非織造材料與工程專業(yè)“高分子物理”課程教學改革與探索

蘇娟娟，劉國金，劉 婧，于 斌，郭玉海

(浙江理工大學 紡織科學與工程學院(絲綢學院)，浙江 杭州 310018)

一、“高分子物理”課程概況及存在問題

我國具有完備的紡織工業(yè)體系，各類紡織品的生產和消費總量均穩(wěn)居世界前列。近年來，隨著國家供給側結構性改革和產業(yè)轉型升級，產業(yè)用紡織品行業(yè)快速發(fā)展。非織造材料是產業(yè)用紡織材料的重要組成部分，2020年初暴發(fā)的新冠肺炎疫情，導致口罩、防護服等醫(yī)用非織造材料在世界范圍內極其緊缺并受到廣泛關注。社會發(fā)展需求和科技進步促使非織造加工新技術、新產品不斷涌現，未來非織造材料在我國將擁有更廣闊的發(fā)展空間。

非織造材料與工程是一個紡織、高分子材料、生物醫(yī)學等多學科交叉的專業(yè)，同時也是一個課程內涵深厚、應用導向突出的新興專業(yè)。依據學生培養(yǎng)目標，我校(浙江理工大學)紡織科學與工程學院對接產業(yè)發(fā)展需求，從核心課程體系建設、教學內容與教學方式等方面對非織造材料與工程專業(yè)進行了全方位的改革，制定并完善了與非織造生產實踐、現代紡織工業(yè)經濟建設、材料科學發(fā)展需要相結合的人才培養(yǎng)方案及“核心技術一體化”課程體系。

“高分子物理”是非織造材料與工程專業(yè)的核心課程之一，也是高分子材料與工程專業(yè)等其他相關專業(yè)的核心主干課程。該課程以“物理化學”“高分子化學”等課程為基礎，又是“高分子材料成型加工”“非織造材料加工原理”等課程的理論基礎。作為專業(yè)核心課程，“高分子物理”在非織造材料與工程專業(yè)的整個課程體系中占有重要地位，起到承前啟后的作用。但在實際教學過程中，因概念眾多、知識繁雜、理論性強等課程特點，灌輸式教學方式導致學生學習興趣不高，教與學之間存在較大矛盾。因此，對“高分子物理”課程教學進行改革探索，在學時有限的條件下，優(yōu)化教學內容，創(chuàng)新教學方式，完善考核機制，充分調動學生的學習積極性，對提高教師的教學水平和提升學生的專業(yè)素養(yǎng)都具有重要意義。

二、 “高分子物理”課程教學改革措施

1. 高效、積極、互動的課堂教學

“高分子物理”是一門有關高聚物的多級結構、力學性能、分子運動及其相互關系的基礎課程，具有理論知識深、抽象概念多和系統(tǒng)性強等特點[1-3]。傳統(tǒng)的“填鴨式”課堂教學注重理論知識的灌輸，較難激發(fā)學生的學習積極性和主動性，導致學生被動地死記硬背、即考即忘。為此，我們改革課堂教學方式。

(1) 優(yōu)化教學內容，把握知識主線?！案叻肿游锢怼闭n程的概念繁多、理論抽象，為了使學生在有限的學時內掌握課程的重點知識，我們優(yōu)化教學內容，創(chuàng)新課程教學方式。在教學過程中，教師帶領學生將繁雜的知識點繪制成知識樹干圖?！案叻肿游锢怼闭n程內容圍繞高聚物結構與性能之間的關系展開，抓住“結構與性能”這條教學主線，能夠起到提綱挈領的作用。

構建簡單明了的高分子物理知識圖譜，深入剖析知識概念，建立繁雜知識點之間的共性驅動，做到以點帶面。例如，在講解分子鏈的柔順性時，啟發(fā)學生在腦海中構建知識圖譜，可以將分子鏈的近程結構、分子鏈構象、玻璃化轉變、取向結構、晶體結構、力學性能等相關內容關聯起來。同時，始終把握“結構決定性能、性能反映結構、分子運動是結構與性能的橋梁”這一知識關系主線[4]，而不是孤立地看待結構、性能及分子運動三大知識體系。

(2) 激發(fā)學生興趣，開展小組討論。為了激發(fā)學生的學習興趣，使他們深入理解復雜抽象的理論模型和公式推導，教師將生活和生產實例引入課堂教學，開展小組討論、師生互動，鼓勵學生了解表象背后的深層原因，以此引入相關知識點，激發(fā)學生的好奇心，促進學生主動思考。

例如，在講解橡膠彈性理論時，教師以問題為切入點——同時對橡膠和彈簧加熱，哪種材料更容易發(fā)生彈性形變？通過整合優(yōu)化教學內容，學生在學習時感到輕松有趣，增強了學習主動性，改善了教學效果。師生互動、教學相長，共同完成課程的教學。形式多樣、內容豐富的課堂教學有助于學生對抽象概念、繁雜理論知識的理解和消化。

(3) 突破學科壁壘，貫徹通識教育。當今學科交叉、知識融合愈加深入，立足學科基礎，突破學科壁壘，倡導以“高分子”為核心的通識教育也越來越受到非織造材料與工程專業(yè)教學的重視。作為一種教育理念，通識教育提倡打破學科壁壘，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識的復合型人才。

