新時(shí)代《高分子化學(xué)》課程中實(shí)踐創(chuàng)新能力提高研究

＊呂鳳柱 胡應(yīng)模

（中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）北京 100083）

1.工科背景下《高分子化學(xué)》課程改革需求

2017年，教育部高等教育司發(fā)布《關(guān)于開展新工科研究與實(shí)踐的通知》，標(biāo)志著新工科建設(shè)在我國(guó)已經(jīng)從理論拓展到實(shí)際研究。學(xué)校以立德樹人為引導(dǎo)，以培養(yǎng)具備多元化能力和創(chuàng)新精神的卓越工程人才為目標(biāo)，開展課程體系、人才培養(yǎng)模式、教育教學(xué)質(zhì)量提升和分類發(fā)展體系等系列改革[1]?！陡叻肿踊瘜W(xué)》課程是化學(xué)和材料領(lǐng)域都涉及到的一個(gè)理論性很強(qiáng)的課程，是大多工科院校都開展的課程，其是高分子材料、材料加工、復(fù)合材料等相關(guān)學(xué)科的一門重要的基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)課，也面臨著教學(xué)內(nèi)容調(diào)整、教學(xué)方法改進(jìn)的系列挑戰(zhàn)?！陡叻肿踊瘜W(xué)》課程內(nèi)容旨在讓學(xué)生系統(tǒng)理解高分子學(xué)科的重要概念、牢固掌握高分子科學(xué)的基礎(chǔ)理論，使學(xué)生較熟練地掌握高分子的合成、反應(yīng)原理及控制方法，掌握高分子化學(xué)反應(yīng)的特征，培養(yǎng)學(xué)生初步具有控制聚合反應(yīng)及選擇聚合方法的能力，為應(yīng)用高分子化學(xué)知識(shí)解決相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)的實(shí)際問(wèn)題夯實(shí)基礎(chǔ)[2]?！陡叻肿踊瘜W(xué)》在不同學(xué)科中所起作用不同，課時(shí)不同，尤其是在復(fù)合材料學(xué)科體系中，課時(shí)嚴(yán)重不足。這就需要在教學(xué)過(guò)程中，充分利用《高分子化學(xué)》課程的自身特點(diǎn)，在突出工科特色的基礎(chǔ)上，將高分子化學(xué)中涉及的合成理論和方法和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程相結(jié)合，和科學(xué)研究相結(jié)合，探索應(yīng)用型人才育人新模式。最終在學(xué)生畢業(yè)時(shí)實(shí)現(xiàn)以下4個(gè)目標(biāo)：（1）掌握高分子結(jié)構(gòu)和本體材料性能之間的關(guān)系，能夠建立材料結(jié)構(gòu)決定性能的唯物理論觀；（2）能運(yùn)用高分子化學(xué)中的基本原理，借助文獻(xiàn)研究，分析高分子材料制備過(guò)程的影響因素，獲得有效結(jié)論；（3）能夠基于科學(xué)原理，通過(guò)文獻(xiàn)研究或相關(guān)方法，提出和分析出高分子材料在工程應(yīng)用中出現(xiàn)問(wèn)題的解決方案；（4）能夠站在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的角度思考高分子材料和工程專業(yè)工程實(shí)踐的可持續(xù)性，評(píng)價(jià)產(chǎn)品生命周期中可能對(duì)人類和環(huán)境造成的損害和隱患。經(jīng)過(guò)多輪教學(xué)探索，根據(jù)授課過(guò)程中學(xué)生的反饋，作者探索出系列提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的方法，對(duì)于實(shí)現(xiàn)以上4個(gè)目標(biāo)有很大的促進(jìn)作用，應(yīng)用過(guò)程中收到較好的效果。

2.《高分子化學(xué)》課程實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容質(zhì)量提升策略

