基于OBE理念的高分子材料加工课程探索与改革

杨坚 刘跃军 经鑫

［摘 要］ 在工程教育专业认证的背景下，根据“高分子材料成型加工工艺与设备”的课程特点，基于湖南工业大学办学定位与专业课程体系，确定了该课程应承担的培养任务，制定了相应的课程教学目标。通过“课程群”建设的逐步完善、线下教学手段的多样化、虚拟仿真实验的引入和基于过程与能力的评价体系，实现了“以学生为中心、以学习成果为导向”的教学模式初步构建。特别是虚拟仿真技术，将线上线下有机结合，“虚实组合”引入课堂，将知识与能力的培养融为一体，在激发学生自主探索意愿和学习兴趣方面有着重要的意义。力求通过教学模式的改革，提高学生在高分子加工方面的工程知识储备、解决复杂工程问题的能力，培养获得行业认可的应用型工程技术人才。

［关键词］ 工程教育专业认证；OBE理念；高分子材料成型加工工艺与设备；课程改革

［基金项目］ 2022年度湖南工业大学教育部产学合作协同育人项目“薄膜加工虚拟仿真实验”（220505940233233）

［作者简介］ 杨 坚（1985—），女，湖南宁乡人，博士，湖南工业大学包装与材料工程学院讲师，主要从事高分子材料加工、结构与性能方向研究；刘跃军（1970—），男，湖南攸县人，博士，湖南工业大学包装与材料工程学院教授，主要从事包装材料的加工、结构与性能方向研究；经 鑫（1987—），女，河南商丘人，博士，湖南工业大学包装与材料工程学院副教授（通信作者），主要从事高分子复合材料的设计及应用方向研究。

［中图分类号］ G642.0［文献标识码］ A［文章编号］ 1674-9324（2023）37-0141-04［收稿日期］ 2022-12-28

引言

国务院印发《中国制造2025》，提出了人才为本的理念，明确指出我们要培养高端人才。我国本科工程类专业规模很大，但工程类专业培养模式大多还是采取传统的教学模式，课程考核侧重知识掌握程度的考查。这与工程教育专业认证所采纳的以学生为本、面向产出和持续改进的OBE理念有着较大的差距。作为高校工程类专业建设者，如何响应国家号召，培养出具有世界先进水平的工程技术人才，是时代交给我们的课题。专业认证作为一个持续改进的过程，其本身就有自我迭代的生命力，使得高校的专业建设方向更为明确。因而，专业认证是实现工程技术人才培养质量突破的必经之路［1］。

千里之行，始于足下，专业认证落实于课程。“高分子材料成型加工工艺与设备”作为高分子材料与工程专业的核心课程，主要涉及高分子材料成型加工原理，需重點构建塑料和纤维等高分子材料加工过程中加工—结构—性能之间的关系，使学生能应用成型加工的原理，提供解决复杂工程问题方案［2］。根据课程特点，基于专业定位和当前教学条件，按照工程教育专业认证的要求，本课程应发展学生灵活应用高分子材料成型加工原理解决复杂工程问题的能力；提高学生创新意识与创造性解决问题的能力；增强学生的学习兴趣和自主性，发展终身学习的能力。笔者担任了4年湖南工业大学高分子材料与工程专业课程的任课教师，现结合工程教育专业认证的要求，从以下几个方面，就该课程目前存在的相关问题进行探索研究。

一、基于OBE教学理念的教学目标设置

根据OBE教育理念，在课程开始之前就要根据产业行业发展需求和学校定位，系统规划学生毕业5年之后需达到的职业和专业成就，以此确定培养目标和毕业要求，进而根据毕业要求分解到课程的指标点来构建课程教学方案［3］。依据OBE教育理念，基于湖南工业大学培养高素质应用复合型人才的办学定位与本专业课程体系，承担了工程知识、问题分析和设计/开发解决方案方面的能力培养任务。所以，围绕高分子产业和行业发展对工程人才的需求，制定该课程的教学目标（见表1）。

