《高分子材料导论》课程教学设计与实践

郑 轲，李坤泉，吴文剑

（东莞理工学院材料科学与工程学院，广东东莞 523808）

《高分子材料导论》既是我校高分子材料与工程专业的先修课程，又是核心课程，起着培养学生专业兴趣，增强学生专业认同感，为学生构建基础知识网络的重要作用。在“三全育人”模式和“立德树人”要求下，充分挖掘本课程中蕴含的事迹案例，把专业知识教育同职业道德、家国情怀和大国工匠精神有效融合，培养出符合国家发展需要的社会主义建设者和接班人是本课程教学的重要使命[1]。

1 课程目标定位

《高分子材料导论》课程是全国各大高校高分子材料与工程专业的重要课程之一。结合东莞理工学院培养一流应用型人才的目标，独具特色地为高分子材料与工程专业的同学开设了这门课程[2]。本课程是高分子材料与工程专业的专业必修课，主要目的为精准对标该专业人才培养目标和毕业要求，包括以下四点。

1）掌握高分子材料工程设计和产品开发的基本设计/开发方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。

2）能够根据对象特征，选择研究路线，设计实验方案。

3）能够站在环境保护和可持续发展的角度思考高分子材料与工程专业工程实践的可持续性，评估产品周期中可能对人类和环境造成的影响。

4）理解工程师对公众的安全、健康和福祉，以及环境保护的社会责任，能够在工程实践中自觉履行责任。该课程主要讲授高分子材料的基本理论、基础知识、典型高分子材料的性能和应用。具体教学内容包括：材料与高分子材料、高分子材料的结构与性能、塑料、橡胶、纤维、黏胶剂和涂料、聚合物共混物。在教学时，本课程重点强调高分子材料的基本设计和开发技术，让学生掌握一些常用高分子材料（聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丁腈橡胶、SBS 橡胶、涤纶和碳纤维等）改性的方法及产品设计路线。同时，在教学中重点引入我国科学家对高分子材料专业发展的贡献，培养同学们的民族自豪感和自信心。

2 课程事迹案例挖掘

目前，高分子材料的应用遍布各个领域，在人们的生活中应用广泛，同学们对高分子材料非常熟悉[3-4]。因此，本课程非常容易通过生活中的实例达到教学改革的目的。比如在塑料内容中，推广使用环保高分子材料（如聚乳酸），增强同学们以社会责任为己任的个人意识；在纤维内容中，阐述我国高分子材料领域的技术优势（如大规模生产能力强）和不足（如国产碳纤维材料性能还有待提高），介绍国际先进高分子材料的实例（如日本东丽公司的T1100碳纤维）和最新科研成果，从而培养学生自主学习高分子专业课程的兴趣，以及以国家技术需要为个人奋斗目标的理想信念，为后面深入地学习专业知识奠定基础。另外，本课程与大湾区生产需要紧密相连，本地有很多高分子加工厂家，可以重点强调高分子材料的合成和改性方法，与生产实践紧密结合起来。比如：在塑料部分，从制作抗疫口罩的无纺布出发，结合金发科技的技术需要，重点学习聚丙烯的改性和熔融指数测试；在高分子材料的结构与性能部分，从生益科技制作高性能覆铜板需要的阻燃剂出发，为同学们阐述一些国家的卡脖子技术难题，重点学习各种高性能阻燃剂（磷、硅、氮类）的合成制备，阻燃机理，以及通过复配提高其阻燃性能的原理和方法。这些实用性技术不仅可以把理论和实践紧密结合起来，丰富课堂教学内容，而且为同学们毕业后从事开发新型高性能高分子材料相关的工作提供科学依据和理论指导，更有助于让同学们明白高分子行业的痛点，为以后解决国家卡脖子技术难题打下基础。下面列举了本课程中的部分事迹案例，这些丰富的事迹案例和该课程长期的教学积累，为进一步深化教学改革打下了良好的基础。

