《聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)》課程改革初探—基于OBE理念

鄭紅娟，王仁杰，苗 蔚，尚蒙婭，程 博

(河南工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度，也是實(shí)現(xiàn)工程教育國(guó)際互認(rèn)和工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)[1]。截至2017年底，教育部高等教育教學(xué)評(píng)估中心和中國(guó)工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)共認(rèn)證了全國(guó)198所高校的846個(gè)工科專業(yè)。近年來(lái)，隨著專業(yè)認(rèn)證的數(shù)量越來(lái)越多，專業(yè)認(rèn)證也日趨重要。其中開(kāi)展畢業(yè)要求達(dá)成度評(píng)價(jià)就是一項(xiàng)非常重要的內(nèi)容，將畢業(yè)指標(biāo)點(diǎn)落實(shí)到每門課程的每個(gè)章節(jié)中，所以課程教學(xué)的實(shí)施活動(dòng)、考核方式、達(dá)成評(píng)價(jià)辦法和達(dá)成度密切相關(guān)。

《聚合反應(yīng)工程基礎(chǔ)》課程是高分子材料與工程專業(yè)的專業(yè)課程之一[2]。該課程的學(xué)習(xí)是建立在高分子物理和高分子化學(xué)專業(yè)課基礎(chǔ)上，是高分子合成材料工業(yè)化生產(chǎn)的必經(jīng)階段。由于課程知識(shí)點(diǎn)分散、涉及的公式和計(jì)算較多，學(xué)生們的學(xué)習(xí)有一定難度。本文從OBE的理念[3]出發(fā)，以學(xué)習(xí)形式自由、教學(xué)方法靈活、考核方式多樣等方面進(jìn)行課程改革。

1 學(xué)習(xí)形式自由

課程的第一部分是化學(xué)反應(yīng)工程基礎(chǔ)[4]，為未學(xué)過(guò)化學(xué)反應(yīng)工程的高分子類學(xué)生提供基礎(chǔ)知識(shí)，主要介紹聚合反應(yīng)相關(guān)知識(shí)，使學(xué)生能夠牢固掌握聚合反應(yīng)工程的基本概念、基本原理和計(jì)算方法。這部分內(nèi)容采用以問(wèn)題為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)方式。關(guān)于理想反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、熱穩(wěn)定性、混合、流動(dòng)分布等內(nèi)容是該課程的重點(diǎn)，主要通過(guò)以講授為主的形式教學(xué)。

第二部分是聚合過(guò)程的工程分析，主要是聚合動(dòng)力學(xué)分析操作參數(shù)對(duì)聚合速率和聚合物質(zhì)量的影響。是一系工程化研究的內(nèi)容，需要較多的人員參與，考慮的方面更多。采用以團(tuán)隊(duì)為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠有機(jī)會(huì)在高分子材料與工程的學(xué)科背景下的團(tuán)隊(duì)中承擔(dān)個(gè)體，團(tuán)隊(duì)成員以及負(fù)責(zé)人的角色。第三部分是聚合物流變與傳遞，聚合反應(yīng)器的放大，該部分內(nèi)容直接和應(yīng)用銜接。采用以項(xiàng)目為基礎(chǔ)形式的學(xué)習(xí)。理解并掌握與高分子科學(xué)技術(shù)相關(guān)工程項(xiàng)目的管理原理與經(jīng)濟(jì)決策方法，并能在多學(xué)科環(huán)境中應(yīng)用。

第三部分是以攪拌聚合釜為重點(diǎn)，討論聚合過(guò)程(流動(dòng)、混合、傳熱等物理過(guò)程及聚合反應(yīng)過(guò)程)對(duì)聚合反應(yīng)器設(shè)計(jì)和操作控制要求。了解聚合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、操作和控制的基本方法。能夠根據(jù)聚合物性能要求合理確定聚合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、操作和控制條件。適合以問(wèn)題為基礎(chǔ)引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，采用查閱文獻(xiàn)、雨課堂等進(jìn)行課前預(yù)習(xí)的形式加速學(xué)習(xí)。能夠?qū)⒐こ袒A(chǔ)和專業(yè)知識(shí)用于解決高分子材料設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)、高分子材料工程等復(fù)雜工程問(wèn)題。

最后部分是關(guān)于管式聚合反應(yīng)器、塔式聚合反應(yīng)器和特殊形式的聚合反應(yīng)器等不同類型反應(yīng)器，以及未來(lái)新類型的反應(yīng)器，聚合反應(yīng)工程的發(fā)展歷程等以匯報(bào)講解形式學(xué)習(xí)。鍛煉學(xué)生能夠在業(yè)界行業(yè)及社會(huì)公眾進(jìn)行有效溝通和交流，通過(guò)撰寫報(bào)告、設(shè)計(jì)文稿、陳述發(fā)言、清晰表達(dá)或回應(yīng)指令方面的練習(xí)，能夠在跨文化背景下進(jìn)行溝通和交流。

2 教學(xué)方法靈活

根據(jù)課程不同章節(jié)的要求，重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容詳講，次要內(nèi)容略講。同時(shí)結(jié)合所講內(nèi)容，多種教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，提高課堂教學(xué)效果。以攪拌聚合釜和聚合過(guò)程的動(dòng)力學(xué)分析為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明教學(xué)方法。