(1)理論課內(nèi)容的篩分和講授

作為專業(yè)方向?yàn)椴牧稀?fù)合材料或相關(guān)學(xué)科的課程，《高分子化學(xué)》課時(shí)都相對(duì)較少；并且新工科背景下為了提高實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，理論課內(nèi)容相對(duì)縮減，為了應(yīng)對(duì)以上變化帶來(lái)的不利影響，培養(yǎng)符合社會(huì)需求的多方位人才，把《高分子化學(xué)》和實(shí)際結(jié)合緊密，應(yīng)用面廣的逐步聚合中的縮聚、連鎖聚合里的自由基聚合和聚合方法等內(nèi)容重點(diǎn)詳細(xì)講解，把聚合機(jī)理與自由基聚合相同或相近的自由基共聚合、陰離子聚合和陽(yáng)離子聚合的內(nèi)容略講，并且與自由基聚合進(jìn)行對(duì)比講授，只重點(diǎn)講授和自由基聚合差別較大的引發(fā)體系。而對(duì)于配位聚合和開環(huán)聚合則可以采用翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容講授或作為補(bǔ)充內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué)。現(xiàn)在高校大都選用潘祖仁主編的《高分子化學(xué)》第五版，此版教材為國(guó)家級(jí)精品教材，受到同行的認(rèn)可。圖1給出了這個(gè)版本設(shè)計(jì)的章節(jié)內(nèi)容、利用所涉及內(nèi)容制備的廣泛應(yīng)用工業(yè)化高分子，以及據(jù)此劃分的高分子化學(xué)課上內(nèi)容的講授級(jí)別。這樣通過(guò)對(duì)《高分子化學(xué)》理論課堂內(nèi)容的篩分和分類講授，使理論課上教學(xué)內(nèi)容精簡(jiǎn)且符合實(shí)際需求，進(jìn)而留出更多時(shí)間可以開展和實(shí)踐教學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，在有限課時(shí)內(nèi)讓學(xué)生學(xué)到最多內(nèi)容。

圖1 高分子化學(xué)課程內(nèi)容和講授優(yōu)先級(jí)別

(2)高分子化學(xué)課上學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力提高的方法和策略

學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力主要包括如圖2所示的總結(jié)概括能力、實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。高分子化學(xué)課中對(duì)這些能力的提高都提出了相應(yīng)的策略和方法，具體為：

圖2 學(xué)生實(shí)踐能力提高的主要策略和方法

①學(xué)生總結(jié)概括能力的提高策略

學(xué)生對(duì)已有知識(shí)的總結(jié)概括能力，把握重點(diǎn)的能力是其自身創(chuàng)新能力提高的前提。只有有意識(shí)的從已有的知識(shí)把握重點(diǎn)、提煉出有用的信息，才會(huì)有后期源源不斷的發(fā)散思維，設(shè)計(jì)創(chuàng)造[3]。為了在《高分子化學(xué)》課上提高學(xué)生總結(jié)概括的能力，《高分子化學(xué)》課上增加了學(xué)生不拘泥于形式的總結(jié)每章的知識(shí)框架、提煉重點(diǎn)的環(huán)節(jié)。以大作業(yè)的形式要求學(xué)生可以采用框架圖、思維導(dǎo)圖、流程圖和羅列的形式總結(jié)每章的知識(shí)脈絡(luò)，根據(jù)老師上課講解情況，標(biāo)注重難點(diǎn)及需要掌握和了解的知識(shí)點(diǎn)。這有助于提高學(xué)生總結(jié)能力、大局意識(shí)、把握重點(diǎn)的能力，為后期勃發(fā)提供基礎(chǔ)。此外，撰寫讀書報(bào)告對(duì)已有知識(shí)的總結(jié)和概括能力有更高的要求，需要學(xué)生把相近內(nèi)容總結(jié)概括，也能最大程度的提高學(xué)生總結(jié)能力。因而對(duì)高分子化學(xué)理論課略講的開環(huán)聚合和配位聚合部分，提前布置讓學(xué)生結(jié)合一篇高檔次英文文獻(xiàn)撰寫簡(jiǎn)短讀書報(bào)告。報(bào)告中要求學(xué)生提煉文獻(xiàn)中用到的方法和原理，制備步驟中每一步的作用和關(guān)鍵控制因素，最終材料特性和制備方法間的關(guān)系。這可以讓學(xué)生既有大局意識(shí)，又能抓住重點(diǎn)，深入淺出的掌握關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)。凡事看起來(lái)容易，做起來(lái)難，從方方面面讓學(xué)生自己動(dòng)手，從細(xì)節(jié)深究原因，從表象探究本質(zhì)，這對(duì)學(xué)生主動(dòng)思維觸動(dòng)會(huì)較大，會(huì)較快提升自己總結(jié)、提煉、概括能力，而不是被動(dòng)接受[4]。

