工程教育专业认证背景下“大型材料加工实验”课程的重构

史同娜，朱冰洁，杨 伟，施镇江，吴文华

（东华大学 材料科学与工程国家级实验教学示范中心，上海 201620）

工程教育专业认证重视专业教育教学持续改进机制的建立与有效实施，保证专业教育质量的可持续发展。工程教育专业认证注重毕业生的工程实践能力培养，要求高校毕业生毕业要求必须覆盖工程知识、问题分析、设计/开发解决方案、研究、使用现代工具、工程与社会、环境和可持续发展、职业规范、个人与团队、沟通、项目管理和终身学习12 项指标。通过工程教育专业认证的专业培养的学生应具备深入理解和解决复杂工程问题的能力[1-3]。对于以工科为主的高校来说，工程教育专业认证是提高本科工程人才创新能力和工程实践能力培养水平的必然选择，而实验教学是高校培养学生创新精神和实践能力的重要环节[4]。

1 “大型材料加工实验”课程背景

我校材料学科起源于1954 年由钱宝钧、方柏容两位先生创建的“化学纤维学科”，是我国高校最早建立的高分子材料专业之一，为解决中国人的“穿衣”问题做出了重大贡献，也为中国航天航空及军工领域提供了重要支撑，更为国家培养和输送了大量的材料领域人才。作为实践性比较强的工学学科，我校材料学科以“纤维”为特色，拓宽材料专业领域，为国家和企业培养和输送工程专业人才，注重工程意识和创新思维以及动手能力和分析问题、解决问题能力的培养。

“大型材料加工实验”是本学科创立之初就设立的一门历史悠久的课程，是对本科学生进行工程训练和工艺设计的大型综合性、设计性实验课程，是学科的主干课程和必修课程。随着学科的发展，该课程在2002 年对实验内容进行了大规模扩容，把学科前沿获国家科技进步奖的“高强高模聚乙烯纺丝”“多功能纳米复合材料的制备”“碳纤维制备”等最新科研成果连同仪器设备引入课程，将课程内容由原先的2 个纤维加工实验扩大到目前包括纤维、塑料和橡胶的15 个实验，进一步提升了课程内容和质量。

在我校高分子材料与工程专业筹备工程教育专业认证期间，根据中国科学评价研究中心、武汉大学中国教育质量评价中心和中国科教评价网联合推出的《中国大学及学科专业评价报告（2017—2018）》，在163 个开此专业的学校中排名第3，处于前沿水平。“大型材料加工实验”作为高分子材料与工程专业教学体系中的重要实验实践课程，在连续开设几十年的基础上积累了一些教学成果和经验。该课程是高分子专业学生由课堂走向实践过程中必不可少的综合设计性课程，是连接理论知识与生产实践的纽带[5]，是对高分子材料生产全过程的实践模拟。

对照工程教育专业认证理念和标准，该课程的教学目标、教学内容和教学方法基本符合认证要求，但是通过深入理解工程认证毕业要求，该课程还需强调“学生为中心”的核心理念，突出学生为主体的重要性，教学内容需要深入拓展，教学方法需要适当延伸，教学评价需要分解细化，课程建设必须严格按照认证思路进行持续改进。

2 “大型材料加工实验”课程教学存在的问题

2.1 课程教学目标比较笼统

“大型材料加工实验”课程是一门综合性与实践性很强的专业必修课，教学目标虽然提出了培养学生工程实践能力和创新能力的目标，但是教学方式基本是“教师教，学生学”，教师提出实验设计性方案，学生执行并完成实验，没有强调学生的主体地位，学生在实验过程中缺少设计性创新思维和独立思考，学生的学习积极性和主动性没有得到很好的调动，自主学习能力没有得到应有的提升。

2.2 课程教学内容存在短板

通用的高分子材料主要有塑料、橡胶和合成纤维三大类。该课程实验内容涉及塑料的共混、薄膜的吹塑成型、注塑成型和挤出成型等加工方法以及性能测试表征，还设计了熔融纺丝、湿法纺丝和静电纺丝等“有特色”的纤维成型工艺和性能测试内容。橡胶的加工在原有课程中还是空白，而且各实验项目基本上是独立进行，项目之间衔接少、不连贯，学生知识面得不到拓展。

