《高分子材料導論》課程教學設計與實踐

鄭 軻，李坤泉，吳文劍

（東莞理工學院材料科學與工程學院，廣東東莞 523808）

《高分子材料導論》既是我校高分子材料與工程專業的先修課程，又是核心課程，起著培養學生專業興趣，增強學生專業認同感，為學生構建基礎知識網絡的重要作用。在“三全育人”模式和“立德樹人”要求下，充分挖掘本課程中蘊含的事跡案例，把專業知識教育同職業道德、家國情懷和大國工匠精神有效融合，培養出符合國家發展需要的社會主義建設者和接班人是本課程教學的重要使命[1]。

1 課程目標定位

《高分子材料導論》課程是全國各大高校高分子材料與工程專業的重要課程之一。結合東莞理工學院培養一流應用型人才的目標，獨具特色地為高分子材料與工程專業的同學開設了這門課程[2]。本課程是高分子材料與工程專業的專業必修課，主要目的為精準對標該專業人才培養目標和畢業要求，包括以下四點。

1）掌握高分子材料工程設計和產品開發的基本設計/開發方法和技術，了解影響設計目標和技術方案的各種因素。

2）能夠根據對象特征，選擇研究路線，設計實驗方案。

3）能夠站在環境保護和可持續發展的角度思考高分子材料與工程專業工程實踐的可持續性，評估產品周期中可能對人類和環境造成的影響。

4）理解工程師對公眾的安全、健康和福祉，以及環境保護的社會責任，能夠在工程實踐中自覺履行責任。該課程主要講授高分子材料的基本理論、基礎知識、典型高分子材料的性能和應用。具體教學內容包括：材料與高分子材料、高分子材料的結構與性能、塑料、橡膠、纖維、黏膠劑和涂料、聚合物共混物。在教學時，本課程重點強調高分子材料的基本設計和開發技術，讓學生掌握一些常用高分子材料（聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丁腈橡膠、SBS 橡膠、滌綸和碳纖維等）改性的方法及產品設計路線。同時，在教學中重點引入我國科學家對高分子材料專業發展的貢獻，培養同學們的民族自豪感和自信心。

2 課程事跡案例挖掘

目前，高分子材料的應用遍布各個領域，在人們的生活中應用廣泛，同學們對高分子材料非常熟悉[3-4]。因此，本課程非常容易通過生活中的實例達到教學改革的目的。比如在塑料內容中，推廣使用環保高分子材料（如聚乳酸），增強同學們以社會責任為己任的個人意識；在纖維內容中，闡述我國高分子材料領域的技術優勢（如大規模生產能力強）和不足（如國產碳纖維材料性能還有待提高），介紹國際先進高分子材料的實例（如日本東麗公司的T1100碳纖維）和最新科研成果，從而培養學生自主學習高分子專業課程的興趣，以及以國家技術需要為個人奮斗目標的理想信念，為后面深入地學習專業知識奠定基礎。另外，本課程與大灣區生產需要緊密相連，本地有很多高分子加工廠家，可以重點強調高分子材料的合成和改性方法，與生產實踐緊密結合起來。比如：在塑料部分，從制作抗疫口罩的無紡布出發，結合金發科技的技術需要，重點學習聚丙烯的改性和熔融指數測試；在高分子材料的結構與性能部分，從生益科技制作高性能覆銅板需要的阻燃劑出發，為同學們闡述一些國家的卡脖子技術難題，重點學習各種高性能阻燃劑（磷、硅、氮類）的合成制備，阻燃機理，以及通過復配提高其阻燃性能的原理和方法。這些實用性技術不僅可以把理論和實踐緊密結合起來，豐富課堂教學內容，而且為同學們畢業后從事開發新型高性能高分子材料相關的工作提供科學依據和理論指導，更有助于讓同學們明白高分子行業的痛點，為以后解決國家卡脖子技術難題打下基礎。下面列舉了本課程中的部分事跡案例，這些豐富的事跡案例和該課程長期的教學積累，為進一步深化教學改革打下了良好的基礎。

