新工科应用型人才培养模式的高分子物理教学改革

李唯真 宋仕强 王继虎 陈凯敏

上海工程技术大学化学化工学院 （上海 201620）

在新工科应用型人才培养模式下，基于工程教育“学生为中心，产出为导向，持续改进为驱动力”的理念，以培养学生在高分子材料领域具有解决实际工程问题的能力为目标，作为一门专业基础课程，高分子物理课程需在保持基础课程理论体系的系统性和完整性的同时提升学生的工程应用能力。高分子物理课程的教学内容与高分子化学、物理化学、流变学等学科交融性强，不仅涉及合成化学知识，还涉及物理化学、材料力学、电学、流变学等物理学知识和基本的数学推导，知识点多且抽象。由此，通过改进教学方法，借助线上线下教学相结合的模式，利用工程化问题的导入对高分子物理课程进行重构，使学生深入理解高分子材料的独特性能和高分子专业领域的发展方向尤为重要。

1 建立以解决工程问题为中心的教学方法

教学方法的改革直接关系到教学思想的实现和教学效果的优劣。在新工科应用型人才培养模式的背景下，高分子物理课程首先要为学生搭建高分子物理的理论基础，使后续的材料制备工艺、复合材料改性等实际问题具有科学分析的基础；其次建立高分子材料结构与物性关系的知识桥梁，增强学生对高分子材料工程领域的认识，提升解决高分子材料工程问题的能力。

高分子物理课程概念抽象、内容多、难度大，是学生普遍认为难学的课程。其传统的教学方法是教师系统讲授，学生被动接受。教学过程缺少互动，教学方法单调，也导致学生的学习主动性受到影响。同时，对于工科院校来说，高分子物理课程的授课学时不足，缺乏学科前沿知识和新材料动向的引入，使学生学习兴趣受到影响。因此，对应新工科应用型人才的培养目标，高分子物理课程教学内容及教学方法亟需优化。在教学内容的设定上，需结合教学知识点，设计教学内容对应于高分子材料的设计、生产、成型加工及性能调控等复杂工程问题的分析与比较。保持教学内容结合行业前沿与时俱进，契合课程目标，依据学科前沿动态与社会发展需求动态更新知识体系。探索建立线上线下混合式教学方法：课前设置线上任务点，开展以引入工程问题为导向的探究式教学；线下课堂教学注重理论体系的完整性，侧重于对关键知识点的深入讲解以及帮助学生理清知识点之间的脉络。在保持线下课堂为获取和消化知识的主要途径的同时，根据线上学生的表现和状态随时调整教学安排，借助线上多元化的教学内容及知识点的补充教学视频实行多级重叠式教学。

2 线上线下混合式教学

高分子学科是在长期的生产实践和科学实验的基础上发展起来的。高分子物理课程本身的学科特点决定了它的发展强烈依赖于工程化的改进与科技的进步。对于高分子材料工业来说，更欢迎实用性强的工程化专业课程。因此，为了适应新工科的工程教育模式，高分子物理课程的课程目标需要从培养传统的“知识点的重复记忆能力”转变为“解决工程实际问题的综合能力”。其课程学习的一个重要目标是从复杂多变的实际问题中，用高分子物理的基本理论、观点和方法分析、研究、计算或估算一般难度的工程实际问题，提高分析问题和解决问题的能力。但目前专业课学时相对减少，若按照传统课堂授课模式，显然难以将各类实际工程问题在有限的课堂阶段进行讲授，无法使课堂内容向深度和广度发展。因此，线上线下混合式教学能在一定程度上弥补这方面的不足。如针对聚合物凝聚态结构章节，为激发学生深入思考凝聚态结构与综合性能的联系，在课前发布超高相对分子质量聚乙烯材料介绍的任务点，从其在工业器材、军事装备、航天领域的应用入手引发学生对整个章节的学习兴趣，完成对相关背景知识的初步了解。在课堂上对分子链有序性、结晶态、非晶态、链柔性等概念进行讲解后，完成线上基础作业任务点、超高相对分子质量聚乙烯应用研究案例分析任务点。后续在课堂上进一步梳理凝聚态结构与分子间作用力、强度、韧性的关联度，课后在线上发布问卷互动，针对超高相对分子质量聚乙烯材料的应用限制与凝聚态结构的关联进行讨论，开拓创新型思维的培养。基于以上思路建立线上教学平台与线下课堂混合教学模式。

