工程教育改革背景下聚合物基復合材料教學的改革與實踐

杜永剛?賈響響?任士通?王惠?宗倩穎

摘要：在工程教育改革的大背景下，探索多種教學方法，突出學生在學習中的主體地位，側(cè)重應用引導，對培養(yǎng)新工科人才具有重要的意義。本文在總結(jié)以往聚合物基復合材料教學經(jīng)驗的基礎上，從教與學的思考與改進、利用企業(yè)資源側(cè)重應用引導、考核方式多元化改進三個方面進行改革實踐，著力培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-解決問題的綜合能力，以提升學生的社會競爭力。

關(guān)鍵詞：工程教育;教學改革;聚合物基復合材料

工程教育是我國高等教育的重要組成部分，在高等教育體系中“三分天下有其一”。當今世界范圍的新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，對工程人才的培養(yǎng)提出了更高要求。深化工程教育改革、提高新時代工程人才培養(yǎng)質(zhì)量，是高等教育改革的重要任務。2016年中國加入《華盛頓協(xié)議》，中國工程教育開始和國際理念同頻共振[1]。2017年隨著“復旦共識”“天大行動”“北京指南”三部曲的提出，新工科建設拉開了序幕[2]。為深入落實全國教育大會和《加快推進教育現(xiàn)代化實施方案（2018-2022年）》精神，教育部決定全面實施“六卓越一拔尖”計劃2.0，啟動一流本科專業(yè)建設“雙萬計劃”[3]。工程教育認證、新工科建設、一流本科專業(yè)建設的培養(yǎng)目標是相通的：旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神的應用型、復合型人才[4]。

在工程教育改革的大背景下，石家莊鐵道大學材料科學與工程學院結(jié)合自身優(yōu)勢，依托河北省重點發(fā)展學科（材料科學與工程）、河北省交通工程與環(huán)境協(xié)同發(fā)展新材料重點實驗室，大力推進材料科學與工程專業(yè)（高分子材料方向）的學科認證和專業(yè)建設工作?！毒酆衔锘鶑秃喜牧稀肥歉叻肿硬牧戏较虻谋匦拚n程之一，不僅涉及高分子材料基礎理論知識，還能夠引導學生從多方面了解高分子復合材料在國民經(jīng)濟和國防工業(yè)等諸多領域的廣泛應用。基于當前工程教育改革的大背景，對《聚合物基復合材料》進行教學改革，注重學生發(fā)現(xiàn)問題-分析問題-解決問題能力的培養(yǎng)，側(cè)重“應用”引導，對培養(yǎng)應用型、復合型人才具有重要意義。

一、課程簡介

本專業(yè)方向在第七學期開設《聚合物基復合材料》課程，本課程為32學時，授課時段為8周。學生已經(jīng)學習了《高分子化學》《高分子物理》《聚合物加工工程》《高分子材料》《高分子材料研究方法》等專業(yè)課程，對高分子基礎理論及通用高分子材料的基本知識和應用有了一定了解?！毒酆衔锘鶑秃喜牧稀分饕婕疤畛鋭⒃鰪妱┑姆N類及表面處理、復合材料結(jié)構(gòu)與性能的分析、復合材料的制備及加工方法、復合材料在不同領域的應用等內(nèi)容;獲得這四個方面的知識，并能夠?qū)⑸鲜鲋R轉(zhuǎn)化為材料科學領域所需的科研及生產(chǎn)應用能力是本課程的主要教學目標。該課程內(nèi)容在高分子材料方向的學習中具有承上啟下的作用，在后期本科畢業(yè)論文/畢業(yè)設計的開展、研究生科研或就業(yè)領域的選擇方面發(fā)揮重要作用。

二、原有教學的不足與改革

1.“學問”與“學答”：關(guān)于教與學的思考與改進

師者，傳道、授業(yè)、解惑也。長久以來教師以此為己任，將自己所掌握的知識及相關(guān)經(jīng)驗毫無保留地教給學生。這種傳統(tǒng)的以教師為中心的教學方式固然有其可取之處，但學生在課堂大部分時間內(nèi)處于被動接受知識的狀態(tài)，不能很好地發(fā)揮學生探索知識的主觀能動性。在傳統(tǒng)課堂中適當引入導向性問答互動[5]、主題討論、小組PPT分工匯報等形式;引導學生針對聚合物基復合材料的具體應用問題查閱資料、小組討論后提出結(jié)論，最后由教師進行點評、總結(jié)。這樣可以鍛煉學生利用所學知識結(jié)合查閱到的資料分析問題、深入發(fā)掘問題根源、最終提出具有可行性且較為具體的解決方法的綜合能力。

在第一節(jié)課向同學們介紹本課程的具體教學內(nèi)容與安排，通過抽簽的方式將學生隨機分為若干小組。以“如何解決夏季經(jīng)遠洋運輸?shù)牧幑に嚻反嬖诘钠釋羽みB問題”“建筑外墻聚合物發(fā)泡復合保溫板的制備與應用”等為主題，要求學生利用課余時間在三周內(nèi)獨立查閱資料分析問題，并提交紙質(zhì)總結(jié)。學生個人在完成調(diào)研后，利用課上時間進行小組討論與總結(jié)。最后，任課教師從分子結(jié)構(gòu)設計、理化性能的影響因素、制備及施工工藝、應用過程中需注意的耐熱性、耐候性、阻燃性、粘結(jié)強度等方面進行點評與總結(jié)。此外，組織各小組學生選擇感興趣的聚合物復合材料（各小組之間不重復且為非課程教學應用舉例），從材料的合成與改性、成型加工工藝、具體應用及發(fā)展前景等方面利用四周的時間進行分工合作，在課上完成小組PPT匯報。在PPT匯報籌備過程中實行輪值組長制，每位同學都有機會作為組長組織本組周例會。輪值組長制及分工匯報使每位同學都必須參與到工作中來，避免了“勤快的人在做，懶惰的人旁觀”，在這一過程中既培養(yǎng)了學生的團隊協(xié)作意識又鍛煉了其文獻檢索、語言表達能力。

