新工科背景下高分子材料加工课程的创新性教学改革研究

唐红艳

（浙江理工大学 材料科学与工程学院，浙江 杭州）

一 引言

当前, 新一轮的科技革命和产业变革正席卷全球。为适应新形势和新变化，促进我国工程教育革新，教育部提出了“新工科”的概念，即新工程教育理念、新学科专业结构、新人才培养模式、新教育教学质量、新分类发展体系。由此，我国的高等教育进入新的发展阶段[1-2]。

新工科建设已经成为我国产业发展的必经之路，我国教育体系的重要内容，对促进高等教育具有重要意义。高校要准确领悟新工科建设的内涵，将新工科建设落到实处，着力于培养能适应未来所需、科技报国、勇担民族复兴大任，共创人类美好未来的卓越工程人才[3]。

作为面向学生最直接的环节，高校的课程教学至关重要。在新工科背景下，如何进行课程教学改革，为社会输送满足需要的综合型人才，是高校教育的重要使命。传统意义上的课程教学主要以老师为中心，恐难满足新工科建设背景下以产出为导向的人才需求。因此，培养符合“新工科”发展需求的、具有创新性、动态适应能力以及“大工程观”的高素质人才也称为学科建设迫在眉睫的任务。本文将以高分子材料科学与工程专业的主要专业课程--《高分子材料加工原理》为例，首先探讨对该课程进行教学改革的意义，然后深入剖析在新工科背景下，该课程教学存在的问题，最后提出几条改革措施，为培养符合新工科建设背景的创新型人才提供重要参考。

二 高分子材料加工课程教学体系现状

《高分子材料加工原理》是高分子材料科学与工程方向的主要专业课。笔者多年来一直从事该课程的教学工作。近年来笔者积极响应国家新工科建设的要求，同时结合本校的办学定位，对该课程进行了多次教学改革，在提升课堂教学质量和培养创新性人才方面取得了一定的成效。但是，该课程教学依然存在许多问题，主要有以下几个方面：

（一） 课时少，内容多，各知识点之间整体联系不足，相互孤立

《高分子材料加工原理》课程涉及原材料的基本性能、复杂多样的高分子助剂，灵活多变的加工方法，表征手段等等，内容较多，各加工方法之间相对比较独立，整体联系不足。该课程的教学学时为32 学时。要想在32 学时内将互相之间相对独立的、复杂的知识点讲清楚，学生理解透彻，并且满足新工科建设背景下对人才的需求，采用传统的教学模式是很难实现的。

（二） 学生被动听课，课堂教学趣味性不足，相对比较枯燥

笔者多年来一直从事《高分子材料加工原理》的教学。在多年的教学经历中，笔者发现：采用传统教学方法时，知识就像是空中楼阁，学生很难深入理解和掌握，更难以与实践结合，各知识点之间融会贯通更加是难上加难。教学改革、新的教学方法已经是呼之欲出。

（三） 教学不足，且学生尚未接触实际工程，知识代入感较低

高分子材料加工课程涉及大量的加工设备、装备，以及复杂的加工参数，涉及的高分子材料的品种如此之多，新的加工方法也不断涌现。这些都需要学生在实践中的基础上去理解和掌握。而学生尚未接触实际工程，知识代入感较低，这些纷繁复杂的知识对学生来说，难以理解并掌握，创新性也就无从谈起。原来的教学模式急需改革，以适应新工科建设的需求。

（四） 本门课程与其他课程之间知识点联系紧密，学生融合能力有待提高

本门课程作为高分子材料科学与工程系的主干专业课程，传授学生对于高分子材料加工的相关知识。主要讲述高分子材料加工的基础理论、塑料及橡胶的成型加工原理，讲述高分子材料制品的性能、组成、结构和成型方法的关系。本课程的学习与其他课程之间知识点联系紧密。在本课程的学习过程中，经常涉及之前所学到的相关基础知识，将会促使学生把之前所学相关基础知识融会贯通，这就需要学生具有较好的融合能力，才能适应本课程的学习和掌握，以及新工科背景下的创新性人才的需求。

（五） 考核方式不全面

目前的考核方式一般由平时成绩和期末卷面成绩组成。考试题型一般由填空题、简答题、判断题等构成。考核内容也较多地关注基本理论和基本概念等的考查，较少涉及学生独立解决问题的能力，特别是创新能力。因此，平时上课应付了事、考前临时抱佛脚、只求通过的现象很容易出现。显然，现行的考核方式不利于培养学生独立解决问题的能力、也不利于提升学生的创新力。