1）在緒論部分的實例。

（1）復合材料。介紹中國C919大飛機使用的高分子復合材料，講述中國C919大飛機艱難的開發歷程和先進性，激發同學們的民族自豪感和專業自豪感。

（2）高分子材料的發展歷史及未來。介紹我國科學家在高分子材料領域的貢獻，比如：徐僖院士研制出一種耐溫抗鹽添加劑，實現了低能耗和高效率的采油；研制成功第一款國產原油降凝劑，實現了原油的低能耗輸送，替代國外產品進口，廣泛應用于國內輸油管線；李永舫院士在聚合物太陽電池（PSC）共軛聚合物給體和富勒烯受體光伏材料，以及電極界面修飾層材料、導電聚合物電化學等方面取得了系統的和創造性的研究成果，對中國光電功能高分子領域的快速發展起到了重要的推動作用。

（3）高分子材料的合成。介紹何炳林院士開發出的離子交換樹脂對我國原子彈爆炸的貢獻。

2）在高分子材料結構與性能部分的實例。

（1）聚合物的降解。介紹可降解高分子材料，比如聚乳酸、聚己內酯等，增強同學們對可降解高分子材料的認識。教育大家做好高分子分類回收利用，增強其環保意識，歸結到習近平總書記對我們的教導：“綠水青山就是金山銀山”。

（2）聚合物的阻燃。突破國外芯片封鎖需要能滿足高速高頻的覆銅板，這就需要開發新型無鹵且低極性的阻燃劑，結合東莞松山湖生益科技在這方面的需求，介紹卡脖子技術難題，激發同學們為國學習的熱情。

3）在塑料部分的實例。

（1）聚丙烯。聚丙烯（高熔融指數）可以生產制造口罩的必要原料熔噴布，對抗擊疫情作出了卓越的貢獻。

（2）聚芳醚。蹇錫高院士研制成功結構全新的系列新型雜環高性能工程塑料，既耐高溫又可溶解，解決了傳統高聚物不能兼具耐高溫和可溶解的技術難題，綜合性能優異，成本低，屬國際首創、原始創新，已廣泛應用于航空航天、核能、電子電氣、石油化工、精密機械、環保等領域。

4）在橡膠部分的實例。

（1）天然橡膠的發展歷史。中國共產黨人黃宗道院士對中國天然橡膠事業的貢獻，以及他對科研的熱愛、追求和大國工匠精神。

（2）橡膠工業。介紹紅色管家“葉季壯”對促成“中錫貿易協定”的貢獻，突出老一輩共產黨人打破西方國家封鎖的智慧和能力。

5）纖維部分的實例。

（1）天然纖維。介紹天然纖維（比如蠶絲和紅麻）的優勢，讓學生認識到生態文明建設事關中國夢的順利實施，介紹黨的十八大以來我們在生態文明建設上的成果，激發學生的學習興趣。

（2）纖維素的溶解。張俐娜院士突破了高分子加熱溶解的傳統方法，利用NaOH/尿素水溶液低溫成功溶解了纖維素和甲殼素，開創了高分子低溫溶解的技術及新機理。

（3）氨綸纖維。以新鄉白鷺化纖的氨綸分廠發展歷程為例，講解國內科學家通過刻苦攻關，實現成型設備的大規模國產化，激發同學們為國學習的熱情。

6）在膠黏劑和涂料部分的實例。

（1）膠黏劑。隨著半導體行業向國內轉移，我國對光刻膠的需求持續增大。雖然目前印刷線路板（PCB）光刻膠和液晶顯示屏（LCD）光刻膠已經實現部分國產化，但高端半導體光刻膠尚未實現國產化。詳細介紹了上海光源的同步輻射及紫外光刻膠檢測裝置。

（2）涂料的發展歷史。我國是世界上最早制造和使用漆器的國家，距今已有七千多年的歷史。目前發現年代最早的漆器是河姆渡新石器遺址出土的木質朱漆碗，經化學方法及光譜分析鑒定為生漆，生漆是一種天然樹脂成膜物。在講授涂料的章節中引入這些文化遺產，讓學生在認識涂料組成的同時，感受華夏的悠久文明，激發學生學習的興趣。

7）在聚合物共混物部分的實例。

（1）聚合物基復合材料的應用。從航空航天材料（火箭、飛機）方面闡述復合材料的應用，講解我國自主研發復合材料助力運20、武直10和殲20等，激發學生的專業榮譽感與行業自豪感。

