,有效的減小了PP的密度,增大了PP的比表面積,提升了PP 硬度。而汽車的內(nèi)飾材料科技感也隨著材料的生產(chǎn)工藝和改性工藝的發(fā)展而越來越深入。汽車內(nèi)裝主體塑料PP、聚碳酸酯(PC)和苯乙烯-丁二烯-丙烯腈三元共聚物(ABS)由于各自的性能和應(yīng)用不同,通過調(diào)整材質(zhì)表層的硬度,還能夠賦予與汽車內(nèi)裝塑料制品良好的接觸感。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的問世也讓電子設(shè)備不再全部依賴于常規(guī)金屬導(dǎo)線,而且采用導(dǎo)電高分子復(fù)合材料還可以建立結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的傳導(dǎo)通道,極大的縮小了電子設(shè)備的尺寸,也大大增加了安全和實用價值。另外,通過調(diào)節(jié)彈性體、橡膠等大分子物質(zhì)導(dǎo)電性和強度之間的平衡點,擴寬了光伏高分子材料的發(fā)展方向,使柔性電子折疊屏的應(yīng)用變?yōu)榱丝赡苄?。通過對高分子材料新應(yīng)用的闡述與分析,學(xué)生可以更直觀地認識高分子材料。在促進人民生活水平與產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的重要影響,對高分子材料的認知力增強,專業(yè)認同感增加,民族自豪感提升。

4 總結(jié)

新型工科背景下,中國社會對作為傳統(tǒng)學(xué)科的高分子材料及工程技術(shù)發(fā)展,提出了更高的需求。傳統(tǒng)學(xué)科、傳統(tǒng)課程也必須在新的歷史背景下能夠沖破傳統(tǒng)觀念,以自主與創(chuàng)新性進行教學(xué)改革。作為新課程的主要引導(dǎo)人,學(xué)校教師要根據(jù)當前社會、行業(yè)的發(fā)展新要求,對高分子學(xué)科人才需求不斷深人探討、并及時加以調(diào)整、充實教學(xué)的改革方案。改革的終極目的是為了調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,努力提高教學(xué)質(zhì)量,積極培育富有創(chuàng)新精神、高水平、綜合創(chuàng)新能力較強的人才培養(yǎng),以適應(yīng)當前社會、行業(yè)的發(fā)展需求,并共同推動我校本學(xué)科的建立與發(fā)展。