摘要: 在工程教育专业认证理念的指引下，为了增强学生可持续发展的意识，聊城大学高分子材料与工程专业开设《高分子材料与环境安全》课程。本课程内容紧扣生态文明建设和绿色发展主题，使学生在工程实践中能够关注、理解和评价环境保护和社会和谐。任课教师采取线上超星与线下课堂相结合、教师指导与学生展示相结合、课程教学与课程思政相结合、过程性考核与期末考核相结合的多元素融合教学方式，提高学生的课堂参与度，增强学生将所学知识转化为解决复杂工程问题的能力。
Abstract: Under the guidance of engineering education certification, in order to enhance students’ awareness of sustainable development, the course of “Polymer Materials and Environmental Safety” was set up in Liaocheng University. The content of this course is closely related to the ecological civilization and green development, so that students can understand and evaluate the environmental protection and social harmony in engineering practice. The combination of online Chaoxing and offline blended teaching, teacher guidance and student participation, curriculum teaching and ideological and political education, process assessment and final assessment, can improve students’ participation in class, and enhance their ability of transforming knowledge into complex engineering problems.
1. 引言
材料产业的快速发展不仅助力社会进步和各项事业的发展，而且为人们美好生活提供了物质保障。然而，材料产业也导致资源浪费和环境恶化等问题。高分子材料作为日常生活中不可或缺的材料，更应该采取可持续发展的道路，以减少对环境的影响。在此基础上，国内大部分高校的高分子材料与工程专业都开设了《高分子材料与环境安全》等类似课程。该类课程结合当前生态文明建设的热点，对材料与资源、生态环境之间的相互影响与相互作用进行了系统的规划与建设。但是，该类课程早期教学形式较单一，授课时以教师讲授为主(“填鸭式”教学)，存在授课环节枯燥，学生积极性不高，难以产生主动思考的动力等问题[1]。因此，如何提高该课程的课堂教学效果一直是课程改革的讨论重点。
2. 课程的教学特点及教学改革的必要性
在工程教育认证的背景下，聊城大学高分子材料与工程专业经过充分调研、研讨，并经相关行业/企业、院校专家论证，对2020版人才培养方案进行了修订，增加了《高分子材料与环境安全》课程，旨在提高学生可持续发展以及安全生产的意识，落实习近平总书记提出的“绿水青山就是金山银山”的发展理念[2]。本课程面向高分子材料与工程专业本科生，针对工程教育专业认证环境和可持续发展毕业要求开设的一门以生态环境保护和资源有效利用为重点的课程，共16学时。
《高分子材料与环境安全》课程主要涉及材料与资源、能源与环境的内在关系，环境材料的生命周期评价，环境材料的生态设计，环境材料的环境友好加工与清洁生产，以及新型绿色环境材料的发展及应用等方面的内容。该课程知识繁杂，涉及面广，描述性内容较多，探索性内容较少，导致学生学习主动性不足。因此，提高课程内容的趣味性、实用性和条理性显得尤其重要。为此，经过多年教学实践，笔者对该课程的教学方法提出了一些想法和体会，以更好地改善教学效果和实现教学目标。
3. 教学改革举措
3.1. 线上超星与线下课堂相结合