（2）聚乙烯纖維復合材料。在20 世紀90 年代，我國科學家成功研發的具有自主知識產權的聚乙烯纖維，被國人喻為“爭氣纖維”。介紹老一輩科學家的科研精神，鼓勵學生不斷鉆研，勇攀科學高峰，培養學生科技報國的熱情。

此外，還獨具特色地在課堂中引入高分子領域各位院士的工作，以便讓同學們更好地了解中國高分子的發展。例如陳慶云院士主要從事有機氟化學研究。首次合成六氟雙酚A，參加并領導了我國首創抑鉻霧劑F-53、含氟單體及氟利昂代用品的研制和生產。合成多種全氟磺酸及其衍生物，闡明了全氟型磺酸酯的硫-氧鍵斷裂特性。系統研究全氟碘代烷在多種金屬、親核試劑或紫外光引發下的單電子轉移反應，成功地將全氟烷基引入有機分子，為含氟材料和有機氟化學作出了貢獻。程镕院士對凝膠滲透色譜進行研究，他首先研制出了多孔填料，闡明了成孔機理，以及控制孔度方法。程镕時院士提出的分離與擴展效應的統一理論是當時該領域最簡單的對加寬效應改正的方法。論文提交美國化學會年會時，被當作當年的重要成果發布，得到國外同行的關注和重視。他創建的簡易凝膠色譜方法，滿足了自記式儀器在我國普及前對高分子分子量和分子量分布表征的需要。他又將凝膠色譜的研究重點轉向了絕對量化問題，創立了絕對定量化原則，開創了一種研究分子水平上的吸附作用，以及分子間配合作用的有效而直接的定量方法，拓展了凝膠色譜的應用范圍。

3 教學改革的實踐措施和成效

教學方式對教學效果有極大的影響。在教學實踐過程中，以專業課知識點為載體，融入經典人物和案例，在面對面授課的同時，借助智慧教室中的多媒體展示圖片和短視頻，用主動式和體驗式的教學手段把觀點展示給學生，激發學生產生感情共鳴，從而使其樹立正確的價值觀。除了教師講授以外，還鼓勵學生自己發掘各種事跡案例，互相教育。比如，指定相關主題，要求學生課下查閱資料，總結相關事跡案例，進行小組討論和PPT 講演，激發同學們探索精神和表達能力。利用翻轉課堂的方式更有助于激發其他同學的學習興趣，增加同學們的學習深度。

課堂教學之外，還利用課余時間對學生開展教育教學。目前，很多同學熱衷于刷朋友圈、看公眾號。鼓勵同學們添加任課老師的微信和QQ，教師經常在朋友圈發送教育教學相關內容，引起很多同學觀看和點贊。利用微信軟件，學生還能隨時向老師請教問題，有利于師生交流，提高學習效果。鼓勵同學們在業余時間觀看相關科教欄目，比如《大國重器》；同時，也會在東莞理工學院優學院平臺提供相關視頻資料，拓寬同學們的視野，培養其大國工匠精神。

課程結束后通過調查問卷的方式，讓同學們評價教學效果，2021—2022第二學期的調查結果如表1所示。從表1可以看出，超過80%的同學對引入教學改革的方式非常滿意。更值得注意的是，超過90%的同學認為課程事跡案例極大增強了自己的愛國精神。這說明本課程的教學改革工作取得了一定的成果，得到了絕大多數同學的贊許。

表1 《高分子材料導論》課程問卷調查結果

4 結束語

《高分子材料導論》作為我校高分子材料與工程專業的基礎必修課程，對同學們專業基礎知識的構建、專業認同感的培養、正確人生觀價值觀的樹立起著至關重要的作用。在教學過程中，加強宣傳中華文明，堅守中華文化立場，提煉展示中華文明的精神標識和文化精髓，講好中國故事、傳播好中國聲音。在省級一流本科專業建設和廣東省高等學校特色專業建設的背景下，本課程不斷轉變教學思維模式，深入挖掘課程事跡案例，深化教育改革，把“立德樹人”作為首要目標，使專業課教學與教學改革并向同行。制定一系列行之有效的教學方法，提高了高分子材料與工程專業人才質量，培養了能滿足新時代中國特色社會主義建設的高層次應用型人才，得到了學生的廣泛認同。