以工程教育理念引領地方應用型高校《高分子材料綜合實驗》教學改革

＊葉遠松 郭舒雋 薛涵與 張于弛 王莉瑋 方潤

（閩江學院材料與化學工程學院 福建 350108）

實驗教學是高分子材料與工程專業本科教學工作的重要組成部分，是培養學生專業實踐技能和創新意識的重要環節，對學生適應社會需求能力的提升發揮著重要推動作用[1]。閩江學院是一所地方應用型本科高校，學校秉承“不求最大、但求最優、但求適應社會需要”的辦學理念，我校高分子材料與工程專業立足應用型辦學定位，積極對接福建省材料、化工等區域優勢產業發展需求，深度推進產教融合和校企合作，培養具有廣泛的化學化工理論基礎、扎實的高分子材料專業知識和實踐技能、良好的團隊合作意識和持續學習能力的應用型人才[2]。為了確保人才培養目標的高質量達成，近年來本專業圍繞實驗教學開展了一系列改革和探索。

1.《高分子材料綜合實驗》教學現狀及改革思路

《高分子材料綜合實驗》是高分子材料與工程專業學生在完成基礎知識學習和基本實驗技能訓練后開設的一門重要實驗課程。課程通過材料制備與測試、數據處理分析等綜合性實驗訓練，鞏固和加深學生對高分子合成與反應、結構與性能理論知識的理解，提高學生的實驗操作技能和創新思維能力，為學生今后讀研深造、從事產品研發等工作奠定良好的基礎[3-4]。我校高分子材料專業于2015年開始開設《高分子材料綜合實驗》，課程自開設以來其教學體系建設不斷完善，整體實驗教學效果也逐步提升。然而在教學實踐中，我們發現課程仍存在一些深層次問題：首先，傳統的《高分子材料綜合實驗》課程項目設置雖具有一定的綜合性，但多為經典的驗證性實驗，既沒有與企業的生產實際相銜接，也沒有體現學科專業的發展前沿，難以激發學生對實驗訓練的學習熱情和創造性思維。其次，教學方式主要以教師為中心，側重于專業知識與實驗技能的單向輸出和傳授，學生往往只是扮演著“操作工”角色，被動地成為課程內容的接收者和執行者。這些問題導致學生不論在學習態度、學習動力還是學習成效上均有欠缺，不利于應用型人才的高質量培養。為此，本課程教學團隊探索將“產出導向、學生中心和持續改進”的工程教育理念[5]與專業綜合實驗課程的教學緊密融合，從實驗教學角度探索一條適合應用型高校高分子材料專業人才培養的有效途徑。

2.工程教育理念引領《高分子材料綜合實驗》教學改革的主要措施

(1)圍繞“產出導向”，持續優化實驗內容

以“產出導向”為目標，不斷優化實驗項目，突出實驗內容的綜合性、實用性和探索創新性。本課程已不再直接使用現成教材，而是從校企合作項目、企業生產實際以及教師科研成果中“尋找”實驗項目，依據本專業的學情特點和實驗室硬件條件設計實驗內容并編制實驗指導書。課程共選取5個實驗項目，每個項目均包括樣品制備、測試與表征、數據分析討論等綜合實驗環節，引導學生將所學的理論知識應用于解決實際生產問題或科研問題，實驗項目的主題及設計來源如表1所示。

表1 課程實驗項目的選題與來源

實驗項目1是來源于校企合作轉移轉化項目，實驗通過在裱處涂層中添加無機納米片材形成“迷宮效應”的方法解決了企業生產的軟質聚氯乙烯（PVC）產品存在的油墨色遷移實際問題。實驗項目2是基于企業委托開發項目設計而成，要求學生結合所學的專業知識，通過查閱相關文獻資料自行設計共聚單體配比、引發劑品種、反應溫度及時間等合成工藝條件。實驗項目3則是根據團隊教師服務當地高分子材料企業的項目改造而成，針對企業生產的熱塑性聚氨酯（TPU）隔油地布用于油氣勘探時易于受到油類污染的問題，實驗采用臭氧引發接枝親水性大分子單體嘗試進行有效解決。實驗項目4源自“挑戰杯”福建省一等獎項目，通過溶液交聯聚合制備一種高陽離子度的聚電解質凝膠材料并將其負載于基材上制成凝膠濾芯，考察凝膠濾芯對水中陰離子污染物的脫除能力。實驗項目5是科研反哺教學的體現，團隊教師將省自然科學基金項目研究成果簡化為這一超疏水表面制備的探索性實驗，探析材料結構（微觀粗糙結構）與性能（表面特殊浸潤性）間的內在關系，在夯實高分子物理與化學理論知識的同時鍛煉學生的創新思維和動手能力。

通過近幾年實驗項目的不斷迭代完善，本課程的實驗內容更加貼近企業的生產實際和學科的發展前沿，并且其既涉及到通用高分子材料（塑料、橡膠、膠粘劑）的合成改性與配方工藝設計，也涉及到功能高分子材料（聚電解質、超疏水聚合物）的制備與測試表征儀器（SEM、FT-IR、接觸角儀、微重量天平）的操作使用。富含自主性和探索性的實驗內容產出成效顯著，極大地激發了學生對專業綜合實驗課程的學習熱情，同時幫助學生面對現實的應用和科研問題，通過真學真做獲得真實的學習經驗，培養解決實際工程問題的能力。

