高分子化工類專業(yè)高分子成型加工原理在線教學(xué)改革探索與思考*

楊 斌，夏 茹，苗繼斌，曾少華，陳鵬鵬

(安徽大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，綠色高分子材料安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230601)

2017年2月，教育部發(fā)布了“新工科”建設(shè)復(fù)旦共識(shí)，同年4月又發(fā)布了“新工科”建設(shè)行動(dòng)計(jì)劃(“天大行動(dòng)”)，首次提出探索建立工科發(fā)展新范式，“新工科”概念的提出為中國(guó)工程教育理論和實(shí)踐探索提供了一個(gè)嶄新的視角[1-2]。然而，受到2020年春季新型冠狀肺炎疫情影響，全國(guó)高校的開學(xué)時(shí)間一再延期，此間教育部提出“停課不停學(xué)”的倡議，得到各地教育主管部門的響應(yīng)和執(zhí)行。然而，高等教育不同于中小學(xué)，有其自身的特點(diǎn)，如何在有限的時(shí)間內(nèi)備課，合理利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)方式給大學(xué)生授課，成了高校廣大專業(yè)課授課教師必須面對(duì)的一個(gè)問題。筆者結(jié)合近幾年來從事高分子成型加工原理教學(xué)工作以及新工科教育改革探索的基礎(chǔ)上，積極開展線上-線下混合教學(xué)研究和實(shí)踐工作，深入挖掘教學(xué)資源，探索改革課堂教學(xué)設(shè)計(jì)等內(nèi)容，及時(shí)總結(jié)相關(guān)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過近三年的探索已取得了很好的教學(xué)成效，基于此我們對(duì)該課程的在線教學(xué)改革提出了一些建議與思考。

1 在線教學(xué)的組織模式

1.1 課程設(shè)置及考勤

目前，我國(guó)合成樹脂工業(yè)年產(chǎn)量穩(wěn)居世界第一位，然而實(shí)際上我國(guó)的高分子化工產(chǎn)品整體上品種較少，產(chǎn)品附加值偏低，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)高分子材料的生產(chǎn)及應(yīng)用還處于較低水平，自給率僅為60%，由此說明我國(guó)在高分子材料工業(yè)領(lǐng)域尚有很大的發(fā)展空間，仍需要大量能夠從事高分子材料合成、加工和應(yīng)用的工程技術(shù)人才。高分子成型加工原理作為高分子化工類專業(yè)的一門專業(yè)課，通常設(shè)置在化工原理、高分子化學(xué)以及化工熱力學(xué)等專業(yè)課之間后設(shè)，且課程涉及內(nèi)容多、體系復(fù)雜等特點(diǎn)，同時(shí)受學(xué)時(shí)限制，而且又涉及到大量專業(yè)性較強(qiáng)的內(nèi)容(如：擠出工藝、注塑成型原理等)[3-4]，線上教學(xué)時(shí)需要根據(jù)課程難度重新設(shè)計(jì)教學(xué)進(jìn)度，防止速度推進(jìn)過快，導(dǎo)致大多數(shù)同學(xué)無法理解的情況。而且，線上教學(xué)形式多樣(包括圖文、音視頻)，課程也方便學(xué)生對(duì)具體的知識(shí)的學(xué)習(xí)和鞏固(課后學(xué)生仍可反復(fù)觀看)，已成為線下課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充。為了強(qiáng)化部分重點(diǎn)和難點(diǎn)章節(jié)，可以考慮設(shè)計(jì)每2～3次理論課后，安排一節(jié)習(xí)題課或討論課，不定期安排一次網(wǎng)絡(luò)測(cè)驗(yàn)，以及時(shí)檢測(cè)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。此外，在線授課過程中為防止一部分學(xué)生開小差，通過隨機(jī)點(diǎn)名提問方式進(jìn)行考勤，對(duì)未能及時(shí)反饋的學(xué)生，在其考勤分中應(yīng)適當(dāng)給予扣分處罰。

