工程教育改革背景下聚合物基复合材料教学的改革与实践

杜永刚?贾响响?任士通?王惠?宗倩颖

摘要：在工程教育改革的大背景下，探索多种教学方法，突出学生在学习中的主体地位，侧重应用引导，对培养新工科人才具有重要的意义。本文在总结以往聚合物基复合材料教学经验的基础上，从教与学的思考与改进、利用企业资源侧重应用引导、考核方式多元化改进三个方面进行改革实践，着力培养学生发现问题-分析问题-解决问题的综合能力，以提升学生的社会竞争力。

关键词：工程教育;教学改革;聚合物基复合材料

工程教育是我国高等教育的重要组成部分，在高等教育体系中“三分天下有其一”。当今世界范围的新一轮科技革命与产业变革，对工程人才的培养提出了更高要求。深化工程教育改革、提高新时代工程人才培养质量，是高等教育改革的重要任务。2016年中国加入《华盛顿协议》，中国工程教育开始和国际理念同频共振[1]。2017年随着“复旦共识”“天大行动”“北京指南”三部曲的提出，新工科建设拉开了序幕[2]。为深入落实全国教育大会和《加快推进教育现代化实施方案（2018-2022年）》精神，教育部决定全面实施“六卓越一拔尖”计划2.0，启动一流本科专业建设“双万计划”[3]。工程教育认证、新工科建设、一流本科专业建设的培养目标是相通的：旨在培养具有创新精神的应用型、复合型人才[4]。

在工程教育改革的大背景下，石家庄铁道大学材料科学与工程学院结合自身优势，依托河北省重点发展学科（材料科学与工程）、河北省交通工程与环境协同发展新材料重点实验室，大力推进材料科学与工程专业（高分子材料方向）的学科认证和专业建设工作。《聚合物基复合材料》是高分子材料方向的必修课程之一，不仅涉及高分子材料基础理论知识，还能够引导学生从多方面了解高分子复合材料在国民经济和国防工业等诸多领域的广泛应用。基于当前工程教育改革的大背景，对《聚合物基复合材料》进行教学改革，注重学生发现问题-分析问题-解决问题能力的培养，侧重“应用”引导，对培养应用型、复合型人才具有重要意义。

一、课程简介

本专业方向在第七学期开设《聚合物基复合材料》课程，本课程为32学时，授课时段为8周。学生已经学习了《高分子化学》《高分子物理》《聚合物加工工程》《高分子材料》《高分子材料研究方法》等专业课程，对高分子基础理论及通用高分子材料的基本知识和应用有了一定了解。《聚合物基复合材料》主要涉及填充剂、增强剂的种类及表面处理、复合材料结构与性能的分析、复合材料的制备及加工方法、复合材料在不同领域的应用等内容;获得这四个方面的知识，并能够将上述知识转化为材料科学领域所需的科研及生产应用能力是本课程的主要教学目标。该课程内容在高分子材料方向的学习中具有承上启下的作用，在后期本科毕业论文/毕业设计的开展、研究生科研或就业领域的选择方面发挥重要作用。

二、原有教学的不足与改革

1.“学问”与“学答”：关于教与学的思考与改进

师者，传道、授业、解惑也。长久以来教师以此为己任，将自己所掌握的知识及相关经验毫无保留地教给学生。这种传统的以教师为中心的教学方式固然有其可取之处，但学生在课堂大部分时间内处于被动接受知识的状态，不能很好地发挥学生探索知识的主观能动性。在传统课堂中适当引入导向性问答互动[5]、主题讨论、小组PPT分工汇报等形式;引导学生针对聚合物基复合材料的具体应用问题查阅资料、小组讨论后提出结论，最后由教师进行点评、总结。这样可以锻炼学生利用所学知识结合查阅到的资料分析问题、深入发掘问题根源、最终提出具有可行性且较为具体的解决方法的综合能力。

在第一节课向同学们介绍本课程的具体教学内容与安排，通过抽签的方式将学生随机分为若干小组。以“如何解决夏季经远洋运输的柳编工艺品存在的漆层黏连问题”“建筑外墙聚合物发泡复合保温板的制备与应用”等为主题，要求学生利用课余时间在三周内独立查阅资料分析问题，并提交纸质总结。学生个人在完成调研后，利用课上时间进行小组讨论与总结。最后，任课教师从分子结构设计、理化性能的影响因素、制备及施工工艺、应用过程中需注意的耐热性、耐候性、阻燃性、粘结强度等方面进行点评与总结。此外，组织各小组学生选择感兴趣的聚合物复合材料（各小组之间不重复且为非课程教学应用举例），从材料的合成与改性、成型加工工艺、具体应用及发展前景等方面利用四周的时间进行分工合作，在课上完成小组PPT汇报。在PPT汇报筹备过程中实行轮值组长制，每位同学都有机会作为组长组织本组周例会。轮值组长制及分工汇报使每位同学都必须参与到工作中来，避免了“勤快的人在做，懒惰的人旁观”，在这一过程中既培养了学生的团队协作意识又锻炼了其文献检索、语言表达能力。