攪拌聚合釜是工業(yè)上聚合反應(yīng)器中最常見(jiàn)和使用最多的反應(yīng)器[3]。其中反應(yīng)釜的結(jié)構(gòu)設(shè)置、攪拌器的選擇均與合成反應(yīng)類型密切相關(guān)，并且釜內(nèi)液體的流動(dòng)狀況，攪拌功率大小、攪拌器轉(zhuǎn)速的快慢、流體的分散情況及混合特性均需進(jìn)行考慮，各種技術(shù)參數(shù)是否相互影響，又如何變化？聚合釜的傳熱方式，傳熱量的計(jì)算以及釜內(nèi)傳質(zhì)情況是否都在變化？一般反應(yīng)放大過(guò)程都是經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)室小試、中試、工業(yè)化生產(chǎn)，可見(jiàn)聚合釜的放大是工業(yè)化生產(chǎn)的關(guān)鍵階段。放大需要考慮哪些方面，放大的方法有哪些，放大成功的標(biāo)志是什么？等此類重點(diǎn)內(nèi)容較多，采用板書和PPT相結(jié)合的方法講解相關(guān)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與討論。教師講授主要是幫助學(xué)生對(duì)信息進(jìn)行組織，構(gòu)建系統(tǒng)的知識(shí)框架概念，對(duì)問(wèn)題集中的難點(diǎn)重點(diǎn)進(jìn)行糾正性教學(xué)。

聚合過(guò)程的動(dòng)力學(xué)分析中的均相自由基共聚、縮聚反應(yīng)、非均相聚合反應(yīng)等知識(shí)點(diǎn)在高分子化學(xué)課程中已有詳細(xì)講解，同時(shí)引出流動(dòng)與混合對(duì)聚合度分布的影響、聚合過(guò)程的調(diào)節(jié)與控制的問(wèn)題。非牛頓流體的流動(dòng)中的非牛頓流體的種類和流變性的測(cè)量已在高分子物理課程中涉及該部分內(nèi)容，在圓管中進(jìn)行聚合反應(yīng)主要是非牛頓流體，結(jié)合化工原理課程知識(shí)嘗試討論在在圓管中的層流流動(dòng)和湍流流動(dòng)情況。上述這類已學(xué)習(xí)知識(shí)內(nèi)容并不在課堂上進(jìn)行講授，而是通過(guò)布置閱讀任務(wù)，讓學(xué)生在課下提前閱讀大量的教材、參考書、論文等學(xué)習(xí)材料，通過(guò)教學(xué)視頻、網(wǎng)絡(luò)資源補(bǔ)充。學(xué)生分小組做PPT，課堂匯報(bào)講解、討論形式來(lái)加深相應(yīng)知識(shí)。

通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生了解聚合反應(yīng)過(guò)程的基本內(nèi)容和研究方法，聚合反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本原理和設(shè)計(jì)方法；能夠運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)對(duì)反應(yīng)過(guò)程中的某些現(xiàn)象進(jìn)行分析；能夠根據(jù)聚合物性能要求合理確定聚合反應(yīng)器的設(shè)計(jì)、操作和控制條件。

3 考核方式多樣

工程教育專業(yè)認(rèn)證的核心就是確認(rèn)工科專業(yè)畢業(yè)生達(dá)到行業(yè)認(rèn)可的既定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種以培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)出口要求為導(dǎo)向的合格性評(píng)價(jià)。本課程采用討論、報(bào)告、大作業(yè)等多種方式進(jìn)行考核。

討論：以隨機(jī)的形式，在每章內(nèi)容進(jìn)行中或結(jié)束后，提出1～3個(gè)主題進(jìn)行課堂討論，或課后布置作業(yè)進(jìn)行討論分析，按20%計(jì)入總成績(jī)； 綜合匯報(bào)：由學(xué)生自己選擇感興趣的題目，進(jìn)行資料查找與總結(jié)，并在課堂上對(duì)所選題目進(jìn)行講解，同學(xué)之間互相討論學(xué)習(xí)，主要考核學(xué)生知識(shí)點(diǎn)理解和掌握程度，按30%計(jì)入總成績(jī)；大作業(yè):設(shè)置結(jié)合實(shí)際的復(fù)雜問(wèn)題，通過(guò)學(xué)生的獨(dú)立完成，培養(yǎng)學(xué)生工程思維，提高分析聚合工程問(wèn)題能力，按50%計(jì)入總成績(jī)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)有目的課程教學(xué)，著重培養(yǎng)學(xué)生的工程概念、工程分析能力和解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力。在教學(xué)實(shí)踐中，采用傳統(tǒng)教學(xué)和多媒體動(dòng)畫教學(xué)相結(jié)合的方式，以及不斷嘗試和改進(jìn)新的教學(xué)方法，可以提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的求知欲望，使學(xué)生在理論學(xué)習(xí)和工程實(shí)踐方面打下良好的專業(yè)基礎(chǔ)，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決聚合反應(yīng)工程及相關(guān)領(lǐng)域的實(shí)際問(wèn)題。希望有更好的教學(xué)改革方案，使實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與工業(yè)實(shí)際有效的結(jié)合起來(lái)。