1.2 線上教學(xué)的實(shí)施

目前國(guó)內(nèi)在線教學(xué)的平臺(tái)很多，例如：阿里釘釘、超星學(xué)習(xí)通、騰訊會(huì)議、QQ群課堂、希沃易、中國(guó)大學(xué)MOOC、UClass等，為了增加學(xué)生的理解，還可以結(jié)合平臺(tái)自帶的白板功能，非常類似于我們?cè)诮淌依锷险n采用的板書形式[5]。在明確課程目標(biāo)的前提下，任課教師應(yīng)根據(jù)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)，合理進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)案例篩選，將基礎(chǔ)理論知識(shí)和前沿?zé)狳c(diǎn)問題有機(jī)結(jié)合。充分汲取便捷的網(wǎng)上教學(xué)資源，制作豐富的教學(xué)資料庫，開拓學(xué)生視野，完善知識(shí)體系。為了確保線上教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果以及應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)可能出現(xiàn)的突發(fā)情況，任課教師可以提前建立微信群或QQ群，準(zhǔn)備線下學(xué)習(xí)資料預(yù)案，以保證線上課堂的順利開展和良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。高分子成型加工主要涉及高分子材料從原材料轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K制品的全過程(如：聚合物熔體流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)、聚合物形變與定型、制品后處理等)，采用共享屏幕，老師很容易在授課過程中穿插播放視頻或者Flash動(dòng)畫，要比單純演示PPT更便于學(xué)生掌握一些抽象的概念和知識(shí)點(diǎn)。例如，在介紹聚合物流變模型時(shí)，動(dòng)畫或者視頻能夠更清晰地展示出層流與湍流的區(qū)別及其判斷方式；又如，在講授單螺桿擠出工藝過程時(shí)，F(xiàn)lash動(dòng)畫可以更形象地揭示高分子材料在加料段、壓縮段以及均化段熔體流動(dòng)和固-液相轉(zhuǎn)變中的基本規(guī)律。通過動(dòng)靜畫面相結(jié)合，能夠?qū)⒊橄蟮闹R(shí)變得更加直觀，使得網(wǎng)課教學(xué)變得生動(dòng)有趣。在線上教學(xué)過程中采用平臺(tái)直播方式，上課前要求學(xué)生提前做好預(yù)習(xí)，聽課中關(guān)注重點(diǎn)、難點(diǎn)、易錯(cuò)點(diǎn)，對(duì)仍未解決的難點(diǎn)、疑惑點(diǎn)做好批注。課堂上師生之間可以利用教學(xué)資源平臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)，營(yíng)造線上學(xué)習(xí)氛圍，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

此外，在本專業(yè)的另一門專業(yè)核心課聚合物合成工藝學(xué)中，我們積極邀請(qǐng)企業(yè)專家在線給學(xué)生講授聚合化工生產(chǎn)工藝，聘請(qǐng)企業(yè)專家開展在線專題報(bào)告，強(qiáng)化相關(guān)高分子材料的應(yīng)用及特性介紹，加深學(xué)生的理解；而且在生產(chǎn)實(shí)習(xí)和專業(yè)見習(xí)前期的安全教育環(huán)節(jié)，我們也安排了相關(guān)企業(yè)專家介紹生產(chǎn)安全和環(huán)保等知識(shí)。線上教學(xué)方式的實(shí)施，顯著加深了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的理解，給學(xué)生提供了與企業(yè)專家們近距離溝通的機(jī)會(huì)(以往的線下面對(duì)面教學(xué)過程，還往往在提問環(huán)節(jié)出現(xiàn)學(xué)生“無問題可問”的場(chǎng)景)，不僅能豐富學(xué)生的專業(yè)知識(shí)，而且能開闊學(xué)生的工程視野，受到學(xué)生們的廣泛歡迎，也確實(shí)提高了他們對(duì)專業(yè)理論知識(shí)的認(rèn)識(shí)深度。而且，學(xué)院還聘請(qǐng)了一批企業(yè)專家作為大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃兼職指導(dǎo)教師，通過在線途徑為本專業(yè)學(xué)生們做就業(yè)專題輔導(dǎo)報(bào)告，使學(xué)生了解現(xiàn)代高分子相關(guān)企業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及新業(yè)務(wù)的技術(shù)需求，為他們步入職場(chǎng)提前做好準(zhǔn)備。