2.3 课程教学方法以教师指导为主

该课程原先的教学流程主要是教师指导—查阅资料—实验加工—产品性能测试分析—实验报告，教师指导实验比较多，师生互动比较单一，师生之间、生生之间围绕实验内容的深层次互动交流比较少，学生对实验缺乏兴趣，实验思路缺少拓展，实验学习不够深入。

2.4 课程评价体系不完善

该课程原先的评价体系包括出勤率（占10%）、工作态度（占10%）、方案设计及提问（占20%）、实验操作（占10%）和实验报告（占50%）5 个项目。工作态度其实与出勤率、方案设计与提问和实验操作存在重复，并且实验操作比例太低，实验报告比例最高却没有划分各部分的评分标准，教师评分过于主观，学生考核成绩评估会有偏差，这些均不符合专业认证要求。

3 “大型材料加工实验”课程教学体系的构建

我校材料科学与工程国家级实验教学示范中心（简称“中心”）一直以“学生的全面发展和成才”为教学理念，紧跟高分子材料与工程专业认证步伐，结合社会需求，以培养创新人才和工程实践人才为目标，对隶属于“三层次、七模块”[6]的“大型材料加工实验”课程教学体系进行了大力度改革。在2018 年高分子材料专业认证专家进校审查阶段，专家们也对“大型材料加工实验”课程的建设提出了合理化建议。中心以高分子材料与工程专业认证为契机，结合专业认证标准，更新“大型材料加工实验”课程教学大纲，拟定了与毕业要求相关的课程目标，通过对课程实验项目内容设计优化、实验教学方法创新改革、实验教学评价体系强化构建、实验教学效果的持续改进等方面探索新的教学模式，对该课程进行新一轮的建设和改革。

3.1 确定新的课程目标，突出学生主体地位

该课程由于自身独有的实验实践属性，是材料类工程人才培养的重要课程，因此成为高分子材料专业课程体系中支撑毕业要求指标点最多的两门课程之一。该课程支撑12 个毕业要求指标点中的6 个，各指标点分别属于毕业要求2（问题分析）、毕业要求6（工程与社会）、毕业要求7（环境与可持续发展）、毕业要求9（个人与团队）、毕业要求10（沟通）和毕业要求11（项目管理）。

为了更好地对应和支撑毕业要求，中心拟定了新的课程目标，以学生为中心，突出学生主体地位；以产出为导向，强化学生创新能力、表达能力和工程实践能力培养；课程持续改进，提高教学水平和培养质量。

（1）课程每个实验项目是对高分子材料生产全过程的一种模拟，学生充分发挥主观能动性，根据任务要求指标设计实验方案，逐步进入实验实践环节。通过实验，学生掌握高分子领域应用基础研究的基本方法，深入理解高分子材料在合成、共混、挤出、吹塑注塑、纺丝等复杂工程问题中的关键环节和参数，提出解决方案并验证其可行性，最后得出有效结论。

（2）课程要求学生调研相关文献资料，激发了学生的积极性和创新意识，通过自主实验，让学生了解和熟悉高分子材料生产加工中涉及健康、安全、法律、文化等的相关知识。

（3）课程将理论知识灵活应用到实践活动中，学生的学习总结、实验操作、测试分析交叉进行，巩固和提高学生对高分子专业课程内容的理解，掌握与高分子材料相关的生产加工方法，学会客观评价高分子材料的原料选取、加工方法和生产工艺对环境及社会可持续发展的影响。

（4）实验课程内容的设计符合“能力强”和“有特色”的人才培养要求，旨在培养和锻炼学生的专业实践能力、人际沟通和团队协作能力，增强团队合作精神，团队成员充分参与到实验中，全面提高学生的综合素质和职业能力。

（5）采用“小组化”研讨的教学方式，引导学生探索和解决实际复杂工程问题，使学生具备分析和解决复杂工程问题的能力，进一步提高学生的动手能力和创新能力；让学生掌握并学会运用高分子材料专业术语，做好实验笔记，并撰写格式统一、内容全面的实验报告，综合评价学生的专业实践能力。

（6）运用专业理论知识，结合工程管理和社会经济，鼓励学生敢于创新，自行设计合理的实验方案，使学生掌握高分子材料生产加工过程中涉及原料选取、工艺设计与优化、产品分析和市场开发等方面的专业知识。