三 新工科背景下创新型人才培养模式的《高分子材料加工原理》课程教学改革研究

（一） 成果导向型案例教学法的引入

所谓成果导向型教学方法，即由原来的教师传授已知知识、学生记忆性学习，到探索未知、研究型学习，由此提升学生创新能力。因此，现有的教学方法、教学内容、考核方式等都需要据此进行重构[4-5]。结合当前国家大力推进的新工科建设，“以学生发展为中心”，把握新工科建设背景下人才培养的核心素养，课堂授课需要从原来的“依靠教材”到新时期下的“高于教材”[6]。具体来说，采用成果导向型案例教学法时，教师需要根据学生需求、技术发展情况、教学科研和工程沉淀等诸多方面，参考相关专业书籍，重新理解和构建教学大纲，由此重新配置教学内容，从而形成源于教材、高于教材的教学。

案例教学，源于哈佛大学商学院，是一种亲验式的教学模式。它首先根据教育目的和培养目标，以案例为教学素材，将学习者引入教育实践的情境中分析问题和解决问题，从而培养学生反思能力，挖掘其教育机制的一种教学式的综合[7-8]。简单来说，案例教学即在教师的引领下，再现案例实景，将学生带入特定现场，深入角色，从而提高学生运用知识、发现问题、分析问题与解决问题的能力。在经贸、管理、法学等学科教学中，案例教学的应用非常广泛。

十多年来，笔者一直从事高分子材料加工类课程的教学工作。多年的教学经历中笔者发现：仅仅采用传统教学方法时，课堂教学效果难以提升，由此，教学效果和教学质量难以提升。尤其是近年来新工科建设的大力引入，与时俱进引入新的教学方法，不断进行教学改革势在必行[9]。近几年来，笔者在成果导向型案例教学法方面进行了有意的尝试，学生反映良好，教学效果得到了较大提高。下面笔者将就成果导向型案例教学法在《高分子材料加工原理》课程的应用与改革情况进行简要介绍。

1.课程内容重构

根据我校的专业特色，《高分子材料加工原理》课程主要涉及高分子材料加工的基础理论，以及挤出成型、注射成型、压制成型、压延成型、二次成型、塑炼、混炼、硫化等重要塑料及橡胶加工方法的基本原理。该门课程的特点是涉及的加工方法灵活多样，各加工方法之间相对独立。常规教学模式下各个知识点可以讲解得非常清楚，但是学生依然有“学得茫然”的感觉。依据“源于教材，高于教材”的教学思想，按照学生的认知规律重构课堂教学内容的整体框架，简单说明如下（这里仅以塑料制品的加工原理为例）：

（1）依据观物识别材料、识别加工方法的思路，和学生一起列举常见塑料制品的形式，比如管材、棒材、板材、薄膜、中空制品、形状无特点的制品等。

（2）总结梳理常见塑料制品的外形特点，划分为几大类，比如管材、棒材、片材，板材、薄膜，中空制品，形状千变万化、毫无规律的制品等。

（3）分析讨论每类塑料制品的特点，讨论、引导给出对应的加工方法。比如：管材、棒材、片材等属于具有恒定截面的连续型材，刚好可以利用口模成型的方式，使物料以流动状态连续通过口模成型。由此，引出挤出成型。

2.案例教学法的引入

针对《高分子材料加工原理》课程的教学特点，案例教学时需要从典型案例的选取、教学准备、教学实施、总结归纳、案例演练等环节入手考虑。

（1）典型案例的选取

整个案例教学实施的关键之一就是典型案例的选取。《高分子材料加工原理》主要涉及挤出成型、注射成型、压制成型、压延成型、二次成型、塑炼、混炼、硫化等重要塑料及橡胶加工方法的基本原理。每个专题选取1～2 个案例。为了方便论述，本文选取挤出成型，具体来说就是挤出成型的基本加工原理。

能够采用塑料挤出成型的聚合物种类很多，有：聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚碳酸酯PC、聚苯乙烯PS 等等。采用塑料挤出成型时，聚合物品种不同，相应的加工过程就存在一定的差异，设备的结构参数在选型时就有一定的差别。比如聚乙烯PE 的挤出成型，聚氯乙烯PVC 的挤出成型。考虑到PVC 的热稳定不佳的情况，在选择螺杆参数时需要留意到这一点，比如螺杆的长径比L/D 不能过大，而PE 热稳定性能较好，PE 的挤出成型就可以根据加工需要适度选择大一些的长径比。 因此，考虑高分子材料加工相关的内容时，需要考虑聚合物品种和加工方法两方面的内容。因此，在学习挤出成型原理时主要以PE 和PVC 为两类聚合物为代表。

（2）教学准备

采用案例教学时，为了保证教学过程的高质量进行，教师方面的准备工作包括：教学时数、具体案例选取、对应的教学大纲、教案、考核模式等内容。对于塑料制品的挤出成型原理，教学内容至少包括：PE 和PVC 的基本性能、PE 和PVC 的成型性能、PE挤出成型和PVC 挤出成型时的成型原理。

