《高分子材料導(dǎo)論》課程教學(xué)設(shè)計與實踐

鄭 軻，李坤泉，吳文劍

（東莞理工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，廣東東莞 523808）

《高分子材料導(dǎo)論》既是我校高分子材料與工程專業(yè)的先修課程，又是核心課程，起著培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)興趣，增強學(xué)生專業(yè)認(rèn)同感，為學(xué)生構(gòu)建基礎(chǔ)知識網(wǎng)絡(luò)的重要作用。在“三全育人”模式和“立德樹人”要求下，充分挖掘本課程中蘊含的事跡案例，把專業(yè)知識教育同職業(yè)道德、家國情懷和大國工匠精神有效融合，培養(yǎng)出符合國家發(fā)展需要的社會主義建設(shè)者和接班人是本課程教學(xué)的重要使命[1]。

1 課程目標(biāo)定位

《高分子材料導(dǎo)論》課程是全國各大高校高分子材料與工程專業(yè)的重要課程之一。結(jié)合東莞理工學(xué)院培養(yǎng)一流應(yīng)用型人才的目標(biāo)，獨具特色地為高分子材料與工程專業(yè)的同學(xué)開設(shè)了這門課程[2]。本課程是高分子材料與工程專業(yè)的專業(yè)必修課，主要目的為精準(zhǔn)對標(biāo)該專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和畢業(yè)要求，包括以下四點。

1）掌握高分子材料工程設(shè)計和產(chǎn)品開發(fā)的基本設(shè)計/開發(fā)方法和技術(shù)，了解影響設(shè)計目標(biāo)和技術(shù)方案的各種因素。

2）能夠根據(jù)對象特征，選擇研究路線，設(shè)計實驗方案。

3）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與工程專業(yè)工程實踐的可持續(xù)性，評估產(chǎn)品周期中可能對人類和環(huán)境造成的影響。

4）理解工程師對公眾的安全、健康和福祉，以及環(huán)境保護(hù)的社會責(zé)任，能夠在工程實踐中自覺履行責(zé)任。該課程主要講授高分子材料的基本理論、基礎(chǔ)知識、典型高分子材料的性能和應(yīng)用。具體教學(xué)內(nèi)容包括：材料與高分子材料、高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能、塑料、橡膠、纖維、黏膠劑和涂料、聚合物共混物。在教學(xué)時，本課程重點強調(diào)高分子材料的基本設(shè)計和開發(fā)技術(shù)，讓學(xué)生掌握一些常用高分子材料（聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、丁腈橡膠、SBS 橡膠、滌綸和碳纖維等）改性的方法及產(chǎn)品設(shè)計路線。同時，在教學(xué)中重點引入我國科學(xué)家對高分子材料專業(yè)發(fā)展的貢獻(xiàn)，培養(yǎng)同學(xué)們的民族自豪感和自信心。

2 課程事跡案例挖掘

目前，高分子材料的應(yīng)用遍布各個領(lǐng)域，在人們的生活中應(yīng)用廣泛，同學(xué)們對高分子材料非常熟悉[3-4]。因此，本課程非常容易通過生活中的實例達(dá)到教學(xué)改革的目的。比如在塑料內(nèi)容中，推廣使用環(huán)保高分子材料（如聚乳酸），增強同學(xué)們以社會責(zé)任為己任的個人意識；在纖維內(nèi)容中，闡述我國高分子材料領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢（如大規(guī)模生產(chǎn)能力強）和不足（如國產(chǎn)碳纖維材料性能還有待提高），介紹國際先進(jìn)高分子材料的實例（如日本東麗公司的T1100碳纖維）和最新科研成果，從而培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)高分子專業(yè)課程的興趣，以及以國家技術(shù)需要為個人奮斗目標(biāo)的理想信念，為后面深入地學(xué)習(xí)專業(yè)知識奠定基礎(chǔ)。另外，本課程與大灣區(qū)生產(chǎn)需要緊密相連，本地有很多高分子加工廠家，可以重點強調(diào)高分子材料的合成和改性方法，與生產(chǎn)實踐緊密結(jié)合起來。比如：在塑料部分，從制作抗疫口罩的無紡布出發(fā)，結(jié)合金發(fā)科技的技術(shù)需要，重點學(xué)習(xí)聚丙烯的改性和熔融指數(shù)測試；在高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能部分，從生益科技制作高性能覆銅板需要的阻燃劑出發(fā)，為同學(xué)們闡述一些國家的卡脖子技術(shù)難題，重點學(xué)習(xí)各種高性能阻燃劑（磷、硅、氮類）的合成制備，阻燃機理，以及通過復(fù)配提高其阻燃性能的原理和方法。這些實用性技術(shù)不僅可以把理論和實踐緊密結(jié)合起來，豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，而且為同學(xué)們畢業(yè)后從事開發(fā)新型高性能高分子材料相關(guān)的工作提供科學(xué)依據(jù)和理論指導(dǎo)，更有助于讓同學(xué)們明白高分子行業(yè)的痛點，為以后解決國家卡脖子技術(shù)難題打下基礎(chǔ)。下面列舉了本課程中的部分事跡案例，這些豐富的事跡案例和該課程長期的教學(xué)積累，為進(jìn)一步深化教學(xué)改革打下了良好的基礎(chǔ)。