2 線上教學(xué)考核

2.1 平時(shí)作業(yè)

為了強(qiáng)化在線學(xué)習(xí)的效果，必須在每次課程之后布置一定量的課后作業(yè)，并在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)提交，以督促同學(xué)們做好課后復(fù)習(xí)。作業(yè)提交方式以網(wǎng)絡(luò)方式為主，可以通過釘釘、微信或者電子郵件?？紤]到一部分同學(xué)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的理解能力，允許學(xué)生在做題過程中向老師提問(每次作業(yè)布置后，教學(xué)班約15%的同學(xué)會(huì)積極提問)，及時(shí)答疑將有助于大家對(duì)問題的理解，特別是對(duì)部分共性問題的解釋，可以讓大家受到啟發(fā)。在教案設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)高分子專業(yè)課程內(nèi)容的特點(diǎn)(如：聚合物流變基礎(chǔ)、聚合物配方與混配、擠出成型、注塑工藝等)，通過提出一系列課后問題，調(diào)動(dòng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性，在尋找答案的過程中，深入理解課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)知識(shí)，逐步培養(yǎng)掌握解決工程實(shí)踐問題的能力[4-7]。每次課后作業(yè)可以根據(jù)課堂授課內(nèi)容，突出重點(diǎn)和難點(diǎn)，通過答題情況及時(shí)了解學(xué)生對(duì)本次授課內(nèi)容的掌握情況，以便有針對(duì)性地在下一次授課時(shí)予以選講，也可以通過QQ或微信群方式進(jìn)行作業(yè)訂正。

2.2 提問、討論與在線測(cè)驗(yàn)

雖然在線教學(xué)的互動(dòng)性方面沒有線下課堂那么直接，但其實(shí)也可以通過設(shè)計(jì)隨堂提問，設(shè)置討論課等方式，加強(qiáng)師生之間的交流。老師可以拋出一個(gè)具體問題或者一個(gè)概念，指定一位同學(xué)或者讓大家自由發(fā)言，像釘釘在線直播、騰訊課堂等平臺(tái)都很容易實(shí)施這樣的互動(dòng)活動(dòng)，對(duì)于一部分比較難的話題，一時(shí)間大家不知道怎么回答，導(dǎo)致短暫的“冷場(chǎng)”，老師可以通過拆解問題或者將問題換一個(gè)角度來思考等方法，適當(dāng)加以引導(dǎo)，方便大家的理解。還可以通過指定班級(jí)里學(xué)習(xí)成績(jī)較好的同學(xué)來回答，然后讓大家進(jìn)行補(bǔ)充的方法，以同學(xué)的視角來探討這些問題的理解，往往收效不錯(cuò)。

在討論環(huán)節(jié)可由任課教師提一個(gè)高分子的加工工藝設(shè)計(jì)方案論題，讓同學(xué)們分組討論各自的理解，充分結(jié)合專業(yè)知識(shí)與應(yīng)用，活躍線上討論的氣氛。例如，隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境問題的逐漸重視，新型可降解高分子的重要性越來越明顯。如何設(shè)計(jì)一種具有特殊響應(yīng)的高分子產(chǎn)品，在未受到響應(yīng)時(shí)具有良好的應(yīng)用性能，在受到響應(yīng)(如紫外線、高溫等)后，聚合物結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，易被環(huán)境所降解。同學(xué)們基于自己的認(rèn)識(shí)，通過電腦端或手機(jī)端，互動(dòng)“刷屏”，讓問題“越辯越明”，最后由任課教師進(jìn)行專業(yè)點(diǎn)評(píng)，以促進(jìn)大家對(duì)這一問題的理解。