(2)緊扣“學生中心”，活用智慧教學方法

堅持以學生為中心，充分運用翻轉課堂和雨課堂等智慧教學方法，有效促進師生間的良性互動，提升學生學習的自主性。本課程摒棄以往課堂講解實驗內容、指導實驗操作的常規實驗教學模式，將全部5個實驗項目的背景知識、實驗原理、操作步驟等內容，制作成教學視頻并輔以實驗講義，課前推送給學生自主完成預習，讓學生帶著問題思考來做實驗。課堂上，教師則重點講解實驗操作要點、解答學生疑問，并通過流動檢查手段引導學生規范化操作、準確記錄實驗現象與原始數據。每項實驗均設置課堂測試環節，通過雨課堂實時考查了解學生對實驗知識的掌握程度和薄弱之處。實驗結束后，增設討論環節，各小組對實驗數據分析討論，總結實驗成功或失敗的原因；對于實驗過程表現優秀的小組，鼓勵與其他同學分享交流。此外，借助學校實施的實驗教學助手制度，通過培養本科生實驗教學助理，在雨課堂平臺上協助教師更好地開展課前、課中、課后的學習互動，使師生在實驗學習和操作上的交流更順暢、互動更高效。

以實驗項目5為例，課前學生通過視頻和講義自主學習表面潤濕性的相關理論知識，熟悉樣品制備與性能測試的操作方法。課中教師首先以荷葉為教具與學生們討論其為何“出淤泥而不染”，隨后結合科研項目成果引出仿荷葉的超疏水表面結構設計思路，最后向學生重點講解模板法制備超疏水表面的操作要點和注意事項。在樣品制備過程中的模板制作、熱壓成膜、表面刻蝕等操作環節中，各小組的學生團結協作，授課教師流動檢查、參與討論，與學生們一起尋找問題的正確解決方案。實驗間隙，團隊教師在教學助理協助下，利用雨課堂向學生推送隨堂測試題，實時掌握學生對實驗知識和實驗方法的理解與運用。樣品制備好后進行接觸角和SEM測試，測試中落實學生的主體地位，小組學生合理分工、互相配合、全員參與，準確記錄原始實驗數據。測試結束后，小組學生一起分析實驗現象和實驗結果，結合所學的材料表面潤濕性理論，探索用Wenzel模型或Cassie模型解釋表面微觀形態結構對超疏水性的影響，加深對材料結構與性能間關系的理解認識。

(3)關注“持續改進”，持續引導學習成效

在教師教學層面，除了課程教學內容的優化和教學手段的創新，教學團隊還注重綜合實驗課程的教學評價與信息反饋，推動教學成效的持續改進。團隊教師根據學生的實驗表現（預習情況、實驗操作、實驗報告撰寫等）對課程教學效果和教學目標達成度進行自評，再通過學生評教、同行和督導聽課、專家查閱相關教學材料等途徑廣泛收集反饋意見，據此不斷改進和完善課程的教學體系、內容與方法。

在學生學習層面，綜合實驗課成績不應是課程學習的終點，而應成為學生參加大創項目、專業學科競賽、考研深造等的“敲門磚”。基于本課程對學生專業知識、實驗技能、分析能力和創新思維的強化和訓練，團隊教師們積極指導課程學生參加“全國大學生高分子材料實驗實踐大賽”“全國大學生高分子材料實驗實踐虛擬仿真大賽”和“全國大學生化工設計競賽”等專業學科競賽。同時，通過專業教研會議將實驗課上表現優秀的學生推薦給相關教師參與大創項目訓練，或推薦給聯系企業實習鍛煉。通過多樣化的正向反饋將學生的課程學習成效與未來持續的專業學習、就業工作緊密聯系在一起，達成幫助學生持續學習成長的教學目標。

3.《高分子材料綜合實驗》教學改革實施成效

經過近幾年持續融合工程教育理念的教學改革實踐，本課程學生的學習成績、實驗操作技能、主動學習態度與持續學習熱情均有了明顯改善，綜合應用與創新能力也得到了顯著提升。授課過程中學生通過多樣化途徑主動參與教學互動，課堂參與度大大提高，教師也能及時了解學生學習情況并能更有針對性地答疑解惑。近三年課程學生成績“良好”以上的比例從58%提升至81%，學生畢業后在工作中的實踐動手與創新能力也深受用人單位好評。此外，綜合實驗課程的操作技能訓練、創新思維培養以及授課團隊教師的積極引導，為學生在后續的學科競賽、大創項目等科研創新訓練中取得好成績提供了有力保障。近年來本課程學習優秀的學生榮獲了“全國大學生高分子材料實驗實踐大賽”“挑戰杯大學生課外學術科技作品競賽”“全國大學生化工設計競賽”等學科競賽獎項18項，主持國家級、省級和校級大學生創新創業訓練計劃項目30余項。

4.結語

綜合實驗課程是高分子材料與工程本科專業重要的實驗教學課程。作為地方高校，針對原有課程教學模式不利于應用型人才培養的問題，我們以“產出導向、學生中心和持續改進”的工程教育理念為指導，分別從實驗內容、教學方法和持續學習三個方面對綜合實驗課程的教學進行了改革與探索。實踐表明，這些改革增強了學生對專業實驗的學習熱情，提升了學生的綜合實驗技能，為他們的專業學習和持續成長打下了堅實基礎。今后我們還需繼續深入融合工程教育理念，不斷完善綜合實驗課程的教學體系和運行機制，助力地方學校高分子材料專業應用型人才的高質量培養。