《聚合物资源循环利用技术》“金课”建设的探索与实践

＊孙晓丽 刘婧 钱庆荣

（1.福建师范大学环境科学与工程学院 福建 350007 2.福建师范大学化学与材料科学学院 福建 350007）

引言

塑料因具有良好使用性能、易成型加工以及较好的成本经济优势等特点，被广泛应用于国民经济与日常生活多个领域，成为不可或缺的重要基础材料。随着人们对聚合物制品的依赖日益严重，聚合物的用量与日俱增。据联合国环境规划署2021年发布的报告，1950年至2017年间全球累计生产约92亿吨塑料，约70亿吨成为废弃物，进入土壤和海洋，形成视觉、土壤、水体污染，成为仅次于气候变化的全球第二大焦点环境问题。我国聚合物材料产量和消费量均居世界第一，仅塑料制品一年的消费量就达九千多万吨。大部分聚合物制品使用后被丢弃，不仅造成白色污染，还极易导致生态环境风险逐年累积，严重威胁水土安全和人体健康[1-3]。面对日益严峻的塑料污染问题，我国不断加强塑料废弃物的回收和利用，积极发展塑料循环经济。2020年1月国家发展改革委、生态环境部发布了《关于进一步加强塑料污染治理的实施意见》，提出加强生物基产品、可降解塑料等替代产品研发和应用推广，提高塑料废弃物资源化利用水平；2021年9月印发了《“十四五”塑料污染治理行动方案》，提出加快推广应用废塑料再生利用先进适用技术装备，鼓励塑料废弃物同级化、高附加值利用。对废旧聚合物资源进行循环利用，可以节约原油和能源、减少温室气体排放，具有重要意义[4-6]。

资源循环利用科学与工程专业，是为了满足国家节能减排、低碳经济及循环经济等战略新兴产业对高素质人才的迫切需求而设立的新兴交叉学科专业。因此，面向资源循环科学与工程专业学生，开设聚合物循环利用相关课程，培养学生废旧聚合物资源绿色循环和高质利用的科学研究、技术开发和工程实践能力，具有十分重要的意义。

1.课程建设的背景与意义

作为全国首批设立资源循环科学与工程专业的10所高校之一[7]，福建师范大学的资源循环科学与工程专业自2011年设立至今，逐渐形成了以聚合物固废资源化、矿山资源高值化、生物质能源、资源转化和利用为特色的新兴交叉学科专业。其中聚合物作为现代社会使用量和废弃量最大的材料之一，其循环利用技术不但是资源循环利用领域的重要科研热点，也是本专业学生必须掌握的专业核心内容[8]。但是，由于我国各高校的资源循环科学与工程专业建设时间都较短，且该专业涉及环境、材料、化学工程、经济、管理等多学科的交叉[9-12]，针对该专业独立开设的聚合物资源循环利用相关课程的高校并不多[13-14]，可借鉴的经验有限，因此开展聚合物资源循环利用技术的“金课”建设十分必要。

《聚合物资源循环利用技术》自2013年以来，一直是福建师范大学资源循环科学与工程专业的核心课程。经过7年的建设、实践和改进，课程内容逐年优化，课程形式由最初的课堂授课发展为“讲授、讨论、案例设计、实地参观”等课内课外多模式结合，深受学生的喜爱和好评。另一方面，该课程依托聚合物资源绿色循环利用教育部工程研究中心、福建省污染控制与资源循环利用重点实验室和福建省改性塑料技术开发基地等科研平台优势，进行了课程拓展和学生的课后科研实践。同时，课程中还开设了聚合物资源循环利用实验，将理论课程中设计的循环利用案例作为实验项目开展，让学生动手实践检验其设计方案，感受学以致用的乐趣，加深对基础知识的理解掌握。每年都有十余位本科学生在本课程的基础上开展大学生创新项目、毕业实践、毕业论文等科研工作，进一步增强学生的实践能力和科研创新能力。

2.课程的建设

(1)课程的性质和目的

《聚合物资源循环利用技术》是针对资源循环科学与工程专业学生开设的一门专业核心课程，内容涉及聚合物材料理论基础以及废旧聚合物循环利用技术。通过本课程的学习，使学生在了解聚合物合成原理与方法、结构与性能的关系和成型加工原理等基本理论知识的基础上，掌握三大聚合物材料——塑料、橡胶和纤维的循环利用关键技术和工艺流程。课程围绕“金课”建设高阶性、创新性和挑战度的标准，建立教学内容新颖丰富、教学方法灵活多样、考核制度完善的《聚合物资源循环利用技术》课程体系，培养学生运用聚合物的基础理论知识解决废旧聚合物循环利用过程中的复杂实际问题的综合能力和科研创新能力。

(2)课程建设内容

本课程内容的设置按照“理论—应用—实践”三方面逐层递进。课程共计48学时，第一部分是聚合物循环利用的科学基础（1～5章），第二部分是三大聚合物材料的循环利用技术（6～9章），第三部分是聚合物循环利用课程设计（4个实验）。主要内容设置如图1所示，具体内容如下：