此外，為了及時(shí)檢驗(yàn)大家在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過程的效果，老師可以安排一些在線測(cè)驗(yàn)，限制時(shí)間作答，題型以選擇題、填空題、判斷題為主，便于學(xué)生在手機(jī)端快速作答(問答題等主觀性較強(qiáng)題型，文字寫得較多，不同學(xué)生的理解程度也有差異，難以控制時(shí)間)，以及老師對(duì)測(cè)驗(yàn)結(jié)果的分析。剛開始同學(xué)們對(duì)這種網(wǎng)絡(luò)考試不太適應(yīng)，但是經(jīng)歷1～2次后就逐步熟悉了，考試結(jié)果也更能準(zhǔn)確地反映大家對(duì)課程知識(shí)的掌握程度。

2.3 成績(jī)考核依據(jù)

高分子成型加工原理課程的課程目標(biāo)有3個(gè)，其中關(guān)于工程問題分析能力的是課程目標(biāo)2(權(quán)重值為40%)，它對(duì)應(yīng)的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)是“能夠?qū)Ω叻肿硬牧项I(lǐng)域中的復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)，對(duì)解決方案合理優(yōu)化和改進(jìn)”，主要考核學(xué)生根據(jù)高分子制品的外觀要求和使用要求，確定基礎(chǔ)原料和配方體系，提出優(yōu)化方案；制定合理的成型方案，針對(duì)生產(chǎn)過程的工程問題，能提出合理的解決方案；能夠從熔體流動(dòng)性以及冷卻過程中的結(jié)晶與取向等角度理解成型工藝如何影響高分子材料的成型過程，從而具備識(shí)別高分子材料工程復(fù)雜問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)的能力(以下的數(shù)據(jù)分析將主要圍繞課程目標(biāo)2展開)。

學(xué)生最終成績(jī)由兩部分組成，即：平時(shí)成績(jī)(50%)和期末考試(50%)，其中平時(shí)成績(jī)包括三部分，考勤和平時(shí)作業(yè)占15%，討論和回答問題占15%、期中線上測(cè)評(píng)成績(jī)占20%，各部分的成績(jī)分別記錄，并最終加權(quán)獲得學(xué)生整門課程的總評(píng)成績(jī)。

3 在線教學(xué)效果分析

表1是2019-2021年高分子成型加工原理課程成績(jī)分布表，這三年的教學(xué)班的學(xué)生選課人數(shù)分別為41人、43人和44人(小班教學(xué))。三年均取當(dāng)年學(xué)生平時(shí)成績(jī)(包括隨堂提問、平時(shí)作業(yè)、討論課和期中考查)進(jìn)行綜合分析，從數(shù)據(jù)來看，在線教學(xué)的效果略優(yōu)于線下課堂教學(xué)，而且在線學(xué)習(xí)的90分以上學(xué)生人數(shù)比例高于線下課堂教學(xué)，這點(diǎn)能說明線上教學(xué)有利于自律能力強(qiáng)的高分段學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的提高。其實(shí)這個(gè)較容易理解，對(duì)于班級(jí)里大多數(shù)同學(xué)而言，線上教學(xué)資源可以反復(fù)觀看回播，并加深印象，而傳統(tǒng)課堂教學(xué)只講一遍，往往前一節(jié)課沒理解透徹(以及課后未及時(shí)復(fù)習(xí))，會(huì)影響后繼課堂的學(xué)習(xí)效果。此外，2021年本課程采取了線上-線下混合方式教學(xué)(線上教學(xué)占比20%)，教學(xué)班的平均分優(yōu)于單純線下和線上教學(xué)方式，且90分以上分?jǐn)?shù)段的同學(xué)所占的比例也得到了明顯提高(達(dá)到55.9%)。