二、基于OBE教学理念的教学方式调整

（一）群策群力，共建能力

在工程教育专业认证课程建设过程中将毕业要求分解成二级指标点，不同的课程对应不同的指标点。而一个任务的完成需要不同知识与能力的有机结合，由此就形成了课程群。“高分子材料加工工艺与设备”这一课程兼具理论性与实践性，与“高分子物理”和“高分子材料表征与测试”等课程有着密切的关系。高分子工程师解决复杂工程问题的关键是建立起配方—加工—结构—性能之间的关系。该课程是这个关系构建的核心之一。将与该课程相关的教师组成教学团队，通过有效配合，形成课程群，建立能力发展目标，在不同课程进行分解，有助于学生系统性地理解知识和提升解决复杂工程问题的能力。比如“探究不同加工温度对聚丙烯流延膜结构与性能的影响”这一任务不仅需要学生用到该课程的专业理论，还需结合其他多门课程的相关理论知识。学生在具体的任务探究过程中，解决工程问题的实践能力自然会得到提升。

（二）丰富线下教学手段

OBE理念强调学习过程以学生为主体，教学过程的设计应着力于提升学生兴趣、引导学生创新思维的发展和知识应用能力的提升。为此，笔者在以下几个方面对教学过程进行了改进。

1.投入精力用于教学视频的筛选与剪辑。一个好的教学视频不仅能吸引同学的注意力、激发学习兴趣，而且能帮助学生对教学内容形成更形象生动的理解，有的则可以便捷地将理论知识与实际应用建立联系。例如在《塑料成型加工》一章中提到“嵌铸”这一成型方式。笔者向同学展示了通过将甲壳虫躯壳放入自制塑料壳的模具，用环氧树脂浇筑成型，经过打磨形成一件很具特色的艺术品的视频。让学生理解塑料的成型工艺在我们的日常生活中有着广泛的应用。鼓励学生在课后尝试自制艺术品，更进一步理解这一成型工艺。

2.课堂中引入科研最新进展，让学生理解当前理论知识在科研领域的应用。笔者从事多年高分子材料的结构与性能的研究，将本人的研究数据直接在课堂上展示，有助于学生深刻领会重点难点。例如，在讲述“塑料薄膜的加工成型”部分时需要让学生理解拉伸工艺诱导取向与结晶有助于制品力学性能的显著提升，这里就需要学生理解加工工艺（拉伸工艺）—结构（取向与结晶）—性能（力学性能）之间的关系这一关键工程知识。通过数据展示，对比未经拉伸的聚乳酸薄膜和经过拉伸取向的聚乳酸薄膜二维广角X射线衍射花样（可以定性判断出晶区的取向程度）和力学性能的差异，向学生说明加工过程对结构与性能有着至关重要的影响。

3.安排课程中部分章节以学生分组调研讨论的方式展开。鼓励学生以小组为单位的方式，课前查阅文献，课上集中讨论相关知识。例如，在开展《高分子材料混合加工的原料配方设计》一节中添加剂属性对性能影响的教学活动时，让同学分组分别调研：（1）填料粒度对力学性能的影响；（2）填料含量对力学性能的影响；（3）填料表面性质对力学性能的影响等。同学们通过文献调研与课堂汇报，提出自己的观点与理解。在此过程中，教师可以把握学生的困惑之处，以便辅导；学生也可在此过程中掌握重点知识、提升解决问题和沟通表达的能力。

4.借助雨课堂，实现课堂内外的有效把控。通过雨课堂，发布预习资料，督促学生课前在雨课堂作答，可有效提高课堂教学效率。在课堂教学过程中，雨课堂也可以很好地发挥记录课堂教学过程的作用，为教学过程评价提供有效依据。

5.鼓励学生进入教师的课题组，参与科研课题。笔者所在学院高分子专业教师立足包装材料的开发，通过与高分子加工相关企业密切合作，让学生参与到科研课题中，从而了解行业需求，真正将所学加工专业知识应用于工程问题的解决。学生也可以参与创新创业大赛，在参赛过程中，激发自主研究的意愿，提升实践能力。

（三）引入虚拟仿真教学

虚拟仿真实验可以进行一些极具特色但线下无法实现的实验内容的展示［4］，在教学中的应用拥有其独到优势。例如，大型加工设备的内部结构，物料在加工过程的结构演化，工艺参数与制品性能之间的关系等。笔者将创新性教学方法应用于教改实践，充分利用虚拟仿真技术，将线上线下和“虚实”组合引入课堂，如图1所示。