②實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展

新工科背景下，對(duì)學(xué)生進(jìn)行培養(yǎng)的新工科教育是在新科技革命、新產(chǎn)業(yè)革命、新經(jīng)濟(jì)背景下工程教育改革的重大戰(zhàn)略選擇。以培養(yǎng)未來(lái)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才為目標(biāo)。因而強(qiáng)化實(shí)踐創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力是國(guó)家對(duì)工科專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)提出的要求[5-6]。創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的提高離不開實(shí)踐教學(xué)。理論課程較強(qiáng)的《高分子化學(xué)》課離不開理論和實(shí)踐結(jié)合的實(shí)驗(yàn)課程。《高分子化學(xué)》可以開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課高達(dá)34個(gè)，而典型的高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)也有10個(gè)左右，在高分子化學(xué)課時(shí)不足的情況下，要想讓學(xué)生對(duì)高分子實(shí)踐體系有全面的了解和掌握，全部通過(guò)開設(shè)實(shí)驗(yàn)課實(shí)現(xiàn)很不切實(shí)際。因而可以采取的措施為對(duì)普通實(shí)驗(yàn)采用觀摩，而對(duì)于典型實(shí)驗(yàn)要親自動(dòng)手操作的方法。

采用翻轉(zhuǎn)課堂，利用網(wǎng)絡(luò)資源[7-8]，把在學(xué)校不易實(shí)現(xiàn)的《高分子化學(xué)》實(shí)驗(yàn)引入到教學(xué)體系中。例如把從兄弟院校尋求幫助找到的實(shí)驗(yàn)錄像、虛擬實(shí)驗(yàn)或教師自己錄制的實(shí)驗(yàn)視頻等上傳到學(xué)習(xí)通等學(xué)習(xí)平臺(tái)，而后利用翻轉(zhuǎn)課堂讓學(xué)生自己觀摩理解。翻轉(zhuǎn)課堂開展時(shí)，教師線上布置思考題，讓學(xué)生高效把握實(shí)踐內(nèi)容，而后在線下課堂上短時(shí)間提綱挈領(lǐng)的講解。這樣涉及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多，討論有深度，有重點(diǎn)，既避免了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在整個(gè)知識(shí)體系的短缺，又讓學(xué)生拓寬視野。

進(jìn)而從實(shí)驗(yàn)裝置類型和實(shí)驗(yàn)原理的角度出發(fā)篩選出高分子的典型實(shí)驗(yàn)。《高分子化學(xué)》典型實(shí)驗(yàn)課可以用三個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)依?，開展從溶劑無(wú)水無(wú)氧處理，引發(fā)劑的預(yù)處理，單體純化等原料預(yù)處理與聚合方法聯(lián)系的本體聚合、乳液聚合和聚酯縮聚3個(gè)方面的綜合實(shí)驗(yàn)。其他實(shí)驗(yàn)和以上三個(gè)相比大同小異，經(jīng)過(guò)這三個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以從原料預(yù)處理開始、實(shí)驗(yàn)裝置搭建、聚合過(guò)程控制、產(chǎn)物純化和表征等方面，全方位掌握高分子化學(xué)合成所面臨的問(wèn)題。這樣經(jīng)過(guò)典型實(shí)驗(yàn)裝置搭建和操作訓(xùn)練，再加上前期翻轉(zhuǎn)課堂對(duì)一些實(shí)驗(yàn)的觀摩，形成了高分子化學(xué)實(shí)踐內(nèi)容的完整體系。使學(xué)生既有和高分子合成相關(guān)技能的總體認(rèn)識(shí)，也有自身能力的實(shí)踐鍛煉。

③和科研相結(jié)合方案設(shè)計(jì)

能對(duì)給出要求的進(jìn)項(xiàng)方案設(shè)計(jì)是學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力提高的直接體現(xiàn)，也是最能發(fā)揮學(xué)生能動(dòng)性，把理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)的教學(xué)環(huán)節(jié)[7]。《高分子化學(xué)》課程每章的理論部分講授結(jié)束時(shí)，引入方案設(shè)計(jì)的內(nèi)容，包括路線設(shè)計(jì)、投料設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)裝置的搭建設(shè)計(jì)、工藝流程的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，把實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)依據(jù)和課上理論建立聯(lián)系，提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。《高分子化學(xué)》課程中除了第1章和第9章為基本概念外，其他章節(jié)內(nèi)容都可以和科研或工業(yè)生產(chǎn)相結(jié)合，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，即開展涉及不同聚合機(jī)理和方法的方案設(shè)計(jì)，而開展涉及自由基聚合和縮合聚合內(nèi)容的設(shè)計(jì)為兩個(gè)非常典型的方案設(shè)計(jì)。例如在自由基聚合理論內(nèi)容講授結(jié)束時(shí)，可以給學(xué)生布置作業(yè)，設(shè)計(jì)一定粒徑聚苯乙烯微球的制備方案，逐步聚合理論內(nèi)容結(jié)束時(shí)，可以讓學(xué)生開展聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的合成及其熔融紡絲方案設(shè)計(jì)。讓學(xué)生提出制備方法、利用原理、工藝流程、投料比例計(jì)算原理、產(chǎn)品后處理方法等，讓學(xué)生全方位理解一種方法的實(shí)施涉及到的方方面面；讓學(xué)生思考問(wèn)題更加切合實(shí)際。