貫徹通識教育理念，融合學科交叉內容，課堂教學可以從高分子物理的發(fā)展歷史、國內外科學家軼事、高分子材料在各領域應用等多個層面優(yōu)化教學內容。通過“故事化”的課程內容講解形式，以點帶面，啟發(fā)思維，帶領學生在高分子科學的知識海洋中暢游。例如，張俐娜院士及其團隊通過10余年不懈努力，建立了低溫下纖維素大分子與溶劑小分子形成氫鍵配體的水溶性包合物而快速溶解的新機理。在講解“高分子溶液”這部分理論性強、公式推導多的內容時，向學生介紹張俐娜院士團隊這個意義深遠的科學發(fā)現，讓學生感悟科學家的情懷，學習“甘坐冷板凳”的科學精神，將課程思政落到實處。

2. 創(chuàng)新、多樣、融合的實踐教學

“高分子物理”課程的教學目標是培養(yǎng)知識集成創(chuàng)新、適應產業(yè)發(fā)展需求及推動經濟社會發(fā)展的復合型工程技術人才。因此課程教學在完成基礎理論知識教學的基礎上，還開展了創(chuàng)新、多樣、融合的實踐教學。教學團隊結合非織造材料與工程專業(yè)的學科背景及產業(yè)支撐，提出了以下幾點改革措施：

(1) 融合科研前沿，線上線下互動。高分子物理的諸多理論都是建立在對實驗現象進行合理解釋的基礎上的。隨著科技的發(fā)展，新理論、新技術不斷涌現，高分子物理的實驗教學內容也逐步更新[5-6]。為了激發(fā)學生學習興趣，開拓視野，把握產業(yè)未來發(fā)展方向，“高分子物理”課程的實驗教學也應緊跟高分子材料及非織造材料的前沿研究，把相關研究中的熱點問題與課程內容有機結合，鼓勵學生通過文獻查閱、小組討論及公開答辯等方式，培養(yǎng)主動思考、舉一反三的自我創(chuàng)新能力[7]。

隨著互聯網技術的快速發(fā)展，客戶端、大數據、云計算、物聯網等新技術和新業(yè)態(tài)在給人們的生產和生活方式帶來極大便利的同時，也驅動經濟社會高速發(fā)展。數字技術有效促進了信息的整合和傳遞，“互聯網+ ”等概念在教育領域廣泛應用，智能化學習平臺遍地開花。利用智能學習平臺，實現教師與學生、學生與學生之間的無障礙交流，通過線上線下的良性互動，可以有效彌補課堂教學的不足。例如，利用微信、釘釘等智能平臺，教師可以及時有效地為學生答疑解惑，引導學生關注“高分子物理”“高分子科學與技術”等微信公眾號。鼓勵學生利用慕課、愛課程等學習平臺開展自主學習；引導學生關注生活中絢爛多姿的高分子世界，通過閱讀《迷人的材料》《塑料的世界》等科普讀物、短片、視頻等，加深對高分子物理學習內容的理解，了解高分子材料給人們生活及生產帶來的變革。

(2) 應用創(chuàng)新導向，企業(yè)導師聯動。拔尖創(chuàng)新人才是指具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新知識基礎，在具備創(chuàng)新條件的環(huán)境中進行創(chuàng)新實踐并最終取得創(chuàng)新成果的人才[8]。這是針對當前人才培養(yǎng)過程中存在的重灌輸輕啟發(fā)、重理論輕實踐、重共性輕個性等弊端提出的，是新的人才培養(yǎng)模式的核心與精髓[9]。在“高分子物理”課程教學過程中，鼓勵學生參加相關創(chuàng)新項目，如國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目、高分子材料創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等。這不僅可以深化課堂知識及教學內容，而且可激發(fā)學生的科研熱情，提高學習興趣。此外，還可以建立學生與企業(yè)導師的對接及長期互動，通過創(chuàng)新企業(yè)產品設計理念、幫助解決實際生產問題等方式，有效實現課堂知識轉化、創(chuàng)新能力提升，還有助于解決高校畢業(yè)生就業(yè)難的社會問題。

3. 綜合、完善、突出的考核方式

科學合理的考核機制不僅能反映學生對理論知識的掌握及運用能力，還能考察學生在專題研討、科學實驗研究等實踐中的工程及創(chuàng)新能力。我們對“高分子物理”課程的考核方式進行了改革：(1)期末考試成績占60%，試卷題目更加注重考察學生對理論知識的應用及融會貫通能力；(2)學生的課堂出勤、課堂討論及課后作業(yè)等占20%，課堂討論及課后作業(yè)側重考察學生的思維能力和問題分析能力；(3)學生在專題研討等 “第二課堂”實踐中的綜合表現占20%，注重考察學生在項目研究及實踐鍛煉中的創(chuàng)新意識及思維能力、工程問題解決能力及團隊合作協(xié)調能力。

相比傳統(tǒng)的以試卷成績?yōu)橹鞯目己朔绞?，以上考核方式綜合了當前“基礎扎實、知識面寬、能力強且素質高”的復合創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求，更加能突出反映學生的主動學習、創(chuàng)新思維及工程應用能力[10]。

三、 結語

隨著社會對人才要求的提高，高校的人才培養(yǎng)模式改革勢在必行。同時，隨著高分子科學與非織造材料行業(yè)的發(fā)展，以及非織造材料企業(yè)對于高端創(chuàng)新人才的迫切需求，非織造材料與工程專業(yè)的“高分子物理”課程改革應以學生為中心，以具有深厚科研背景的專任教師為主導，以具有豐富生產實踐經驗的企業(yè)導師為輔助，設計好每個教學環(huán)節(jié)并做好各個環(huán)節(jié)的有機融合，通過科學合理的考核方式評價教學效果并對教學設計進行不斷改進，以培養(yǎng)滿足企業(yè)所需的非織造材料與工程專業(yè)復合創(chuàng)新型人才。