1）在緒論部分的實例。

（1）復(fù)合材料。介紹中國C919大飛機使用的高分子復(fù)合材料，講述中國C919大飛機艱難的開發(fā)歷程和先進(jìn)性，激發(fā)同學(xué)們的民族自豪感和專業(yè)自豪感。

（2）高分子材料的發(fā)展歷史及未來。介紹我國科學(xué)家在高分子材料領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，比如：徐僖院士研制出一種耐溫抗鹽添加劑，實現(xiàn)了低能耗和高效率的采油；研制成功第一款國產(chǎn)原油降凝劑，實現(xiàn)了原油的低能耗輸送，替代國外產(chǎn)品進(jìn)口，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)輸油管線；李永舫院士在聚合物太陽電池（PSC）共軛聚合物給體和富勒烯受體光伏材料，以及電極界面修飾層材料、導(dǎo)電聚合物電化學(xué)等方面取得了系統(tǒng)的和創(chuàng)造性的研究成果，對中國光電功能高分子領(lǐng)域的快速發(fā)展起到了重要的推動作用。

（3）高分子材料的合成。介紹何炳林院士開發(fā)出的離子交換樹脂對我國原子彈爆炸的貢獻(xiàn)。

2）在高分子材料結(jié)構(gòu)與性能部分的實例。

（1）聚合物的降解。介紹可降解高分子材料，比如聚乳酸、聚己內(nèi)酯等，增強同學(xué)們對可降解高分子材料的認(rèn)識。教育大家做好高分子分類回收利用，增強其環(huán)保意識，歸結(jié)到習(xí)近平總書記對我們的教導(dǎo)：“綠水青山就是金山銀山”。

（2）聚合物的阻燃。突破國外芯片封鎖需要能滿足高速高頻的覆銅板，這就需要開發(fā)新型無鹵且低極性的阻燃劑，結(jié)合東莞松山湖生益科技在這方面的需求，介紹卡脖子技術(shù)難題，激發(fā)同學(xué)們?yōu)閲鴮W(xué)習(xí)的熱情。

3）在塑料部分的實例。

（1）聚丙烯。聚丙烯（高熔融指數(shù)）可以生產(chǎn)制造口罩的必要原料熔噴布，對抗擊疫情作出了卓越的貢獻(xiàn)。

（2）聚芳醚。蹇錫高院士研制成功結(jié)構(gòu)全新的系列新型雜環(huán)高性能工程塑料，既耐高溫又可溶解，解決了傳統(tǒng)高聚物不能兼具耐高溫和可溶解的技術(shù)難題，綜合性能優(yōu)異，成本低，屬國際首創(chuàng)、原始創(chuàng)新，已廣泛應(yīng)用于航空航天、核能、電子電氣、石油化工、精密機械、環(huán)保等領(lǐng)域。