《高分子材料与环境安全》课程的知识点以介绍性、描述性居多，探索、推理性内容较少，存在授课环节枯燥，学生抬头率不高等问题。经过多年的教学实践，笔者采取了多种方法来改善教学效果，坚持以学生为中心，提高了学生参与课程讨论和学习的热情。在课程设计方面，为保证课程目标的达成，对标毕业要求指标点，在课程内容的设置上，重点讲述环境影响评价、生态设计、清洁生产和绿色材料以及与材料产业相关的社会、健康、安全、法律等内容。及时更新课程内容，梳理知识体系框架，明确课程教学目标，同时通过录制微课/视频、丰富更新案例和实际生产工艺工程，增强课程内容与实际生产、生活的联系，不断丰富教学过程。紧跟时代步伐，融入当下热点内容，让学生及时了解本领域最前沿的科技进展，激发学生的专业学习兴趣，提高学生的科研创新能力。
在课程实施方面，本课程主要采用超星和线下课堂教学相结合的混合教学模式(见图1)。课前学生在超星平台完成相关的基础知识的学习，上课时教师详细讲解重点内容和实用案例，实现知识的拓展。学生在超星平台自主学习时需完成思考题，培养学生自行查阅文献资料和深入思考问题的能力。线下课堂采用案例式教学方法培养学生解决复杂工程问题的能力，并通过启发式教学方法讲授新材料、新技术和科技前沿等知识，引导学生自主思维。为调动学生学习的积极性，可以让学生针对某一专题进行文献阅读与调研，并采用翻转课堂形式进行展示和汇报。该翻转课堂汇报成绩计入课程总成绩。
Figure 1. The implementation process of online and offline mixed teaching
图1. 线上线下混合教学实施过程
3.2. 教师指导与学生展示相结合
2022年，聊城大学高分子材料与工程专业成功通过教育部工程教育专业认证，基于成果导向教育(Outcome Based Education，简称OBE)这一先进教学理念得到广泛应用与推广[3]。OBE教育理念的核心内涵是“以学生为本”，强调以学生为中心，以学生学习产出为导向，充分发挥学生的主体作用。经过多年的教学改革与实践，笔者成功将OBE理念融入到该课程的教学中，重点关注学生的学习成果，注重学生能力的培养。基于此，《高分子材料与环境安全》课程将教师指导与学生展示相结合，将翻转课堂引入到教学过程中，将学习的主动权交于学生，增加学生的“主人翁”意识，使他们主动参与到课堂教学来，从而促进课堂教学效果的提高(见图2) [4]。
在学生讲授环节，采用专题汇报模式，学生需进行分组讨论和团队合作。演讲主题可以参考课程大纲中的教学内容，也可以自主选题。选题内容除了教师提供的高分子材料，还可以是日常生活中常见的高分子材料(汽车中的高分子材料、教室内的高分子材料、可以穿上身的高分子材料)，也可以是功能高分子材料(防弹衣材料、整容医用材料、环境友好材料)等。该授课环节不仅丰富了教学内容，也开拓了同学们的视野。另外鼓励同学展示所参加的大学生创新创业项目和各类学科竞赛。比如，“3D打印聚氨酯材料”小组同学介绍了3D打印的原理以及如何打印具有复杂形状的聚氨酯材料，同学们积极提问“3D打印材料的优势”、“3D打印适用于所有的高分子材料吗”，督促同学们“刨根问底”，改变学习中“不求甚解”的毛病，探寻科学问题的本质。在这个过程中，教师要给予学生充分的引导和支持，随时提出问题，引导学生展开讨论，引导学生发散思维，加深学生对高分子材料的认识和思考。每个问题不一定有完美的答案，讨论和探究过程才是最重要的，整个环节也是教师学生双向互动、互相提高的过程。每个小组展示完成后，教师会对演讲质量、幻灯片质量、小组参与情况以及回答问题情况综合打分。基于OBE理念的教学模式让学生积极参与到课堂教学中来，引导学生主动获取知识，提升能力和素养，培养能够适应社会需求、具备创新能力和自主学习能力的高质量应用型人才。
Figure 2. The implementation process of flipping classroom
图2. 翻转课堂实施过程
3.3. 课程教学与课程思政相结合
新时代的课程思政是将思政元素融入到专业课教学中，课程教师将起到桥梁纽带作用。教师不仅要掌握专业知识，更要挖掘课程中所蕴含的人文价值和社会价值，充分发挥各类课程与思想政治教育的协同育人机制[5]。本课程以工程教育认证理念为指导，将科技和人文的融通纳入到专业课程体系中，在教学中对学生进行世界观、人生观和价值观教育，实现专业课教学与思想政治教育的有机融合[6]。基于此，本课程构建了课程思政案例库(见表1)。
Table 1. The teaching cases and education goals of “curriculum ideology and politics”
表1. 课程的思政案例及思政育人目标
课程知识点 |
课程思政案例 |
思政育人目标 |
高分子材料与环境 |
“限塑令”下的奶茶吸管 |