從學生被動接受知識、死記硬背知識點，向引導學生去發(fā)現(xiàn)知識-運用知識-創(chuàng)造知識的模式轉(zhuǎn)變;不僅要“學”會具體知識點能夠正確“答”問題，而且要“學”會“問”問題，從而實現(xiàn)對學生創(chuàng)新精神的引領。

2.引進企業(yè)資源，側(cè)重“應用”導向的改進

本課程涉及較多基本概念、原理及抽象模型，原來采用板書結(jié)合PPT的講授法，學生對基礎知識、材料實際應用的認識僅停留在理論層面上。這對于與實際應用聯(lián)系較為密切的課程教學來講是不利的，應該在教學過程中結(jié)合生產(chǎn)實習（開設于第六學期，早于本課程）內(nèi)容，幫助學生將理論知識與實際應用建立起聯(lián)系來。邀請校聘企業(yè)導師開展課內(nèi)講座，他們豐富的實踐經(jīng)驗對培養(yǎng)學生的工程素養(yǎng)大有裨益。

以校企共建的“河北省線纜用功能復合材料技術(shù)創(chuàng)新中心”為依托組織學生開展生產(chǎn)實習的部分學習內(nèi)容，讓學生在一線學習聚合物線纜復合材料的生產(chǎn)及檢測知識。在本課程教學過程中從配方設計、不同組成線纜復合材料成型加工工藝、成品性能檢測三方面進行理論剖析，使學生對該類材料的感性認識得以理論“升華”。邀請山東贏創(chuàng)偉業(yè)新材料有限公司技術(shù)負責人作課內(nèi)報告，同時分享個人從業(yè)、創(chuàng)業(yè)、技術(shù)開發(fā)、管理運營的工作經(jīng)驗。企業(yè)資源引入課堂可以幫助學生了解理論學習的現(xiàn)實需求，有助于提升工科學生的培養(yǎng)質(zhì)量。

3.考核方式由“一張卷”向多元化的改進

考核的“指揮棒”指向哪里學生學習的重點就偏向哪里。原來考核只是單一的期末考試，不少學生通過突擊復習來應對考試;單純的記憶未必能提升學生的專業(yè)素養(yǎng)和學習興趣。因此，對學生的評價應該適當融入過程考核，不能“一卷定成敗”。本課程將小組討論與個人總結(jié)、PPT分工匯報作為過程考核內(nèi)容（占總成績的40%），可以更好地督促學生“動起來”。期末試題減少對基本概念、名詞解釋、基礎簡答的考核，突出“應用”導向。試卷中綜合辨析題占試卷40%的分值，題目旨在考察學生運用所學知識分析并解決材料應用中具體問題的綜合能力。

4.建立“敞開心扉”的教學反饋渠道

以往大學課程結(jié)課后，學生與任課教師的交流不多，未必能夠及時、全面地了解學生對本課程的意見及建議。本課程任課教師連續(xù)兩年在學生畢業(yè)離校前進行問卷調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括學生對分組討論、PPT分工匯報、企業(yè)導師課內(nèi)講座的看法與意見，學生對課程教學內(nèi)容設置、考核方式的滿意度等。調(diào)研結(jié)果顯示絕大部分學生認為分組討論、PPT分工匯報是一個很有收獲的鍛煉過程，多數(shù)學生更愿意接受多元化的考核方式。也有少部分同學反映第七學期面臨考研及就業(yè)，投入到分組討論、PPT匯報的時間較少，建議課程開設時間前移一個學期。以上信息的反饋為將來教學的調(diào)整提供了參考。

三、結(jié)語

在工程教育改革的大背景下，具有創(chuàng)新精神的應用型、復合型人才的培養(yǎng)必須突破傳統(tǒng)教學模式，探索多種教學方法;突出學生在學習中的主體地位;側(cè)重“應用”引導，由基礎到綜合逐步培養(yǎng)學生運用所學知識分析、解決實際工程問題的能力;從而培養(yǎng)出符合時代發(fā)展和社會需求的新工科人才。

參考文獻：

[1]吳巖.勇立潮頭、賦能未來，以新工科建設領跑高等教育變革[J].高等工程教育研究， 2020.

[2]趙青云，崔艷，劉帥.新工科理念下普通高校工科專業(yè)教與學的探索[J].大學教育，2020.

[3]付華，于剛，楊治剛，吳紅亞，秦國強，王志，馬世卿，任書霞，李周男.新工科專業(yè)建設背景下專創(chuàng)融合體系建設與實踐[J].河北農(nóng)業(yè)大學學報（社會科學版）， 2019.

[4]石海信，趙文元，趙文龍.問題導向教學模式在《功能高分子材料》教學中的實施[J].高教論壇， 2019.

作者簡介：

杜永剛，男，博士，講師，系主任，從事材料科學與工程專業(yè)教學研究與管理工作，研究方向：生物基環(huán)氧納米復合材料的制備與表征。

基金項目：

石家莊鐵道大學高等教育教學研究項目，項目編號：Y201807。