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工程教育认证理念下高分子材料与工程专业实践教学体系的创建及思考

2020-09-12 404 上传者：管理员

摘要：工程教育认证的三大理念以学生为中心、以产出为导向、持续改进。学生中心是宗旨，成果导向是要求，持续改进是机制。实践教学是高素质专业人才培养产出的重要教学环节，本文以河北工业大学高分子材料与工程专业为例，依据工程教育认证标准，对专业实践教学体系进行了改革，提出了“微工厂型”实验教学模式，激发学生的创新创业意识，培养并提高学生解决复杂工程的能力，并起到了良好的人才培养效果。

关键词：
化工工业
实践教学
工程教育认证
微工厂型实验
改革
高分子材料与工程
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在当今社会快速发展的趋势下，专业工程技术人才成为推动科学技术的发展与进步的主体力量之一，而作为专业人才培养主力的高等学校，如何培养更适合经济、科技发展需要的人才，成为高等教育发展的重要任务。工程教育认证标准着重强调“以学生为中心”、“以产出为导向”及“持续改进”的教育理念。近年来，我国高等教育积极对标国际高水平人才培养标准，大力开展工程教育专业认证，并于2016年成为工程教育本科专业学位互认协议—《华盛顿协议》的正式会员国，标志着我国高等教育质量得到了国际工程教育的认可，但同时对我国高等工程教育提出了更高要求[1,2]。

此外，近年来我国积极推进新工科建设，并形成了“复旦共识”、“天大行动”和“北京指南”等纲领性指导文件。加快建设和发展“新工科”，培养具有创新创业意识和跨界复合能力的“新工科”人才[3,4]，成为面向未来技术和产业要求的人才培养要求，而工程教育认证成为“新工科”人才的有力保障。

实践教学是培养具有创新意识的高素质专业人才的重要教学环节，构建符合工程教育专业标准的实践教学体系，不仅可以提高学生对专业理论知识的理解和掌握，而且可以增强学生的工程实践能力、提高学生的创新精神，更好地达成工程教育标准[5]。

作为高分子材料与工程专业开设较早的高校，本专业根据工程教育认证标准，积极建立符合专业发展趋势和经济社会发展需要的人才培养体系，并根据我国《加快推进教育现代化实施方案（2018-2022年）》，对专业实验、综合实验、毕业设计（论文）等实践教学体系进行了改革，取得了良好的人才培养效果。

1、拓展专业实验教学内容

高分子材料是新材料的主要成员之一，在高速铁路、航空航天、新能源、微电子、高端装备等高技术领域发挥越来越重要的作用，结合愈来愈紧密，因此结合高分子材料在高技术领域的实际应用，丰富专业实验教学内容，拓展学生的专业知识视野，提高学生的工程训练能力，并进而提高学生对工程教育标准的达成度。

为此，本专业以学生为中心，以学生实践学习效果为导向，近年来补充了相关实验科目，并对实验内容进行了拓展。

1.1根据高分子材料在风电领域的应用，补充了“环氧树脂玻璃钢的手糊成型”实验，丰富了与高分子材料相关产业发展前沿的综合性专业实验教学体系，拓展了学生的专业知识范围，提升了学生的专业视野，而且增强了学生的工程实践训练能力，对于学生的就业与长远发展起到了良好的促进作用。

1.2将高分子化学实验中的单体聚合实验与前期单体及引发剂精制实验结合，并且由学生本人对自己合成的聚合物进行分子量测定，进行差异化教学，改变了以往所有同学测定同一外购聚合物样品所导致的学生兴趣不高的弊端，提高了学生的学习兴趣。高分子一般是由引发剂在一定条件下引发单体聚合而成的，其中单体和引发剂的纯度将直接关系到产品生产效率及质量，所以单体和引发剂的精制在实际的聚合物生产中也是一项重要的前期处理过程，因此单体及引发剂的精制实验对于学生认识真实的高分子生产过程也具有重要的意义。

1.3补充了由学生自主设计的“聚氨酯泡沫的制备”实验，改变了传统的学生按照实验讲义进行实验的模式，实验步骤由学生通过查阅资料进行自主设计，整个班级的专业实验不再是统一的步骤，将实验的自主权交给了学生，实现了差异化实验教学，大大提高了学生的实验参与兴趣。

通过以上对专业实验的补充、丰富，拓展了学生的专业知识，提高了学生的实验兴趣，同时也提高了学生的工程实践能力。

2、将项目管理能力培养融入到专业实验教学中

项目管理能力是工程教育认证体系的毕业标准之一。为了培养学生的项目管理能力及实验的主动性和兴趣，在专业实验教学中，本专业选择了一些理论学习和学生日常生活密切相关的实验项目，做到科学性与趣味性相结合。例如，在制备聚甲基丙烯酸甲酯的实验中，由学生将自己喜爱的花瓣或小物品加入其中，制作成工艺品。

根据工程教育认证标准的项目管理能力培养要求，本专业提出了“微工厂型”专业实验教学模式，将普通专业实验拓展为多学科知识关联的综合实验。在聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）本体聚合实验中，要求学生不仅要完成甲基丙烯酸甲酯单体的聚合，同时要了解项目管理要素，综合运用管理、经济学知识，思考如何提高所制备的有机玻璃工艺品的竞争力、如何提高产品的利润，提高了学生的市场意识和创业能力，形成了基于工程教育理念的“微工厂型”专业实验教学新模式。