4）在橡膠部分的實例。

（1）天然橡膠的發(fā)展歷史。中國共產(chǎn)黨人黃宗道院士對中國天然橡膠事業(yè)的貢獻(xiàn)，以及他對科研的熱愛、追求和大國工匠精神。

（2）橡膠工業(yè)。介紹紅色管家“葉季壯”對促成“中錫貿(mào)易協(xié)定”的貢獻(xiàn)，突出老一輩共產(chǎn)黨人打破西方國家封鎖的智慧和能力。

5）纖維部分的實例。

（1）天然纖維。介紹天然纖維（比如蠶絲和紅麻）的優(yōu)勢，讓學(xué)生認(rèn)識到生態(tài)文明建設(shè)事關(guān)中國夢的順利實施，介紹黨的十八大以來我們在生態(tài)文明建設(shè)上的成果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）纖維素的溶解。張俐娜院士突破了高分子加熱溶解的傳統(tǒng)方法，利用NaOH/尿素水溶液低溫成功溶解了纖維素和甲殼素，開創(chuàng)了高分子低溫溶解的技術(shù)及新機理。

（3）氨綸纖維。以新鄉(xiāng)白鷺化纖的氨綸分廠發(fā)展歷程為例，講解國內(nèi)科學(xué)家通過刻苦攻關(guān)，實現(xiàn)成型設(shè)備的大規(guī)模國產(chǎn)化，激發(fā)同學(xué)們?yōu)閲鴮W(xué)習(xí)的熱情。

6）在膠黏劑和涂料部分的實例。

（1）膠黏劑。隨著半導(dǎo)體行業(yè)向國內(nèi)轉(zhuǎn)移，我國對光刻膠的需求持續(xù)增大。雖然目前印刷線路板（PCB）光刻膠和液晶顯示屏（LCD）光刻膠已經(jīng)實現(xiàn)部分國產(chǎn)化，但高端半導(dǎo)體光刻膠尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化。詳細(xì)介紹了上海光源的同步輻射及紫外光刻膠檢測裝置。

（2）涂料的發(fā)展歷史。我國是世界上最早制造和使用漆器的國家，距今已有七千多年的歷史。目前發(fā)現(xiàn)年代最早的漆器是河姆渡新石器遺址出土的木質(zhì)朱漆碗，經(jīng)化學(xué)方法及光譜分析鑒定為生漆，生漆是一種天然樹脂成膜物。在講授涂料的章節(jié)中引入這些文化遺產(chǎn)，讓學(xué)生在認(rèn)識涂料組成的同時，感受華夏的悠久文明，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

7）在聚合物共混物部分的實例。

（1）聚合物基復(fù)合材料的應(yīng)用。從航空航天材料（火箭、飛機）方面闡述復(fù)合材料的應(yīng)用，講解我國自主研發(fā)復(fù)合材料助力運20、武直10和殲20等，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)榮譽感與行業(yè)自豪感。

（2）聚乙烯纖維復(fù)合材料。在20 世紀(jì)90 年代，我國科學(xué)家成功研發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的聚乙烯纖維，被國人喻為“爭氣纖維”。介紹老一輩科學(xué)家的科研精神，鼓勵學(xué)生不斷鉆研，勇攀科學(xué)高峰，培養(yǎng)學(xué)生科技報國的熱情。

此外，還獨具特色地在課堂中引入高分子領(lǐng)域各位院士的工作，以便讓同學(xué)們更好地了解中國高分子的發(fā)展。例如陳慶云院士主要從事有機氟化學(xué)研究。首次合成六氟雙酚A，參加并領(lǐng)導(dǎo)了我國首創(chuàng)抑鉻霧劑F-53、含氟單體及氟利昂代用品的研制和生產(chǎn)。合成多種全氟磺酸及其衍生物，闡明了全氟型磺酸酯的硫-氧鍵斷裂特性。系統(tǒng)研究全氟碘代烷在多種金屬、親核試劑或紫外光引發(fā)下的單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，成功地將全氟烷基引入有機分子，為含氟材料和有機氟化學(xué)作出了貢獻(xiàn)。程镕院士對凝膠滲透色譜進(jìn)行研究，他首先研制出了多孔填料，闡明了成孔機理，以及控制孔度方法。程镕時院士提出的分離與擴(kuò)展效應(yīng)的統(tǒng)一理論是當(dāng)時該領(lǐng)域最簡單的對加寬效應(yīng)改正的方法。論文提交美國化學(xué)會年會時，被當(dāng)作當(dāng)年的重要成果發(fā)布，得到國外同行的關(guān)注和重視。他創(chuàng)建的簡易凝膠色譜方法，滿足了自記式儀器在我國普及前對高分子分子量和分子量分布表征的需要。他又將凝膠色譜的研究重點轉(zhuǎn)向了絕對量化問題，創(chuàng)立了絕對定量化原則，開創(chuàng)了一種研究分子水平上的吸附作用，以及分子間配合作用的有效而直接的定量方法，拓展了凝膠色譜的應(yīng)用范圍。

