“高分子材料進(jìn)展”課程的教學(xué)實(shí)踐與探索

常曉華 朱雨田

[摘 要] “高分子材料進(jìn)展”是高分子材料與工程專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)選修課程之一，是培養(yǎng)高分子科技人才整體知識(shí)結(jié)構(gòu)的重要組成部分。結(jié)合杭州師范大學(xué)開設(shè)“高分子材料進(jìn)展”課程的實(shí)際情況，從課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)考核方式三個(gè)方面加以闡述，提出在師范類高校開展此類課程的教學(xué)實(shí)踐，從而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情、科研興趣及國(guó)際視野，提高學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力，使學(xué)生初步具有較高科學(xué)素養(yǎng)、良好科學(xué)創(chuàng)新思維和獨(dú)立獲取知識(shí)的能力，為高分子專業(yè)學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃提供指導(dǎo)，培養(yǎng)“學(xué)術(shù)型”“復(fù)合型”“應(yīng)用型”高分子專業(yè)人才。

[關(guān)鍵詞] 高分子材料進(jìn)展;多媒體;教學(xué)實(shí)踐

[作者簡(jiǎn)介] 常曉華（1991—），女，安徽黃山人，博士，杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院講師，主要從事高分子納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)調(diào)控與傳感性能研究;朱雨田（1979—），男，江西贛州人，博士，杭州師范大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院教授（通信作者），主要從事高分子復(fù)合材料結(jié)構(gòu)調(diào)控與性能研究。

[中圖分類號(hào)] G643 ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2021）11-0097-04 ? ?[收稿日期] 2020-12-10

杭州師范大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)始建于2006年，于2007年9月招收了第一批本科學(xué)生。為實(shí)現(xiàn)專業(yè)的跨越式發(fā)展，一方面，注重專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的培養(yǎng)，開設(shè)了“高分子物理”“高分子化學(xué)”“材料科學(xué)與基礎(chǔ)”“聚合物現(xiàn)代儀器分析”等專業(yè)必修課程;另一方面，為了培養(yǎng)學(xué)生掌握科學(xué)研究動(dòng)態(tài)的能力，開設(shè)了“高分子材料進(jìn)展”“綠色高分子材料”等切合高分子領(lǐng)域最新研究進(jìn)展的專業(yè)選修課程[1]。“高分子材料進(jìn)展”是研究高分子材料合成、材料構(gòu)效關(guān)系的前沿發(fā)展的科學(xué)，是高分子科學(xué)領(lǐng)域發(fā)展最為迅速，與其他科學(xué)領(lǐng)域交叉度最高的領(lǐng)域[2-4]。它是建立在高分子化學(xué)、高分子物理等相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)上，并與物理學(xué)、醫(yī)學(xué)甚至生物學(xué)等學(xué)科密切聯(lián)系。該課程授課時(shí)間為大三第二學(xué)期，總學(xué)時(shí)為48個(gè)學(xué)時(shí)，學(xué)分為3個(gè)學(xué)分。本課程通過介紹高分子發(fā)展概況、高分子材料合成設(shè)計(jì)進(jìn)展及具有特殊功能的高分子材料，旨在讓高分子專業(yè)學(xué)生了解當(dāng)前的高分子材料領(lǐng)域的最新研究成果和發(fā)展趨勢(shì)，達(dá)到開闊學(xué)生視野、提高學(xué)生從事高分子材料研究興趣的目的，從而為高分子專業(yè)學(xué)生的職業(yè)規(guī)劃提供更好的幫助和指導(dǎo)。通過本課程學(xué)習(xí)，學(xué)生系統(tǒng)掌握高分子材料的基礎(chǔ)理論和實(shí)際應(yīng)用的知識(shí)和方法，了解高分子材料學(xué)科的前沿理論及高分子材料行業(yè)新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品和新設(shè)備的發(fā)展動(dòng)態(tài)，具備一定的國(guó)際化視野、結(jié)合浙江省及杭州市產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)和合作的能力。本課程旨在提高學(xué)生分析問題和解決問題的綜合能力，使其初步具備良好工程素養(yǎng)、科學(xué)創(chuàng)新思維和獨(dú)立獲取知識(shí)的能力、實(shí)際操作和實(shí)踐動(dòng)手能力，滿足“學(xué)術(shù)型”“復(fù)合型”“應(yīng)用型”人才培養(yǎng)的教學(xué)需要。

