基于高分子加工工程能力提升的教學(xué)改革

張世杰，黃軍左，齊民華

（廣東石油化工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東茂名 525000）

材料科學(xué)是科技發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)和核心內(nèi)容，是現(xiàn)代人類文明的三大支柱之一，材料工業(yè)的發(fā)展水平長期作為重要標(biāo)準(zhǔn)用來衡量人類社會(huì)文明程度。高分子材料作為新興材料品種，雖然發(fā)展歷史短，但發(fā)展速度驚人，已廣泛應(yīng)用到國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)[1]。中國已將材料科學(xué)技術(shù)列為21 世紀(jì)優(yōu)先發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域之一，被納入“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃和國家重點(diǎn)專項(xiàng)規(guī)劃。近年來，中國在高分子材料的開發(fā)和綜合利用方面發(fā)展神速，已建立起完善的高分子材料研究、開發(fā)和生產(chǎn)體系。

高分子材料主要包括塑料、橡膠、纖維、膠粘劑和涂料等品種。除涂料、膠粘劑等類型無需成型加工可直接使用外，絕大多數(shù)高分子材料均需采用相應(yīng)的成型方法加工成制品。在成型過程中，聚合物在溫度、壓力及時(shí)間等因素作用下，導(dǎo)致分子鏈發(fā)生降解、交聯(lián)以及其他化學(xué)反應(yīng)，使聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，進(jìn)而影響到高分子材料制品的外觀形狀和內(nèi)在質(zhì)量。故高分子材料的成型加工過程是決定高分子材料最終結(jié)構(gòu)和性能的重要環(huán)節(jié)，也是高分子材料專業(yè)教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。由于高分子制品在生活中隨處可見，故工業(yè)界對(duì)于高分子材料成型加工專業(yè)畢業(yè)生的需求量很大，對(duì)于高校高分子專業(yè)成型加工課程建設(shè)和畢業(yè)生工程能力培養(yǎng)提出了越來越高的要求[2-3]。

人才是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展最重要的因素。中國高等教育經(jīng)過多年擴(kuò)招，已進(jìn)入大眾教育階段，傳統(tǒng)教學(xué)模式導(dǎo)致用人單位對(duì)畢業(yè)生的滿意度降低。畢業(yè)生找不到合適的工作而用人單位招不到所需人才。高等學(xué)校的職責(zé)是為國家建設(shè)提供強(qiáng)有力的智力支撐和人才保證，根據(jù)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》文件精神，高等學(xué)校必須以基本素養(yǎng)和工程技術(shù)實(shí)踐能力培養(yǎng)為重點(diǎn)，從教學(xué)和實(shí)踐兩個(gè)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，使畢業(yè)生更加符合社會(huì)需要。如何讓學(xué)生擁有創(chuàng)新應(yīng)用能力和工程能力成為高等學(xué)校人才培養(yǎng)工作的核心內(nèi)容。

1 高校對(duì)畢業(yè)生高分子材料成型加工工程能力的培養(yǎng)現(xiàn)狀

所謂大學(xué)生的工程能力，就是學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)過的所有相關(guān)知識(shí)和技能，對(duì)復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析，思考解決方案，統(tǒng)籌調(diào)配資源，將多學(xué)科知識(shí)進(jìn)行組織、研發(fā)，并能根據(jù)研發(fā)結(jié)果不斷修正研發(fā)方案，直至培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成解決實(shí)際工程問題的能力。