课程目标确定是该课程的关键，有了目标的指引，课程实验项目内容、教学方法和考核方式的改革就有了方向。

3.2 整合课程内容，完善学生知识结构

实验项目是实验课程教学的具体内容，是学生培养质量的直接影响因素，因此，实验项目的提出与准备要经过充分论证[7]。中心鼓励教师结合自身研究或教学内容设定支撑人才培养目标的实验项目，并根据培养层次框架构建实验教学内容[8]。实验项目内容应结合专业发展动态，不断推进实验教学项目更新，提高综合性、创新性和设计性实验项目比重，开放实验室使用权，提高开放实验比例[9-10]。

“大型材料加工实验”课程的实验项目内容从综合性、设计性、工程性角度出发，通过对科研或生产过程的真实模拟，使学生系统深入地了解高分子材料在合成、共混、挤出、吹塑、注塑、纺丝、橡胶加工等复杂工程问题中的关键环节和参数，自行设计方案并验证其可行性，最后得出有效结论，撰写系统完整的实验报告，实验报告包含了能支撑环保、可持续发展、项目管理等毕业要求指标的内容。

前已述及，通用的高分子材料主要有塑料、橡胶和合成纤维三大类。该课程根据现有的纺丝、吹塑、注塑、热压、挤出等成型设备和性能分析测试仪器开设实验项目，实验内容涉及塑料共混、薄膜吹塑成型、注塑成型和挤出成型等加工方法以及性能测试表征，还设计了熔融纺丝、湿法纺丝和静电纺丝等有特色的纤维成型工艺和性能测试内容。针对橡胶加工在原有课程中为空白的问题，工程认证专家对此“短板”提出了合理化建议。中心在原先的开课计划中新增了橡胶加工的实验项目，增加了密炼机、开炼机和平板硫化机等设备，并采购原料、助剂等实验材料，使橡胶加工实验顺利实施，完善了学生对高分子材料知识结构的认知。

目前该课程共开设了12 个实验项目。为了加强各实验项目之间的衔接性，让学生更全面地了解加工成型方法，中心鼓励教师之间加强沟通，合理制定教学计划，协同进行。例如，注塑加工成型实验和共混改性实验两个项目之间进行衔接，实验前期注塑成型实验使用聚丙烯、聚乙烯等原料让学生熟悉注塑机的操作及样品测试方法，而共混改性实验让学生设计改性方案，挑选添加剂，使用共混设备对聚丙烯和聚乙烯原料进行改性，实验后期将共混改性后的原料注塑成型，学生同时参与了共混和注塑实验项目，拓宽了视野。同样，聚合实验和纺丝实验项目也可以衔接起来，将聚合得到的成纤高分子材料用于熔融纺丝实验。实验项目交叉进行，模拟生产或科研模式，下达产品性能指标，多个实验项目形成一个产品生产线模块，学生通过“配方设计—加工成型—性能检测”这一主线进行设计和研究性实验，使实验内容得到了延伸。

3.3 创新课程教学方法，增加师生互动交流

“大型材料加工实验”课程按照专业认证培养要求，探索了“方案设计—研讨交流—实验操作—工艺优化—汇报总结”的实验教学方法，网络讨论、在线学习平台和PPT 汇报等方式穿插其中，创新了线下实验为主、线上视频为辅的实验教学方法。

该课程共有80 学时，方案设计、研讨交流和汇报总结共有40 学时，实验操作和工艺优化40 学时，提高了设计性和创新性实验教学比例，增加了师生互动交流环节。学生掌握了基础实验操作之后，教师布置实验任务，学生分小组，由组长分配任务并带领组员查找文献并筛选组织实验资料，自行设计实验方案，自选原料和助剂，自主操作实验，有的小组还设计拍摄实验微视频，记录实验过程中的工作，改变了以往的被动学习方式。

在实验期间增加了师生的互动交流，一旦发现问题，学生既可以通过微信、QQ 等社交群与教师和其他学生以讨论的形式解决，也可以在实验室采取组内研讨会的形式解决。实验方案可以灵活调整，加工工艺可以实时优化，培养了学生自主解决问题的能力。在产品性能测试阶段，学生登录中心实验室智能管理系统[11]下的在线教学平台，观看测试仪器的工作原理和操作视频或虚拟课件，可以重温学过的测试实验，自主完成样品性能测试，通过文献阅读，独自完成测试数据和图表的分析总结，最后按照认证要求拟定的实验报告模板完成总结报告及PPT 汇报。