一、教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)

雖然杭州師范大學(xué)高分子專業(yè)發(fā)展歷史較短，但其培養(yǎng)目標(biāo)明確、專業(yè)特色鮮明。專業(yè)定位于培養(yǎng)能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)發(fā)展需要，并具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的高分子材料與工程專門人才。結(jié)合師范院校的特點(diǎn)，在課程設(shè)置上，尤其注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，以及講授知識(shí)的能力。事實(shí)上，當(dāng)前社會(huì)不僅對(duì)人才的專業(yè)技能要求較高，對(duì)人才溝通表達(dá)能力的要求也不斷提升，發(fā)揮師范院校的優(yōu)勢(shì)，培養(yǎng)學(xué)生在具備教學(xué)能力的同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生將該能力用于專業(yè)技術(shù)交流上，使培養(yǎng)出的學(xué)生更具有現(xiàn)代競(jìng)爭(zhēng)力。

由于當(dāng)前高分子材料領(lǐng)域發(fā)展非常迅速，高分子材料與電子、信息、生命、醫(yī)學(xué)、能源等多個(gè)學(xué)科存在深入而廣泛的交叉融合，因而高分子材料的知識(shí)結(jié)構(gòu)也在隨著其他學(xué)科的發(fā)展而迅速變化。為了適應(yīng)高分子材料知識(shí)更新快的特點(diǎn)，不僅需要在課堂教學(xué)中介紹完整的知識(shí)體系，而且要將相關(guān)領(lǐng)域的前沿進(jìn)展引入教學(xué)中，了解高分子材料領(lǐng)域的新發(fā)展方向和熱點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生具備探索和應(yīng)用研究的能力。例如，課堂首先需要對(duì)高分子材料基本知識(shí)及概念進(jìn)行講授，對(duì)傳統(tǒng)高分子材料如通用塑料、工程塑料、橡膠、纖維、涂料等進(jìn)行系統(tǒng)授課，使學(xué)生系統(tǒng)掌握各種常見的高分子材料合成、制備、特性及應(yīng)用場(chǎng)合，建立較為完善的知識(shí)體系。在此基礎(chǔ)之上，對(duì)目前高分子材料科學(xué)前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域進(jìn)行授課，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科技最前沿?zé)狳c(diǎn)，培養(yǎng)科研興趣。例如，近年來日新月異的柔性電子產(chǎn)品的出現(xiàn)開辟了未來電子領(lǐng)域的新前景，在信息、能源、醫(yī)療及國(guó)防等領(lǐng)域顯現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力，如柔性電子顯示器、有機(jī)發(fā)光二極管、薄膜太陽(yáng)能電池板、柔性傳感器等。其中，傳感器作為柔性電子器件的核心部件，在運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、人機(jī)交互、疾病診斷、健康監(jiān)測(cè)等方面發(fā)揮著重要作用，成為當(dāng)前柔性電子材料與器件主要研究熱點(diǎn)之一。因此，在教學(xué)中增加了高分子傳感材料專題，重點(diǎn)介紹高分子柔性傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳感機(jī)制，以及在電子皮膚、生物醫(yī)療、人機(jī)交互和健康監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用進(jìn)展，并與科研團(tuán)隊(duì)合作，在課堂中向?qū)W生展示各種高分子材料傳感器件實(shí)物，并對(duì)其傳感應(yīng)用進(jìn)行演示，極大激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，獲得較為理想的學(xué)習(xí)效果;在“納米自組裝材料”一章，作為一種新型的功能高分子材料，高分子自組裝材料由于其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在藥物裝載和可控釋放等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。因此，在教學(xué)中歸納了聚合物組裝材料的概念、設(shè)計(jì)原理、表征技術(shù)以及相應(yīng)的研究進(jìn)展，向?qū)W生介紹各種納米組裝規(guī)整有序結(jié)構(gòu)及聚合物自組裝材料在藥物運(yùn)輸和靶向治療體系的醫(yī)用發(fā)展前景，從而開闊學(xué)生思維，提高學(xué)生的科研熱情。醫(yī)用高分子材料與我們生活息息相關(guān)，醫(yī)用材料由于在人體內(nèi)使用，對(duì)其生物安全性、生物相容性及功能性都有全面系統(tǒng)的要求，通過向?qū)W生系統(tǒng)地介紹各類體內(nèi)、體外醫(yī)用材料制備、加工成型過程及應(yīng)用領(lǐng)域，使學(xué)生對(duì)醫(yī)用材料這一快速增長(zhǎng)的新興領(lǐng)域有了較為全面的了解。此外，以抗疫中的高分子材料為主題，向?qū)W生介紹抗擊新冠疫情中高分子材料所起到的重要作用，如醫(yī)用口罩中的聚丙烯熔噴布的生產(chǎn)制備過程及其工作原理。另外，針對(duì)抗疫中最重要的醫(yī)療設(shè)備體外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO）中的核心材料，高分子膜肺材料成分、制備、工作原理及目前國(guó)產(chǎn)化的瓶頸問題，不僅使學(xué)生獲得相關(guān)專業(yè)知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生服務(wù)社會(huì)的意識(shí)以及高度的社會(huì)責(zé)任感。