从学生被动接受知识、死记硬背知识点，向引导学生去发现知识-运用知识-创造知识的模式转变;不仅要“学”会具体知识点能够正确“答”问题，而且要“学”会“问”问题，从而实现对学生创新精神的引领。

2.引进企业资源，侧重“应用”导向的改进

本课程涉及较多基本概念、原理及抽象模型，原來采用板书结合PPT的讲授法，学生对基础知识、材料实际应用的认识仅停留在理论层面上。这对于与实际应用联系较为密切的课程教学来讲是不利的，应该在教学过程中结合生产实习（开设于第六学期，早于本课程）内容，帮助学生将理论知识与实际应用建立起联系来。邀请校聘企业导师开展课内讲座，他们丰富的实践经验对培养学生的工程素养大有裨益。

以校企共建的“河北省线缆用功能复合材料技术创新中心”为依托组织学生开展生产实习的部分学习内容，让学生在一线学习聚合物线缆复合材料的生产及检测知识。在本课程教学过程中从配方设计、不同组成线缆复合材料成型加工工艺、成品性能检测三方面进行理论剖析，使学生对该类材料的感性认识得以理论“升华”。邀请山东赢创伟业新材料有限公司技术负责人作课内报告，同时分享个人从业、创业、技术开发、管理运营的工作经验。企业资源引入课堂可以帮助学生了解理论学习的现实需求，有助于提升工科学生的培养质量。

3.考核方式由“一张卷”向多元化的改进

考核的“指挥棒”指向哪里学生学习的重点就偏向哪里。原来考核只是单一的期末考试，不少学生通过突击复习来应对考试;单纯的记忆未必能提升学生的专业素养和学习兴趣。因此，对学生的评价应该适当融入过程考核，不能“一卷定成败”。本课程将小组讨论与个人总结、PPT分工汇报作为过程考核内容（占总成绩的40%），可以更好地督促学生“动起来”。期末试题减少对基本概念、名词解释、基础简答的考核，突出“应用”导向。试卷中综合辨析题占试卷40%的分值，题目旨在考察学生运用所学知识分析并解决材料应用中具体问题的综合能力。

4.建立“敞开心扉”的教学反馈渠道

以往大学课程结课后，学生与任课教师的交流不多，未必能够及时、全面地了解学生对本课程的意见及建议。本课程任课教师连续两年在学生毕业离校前进行问卷调查，调查内容包括学生对分组讨论、PPT分工汇报、企业导师课内讲座的看法与意见，学生对课程教学内容设置、考核方式的满意度等。调研结果显示绝大部分学生认为分组讨论、PPT分工汇报是一个很有收获的锻炼过程，多数学生更愿意接受多元化的考核方式。也有少部分同学反映第七学期面临考研及就业，投入到分组讨论、PPT汇报的时间较少，建议课程开设时间前移一个学期。以上信息的反馈为将来教学的调整提供了参考。

三、结语

在工程教育改革的大背景下，具有创新精神的应用型、复合型人才的培养必须突破传统教学模式，探索多种教学方法;突出学生在学习中的主体地位;侧重“应用”引导，由基础到综合逐步培养学生运用所学知识分析、解决实际工程问题的能力;从而培养出符合时代发展和社会需求的新工科人才。

参考文献：

[1]吴岩.勇立潮头、赋能未来，以新工科建设领跑高等教育变革[J].高等工程教育研究， 2020.

[2]赵青云，崔艳，刘帅.新工科理念下普通高校工科专业教与学的探索[J].大学教育，2020.

[3]付华，于刚，杨治刚，吴红亚，秦国强，王志，马世卿，任书霞，李周男.新工科专业建设背景下专创融合体系建设与实践[J].河北农业大学学报（社会科学版）， 2019.

[4]石海信，趙文元，赵文龙.问题导向教学模式在《功能高分子材料》教学中的实施[J].高教论坛， 2019.

作者简介：

杜永刚，男，博士，讲师，系主任，从事材料科学与工程专业教学研究与管理工作，研究方向：生物基环氧纳米复合材料的制备与表征。

基金项目：

石家庄铁道大学高等教育教学研究项目，项目编号：Y201807。