高分子成型加工行業(yè)屬于制造業(yè)范疇，雖然技術(shù)更新?lián)Q代速度不及網(wǎng)絡(luò)、軟件等行業(yè)，但普遍存在規(guī)模較小、技術(shù)力量薄弱、從業(yè)人員知識(shí)層次不高等問題，又要面對(duì)千變?nèi)f化的用戶需求、成千上萬種產(chǎn)品、對(duì)成本較為敏感等現(xiàn)實(shí)問題，對(duì)于包括大學(xué)畢業(yè)生在內(nèi)的從業(yè)人員解決復(fù)雜工程問題的能力提出了越來越高的要求。同時(shí)高分子成型加工行業(yè)作為一般利潤率行業(yè)，極易受到材料成本、用工成本等因素影響，亟需產(chǎn)業(yè)升級(jí)換代、提高自動(dòng)化水平、控制成本、提升產(chǎn)品層次等方面開展艱辛的攻關(guān)工作。這也會(huì)對(duì)從業(yè)人員的工程能力提出很高的要求。

目前國內(nèi)大多數(shù)開設(shè)高分子材料與工程專業(yè)的高校均會(huì)重點(diǎn)講授成型加工知識(shí)，開設(shè)了多門相關(guān)課程，但由于雙師型教師不足、成型設(shè)備和手段與工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀脫節(jié)、課時(shí)限制等原因，導(dǎo)致畢業(yè)生的成型加工工程能力普遍不足，入職后技術(shù)成長較慢，難以獨(dú)當(dāng)一面，同時(shí)行業(yè)待遇水平缺乏競爭力、工作環(huán)境較為臟亂，故新入職大學(xué)生轉(zhuǎn)行比例較高。畢業(yè)生作為高校的“產(chǎn)品”，高校需要根據(jù)工業(yè)界客戶的需求，加強(qiáng)對(duì)畢業(yè)生工程能力的培養(yǎng)，雙方攜手促進(jìn)高分子成型加工行業(yè)的健康發(fā)展。

為了迎接新工業(yè)革命對(duì)高等工程教育的挑戰(zhàn)，人們更加關(guān)注教育投入的回報(bào)與實(shí)際產(chǎn)出的現(xiàn)實(shí)需要，成果導(dǎo)向教育（OBE）在美國、英國、加拿大等國家已成為教育改革的主流理念?；趯W(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式（Outcomes-based Education ，OBE），作為一種先進(jìn)的教育理念，于1981 年由SPADY 等人提出。OBE 強(qiáng)調(diào)如下4 個(gè)問題：我們想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么？為什么要讓學(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)成果？如何有效地幫助學(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果？如何知道學(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果？OBE 的5 個(gè)實(shí)施要點(diǎn)分別為確定學(xué)習(xí)成果、構(gòu)建課程體系、確定教學(xué)策略、自我參照評(píng)價(jià)、逐級(jí)達(dá)到頂峰[4-6]。

2 基于最新案例的本科生高分子材料成型加工工程能力的課堂教學(xué)改革

雖然目前高校在成型加工課堂教學(xué)中會(huì)采用大量實(shí)例進(jìn)行知識(shí)傳授，但例子普遍較為傳統(tǒng)和普通，無外乎各種傳統(tǒng)產(chǎn)品的成型工藝，難以吸引學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。但通過采購特殊成型設(shè)備，引入實(shí)例教學(xué)，不僅投資較大而且面臨就業(yè)單位中常規(guī)成型設(shè)備占絕大多數(shù)的現(xiàn)狀，所以實(shí)用性不高[7]。

在有效利用現(xiàn)有成型加工教學(xué)設(shè)備的前提下，通過采用最新案例，改革課堂教學(xué)形式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和參與度，培養(yǎng)其解決實(shí)際工程問題的能力，是一種切實(shí)可行的教改思路。

例如，2020 年初由于疫情發(fā)生突然，社會(huì)對(duì)于口罩的需求量在短時(shí)間內(nèi)激增，導(dǎo)致口罩生產(chǎn)所需的熔噴布專用料（特種聚丙烯）極度短缺，并嚴(yán)重影響到口罩的供應(yīng)量和防疫工作的開展，全社會(huì)各行各業(yè)的人全都對(duì)于熔噴布專用料非常關(guān)注。以熔噴布專用料的制備為例，培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。將學(xué)生進(jìn)行分組，組內(nèi)同學(xué)均有具體分工。充分發(fā)揮學(xué)生的主導(dǎo)能力，教師只是發(fā)揮側(cè)面協(xié)助作用。