(3)多方位評(píng)價(jià)體系促學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力提高方法和策略

成績(jī)?cè)u(píng)定是對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)，是嚴(yán)把畢業(yè)出口關(guān)的一道防線?！陡叻肿踊瘜W(xué)》課程考核采用“平時(shí)成績(jī)+期末考試成績(jī)”的方式進(jìn)行。平時(shí)成績(jī)占比40%。為了使40%的平時(shí)成績(jī)真正體現(xiàn)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)狀況，做到對(duì)學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)的考評(píng)多樣化，符合新時(shí)期對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)注重能力評(píng)價(jià)的要求[9]，平時(shí)成績(jī)由簽到、回答問(wèn)題、方案設(shè)計(jì)、章節(jié)知識(shí)脈絡(luò)總結(jié)、學(xué)生出題、課后作業(yè)的成績(jī)等共同組成。方案設(shè)計(jì)、章節(jié)知識(shí)脈絡(luò)總結(jié)等評(píng)價(jià)內(nèi)容的引入更能反應(yīng)同學(xué)們平時(shí)自主學(xué)習(xí)的能動(dòng)性和創(chuàng)新能力。此外，《高分子化學(xué)》期末考試的內(nèi)容也更加廣泛，和實(shí)際聯(lián)系更加緊密，更加生活化，例如在高分子化學(xué)機(jī)理考試方面，題目中以實(shí)際生活中使用的或遇到的高分子材料為出發(fā)點(diǎn)考試，考察學(xué)生對(duì)身邊典型且常見高分子的合成方法和機(jī)理的掌握情況。讓學(xué)生了解學(xué)習(xí)課程內(nèi)容、學(xué)習(xí)知識(shí)是為生活實(shí)際需求服務(wù)，學(xué)習(xí)高分子化學(xué)知識(shí)是為了制備性能更好的高分子材料為目的，從而把理論和實(shí)際聯(lián)系起來(lái)。學(xué)生的評(píng)價(jià)體系就是一個(gè)指揮棒，指導(dǎo)學(xué)生多思考、多設(shè)計(jì)、多聯(lián)系實(shí)際，把《高分子化學(xué)》中的聚合理論和實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，定能起到促進(jìn)作用，使學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力得到提升。

3.《高分子化學(xué)》課程實(shí)踐內(nèi)容高質(zhì)量實(shí)施的保障措施

無(wú)論何種教育方法和策略的高質(zhì)量實(shí)施都需要有保障措施?！陡叻肿踊瘜W(xué)》課程內(nèi)容的實(shí)施主體是教師，《高分子化學(xué)》課程內(nèi)容高質(zhì)量的實(shí)施需要教師具有高度的責(zé)任感，對(duì)主動(dòng)性強(qiáng)、自我管理能力強(qiáng)的學(xué)生起到引領(lǐng)和指導(dǎo)方向的作用；對(duì)于惰性較強(qiáng)，需要督促才能學(xué)習(xí)的學(xué)生，教師應(yīng)參與到學(xué)生的學(xué)習(xí)中，答疑解惑，與學(xué)生共同成長(zhǎng)；對(duì)于對(duì)自身要求較低，沒(méi)有能動(dòng)性的學(xué)生，教師要有足夠的耐心，經(jīng)常督促、常常提醒學(xué)生學(xué)習(xí)。但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，任何事情靠教師的自覺(jué)性，靠教師的品德自我約束開展工作都不是長(zhǎng)久的。教研室和學(xué)校的政策是促使改革實(shí)施的有利保障，中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）根據(jù)國(guó)家對(duì)“雙一流”大學(xué)教育的要求，制定了系列提高工科教育質(zhì)量、促進(jìn)工程認(rèn)證、促進(jìn)教育質(zhì)量提升的政策和資助措施、每年有不分職稱高低的教師教學(xué)技能大賽、對(duì)先進(jìn)教師的評(píng)比和獎(jiǎng)勵(lì)。這些都將是動(dòng)力和保障，促使教師在《高分子化學(xué)》課程改革中腳踏實(shí)地，做出成績(jī)。