通过对“限塑令”的正确理解，让学生深刻体会到高分子垃圾回收的重要性，激发学生的环保意识，强化职业使命感和社会责任感。 |
可持续发展实现形式 |
太平洋垃圾岛 |
了解环境和自然保护的重要意义，使学生能够更加具有环境保护的意识，关注生态文明建设。 |
材料与环境 |
土壤污染事件(常州外国语学校) |
强化环境保护意识、弘扬生态文明理念，培养学生的责任意识，激发学生参与环境保护的热情。 |
高分子材料的生态
设计原则 |
福建物构所光气泄漏事件 |
通过高分子材料的生态设计实现材料产业的可持续发展，使学生具备环境安全和可持续发展的意识。 |
清洁生产 |
八大环境公害事件 |
让学生深刻领会人与自然和谐共生的重要意义，深刻领悟生态文明思想，增强学生责任意识。 |
清洁生产技术实例 |
王玉忠院士团队在可降解生物
高分子和循环利用方面的贡献 |
王玉忠院士团队在我国高分子生物降解和回收领域方面的学术贡献，培养学生关心社会发展、关怀人类的情怀。 |
生物质与生物质资源 |
地沟油飞上天(我国自主研发生物航油试飞成功) |
生物航油试飞成功展示了中国智慧和中国力量，激发学生的科技创新意识和爱国情怀。 |
纤维素的加工 |
张莉娜院士团队在纤维素溶剂
研发方面的卓越贡献 |
张莉娜院士团队在纤维素基础理论研究方面的卓越贡献，以此培养学生的家国情怀、不畏艰难、努力拼搏精神。 |
秉承OBE教育理念，将思政案例融入教学过程，以课程知识为主线，思政为辅线，不仅教会学生专业技能，还要引导学生树立正确的价值观。以“纤维素的加工”为例，首先介绍造纸术、故宫等木质结构建筑，引入古人对纤维素的利用，弘扬中华传统文化。接着讲解纤维素的加工方法，介绍张莉娜院士在纤维素研究领域的卓越贡献。张莉娜院士团队开发了碱/尿素体系，成功纺出了新型的再生纤维素纤维，该工艺成本低、能耗少，且环境友好，改变了传统工艺的高污染和高能耗。纤维素作为一种绿色材料，选取清洁的加工和生产方法，制备出环境友好材料，满足了国家绿色发展和可持续发展的需求。将思政案例与课程内容紧密结合，既加深了学生对知识点的理解，更培养了其爱国情怀和不屈不挠的拼搏精神。
3.4. 过程性考核与期末考核相结合
基于OBE教育理念，结合《高分子材料与环境安全》课程的教学特点，笔者将过程性考核与期末考试相结合，形成了以能力培养为主的多元化考核评价方式。课程考核成绩由各个教学环节的成绩构成，具体包括超星平台的阶段测试成绩占20%、课堂展示成绩占20%以及期末成绩占60%。各个环节的考核内容全面覆盖了课程目标，充分体现了对学生能力的培养。阶段测试发布在超星平台，针对具体专题提供3~4个练习题，要求学生在内容讲授结束后的一周内完成，注重培养学生的自主学习能力。在翻转课堂环节，学生分组进行专题汇报，充分发挥了学生的主观能动性，增强了学生的实践能力、创新能力和团队协作能力。期末考试采用模块化考核，分别对应课程目标的能力要求，培养学生分析问题、解决问题的能力。
Figure 3. Achievement degree of course objectives before and after teaching reform
图3. 教学改革前后课程目标达成度
专业教师在考核结束后，完成课程目标达成评价报告，对课程目标的达成情况进行评估，并针对薄弱环节提出课程持续改进建议，以提高课堂教学效果，促进学生综合能力的提高。该课程在2020年首次开课，经过4年的课堂教学改革，课程教学目标达成度有显著提升，如图3所示，平均达成度由0.77增加到0.84，提升了7%。可以看出，基于OBE理念所开展的一系列课程设计成效显著，在提高学生专业技能和实践能力的同时，加强了学生的德育培养，提高了学生的综合素质。
4. 结语
在《高分子材料与环境安全》教学过程中，我们坚持以学生为中心，以课下作业、课上展示等方式为依托，针对课程目标达成评价的分析结果，不断改进教学方式，充分调动了学生学习的积极性和主动性，实现了课程的持续改进。通过本课程各学习环节的培养，学生充分认识到高分子材料的环境可持续发展，为将来从事高分子材料的回收利用、绿色高分子材料的开发等工作打下了坚实的基础。通过OBE理念进行课堂教学改革，提升学生的创新能力和自主学习能力，培养具有解决复杂工程问题的高素质应用型人才，对推动应用型本科高校课程教学质量的不断提升提供了很好的指导意义和借鉴作用。
基金项目
聊城大学本科教学改革研究项目(G2022072)。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。