图1本专业学生制作的有机玻璃工艺品

3、开展综合性实验，提高学生综合能力

在综合性实验教学中，由传统按部就班式的实验，改为由学生主动思考、查阅资料、自发探索的开放性实验，对于全面检验、提升学生的专业能力，激发学生的创新精神具有巨大的作用[6]。

本专业的综合性实验由如下几个主要步骤进行：

教师提供实验课题→学生根据个人兴趣报名→师生确定课题双选关系→学生进行文献检索→了解课题意义及研究进展→初步设计实验方案→指导教师改进实验方案→学生实施实验→结果分析与讨论→编写完成实验报告→口头答辩→成绩评价。

以上各环节，除专业教师提供实验选题外，实验过程完全由学生自主来完成，并需要进行专业实验报告的分析与写作，再进行口头陈述与答辩。通过本实验的进行，增强了学生的实验自主性，加深了学生对本专业知识的了解和实验兴趣。在实施过程中，通过专业文献检索，使学生了解了材料的实际应用、材料制备的实验步骤和性能表征方法，并对科技论文的写作要求及专业外语的掌握有系统性的提高，实现了专业知识学习与实践教学的有机结合，同时使学生了解了高分子材料的实际研发过程，提高了学生综合实践能力的培养。

4、提高学生解决复杂工程问题能力

在工程教育标准及“新工科”发展背景下，高等教育是培养能够将科学与技术转化为生产力的专业工程人才。因此，在注重理论教学的同时，加强实践教学环节尤为重要；而毕业设计（论文）是一个十分重要的综合性实践教学环节。毕业设计（论文）是实践教学过程的重要组成部分，通过该课程使学生注意加强理论与实践的结合，提高学生分析问题、解决问题以及独立开展工作的能力，使学生能够树立正确的工程设计思想，并能够用所学专业知识对复杂的高分子材料与工程问题进行分析、解决。

3D打印技术是一种通过三维数字模型逐层打印成型的新型技术，被认为是“第三次工业革命”的代表性技术。3D打印成型的方法，简化了成型工序，即便是内部结构复杂的零部件也可以通过这种方法成型，这是传统材料成型工艺所不能比拟的；同时3D打印技术不需要模具，大大节约了成本。由于该技术的多项突出的优点，目前3D打印已经广泛应用于医疗健康、航空航天、工业建筑等多个领域，并且发展非常迅速。

图2学生设计完成的3D免充气轮胎

图3学生3D打印成型的四轴飞行器支架

高分子材料是3D打印的主要材料之一。针对现在高分子材料与工程领域的前沿发展，本专业进行持续改进，在毕业设计环节结合目前高分子材料在3D打印、数字制造等智能制造领域的最新发展与应用，开设不同的3D设计，如：3D免充气轮胎（图2）、3D四轴飞行器支架（图3）等，学生掌握了有关3D设计方法，并利用3D打印机这一新型的成型方式，不仅提高了学生的学习兴趣，而且提高了学生对“新工科”背景下材料、软件、机械等多学科专业知识的掌握，有效提高了学生对复杂工程问题的解决能力及就业竞争力。

5、结束语

在我国经济快速发展及产业结构升级的背景下，根据工程教育认证标准，培养适合“新工科”背景下具有专业知识丰富、工程实践能力强、胜任行业发展需求的高素质人才，需要以学生为中心，学生不仅要学好本专业的专业知识，还需要掌握相关的信息技术、机械设计等交叉学科知识，突出培养学生的工程设计能力和解决复杂工程问题能力，并不断进行持续改进，才能满足新时代下我国经济建设和社会快速发展的需求。

参考文献:

[1]杨燕,陈智栋,刘春林,等.工程教育认证背景下高分子材料与工程应用型人才培养研究.产业与科技论坛,2016,15(19):122-124.

[2]赵颖,罗美香,张安强,等.工程教育专业认证背景下《高分子化学综合实验》中的互动式教学模式的构建[J].高分子通报,2018,5:99-106.

[3]吴爱华,侯永峰,杨秋波,等.加快发展和建设新工科主动适应和引领新经济[J].高等工程教育研究,2017,1:1-8.

[4]胡静璇,刘雪梅,余凤枝,等.新工科背景下应用型人才培养探究---以“高分子材料与工程”专业为例[J].科技创业月刊,2019,7:106-107.

[5]张安强,吴水珠,刘述梅,等.工程教育认证背景下高分子化学实验教学改革探索[J].广东化工,2019,46(13):203-204.

[6]张庆新,于晓燕,袁金凤,等.实践教学体系优化与促进大学生就业的探索与实践-以高分子材料与工程专业为例[J].教育教学论坛,2018,8:161-163.

张庆新,于晓燕,丁会利,瞿雄伟.基于工程教育认证标准的高分子材料与工程专业实践教学体系改革与探索[J].胶体与聚合物,2020,38(03):126-129.

基金:河北省高等教育教学改革研究项目(2015GJJG017);河北工业大学本科教育教学改革研究项目(201904011).