1）在绪论部分的实例。

（1）复合材料。介绍中国C919大飞机使用的高分子复合材料，讲述中国C919大飞机艰难的开发历程和先进性，激发同学们的民族自豪感和专业自豪感。

（2）高分子材料的发展历史及未来。介绍我国科学家在高分子材料领域的贡献，比如：徐僖院士研制出一种耐温抗盐添加剂，实现了低能耗和高效率的采油；研制成功第一款国产原油降凝剂，实现了原油的低能耗输送，替代国外产品进口，广泛应用于国内输油管线；李永舫院士在聚合物太阳电池（PSC）共轭聚合物给体和富勒烯受体光伏材料，以及电极界面修饰层材料、导电聚合物电化学等方面取得了系统的和创造性的研究成果，对中国光电功能高分子领域的快速发展起到了重要的推动作用。

（3）高分子材料的合成。介绍何炳林院士开发出的离子交换树脂对我国原子弹爆炸的贡献。

2）在高分子材料结构与性能部分的实例。

（1）聚合物的降解。介绍可降解高分子材料，比如聚乳酸、聚己内酯等，增强同学们对可降解高分子材料的认识。教育大家做好高分子分类回收利用，增强其环保意识，归结到习近平总书记对我们的教导：“绿水青山就是金山银山”。

（2）聚合物的阻燃。突破国外芯片封锁需要能满足高速高频的覆铜板，这就需要开发新型无卤且低极性的阻燃剂，结合东莞松山湖生益科技在这方面的需求，介绍卡脖子技术难题，激发同学们为国学习的热情。

3）在塑料部分的实例。

（1）聚丙烯。聚丙烯（高熔融指数）可以生产制造口罩的必要原料熔喷布，对抗击疫情作出了卓越的贡献。

（2）聚芳醚。蹇锡高院士研制成功结构全新的系列新型杂环高性能工程塑料，既耐高温又可溶解，解决了传统高聚物不能兼具耐高温和可溶解的技术难题，综合性能优异，成本低，属国际首创、原始创新，已广泛应用于航空航天、核能、电子电气、石油化工、精密机械、环保等领域。

4）在橡胶部分的实例。

（1）天然橡胶的发展历史。中国共产党人黄宗道院士对中国天然橡胶事业的贡献，以及他对科研的热爱、追求和大国工匠精神。

（2）橡胶工业。介绍红色管家“叶季壮”对促成“中锡贸易协定”的贡献，突出老一辈共产党人打破西方国家封锁的智慧和能力。

5）纤维部分的实例。

（1）天然纤维。介绍天然纤维（比如蚕丝和红麻）的优势，让学生认识到生态文明建设事关中国梦的顺利实施，介绍党的十八大以来我们在生态文明建设上的成果，激发学生的学习兴趣。

（2）纤维素的溶解。张俐娜院士突破了高分子加热溶解的传统方法，利用NaOH/尿素水溶液低温成功溶解了纤维素和甲壳素，开创了高分子低温溶解的技术及新机理。

（3）氨纶纤维。以新乡白鹭化纤的氨纶分厂发展历程为例，讲解国内科学家通过刻苦攻关，实现成型设备的大规模国产化，激发同学们为国学习的热情。

6）在胶黏剂和涂料部分的实例。

（1）胶黏剂。随着半导体行业向国内转移，我国对光刻胶的需求持续增大。虽然目前印刷线路板（PCB）光刻胶和液晶显示屏（LCD）光刻胶已经实现部分国产化，但高端半导体光刻胶尚未实现国产化。详细介绍了上海光源的同步辐射及紫外光刻胶检测装置。

（2）涂料的发展历史。我国是世界上最早制造和使用漆器的国家，距今已有七千多年的历史。目前发现年代最早的漆器是河姆渡新石器遗址出土的木质朱漆碗，经化学方法及光谱分析鉴定为生漆，生漆是一种天然树脂成膜物。在讲授涂料的章节中引入这些文化遗产，让学生在认识涂料组成的同时，感受华夏的悠久文明，激发学生学习的兴趣。

7）在聚合物共混物部分的实例。

（1）聚合物基复合材料的应用。从航空航天材料（火箭、飞机）方面阐述复合材料的应用，讲解我国自主研发复合材料助力运20、武直10和歼20等，激发学生的专业荣誉感与行业自豪感。