通过增加线上虚拟仿真实验学习与考核机制来辅助常规的线下教学，以虚补实、取长补短。为此，笔者与教学团队在“双向拉伸功能薄膜生产工艺虚拟仿真实验”的设计中，将虚拟仿真学习分成了四个层级：（1）了解双向拉伸薄膜生产线的结构功能、工艺流程、薄膜性能检测手段，提高学生的专业认知水平。（2）掌握功能聚丙烯薄膜配方设计方法，掌握工艺参数设计原理，在情境互动式探究中夯实工艺操作技能。（3）引導学生分组实验与讨论、对比总结、自主构建配方—工艺参数—结构性能之间的关系，并虚拟生产一款薄膜，提高学生团结协作、解决实际工程问题的能力。（4）引导学生开展针对性研究。如公共场所扶手等多人接触物件存在传播细菌病毒的可能。学生需查阅学习文献、设计薄膜生产方案，全方位培养学生分析、总结、设计、探索等科研创新能力。

虚拟仿真实验在保障学生安全的同时，使学生真正掌握知识与原理，激发学生的创新兴趣和专业志趣，促进学生应用相关知识解决实际问题的综合能力。目前，该虚拟仿真实验已经被评为湖南省一流课程。

三、基于OBE教学理念的评价方式

基于OBE理念，学生的学习成果需要得到更为综合与全面的评价，评价方式应更加多样化。因此课程建立了包括理论知识、虚拟仿真实验、课堂表现等几个方面的评价机制。理论知识的考查试题更具开放性，更加注重学生理论知识应用于解决工程问题的能力。例如：试分析在注射成型过程中样条厚度偏差较大，中部内凹，导致这一现象的原因可能是什么，如何改善。虚拟仿真实验教学本身就设计了考评机制，整个操作过程都有系统记录赋分。课堂表现一方面通过雨课堂数据来反映，如：预习题是否完成、课堂中插入的客观题正确率如何、主观题完成状态如何、是否积极参与课堂讨论中的“弹幕”“投稿”与“投票”等；另一方面通过教师在课堂上的记录来反映，如：小组讨论是否积极参与、成果汇报是否有理有据等。

结语

工程教育专业认证对“高分子材料成型加工工艺与设备”课程的教、学与评价方式都提出了更高的要求。依据OBE教学理念，笔者对该课程的教学目标、教学模式和评价方式进行了研究与改革。进一步明确了以综合能力提升为目标的培养方案。新教学方案的实施将为学生日后从事高分子材料领域相关工作打下更为坚实的基础。

参考文献

［1］夏益青，盛玉萍，于永启，等.“双一流”背景下基于OBE理念的《高分子物理》课程教学改革的探索［J］.高分子通报，2022（11）：132-136.

［2］杨春林，欧梅桂，严伟，等.工程教育认证背景下课程思政融入模式探索与实践：以《聚合物成型加工原理》课程为例［J］.高分子通报，2021（5）：121-127.

［3］戴先中.工程师：工程教育专业认证标准中的“培养目标”［J］.中国大学教学，2021（12）：28-34.

［4］董桂伟，赵国群，王桂龙.我国虚拟仿真实验教学的发展与趋势研究：基于近十年中国知网文献的知识图谱分析［J］.中国大学教学，2021（7）：85-92+96.

Exploration and Teaching Reform of Polymer Processing Based on OBE Concept

YANG Jian， LIU Yue-jun， JING Xin

（School of Packaging and Materials Engineering， Hunan University of Technology， Zhuzhou， Hunan

412007， China）

Abstract： Under the situation of engineering education professional certification， the training tasks and the curriculum teaching goal are determined according to individual characteristics of the course of “technology and equipment of polymer processing”， which are based on the orientation of Hunan University of Technology and the curriculum system of this major. The teaching model of student-centered and learning-outcome-oriented has been initially constructed according to the gradual improvement of the construction of “course group”， diversification of offline teaching methods， the introduction of virtual simulation experiment and the evaluation system based on process and capability. In particular， virtual simulation technology organically combined online and offline teaching， realized combination of virtuality and reality， and integrated the development of knowledge and ability. It is of great significance in stimulating students independent exploration willingness and learning interest. The purpose of the reform of teaching mode is to improve students engineering knowledge base in polymer processing， and ability to solve complex engineering problems. And then， application-oriented engineering and technical talents recognized by the industry can be cultivated.

Key words： engineering education certification; OBE concept; Technology and Equipment of Polymer Processing; curriculum reform