以工程教育理念引领地方应用型高校《高分子材料综合实验》教学改革

＊叶远松 郭舒隽 薛涵与 张于弛 王莉玮 方润

（闽江学院材料与化学工程学院 福建 350108）

实验教学是高分子材料与工程专业本科教学工作的重要组成部分，是培养学生专业实践技能和创新意识的重要环节，对学生适应社会需求能力的提升发挥着重要推动作用[1]。闽江学院是一所地方应用型本科高校，学校秉承“不求最大、但求最优、但求适应社会需要”的办学理念，我校高分子材料与工程专业立足应用型办学定位，积极对接福建省材料、化工等区域优势产业发展需求，深度推进产教融合和校企合作，培养具有广泛的化学化工理论基础、扎实的高分子材料专业知识和实践技能、良好的团队合作意识和持续学习能力的应用型人才[2]。为了确保人才培养目标的高质量达成，近年来本专业围绕实验教学开展了一系列改革和探索。

1.《高分子材料综合实验》教学现状及改革思路

《高分子材料综合实验》是高分子材料与工程专业学生在完成基础知识学习和基本实验技能训练后开设的一门重要实验课程。课程通过材料制备与测试、数据处理分析等综合性实验训练，巩固和加深学生对高分子合成与反应、结构与性能理论知识的理解，提高学生的实验操作技能和创新思维能力，为学生今后读研深造、从事产品研发等工作奠定良好的基础[3-4]。我校高分子材料专业于2015年开始开设《高分子材料综合实验》，课程自开设以来其教学体系建设不断完善，整体实验教学效果也逐步提升。然而在教学实践中，我们发现课程仍存在一些深层次问题：首先，传统的《高分子材料综合实验》课程项目设置虽具有一定的综合性，但多为经典的验证性实验，既没有与企业的生产实际相衔接，也没有体现学科专业的发展前沿，难以激发学生对实验训练的学习热情和创造性思维。其次，教学方式主要以教师为中心，侧重于专业知识与实验技能的单向输出和传授，学生往往只是扮演着“操作工”角色，被动地成为课程内容的接收者和执行者。这些问题导致学生不论在学习态度、学习动力还是学习成效上均有欠缺，不利于应用型人才的高质量培养。为此，本课程教学团队探索将“产出导向、学生中心和持续改进”的工程教育理念[5]与专业综合实验课程的教学紧密融合，从实验教学角度探索一条适合应用型高校高分子材料专业人才培养的有效途径。

2.工程教育理念引领《高分子材料综合实验》教学改革的主要措施

(1)围绕“产出导向”，持续优化实验内容

以“产出导向”为目标，不断优化实验项目，突出实验内容的综合性、实用性和探索创新性。本课程已不再直接使用现成教材，而是从校企合作项目、企业生产实际以及教师科研成果中“寻找”实验项目，依据本专业的学情特点和实验室硬件条件设计实验内容并编制实验指导书。课程共选取5个实验项目，每个项目均包括样品制备、测试与表征、数据分析讨论等综合实验环节，引导学生将所学的理论知识应用于解决实际生产问题或科研问题，实验项目的主题及设计来源如表1所示。

表1 课程实验项目的选题与来源

实验项目1是来源于校企合作转移转化项目，实验通过在裱处涂层中添加无机纳米片材形成“迷宫效应”的方法解决了企业生产的软质聚氯乙烯（PVC）产品存在的油墨色迁移实际问题。实验项目2是基于企业委托开发项目设计而成，要求学生结合所学的专业知识，通过查阅相关文献资料自行设计共聚单体配比、引发剂品种、反应温度及时间等合成工艺条件。实验项目3则是根据团队教师服务当地高分子材料企业的项目改造而成，针对企业生产的热塑性聚氨酯（TPU）隔油地布用于油气勘探时易于受到油类污染的问题，实验采用臭氧引发接枝亲水性大分子单体尝试进行有效解决。实验项目4源自“挑战杯”福建省一等奖项目，通过溶液交联聚合制备一种高阳离子度的聚电解质凝胶材料并将其负载于基材上制成凝胶滤芯，考察凝胶滤芯对水中阴离子污染物的脱除能力。实验项目5是科研反哺教学的体现，团队教师将省自然科学基金项目研究成果简化为这一超疏水表面制备的探索性实验，探析材料结构（微观粗糙结构）与性能（表面特殊浸润性）间的内在关系，在夯实高分子物理与化学理论知识的同时锻炼学生的创新思维和动手能力。

通过近几年实验项目的不断迭代完善，本课程的实验内容更加贴近企业的生产实际和学科的发展前沿，并且其既涉及到通用高分子材料（塑料、橡胶、胶粘剂）的合成改性与配方工艺设计，也涉及到功能高分子材料（聚电解质、超疏水聚合物）的制备与测试表征仪器（SEM、FT-IR、接触角仪、微重量天平）的操作使用。富含自主性和探索性的实验内容产出成效显著，极大地激发了学生对专业综合实验课程的学习热情，同时帮助学生面对现实的应用和科研问题，通过真学真做获得真实的学习经验，培养解决实际工程问题的能力。