通过在实验流程中增加方案设计任务、交流讨论、总结汇报、录制微视频及观看在线视频等教学方法，激发了学生的实验积极性，提高了学习主动性，全流程参与实验的各个环节，强化了学生创新意识和工程实践能力的培养。

3.4 改革课程评价机制，完善学生考核标准

为了更合理地支撑该课程的毕业要求指标点，更好地完成教学质量达成度，更快地提高工程人才培养水平，“大型材料加工实验”课程的评价机制重新进行了调整，制定了新的评分体系，重新细化、拟定评分标准，并规划了对应考核点，尤其对学生的平时表现和最终提交的实验报告提出了新的考核意见。

该课程现在的评价体系分成了个人与团队（占20%）、实验操作（占20%）、实验记录（占10%）和实验报告（占50%）4 个部分。“个人与团队”突出了组员对待实验的积极性和主动性、分工协作情况以及所承担的工作量和实验方案的设计与优化等内容，支撑毕业要求9（个人与团队）；“实验操作”考查学生规范操作和动手能力、解决问题的能力；“实验记录”让学生在实验过程中必须记录每天的实验工作，养成记实验笔记的好习惯，具备一定的科研素养，为以后的科学研究打下基础。“实验操作”和“实验记录”共同支撑毕业要求2（问题分析）。实验报告制定了对应模板，学生必须严格按照模板撰写相应内容，突出毕业要求指标点的支撑内容。实验报告（占50%）包括了前言（10%）、实验部分（5%）、实验结果与讨论和结论（15%）、思考题（10%）、实验感悟与展望（5%）和书写规范（5%）6 部分，支撑了毕业要求6（项目对社会、健康、安全、法律以及文化的影响）、毕业要求7（项目与环境和社会可持续发展的关系）、毕业要求10（撰写项目可行性和技术报告）及毕业要求11（项目工艺设计、开发和优化过程）。每个评分项目都建立了相应的考核标准，促使学生之间明确分工，各自承担实验任务，增强沟通讨论，规范操作，认真记录实验过程，加深实验学习，重视实验报告撰写，较为客观和准确地评价了学生的自主学习、解决问题、创新和实践能力，为专业认证教学质量的评定和总结提供了较为准确的依据。

4 “大型材料加工实验”课程教学体系的实践

工程教育专业认证推动了“大型材料加工实验”课程的持续改进和不断建设。经过两个学期170 名学生的教学实践，以及毕业要求指标点的评估结果测算，基本达成了毕业要求指标。

通过实验操作、实验记录、实验报告内容支撑毕业要求2，学生的动手能力得到了锻炼，养成了实验记录的科研习惯，培养了学生对实验方案设计及可预计问题的解决能力。

实验报告的前言部分支撑毕业要求6，考查了学生对整个实验过程的掌握程度，学生了解了实验工艺对社会、健康、安全、法律以及文化的影响，培养了自主查阅资料、思考总结的能力。

实验报告的思考题内容支撑毕业要求7，考核了学生独立分析和解决复杂工程问题的能力，学生能深入思考实验工艺对社会和可持续发展的影响，强化了学生对实验知识点的全面掌握。

通过个人与团队支撑毕业要求9，考查了学生团队的分工协作情况，组长分配任务，调动组员各司其职，参与实验。

实验报告支撑毕业要求10，通过实验项目研讨会或微信、QQ 讨论群，加强师生沟通交流，培养了学生的创新能力，考查了学生对高分子专业术语的掌握程度和撰写实验报告的完整性和规范性，为毕业论文的撰写奠定了基础。

实验报告的实验感悟与展望部分支撑毕业要求11，学生经历了全过程的实验学习，挖掘实验项目创造社会价值的潜力，考核学生对实验设计和工艺优化知识的掌握以及运用于实践的能力。

5 结语

“大型材料加工实验”作为高分子专业学生必修的核心课程，教学广度和深度可灵活延伸，线上线下结合的教学方法灵活运用到实验教学过程中。相关项目获得了2017 年中国纺织工业联合会（纺织之光）教改项目立项和2016 年上海高校本科重点教学改革项目立项，相关成果获得了2018 年国家级教学成果二等奖、2017 年上海市教学成果一等奖和二等奖以及纺织工业联合会教学成果二等奖，具有一定的示范辐射作用。该课程将紧跟专业认证步伐，对教学质量评价反馈的问题进行持续改进，继续打造重点课程和精品课程，不断推进实验教学质量的全面提升，培养符合社会需求的高分子专业工程人才。