表1 近三年高分子成型加工原理課程成績(jī)分布

我們以課程目標(biāo)2的達(dá)成情況為分析對(duì)象來做進(jìn)一步比較說明，2019-2021連續(xù)三年的課程目標(biāo)2的達(dá)成度分別為0.782、0.813和0.835。課程目標(biāo)2要求學(xué)生能夠根據(jù)高分子材料制品的外觀要求和使用要求，確定基礎(chǔ)原料和配方體系，提出優(yōu)化方案；制定合理的成型方案，針對(duì)生產(chǎn)過程的工程問題，能提出合理的解決方案；能夠從熔體流動(dòng)性以及冷卻過程中的結(jié)晶與取向等角度理解成型工藝如何影響高分子材料的成型過程，從而具備識(shí)別高分子材料工程復(fù)雜問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)的能力。從達(dá)成度來看，使用線上教學(xué)方式(或者將線上-線下相結(jié)合)能夠達(dá)到“工程分析”的課程目標(biāo)。此外，根據(jù)課堂互動(dòng)、平臺(tái)數(shù)據(jù)分析，我們對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果以及對(duì)線上教學(xué)的意見進(jìn)行了及時(shí)收集和整理。學(xué)生對(duì)線上教學(xué)方式非常認(rèn)可，也積極予以配合。學(xué)生們總體上能夠跟隨老師的進(jìn)度和要求認(rèn)真完成課程學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效果良好。

4 結(jié) 語

“本科教育為立校之本”，人才培養(yǎng)處于我校各項(xiàng)工作的中心地位，教學(xué)改革應(yīng)立足于服務(wù)學(xué)生。在新工科建設(shè)的大背景下，在線教學(xué)為傳統(tǒng)課堂教學(xué)提供了有力的補(bǔ)充，在“停課不停學(xué)”的倡議下如何保障在線教學(xué)的效果成為廣大一線教師需要面對(duì)的現(xiàn)實(shí)問題，所以在教學(xué)進(jìn)度、教學(xué)方式、課程考核方法等系列問題進(jìn)行實(shí)踐探索，如何在線上教學(xué)“看不見”學(xué)生的條件下，積極與學(xué)生互動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣至關(guān)重要。另一方面，開展混合式教學(xué)時(shí)線上與線下學(xué)習(xí)的比例問題也應(yīng)該進(jìn)行合理控制，線上教學(xué)雖能做到師生互動(dòng)，但卻難以達(dá)到師生面對(duì)面交流的效果，這也是目前線上教學(xué)尚不能完全取代傳統(tǒng)課堂教學(xué)的重要原因之一，所以任課教師需根據(jù)實(shí)際情況綜合多種因素選擇合理的學(xué)時(shí)分配比例。高分子成型加工原理作為高分子化工類專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)課，事關(guān)培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析和解決復(fù)雜工程實(shí)際問題的能力。我校通過深化校企產(chǎn)學(xué)研合作，通過聘請(qǐng)和頂崗鍛煉(安排青年教師進(jìn)入校外實(shí)習(xí)基地及專業(yè)相關(guān)的企業(yè)進(jìn)行頂崗、學(xué)習(xí)鍛煉)相結(jié)合等方式，強(qiáng)化師資隊(duì)伍的工程技術(shù)背景，在線教學(xué)作為線下教學(xué)的有力補(bǔ)充，實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)知識(shí)的延伸，因?yàn)槿瞬挥玫浆F(xiàn)場(chǎng)，可以使更多的同學(xué)加入學(xué)習(xí)，并可以根據(jù)需要觀看回播，有利于促進(jìn)學(xué)生將所學(xué)專業(yè)知識(shí)與工程實(shí)踐問題緊密結(jié)合，提高其解決實(shí)際工程問題的能力。在此，筆者結(jié)合了前期在線教學(xué)實(shí)踐的相關(guān)數(shù)據(jù)，從教學(xué)方式、考核方式以及教學(xué)效果等方面做了一定的分析和探討，并希望借此拋磚引玉。