(2)紧扣“学生中心”，活用智慧教学方法

坚持以学生为中心，充分运用翻转课堂和雨课堂等智慧教学方法，有效促进师生间的良性互动，提升学生学习的自主性。本课程摒弃以往课堂讲解实验内容、指导实验操作的常规实验教学模式，将全部5个实验项目的背景知识、实验原理、操作步骤等内容，制作成教学视频并辅以实验讲义，课前推送给学生自主完成预习，让学生带着问题思考来做实验。课堂上，教师则重点讲解实验操作要点、解答学生疑问，并通过流动检查手段引导学生规范化操作、准确记录实验现象与原始数据。每项实验均设置课堂测试环节，通过雨课堂实时考查了解学生对实验知识的掌握程度和薄弱之处。实验结束后，增设讨论环节，各小组对实验数据分析讨论，总结实验成功或失败的原因；对于实验过程表现优秀的小组，鼓励与其他同学分享交流。此外，借助学校实施的实验教学助手制度，通过培养本科生实验教学助理，在雨课堂平台上协助教师更好地开展课前、课中、课后的学习互动，使师生在实验学习和操作上的交流更顺畅、互动更高效。

以实验项目5为例，课前学生通过视频和讲义自主学习表面润湿性的相关理论知识，熟悉样品制备与性能测试的操作方法。课中教师首先以荷叶为教具与学生们讨论其为何“出淤泥而不染”，随后结合科研项目成果引出仿荷叶的超疏水表面结构设计思路，最后向学生重点讲解模板法制备超疏水表面的操作要点和注意事项。在样品制备过程中的模板制作、热压成膜、表面刻蚀等操作环节中，各小组的学生团结协作，授课教师流动检查、参与讨论，与学生们一起寻找问题的正确解决方案。实验间隙，团队教师在教学助理协助下，利用雨课堂向学生推送随堂测试题，实时掌握学生对实验知识和实验方法的理解与运用。样品制备好后进行接触角和SEM测试，测试中落实学生的主体地位，小组学生合理分工、互相配合、全员参与，准确记录原始实验数据。测试结束后，小组学生一起分析实验现象和实验结果，结合所学的材料表面润湿性理论，探索用Wenzel模型或Cassie模型解释表面微观形态结构对超疏水性的影响，加深对材料结构与性能间关系的理解认识。

(3)关注“持续改进”，持续引导学习成效

在教师教学层面，除了课程教学内容的优化和教学手段的创新，教学团队还注重综合实验课程的教学评价与信息反馈，推动教学成效的持续改进。团队教师根据学生的实验表现（预习情况、实验操作、实验报告撰写等）对课程教学效果和教学目标达成度进行自评，再通过学生评教、同行和督导听课、专家查阅相关教学材料等途径广泛收集反馈意见，据此不断改进和完善课程的教学体系、内容与方法。

在学生学习层面，综合实验课成绩不应是课程学习的终点，而应成为学生参加大创项目、专业学科竞赛、考研深造等的“敲门砖”。基于本课程对学生专业知识、实验技能、分析能力和创新思维的强化和训练，团队教师们积极指导课程学生参加“全国大学生高分子材料实验实践大赛”“全国大学生高分子材料实验实践虚拟仿真大赛”和“全国大学生化工设计竞赛”等专业学科竞赛。同时，通过专业教研会议将实验课上表现优秀的学生推荐给相关教师参与大创项目训练，或推荐给联系企业实习锻炼。通过多样化的正向反馈将学生的课程学习成效与未来持续的专业学习、就业工作紧密联系在一起，达成帮助学生持续学习成长的教学目标。

3.《高分子材料综合实验》教学改革实施成效

经过近几年持续融合工程教育理念的教学改革实践，本课程学生的学习成绩、实验操作技能、主动学习态度与持续学习热情均有了明显改善，综合应用与创新能力也得到了显著提升。授课过程中学生通过多样化途径主动参与教学互动，课堂参与度大大提高，教师也能及时了解学生学习情况并能更有针对性地答疑解惑。近三年课程学生成绩“良好”以上的比例从58%提升至81%，学生毕业后在工作中的实践动手与创新能力也深受用人单位好评。此外，综合实验课程的操作技能训练、创新思维培养以及授课团队教师的积极引导，为学生在后续的学科竞赛、大创项目等科研创新训练中取得好成绩提供了有力保障。近年来本课程学习优秀的学生荣获了“全国大学生高分子材料实验实践大赛”“挑战杯大学生课外学术科技作品竞赛”“全国大学生化工设计竞赛”等学科竞赛奖项18项，主持国家级、省级和校级大学生创新创业训练计划项目30余项。

4.结语

综合实验课程是高分子材料与工程本科专业重要的实验教学课程。作为地方高校，针对原有课程教学模式不利于应用型人才培养的问题，我们以“产出导向、学生中心和持续改进”的工程教育理念为指导，分别从实验内容、教学方法和持续学习三个方面对综合实验课程的教学进行了改革与探索。实践表明，这些改革增强了学生对专业实验的学习热情，提升了学生的综合实验技能，为他们的专业学习和持续成长打下了坚实基础。今后我们还需继续深入融合工程教育理念，不断完善综合实验课程的教学体系和运行机制，助力地方学校高分子材料专业应用型人才的高质量培养。