二、教學(xué)模式的實(shí)施

長(zhǎng)期以來，我國(guó)高校課堂教學(xué)的基本模式可以說是“單向灌輸式”占主導(dǎo)地位，課堂上只有教師對(duì)知識(shí)的單向傳遞，沒有學(xué)生接受、理解、運(yùn)用知識(shí)的信息反饋，禁錮了學(xué)生的創(chuàng)新思維和探索能力。因此，本課程教學(xué)中需要改進(jìn)教學(xué)方式，引發(fā)學(xué)生思考，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生成為主體，逐步培養(yǎng)學(xué)生探究式的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

本課程主要通過課堂講授為主，輔以問題提問，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)視頻資料和多媒體圖片動(dòng)畫演示方法等進(jìn)行教學(xué)，吸引學(xué)生注意力，啟發(fā)學(xué)生科研思維，從而提高課堂教學(xué)效果。此外，每章結(jié)束，布置相關(guān)主題課外調(diào)研作業(yè)，學(xué)生需要自主查閱國(guó)內(nèi)外資料，形成調(diào)研書面報(bào)告，拓寬其知識(shí)面。最后，本課程還創(chuàng)新性地引入學(xué)生自主專題講座模式，為學(xué)生選定高分子前沿領(lǐng)域相關(guān)材料，學(xué)生查閱文獻(xiàn)組織專題講座，使學(xué)生學(xué)習(xí)模式從傳統(tǒng)的被動(dòng)、“灌輸”型轉(zhuǎn)為主動(dòng)、自主型學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性空前高漲。

1.教學(xué)中充分利用互聯(lián)網(wǎng)，充實(shí)課程內(nèi)容?；ヂ?lián)網(wǎng)在高校教學(xué)中有利于提高學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)能力和加強(qiáng)師生間互動(dòng)交流，推動(dòng)教育發(fā)展的多元化。因此，在教學(xué)中采用線上線下混合式教學(xué)，每一章節(jié)結(jié)束，推薦學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，充實(shí)課程內(nèi)容，豐富學(xué)生的知識(shí)體系，體現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)+優(yōu)勢(shì);提前預(yù)習(xí)，課堂提問，以問題為驅(qū)動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生思考，主動(dòng)參與課程討論，同時(shí)針對(duì)課堂回答的不足，教師給予及時(shí)講解和補(bǔ)充，這體現(xiàn)了課堂教學(xué)充分關(guān)注學(xué)生的發(fā)展，突出學(xué)生主體地位，尊重學(xué)生的思維發(fā)展，不僅讓學(xué)生全面透徹地掌握課程知識(shí)，同時(shí)提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性;根據(jù)每一章節(jié)的專題內(nèi)容，關(guān)聯(lián)最新的科研成果，組織學(xué)生分組進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，并以課程匯報(bào)和教師點(diǎn)評(píng)的方式展示這類高分子材料的前沿領(lǐng)域和未來發(fā)展趨勢(shì)，讓學(xué)生既能認(rèn)識(shí)到這類高分子材料的重要性，提高學(xué)習(xí)積極性，又能讓學(xué)生了解到最新的研究成果，提高科學(xué)研究的興趣;課后作業(yè)是對(duì)課堂知識(shí)的鞏固，培養(yǎng)學(xué)生思考的能力。基于課程講授章節(jié)，布置習(xí)題，幫助學(xué)生課后鞏固，同時(shí)教師根據(jù)反饋的教學(xué)結(jié)果，即時(shí)調(diào)整教學(xué)方式。