图1 《聚合物资源循环利用技术》课程内容设置

第一部分为聚合物循环利用科学基础，共5章内容，计16学时。具体内容介绍如下：

第1章绪论，2学时，介绍聚合物的应用及废弃情况，国内外废旧聚合物的循环利用概况和发展趋势，聚合物资源循环利用科学与工程的概念等。

第2章聚合物合成原理与方法，4学时，介绍聚合物的基本概念，聚合物合成方法及原理等。

第3章聚合物结构与性能，4学时，介绍聚合物的近程和远程结构、力学性质、流变性质等。

第4章聚合物加工工艺，4学时，介绍塑料、橡胶和纤维的成型工艺等。

第5章聚合物改性，2学时，介绍聚合物的共混改性、填充改性、化学改性和表面改性等。

第二部分为废旧聚合物循环利用技术，共5章内容，计16学时。具体内容介绍如下：

第6章聚合物分选与分离技术，2学时，介绍聚合物的鉴别原理与技术、聚合物的分选技术与设备，聚合物基复合材料的分离与回收等。

第7章废旧塑料循环利用技术，4学时，介绍废旧塑料的直接再利用、改性与成型、热塑性塑料再生利用技术和热固性塑料的回收与再利用技术、国内外塑料循环利用的情况及最新进展等。

第8章废旧橡胶循环利用技术，4学时，介绍废旧橡胶的回收技术与设备及国内外研究进展，再以活性胶粉和再生橡胶为例介绍如何回收利用。

第9章为废旧合成纤维的循环利用技术，4学时，介绍废旧纺织品循环利用概述及国内外研究进展，举例介绍以废旧纤维制造胶板、废旧聚酯纤维制备化工原料和废旧合成纤维增强改性发泡体。

第三部分是废旧聚合物循环利用实验，共4个实验，计16学时。具体内容如下：

实验一：废旧纸塑铝复合包装材料结构与分离实验，4学时，认识废旧利乐包的复合结构，对其中的纸、铝塑部分进行分离，并分别作为原料制备再生纸和导热再生板材。

实验二：回收PET瓶片改性与高质利用实验，4学时，以废旧矿泉水瓶为原料，经破碎、分选、熔融挤出得到再生PET线材。

实验三：基于废旧PVC管材粉末生态板材制备实验，4学时，以废旧PVC管材为原料，经破碎、分选后，添加脱硫灰填充改性，挤出成型制备绿色复合板材。

实验四：基于废旧塑料3D打印线材制备实验，4学时，以废旧PE为原料，经改性、熔融挤出获得再生PE线材，设计3D打印模型并打印各种形状结构的制品。

本课程的内容由基础知识到实际应用再到自主设计实践，由浅入深，难度逐渐加宽加大，体现“金课”的挑战度；基础知识和循环利用技术不断发展，课程内容也紧跟前沿发展，介绍最新的理论发现和技术发展，并引导学生进行自主设计创新，体现“金课”的创新性；课程内容从“理论—应用—实践”逐层递进，有利于培养学生利用基础知识解决实际问题的能力，提高学生的综合素质，体现“金课”的高阶性。

3.课程的教学方法

本课程内容涉及聚合物的理论基础和循环利用技术两个部分内容，属于多学科的知识交叉。其教学内容的显著特点是知识面广和实践性强，教学方式采用线上线下相结合、课堂讲授与实践设计相结合的方式，开展互动式、启发式、探究式和项目化教学，努力培养学生主动学习、深入思考、准确表达的能力。

互动式教学和启发式教学运用在大部分的课程教学中。互动式教学主要采用高质量课堂讨论的形式，学生基于线上课程开展课前预习，根据课前设置的问题进行调研，在老师简单讲解后自主开展课堂讨论，将课堂交还给学生。启发式教学以生活中的聚合物为例，启发学生去认识聚合物，认识废旧聚合物，探讨废旧聚合物的性质、状态、分离和循环利用等。

探究式教学主要针对废旧聚合物的分选和分离，通过前面内容的学习掌握聚合物的基本性质，根据性质去探究各种废旧聚合物的分选原理和方法，探究相应的废旧聚合物的分离技术；培养学生去应用知识、发现问题和解决问题的能力。

项目化教学主要针对循环利用技术，设置循环利用的对象和再生产品目标，让同学们基于课堂内容自主设计循环利用途径和手段，在自主实践中巩固知识，培养综合能力。

4.课程的考核制度

采用多样化的作业设计体系和课程考核方式，加大学习过程考核，培养学生独立思考、学以致用的能力。作业体系由基础题、发散体、固定题和拓展题等构成（如“3道基础题+2道发散题+1道固定题+1份知识拓展”的塔式设计）；课程成绩由期末考试、平时作业和考勤、课堂报告和讨论组成，期末考试成绩占比50%，平时作业和考勤占比30%，课堂报告和讨论占比20%。期末考试突出知识的灵活应用，尝试使用无标准答案思考分析考题。

同时，综合利用学校的线上教学云平台、学习通App等手段建立多种学生的反馈途经，促进学生对教学效果进行多角度的及时反馈，并根据反馈意见及时地调整课程内容和教学方法等，以适应学生的需求。

5.教学实践与展望

通过本课程的学习，学生可理解和掌握聚合物材料的基本理论和循环利用技术，并综合运用这些知识设计不同种类聚合物资源的循环利用方法。授课过程中多种教学手段的应用，激发了学生对废旧聚合物资源的兴趣，提升了学生们对其高值化循环利用探索的热情。特别是课程最后的实践设计环节，提供给了学生利用课内知识去解决实际问题的机会，激发了学生探索深层原理、开展课题研究的兴趣。同时，课内知识到实际应用的顺利转化增强了学生对环境问题的责任感，提高了学生对自身专业的认同感。教学实践表明，本课程在丰富资源循环科学与工程专业学生的知识储备、增强学生的理论与实践结合能力、提升学生的创新意识等方面都有良好的效果。

由于目前《聚合物资源循环利用技术》课程可借鉴的经验较少，可参考的课程教材较少[15-16]，课程教学极具挑战性。今后在该课程的开展过程中，我们需要以资源循环利用领域的人才需求为导向，不断探索和优化课程体系，加入更多的实践教学和体验式教学，提升教学效果，为培养高素质的创新人才打下坚实的基础。