学生方面的准备工作：在学习PE 和PVC 挤出成型原理的基础上，根据各自的兴趣选取典型案例，针对所选聚合物的基本性能、成型性能以及挤出成型等三个部分精心准备，后续的讨论以此为重点展开。

（3）教学实施

在师生前期的充分准备下，教师精心组织和引导完成整个案例教学。此模块教师根据成果导向型案例教学法，进扣此部分教学的目标是挤出成型的基本原理。以PE 和PVC 的挤出成型原理为例，引导、启发和组织学生在讨论中学习掌握相关内容，以此达成此部分的教学目标。

（4）总结归纳

前面的教学实施环节后，教师的归纳总结和点评，以及学生方面各小组的归纳小结是整个案例教学的点睛之笔。

（5）案例演练

案例演练是整个案例教学的最后步骤。此部分也是对课程考核方式进行改革的重要组成部分。学生选取感兴趣的案例，参照案例教学的各个环节，充分发挥主观能动性，主动研究相关知识，并将之前基础课中所学的相关知识融会贯通，独立准备汇报材料进行汇报。汇报完毕学生就相关问题进行答辩。教师根据汇报和答辩情况进行考核，并作为期末成绩的一部分。

（二） 专业教育与思政教育相结合的创新性模式

作为高校教学最基本的环节之一，课堂教学最贴近学生，是高校培养人才的关键之一。在新工科背景下，如何与时俱进、进行课堂教学改革，从而培养满足市场需求的综合型人才，是每个教师在课堂教学中必须考虑的问题。传统的课堂教学大都以老师为中心，难以适应当前新工科所倡导的人才培养模式。因此，培养符合“新工科”发展需求的、具有创新性、动态适应能力以及“大工程观”的高素质人才也称为学科建设迫在眉睫的任务[10]。《高分子材料加工原理》课程是学生在大学阶段学习的最后几门课程之一，在思政教育方面应该勇担重任。

1. 进行教学设计时，在专业教育中融入思政教育

基本新工科建设背景，在进行教学设计时，在专业教育中悄无声息地融入思政教育具有其必然性和应然性，做到思政教育不牵强附会，达到润物细无声的目的。由此，在现行专业教育背景下，需要两者相结合，有机融合进行教学设计[11-13]。下面以《高分子材料加工原理》课程为例展开论述。比如，讲到不同来源的高分子材料及其性能特点、高分子材料的老化、稳定剂、增塑剂等等知识点时，积极地展开对当前社会热点问题的关注和讨论（资源枯竭、白色污染、塑化剂事件、双酚A 事件、可降解高分子材料等），此部分可以涉及的思政教育有：社会责任、科学思维、创新思维、工程伦理、职业素养等方面。又比如讲到不同橡胶类型时，积极展开讨论碳达峰、碳中和等社会热点的讨论，一下子就抓住了学生的兴趣点，在专业教育的同时，相关的社会责任、创新意识等思政教育水到渠成。

思政教育结合和专业教育同步、融合进行教学设计，学生才会真正感受到思政教育不是空洞说教，而是与他们的未来密切相关的重要环节，能为他们适应企业、立足社会提供强劲动力。也只有学生主动融入思政课教学，才能切实提高教学实效，同时对专业课建设起到服务和支撑作用。

2.在专业教育中融合思政教育，改革教学方法

在专业教育中融合思政教育，要达到润物细无声的目的，就必须对传统的教学方法进行改革，多采用互动式、启发式或案例式教学方法[14-15]。课程教学仍然以专业教育为主线，但是具体专业教育的方法不能采用传统的教学方法和手段，以具体的专业应用实例和学生感兴趣的事例出发，与学生展开讨论、启发学生树立正确的价值观，由此引入思政教育。下面仍然以《高分子材料加工原理》课程为例展开论述。本课程主要研究几类重要高分子材料加工方法的基本原理。针对每种具体的高分子材料的加工方法，尽可能从学生日常生活能够接触到的材料及其加工方法入手，让学生具有很好的代入感，由此激发其主动积极的学习。这种教学方法以学生为主体，强化了课堂教学的情景认知，保持学术性的同时兼顾趣味性，此时思政教育自然而然的渗透在专业教育中。从专业知识到德育元素、思政教育水到渠成。此外，还可以布置专题讨论小组，学生组队（团队意识、爱国情怀、环保意识等德育元素）查找相关资料、撰写报告、集体汇报答辩。由此成功达到基于专业教育，在专业教育中融入思政教育，将教书育人真正落实到课堂教学中。

四 结语

本文从《高分子材料加工原理》课程的改革背景、教学体系现状、新工科背景下创新型人才培养模式的课程教学改革研究等方面进行了深入论述。新工科建设是一个动态、长期和实践的过程。在新工科背景下，对现有的课程体系进行改革探索，由此培养符合“新工科”发展需求的、具有创新性、动态适应能力以及“大工程观”的创新型高素质人才。