發(fā)現(xiàn)問題。引導(dǎo)學(xué)生通過資料調(diào)研并結(jié)合已學(xué)過的相關(guān)課程知識(shí)，總結(jié)出熔噴布專用料與普通聚丙烯材料在分子結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)、物理性能等方面的顯著差異及產(chǎn)生的原因，并調(diào)研熔噴布成型過程，分析該過程對(duì)于聚丙烯原料提出的特殊要求。

提出解決方案。針對(duì)熔噴布專用料與普通聚丙烯間存在的顯著差異，由學(xué)生設(shè)計(jì)熔噴布專用料的制備思路。每組同學(xué)準(zhǔn)備講演PPT，并派出代表在課堂上進(jìn)行介紹，由其他組同學(xué)進(jìn)行提問，開展交流。課堂討論結(jié)束后，同學(xué)們對(duì)自己的制備工藝路線進(jìn)行修訂。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，開展實(shí)驗(yàn)。教師協(xié)助學(xué)生開展試驗(yàn)工藝路線的設(shè)計(jì)，原料準(zhǔn)備和研發(fā)過程。每組同學(xué)編制提交研究報(bào)告，并在課堂上進(jìn)行宣講和互評(píng)工作。

教師點(diǎn)評(píng)。教師根據(jù)每組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從產(chǎn)品物性、經(jīng)濟(jì)性、制備路線合理性、環(huán)保性等方面進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，指出方案及制備過程中存在的缺陷及有待改進(jìn)的問題，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)和能力掌握的深度和廣度。

完善實(shí)驗(yàn)。學(xué)生根據(jù)教師的點(diǎn)評(píng)，對(duì)自己小組的優(yōu)選制備工藝進(jìn)行修訂并開展再次實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行自評(píng)，分析性能改善的影響因素，提交最終修訂版的研發(fā)報(bào)告。

總結(jié)學(xué)生所獲得的能力。組織學(xué)生開展對(duì)自己是否獲得相關(guān)能力提升的總結(jié)分析。學(xué)生總結(jié)自己在項(xiàng)目研發(fā)的五個(gè)階段中所經(jīng)歷的波折，在出現(xiàn)問題和與預(yù)期間存在偏差后如何思考和發(fā)現(xiàn)解決辦法（如何發(fā)現(xiàn)問題、查找文獻(xiàn)、修改方案、重復(fù)試驗(yàn)、樣品分析等），及對(duì)于研發(fā)過程的反思。通過以上總結(jié)和歸納，學(xué)生能夠更科學(xué)地看待整個(gè)研發(fā)歷程，獲得系統(tǒng)性能力提升。

通過以上6 個(gè)步驟，學(xué)生認(rèn)真調(diào)研文獻(xiàn)，發(fā)揮主觀能動(dòng)性，回想組織所學(xué)過的專業(yè)相關(guān)知識(shí)，制定制備方案并開展研發(fā)工作，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，再修訂實(shí)驗(yàn)方案，開展再次研發(fā)，直至獲得最優(yōu)成果，培養(yǎng)學(xué)生在較接近真實(shí)工廠情況下解決復(fù)雜工程問題的能力。同時(shí)組內(nèi)同學(xué)各司其職、緊密配合，也鍛煉了學(xué)生們的合作精神和協(xié)作能力。

3 展望

通過在課堂教學(xué)中引入最新案例，引導(dǎo)學(xué)生深度參與其中，積極查找篩選文獻(xiàn)，對(duì)已學(xué)過的相關(guān)知識(shí)進(jìn)行歸納總結(jié)，自行制定和修改試驗(yàn)方案并開展試驗(yàn)工作，讓學(xué)生在類似于企業(yè)研發(fā)環(huán)境中開展研發(fā)工作，按照市場要求對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，以獲得真正的工業(yè)化產(chǎn)品，培養(yǎng)、提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。