高分子物理课程重构思路如图1 所示。（1）利用线上平台设置课前任务点，引入工程类实际案例，引出对应章节的基本知识点及重点难点，开展探究式教学，激发学生的学习兴趣，进而促进课堂上引发式互动或翻转课堂环节。（2）课堂教学着重对不同章节的知识点进行分区梳理，按知识点的多重性划分层次，构建多而有序的知识点脉络。（3）课堂上通过发布线上问卷，跟踪学生对知识点的理解程度，帮助学生认识到学习中的重点、难点以及存在的问题。（4）引入育人理念，培养工匠精神，激发科技报国的使命感。（5）课后，学生在线上平台完成基础作业与阶段工程案例作业两大任务，以产教融合工作为引导，在特定体系中运用所学知识，将所学基础知识体现在实践中，进而对应课内知识点体系。（6）线上平台设计SPOC（小规模限制性在线课程）资源内容，增加优质教学视频（帮助加深对知识概念的理解），与线下面授内容相辅助搭建课程整体支架，帮助深层理解。基于以上环节，对高分子物理课程进行重构，摈弃“以教师为中心，以教材为中心，以课堂为中心”的传统观念，真正树立“培养学生应用能力”的现代教育理念。

图1 高分子物理课程重构示意图

3 课程考核与评价方式的多元化

课程考核是测评教学目标达到与否的重要手段，而传统的闭卷考试形式很难评价学生对工程化能力的掌握。按工程教育认证核心理念，高分子物理课程考核改革的核心是确定考核过程以学生能力检测为目标，把考核过程作为工程专业应用型人才培养的重要组成部分，着力培养专业基础扎实、实践能力强的专业型人才。高分子物理课程考核模式在传统的课堂提问、课后作业和期末考试的基础上增加改进考核过程。

首先，除原有的课堂提问环节外，增加基于线上平台的课堂问卷调查，学生通过回答对应知识点的线上问卷可累积课堂表现积分。

其次，课后除布置针对理论知识的平时作业以外，利用网络资源在线上平台中引入：（1）作业互评。提高教学有效性，提高学生的学习积极性，解决拔尖学不够、学习难、学不会的难题。（2）工程实践类大作业。充分利用线上教学平台、文献查询平台、实验课平台（通过大型实验设备和测试仪器资源学习先进表征手段）。发布产教融合案例中的工程实践问题、文献节选内容的阐述讨论或高分子物理相关实验的数据分析，以报告形式提交。在课程报告的撰写方面，要求学生体现对数据的分析及自己的见解或疑问，着重培养学生系统分析与解决问题的能力。此类考核不仅检验了学生对本课程知识的掌握程度，更促进学生对高分子材料前沿发展有一定程度的了解，以此提高学生分析及解决问题的能力。两类线上考核与学生课堂表现和普通作业成绩一并归入平时成绩中。

最后，线下考核以期末考核为主，考核题型的设计减少纯记忆型题目，增加综合型题目的比例，与线上考核内容形成互补，支撑提高学生解决实际工程问题的能力。

4 结语

高分子物理课程作为培养高分子材料与工程专业人才的重要环节，进行工程化、应用型融入的线上线下混合的教学改革是非常必要的。通过3 个教学周期的教学改革，从实际工程问题入手的教学方式更有利于调动学生对专业研究领域探索的积极性，学生学习方式显著变化，课堂互动氛围明显加强，同时学生的思维能力也得到相应提高，对行业的深入了解也很有帮助。目前，存在个别学生线上学习进度慢，学习动力不足的现象，导致线上教学内容的组织实施进度延迟。为提升学生线上学习动力，预采取闯关式进度管理模式，设置进度关卡，逾期未达标即扣除之前累计的平时成绩。该方法或可有效防止消极拖延意识。此外，可通过平台数据跟踪进行一对一针对性帮扶，以提高整体教学质量。