《聚合反應工程基礎》課程改革初探—基于OBE理念

鄭紅娟，王仁杰，苗 蔚，尚蒙婭，程 博

(河南工業大學 材料科學與工程學院，河南 鄭州 450001)

工程教育專業認證是國際通行的工程教育質量保障制度，也是實現工程教育國際互認和工程師資格國際互認的重要基礎[1]。截至2017年底，教育部高等教育教學評估中心和中國工程教育專業認證協會共認證了全國198所高校的846個工科專業。近年來，隨著專業認證的數量越來越多，專業認證也日趨重要。其中開展畢業要求達成度評價就是一項非常重要的內容，將畢業指標點落實到每門課程的每個章節中，所以課程教學的實施活動、考核方式、達成評價辦法和達成度密切相關。

《聚合反應工程基礎》課程是高分子材料與工程專業的專業課程之一[2]。該課程的學習是建立在高分子物理和高分子化學專業課基礎上，是高分子合成材料工業化生產的必經階段。由于課程知識點分散、涉及的公式和計算較多，學生們的學習有一定難度。本文從OBE的理念[3]出發，以學習形式自由、教學方法靈活、考核方式多樣等方面進行課程改革。

1 學習形式自由

課程的第一部分是化學反應工程基礎[4]，為未學過化學反應工程的高分子類學生提供基礎知識，主要介紹聚合反應相關知識，使學生能夠牢固掌握聚合反應工程的基本概念、基本原理和計算方法。這部分內容采用以問題為導向的學習方式。關于理想反應器的設計、熱穩定性、混合、流動分布等內容是該課程的重點，主要通過以講授為主的形式教學。

第二部分是聚合過程的工程分析，主要是聚合動力學分析操作參數對聚合速率和聚合物質量的影響。是一系工程化研究的內容，需要較多的人員參與，考慮的方面更多。采用以團隊為基礎的學習，使學生能夠有機會在高分子材料與工程的學科背景下的團隊中承擔個體，團隊成員以及負責人的角色。第三部分是聚合物流變與傳遞，聚合反應器的放大，該部分內容直接和應用銜接。采用以項目為基礎形式的學習。理解并掌握與高分子科學技術相關工程項目的管理原理與經濟決策方法，并能在多學科環境中應用。

第三部分是以攪拌聚合釜為重點，討論聚合過程(流動、混合、傳熱等物理過程及聚合反應過程)對聚合反應器設計和操作控制要求。了解聚合反應器的設計、操作和控制的基本方法。能夠根據聚合物性能要求合理確定聚合反應器的設計、操作和控制條件。適合以問題為基礎引導學生自學，采用查閱文獻、雨課堂等進行課前預習的形式加速學習。能夠將工程基礎和專業知識用于解決高分子材料設計與開發、高分子材料工程等復雜工程問題。

最后部分是關于管式聚合反應器、塔式聚合反應器和特殊形式的聚合反應器等不同類型反應器，以及未來新類型的反應器，聚合反應工程的發展歷程等以匯報講解形式學習。鍛煉學生能夠在業界行業及社會公眾進行有效溝通和交流，通過撰寫報告、設計文稿、陳述發言、清晰表達或回應指令方面的練習，能夠在跨文化背景下進行溝通和交流。

2 教學方法靈活

根據課程不同章節的要求，重點和難點內容詳講，次要內容略講。同時結合所講內容，多種教學方法有機結合，提高課堂教學效果。以攪拌聚合釜和聚合過程的動力學分析為例，簡要說明教學方法。

攪拌聚合釜是工業上聚合反應器中最常見和使用最多的反應器[3]。其中反應釜的結構設置、攪拌器的選擇均與合成反應類型密切相關，并且釜內液體的流動狀況，攪拌功率大小、攪拌器轉速的快慢、流體的分散情況及混合特性均需進行考慮，各種技術參數是否相互影響，又如何變化？聚合釜的傳熱方式，傳熱量的計算以及釜內傳質情況是否都在變化？一般反應放大過程都是經歷實驗室小試、中試、工業化生產，可見聚合釜的放大是工業化生產的關鍵階段。放大需要考慮哪些方面，放大的方法有哪些，放大成功的標志是什么？等此類重點內容較多，采用板書和PPT相結合的方法講解相關內容，引導學生主動參與討論。教師講授主要是幫助學生對信息進行組織，構建系統的知識框架概念，對問題集中的難點重點進行糾正性教學。

聚合過程的動力學分析中的均相自由基共聚、縮聚反應、非均相聚合反應等知識點在高分子化學課程中已有詳細講解，同時引出流動與混合對聚合度分布的影響、聚合過程的調節與控制的問題。非牛頓流體的流動中的非牛頓流體的種類和流變性的測量已在高分子物理課程中涉及該部分內容，在圓管中進行聚合反應主要是非牛頓流體，結合化工原理課程知識嘗試討論在在圓管中的層流流動和湍流流動情況。上述這類已學習知識內容并不在課堂上進行講授，而是通過布置閱讀任務，讓學生在課下提前閱讀大量的教材、參考書、論文等學習材料，通過教學視頻、網絡資源補充。學生分小組做PPT，課堂匯報講解、討論形式來加深相應知識。

通過該課程的學習，學生了解聚合反應過程的基本內容和研究方法，聚合反應器設計的基本原理和設計方法；能夠運用所學理論知識對反應過程中的某些現象進行分析；能夠根據聚合物性能要求合理確定聚合反應器的設計、操作和控制條件。

3 考核方式多樣

工程教育專業認證的核心就是確認工科專業畢業生達到行業認可的既定質量標準要求，是一種以培養目標和畢業出口要求為導向的合格性評價。本課程采用討論、報告、大作業等多種方式進行考核。

討論：以隨機的形式，在每章內容進行中或結束后，提出1～3個主題進行課堂討論，或課后布置作業進行討論分析，按20%計入總成績； 綜合匯報：由學生自己選擇感興趣的題目，進行資料查找與總結，并在課堂上對所選題目進行講解，同學之間互相討論學習，主要考核學生知識點理解和掌握程度，按30%計入總成績；大作業:設置結合實際的復雜問題，通過學生的獨立完成，培養學生工程思維，提高分析聚合工程問題能力，按50%計入總成績。

4 結語

通過有目的課程教學，著重培養學生的工程概念、工程分析能力和解決實際工程問題的能力。在教學實踐中，采用傳統教學和多媒體動畫教學相結合的方式，以及不斷嘗試和改進新的教學方法，可以提高教學效果，激發學生的求知欲望，使學生在理論學習和工程實踐方面打下良好的專業基礎，能運用所學知識解決聚合反應工程及相關領域的實際問題。希望有更好的教學改革方案，使實驗室教學與工業實際有效的結合起來。