2.教學(xué)中創(chuàng)新性地開創(chuàng)了學(xué)生自主講座環(huán)節(jié)。教師有針對(duì)性地選擇特定主題，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，準(zhǔn)備相應(yīng)自主講座課件。本課堂所選擇主題既包括高分子材料一些最前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域，如有機(jī)太陽(yáng)能電池，液晶高分子材料、生物醫(yī)用高分子、可降解高分子材料、形狀記憶高分子材料，同時(shí)也包括傳統(tǒng)高分子材料，如通用塑料、工程塑料、特種塑料，天然橡膠及人工合成橡膠、聚合物薄膜、聚合物纖維材料、高分子涂料等，使學(xué)生既能了解高分子科學(xué)前沿發(fā)展情況，又能系統(tǒng)掌握高分子材料基本知識(shí)。學(xué)生課外積極查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)資料，或者請(qǐng)教從事相應(yīng)課題研究的教師及研究生同學(xué)，準(zhǔn)備講座課件。在課堂上拿出部分時(shí)間，安排小組學(xué)生講解專題課件，同時(shí)對(duì)其內(nèi)容開展課堂討論，進(jìn)一步加深及拓展所選定主題的相關(guān)知識(shí)。這種新的教學(xué)模式使得學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)從傳統(tǒng)的被動(dòng)、灌輸型轉(zhuǎn)為主動(dòng)型學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)習(xí)積極性空前高漲，取得了非常好的教學(xué)效果。

3.注重實(shí)踐教學(xué)。當(dāng)今社會(huì)對(duì)高分子學(xué)科人才的要求越來越高，企業(yè)更關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力，因此在教學(xué)中，引入實(shí)踐教學(xué)，注重對(duì)學(xué)生獨(dú)立研究和開發(fā)能力的培養(yǎng)。我校的高分子材料與工程專業(yè)依托有機(jī)硅化學(xué)及材料技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和高分子材料市級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事的科學(xué)研究工作，確定了以“有機(jī)硅高分子材料”和“綠色高分子復(fù)合材料成型加工”為兩大特色方向，充分發(fā)揮地方性院校積極服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)的主動(dòng)性。高分子材料與工程專業(yè)是杭州師范大學(xué)2006年開辦的應(yīng)用型人才培養(yǎng)專業(yè)，2012年開始調(diào)整為第一批招生。該專業(yè)培養(yǎng)方向結(jié)合浙江省高分子新材料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀和發(fā)展需求，通過校企合作、教研協(xié)同、師生互動(dòng)的人才培養(yǎng)模式，培養(yǎng)具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力的高分子材料專業(yè)人才。近年來，專業(yè)影響力穩(wěn)步提升，先后被評(píng)為校特色專業(yè)（2012），杭州市“產(chǎn)學(xué)對(duì)接”特需專業(yè)（2014），浙江省特色專業(yè)（2017），2019年獲批國(guó)家首批一流本科專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，在全國(guó)師范院校同類專業(yè)排名第三位。與省內(nèi)外和國(guó)內(nèi)同類高校的相關(guān)專業(yè)比較，本專業(yè)具有學(xué)科支撐強(qiáng)（浙江省一流A類學(xué)科，連續(xù)5年ESI排名均進(jìn)入全球1%）、產(chǎn)學(xué)對(duì)接密、師資力量好、硬件設(shè)施優(yōu)等優(yōu)勢(shì)。專業(yè)開辦以來，生源質(zhì)量穩(wěn)步提升，招生人數(shù)逐年增加，招生范圍跨越浙江、河南、云南等多個(gè)省份。高分子材料與工程專業(yè)尤其關(guān)注對(duì)學(xué)生創(chuàng)新與實(shí)踐能力的培養(yǎng)，擁有良好的師資條件和完善的硬件設(shè)施，本科教學(xué)專用實(shí)驗(yàn)室2000m2，2012年—2018年，投資近3000萬元，進(jìn)一步完善了科研教學(xué)大型儀器平臺(tái)，可以開展高分子材料相關(guān)的各類專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程。該專業(yè)同時(shí)配備了工廠級(jí)的實(shí)習(xí)專用設(shè)備，擁有大型雙螺桿擠出機(jī)、注塑機(jī)、高分子拉膜、吹膜機(jī)器設(shè)備、木塑加工生產(chǎn)線、金工實(shí)習(xí)設(shè)備等教學(xué)專用設(shè)備，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力和工程意識(shí)的培養(yǎng)。此外，本專業(yè)還在杭州高新橡塑、浙江萬馬高分子、浙江巨化新材院等8家行業(yè)龍頭企業(yè)中設(shè)立校外實(shí)習(xí)基地，滿足專業(yè)工程實(shí)踐教學(xué)的需要。最后，在實(shí)踐教學(xué)中，高分子材料與工程專業(yè)各研究團(tuán)隊(duì)向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)室，大力鼓勵(lì)和支持學(xué)生以科研助理方式參與教師科研課題，吸引有興趣的學(xué)生，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。近年來，以本科生為負(fù)責(zé)人申請(qǐng)并獲得多項(xiàng)國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目和校級(jí)本科生創(chuàng)新能力提升工程項(xiàng)目的支持，均取得較好成績(jī)，為本科生就業(yè)和考研打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