（2）聚乙烯纤维复合材料。在20 世纪90 年代，我国科学家成功研发的具有自主知识产权的聚乙烯纤维，被国人喻为“争气纤维”。介绍老一辈科学家的科研精神，鼓励学生不断钻研，勇攀科学高峰，培养学生科技报国的热情。

此外，还独具特色地在课堂中引入高分子领域各位院士的工作，以便让同学们更好地了解中国高分子的发展。例如陈庆云院士主要从事有机氟化学研究。首次合成六氟双酚A，参加并领导了我国首创抑铬雾剂F-53、含氟单体及氟利昂代用品的研制和生产。合成多种全氟磺酸及其衍生物，阐明了全氟型磺酸酯的硫-氧键断裂特性。系统研究全氟碘代烷在多种金属、亲核试剂或紫外光引发下的单电子转移反应，成功地将全氟烷基引入有机分子，为含氟材料和有机氟化学作出了贡献。程镕院士对凝胶渗透色谱进行研究，他首先研制出了多孔填料，阐明了成孔机理，以及控制孔度方法。程镕时院士提出的分离与扩展效应的统一理论是当时该领域最简单的对加宽效应改正的方法。论文提交美国化学会年会时，被当作当年的重要成果发布，得到国外同行的关注和重视。他创建的简易凝胶色谱方法，满足了自记式仪器在我国普及前对高分子分子量和分子量分布表征的需要。他又将凝胶色谱的研究重点转向了绝对量化问题，创立了绝对定量化原则，开创了一种研究分子水平上的吸附作用，以及分子间配合作用的有效而直接的定量方法，拓展了凝胶色谱的应用范围。

3 教学改革的实践措施和成效

教学方式对教学效果有极大的影响。在教学实践过程中，以专业课知识点为载体，融入经典人物和案例，在面对面授课的同时，借助智慧教室中的多媒体展示图片和短视频，用主动式和体验式的教学手段把观点展示给学生，激发学生产生感情共鸣，从而使其树立正确的价值观。除了教师讲授以外，还鼓励学生自己发掘各种事迹案例，互相教育。比如，指定相关主题，要求学生课下查阅资料，总结相关事迹案例，进行小组讨论和PPT 讲演，激发同学们探索精神和表达能力。利用翻转课堂的方式更有助于激发其他同学的学习兴趣，增加同学们的学习深度。

课堂教学之外，还利用课余时间对学生开展教育教学。目前，很多同学热衷于刷朋友圈、看公众号。鼓励同学们添加任课老师的微信和QQ，教师经常在朋友圈发送教育教学相关内容，引起很多同学观看和点赞。利用微信软件，学生还能随时向老师请教问题，有利于师生交流，提高学习效果。鼓励同学们在业余时间观看相关科教栏目，比如《大国重器》；同时，也会在东莞理工学院优学院平台提供相关视频资料，拓宽同学们的视野，培养其大国工匠精神。

课程结束后通过调查问卷的方式，让同学们评价教学效果，2021—2022第二学期的调查结果如表1所示。从表1可以看出，超过80%的同学对引入教学改革的方式非常满意。更值得注意的是，超过90%的同学认为课程事迹案例极大增强了自己的爱国精神。这说明本课程的教学改革工作取得了一定的成果，得到了绝大多数同学的赞许。

表1 《高分子材料导论》课程问卷调查结果

4 结束语

《高分子材料导论》作为我校高分子材料与工程专业的基础必修课程，对同学们专业基础知识的构建、专业认同感的培养、正确人生观价值观的树立起着至关重要的作用。在教学过程中，加强宣传中华文明，坚守中华文化立场，提炼展示中华文明的精神标识和文化精髓，讲好中国故事、传播好中国声音。在省级一流本科专业建设和广东省高等学校特色专业建设的背景下，本课程不断转变教学思维模式，深入挖掘课程事迹案例，深化教育改革，把“立德树人”作为首要目标，使专业课教学与教学改革并向同行。制定一系列行之有效的教学方法，提高了高分子材料与工程专业人才质量，培养了能满足新时代中国特色社会主义建设的高层次应用型人才，得到了学生的广泛认同。