3 教學(xué)改革的實踐措施和成效

教學(xué)方式對教學(xué)效果有極大的影響。在教學(xué)實踐過程中，以專業(yè)課知識點為載體，融入經(jīng)典人物和案例，在面對面授課的同時，借助智慧教室中的多媒體展示圖片和短視頻，用主動式和體驗式的教學(xué)手段把觀點展示給學(xué)生，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生感情共鳴，從而使其樹立正確的價值觀。除了教師講授以外，還鼓勵學(xué)生自己發(fā)掘各種事跡案例，互相教育。比如，指定相關(guān)主題，要求學(xué)生課下查閱資料，總結(jié)相關(guān)事跡案例，進(jìn)行小組討論和PPT 講演，激發(fā)同學(xué)們探索精神和表達(dá)能力。利用翻轉(zhuǎn)課堂的方式更有助于激發(fā)其他同學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，增加同學(xué)們的學(xué)習(xí)深度。

課堂教學(xué)之外，還利用課余時間對學(xué)生開展教育教學(xué)。目前，很多同學(xué)熱衷于刷朋友圈、看公眾號。鼓勵同學(xué)們添加任課老師的微信和QQ，教師經(jīng)常在朋友圈發(fā)送教育教學(xué)相關(guān)內(nèi)容，引起很多同學(xué)觀看和點贊。利用微信軟件，學(xué)生還能隨時向老師請教問題，有利于師生交流，提高學(xué)習(xí)效果。鼓勵同學(xué)們在業(yè)余時間觀看相關(guān)科教欄目，比如《大國重器》；同時，也會在東莞理工學(xué)院優(yōu)學(xué)院平臺提供相關(guān)視頻資料，拓寬同學(xué)們的視野，培養(yǎng)其大國工匠精神。

課程結(jié)束后通過調(diào)查問卷的方式，讓同學(xué)們評價教學(xué)效果，2021—2022第二學(xué)期的調(diào)查結(jié)果如表1所示。從表1可以看出，超過80%的同學(xué)對引入教學(xué)改革的方式非常滿意。更值得注意的是，超過90%的同學(xué)認(rèn)為課程事跡案例極大增強了自己的愛國精神。這說明本課程的教學(xué)改革工作取得了一定的成果，得到了絕大多數(shù)同學(xué)的贊許。

表1 《高分子材料導(dǎo)論》課程問卷調(diào)查結(jié)果

4 結(jié)束語

《高分子材料導(dǎo)論》作為我校高分子材料與工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課程，對同學(xué)們專業(yè)基礎(chǔ)知識的構(gòu)建、專業(yè)認(rèn)同感的培養(yǎng)、正確人生觀價值觀的樹立起著至關(guān)重要的作用。在教學(xué)過程中，加強宣傳中華文明，堅守中華文化立場，提煉展示中華文明的精神標(biāo)識和文化精髓，講好中國故事、傳播好中國聲音。在省級一流本科專業(yè)建設(shè)和廣東省高等學(xué)校特色專業(yè)建設(shè)的背景下，本課程不斷轉(zhuǎn)變教學(xué)思維模式，深入挖掘課程事跡案例，深化教育改革，把“立德樹人”作為首要目標(biāo)，使專業(yè)課教學(xué)與教學(xué)改革并向同行。制定一系列行之有效的教學(xué)方法，提高了高分子材料與工程專業(yè)人才質(zhì)量，培養(yǎng)了能滿足新時代中國特色社會主義建設(shè)的高層次應(yīng)用型人才，得到了學(xué)生的廣泛認(rèn)同。