三、考核形式的改革

“高分子材料進(jìn)展”的課程目標(biāo)是讓學(xué)生了解高分子材料領(lǐng)域最新的發(fā)展方向和熱點(diǎn)，掌握具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的高分子材料概念、設(shè)計(jì)及合成制備的理論基礎(chǔ)和基本分析方法，構(gòu)筑功能高分子結(jié)構(gòu)—性能—應(yīng)用關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生初步分析和解決功能高分子材料領(lǐng)域相關(guān)問題的能力。傳統(tǒng)考核方式注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的系統(tǒng)性和全面性掌握，往往采用閉卷考試的模式，然而本課程知識(shí)更新較快，閉卷考試的考核模式容易導(dǎo)致學(xué)生采用死記硬背的學(xué)習(xí)方式，很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，降低學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，無法達(dá)成本課程最終的課程目標(biāo)，且對(duì)學(xué)生以后的擇業(yè)就業(yè)選擇無法起到任何實(shí)質(zhì)性的幫助，因此，有必要對(duì)本課程的考核方式進(jìn)行改革。本課程學(xué)生的總評(píng)成績(jī)由平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)兩部分組成，平時(shí)成績(jī)占總評(píng)的40%，包括上課出勤、課堂作業(yè)和回答問題，對(duì)于評(píng)價(jià)學(xué)生的知識(shí)掌握與運(yùn)用能力具有重要參考價(jià)值，不僅是考試的重要補(bǔ)充部分，還可以提高學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性。期末成績(jī)占總評(píng)的60%，采用課程主題匯報(bào)和課程小論文的方式。通過制定與課程相關(guān)的主題，推薦學(xué)生閱讀最新的科研成果，學(xué)生通過課程主題匯報(bào)的形式展示，并撰寫與匯報(bào)內(nèi)容相關(guān)、格式規(guī)范的研究進(jìn)展小論文，這不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生靈活運(yùn)用掌握的知識(shí)，學(xué)會(huì)分析問題和解決問題，同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和查閱文獻(xiàn)、整理資料的能力，對(duì)學(xué)生的言語(yǔ)表達(dá)能力也是一種促進(jìn)。另外本課程的授課對(duì)象是大三下學(xué)期的學(xué)生，有些學(xué)生已經(jīng)提前開始準(zhǔn)備畢業(yè)課題，這種考核模式有利于指導(dǎo)學(xué)生畢業(yè)論文的開展，鍛煉了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。在課程改革實(shí)施過程中，學(xué)生對(duì)高分子學(xué)科的前沿發(fā)展領(lǐng)域表現(xiàn)出濃厚的興趣，積極進(jìn)入教師課題組從事相關(guān)科研課題，提高了運(yùn)用理論知識(shí)分析、解決實(shí)際研究問題的能力。