摘要: 聊城大学材料科学与工程学院从工程教育认证工作启动以来，围绕培养学生动手操作和综合创新能力等方面，对专业实践课程进行了一系列教学改革。《高分子化学实验》依托学科竞赛，通过“线上–线下”“课中–课外”“理论–实验–应用”相结合的教学方式，开展专业实验教学改革，引导学生进行有效的实验探究，激发学生自主学习的自觉性和能力。课前学生利用线上虚拟仿真平台熟悉实验原理和流程，课中教师指导学生进行规范化操作，课后建立科学全面的考核评价体系，对学生的课内课外环节进行监督管理，使学生的学习积极性得到提高，培养了学生自主学习、创新实践和团队合作的能力。
Abstract: Since the launch of the engineering education certification of Liaocheng University, the School of Materials Science and Engineering has carried out a series of teaching reforms in professional experimental teaching, focusing on cultivating students’ practical operation and comprehensive innovation capabilities. Based on the discipline competitions, the teaching reforms of Polymer Chemistry Experiment have been carried out. Through the combination of “online-offline”, “in-class-out-of-class”, and “theory-experiment-application”, students are guided to conduct effective experimental exploration, stimulating their awareness and ability of autonomous learning. By relying on the online virtual simulation platform, students familiarize the experimental principles and procedures before class. During class, students perform standardized operations under the teacher’s guidance. After class, a scientific and comprehensive evaluation system is established to supervise and manage both in-class and after-class activities of students, significantly enhancing their enthusiasm for learning, and cultivating their abilities in autonomous learning, innovative practice, and teamwork.
1. 引言
《高分子化学实验》对增强学生的思维能力、动手能力和创新能力起到至关重要的作用，是高分子材料与工程专业的必修核心实践课。专业实验教学不仅帮助学生养成良好的实验习惯和严谨的科学态度，还在各个教学环节中培养他们的创新思维和实践能力。但传统的实验教学通常采用教师理论讲解和操作演示，学生分组完成的方式进行，大部分学生由于受学时、设备、场地等限制，很难熟练掌握基本的实验操作，更谈不上培养学生的创新实践能力，而是被动地按操作流程“走完”实验过程[1] [2]。
成果导向教育理念(OBE)坚持以学生为中心，反向设计课程内容、教学模式和评价机制，突破了传统教学模式的局限性，为高等教育改革提供了核心驱动力。近年来教育部明确提出将学科竞赛纳入实践教学体系，学科竞赛以其“任务驱动、实战导向、创新激励”的特点，为实验课程改革提供了重要抓手[3] [4]。依托OBE理念和学科竞赛开展《高分子化学实验》教学改革，核心是实现“以赛促学、以赛促改、以赛促教”的深度融合，在课程体系中融入创新思维、实践标准、工程需求，重构教学内容、优化教学模式、完善评价机制，最终提升课程的教学质量，促进学生的全面发展。
2. 实验教学环节存在的问题
实验课堂教学改革是教育教学改革的一项重要内容，是实验教学质量提高的重头戏。目前，实验教学在高等人才培养中的重要性逐渐被广泛认可，但长期以来，实验教学改革的步伐始终落后于理论教学。在满足新时代高分子领域对创新型和实践型人才需求方面面临困难，主要体现在以下几个方面：
(1) 实验教学活动方式单一
目前，主要通过专业实验课来培养学生的实践应用和创新能力，而且主要是验证性实验，缺少创新设计的项目，学生仅需“照方抓药”完成操作。虽然这类实践活动能在一定程度上提升学生的认知、动手能力，但解决实际工程问题的创新能力还有较大提升空间[5]。
(2) 实验教学评价模式单一
实验教学评价多以学生所交实验报告的完整性或实验数据的准确性为主要依据，导致学生对实验项目的具体设计、规范操作、团队协作、创新思路等重视程度不够，造成学生上课思维懒散、不愿动手，甚至出现数据造假等现象，不利于提高学生参与实验教学的积极性和主动性[6]。
(3) 实践性课程教学资源建设不够有力
实验教学相关资料更新慢，实验内容与高分子领域的前言方向(如功能高分子、生物医用高分子、绿色高分子)和产业需求(如高分子材料的性能优化、工艺改进)脱节，教学资料主要来源于自制的实验课程大纲、教案、PPT等，学科竞赛案例等未得到有效利用，学生缺乏将实验技能转化为创新成果的机会[7] [8]。
3. 以学科竞赛为抓手，助推实验教学改革
坚持“学生中心、产出导向、持续改进”的OBE教育理念，聚焦“赛教融合”的实践模式，以全国高分子材料实验实践仿真大赛和全国大学生高分子材料实验实践大赛(简称“双实”大赛)为依托，将学科竞赛理念深度融入《高分子化学实验》教学，改变专业实验的教学内容、教学模式和评价体系，从而在激发学生学习兴趣，培养学生创新思维、团队合作以及解决实际问题能力的同时，提高实验课堂教学质量，培养知识、能力和素养全面发展的创新型人才[9]。
(1) 改革实验教学模式
作为《高分子化学实验》的经典项目，“甲基丙烯酸甲酯的悬浮聚合”被选为“双实”大赛的竞赛项目，重点培养学生的实验动手操作能力、实验方案设计能力、运用专业知识的能力、分析实验结果的能力以及安全保护意识、环境保护意识等。以“双实”大赛为依托，开展《高分子化学实验》课程线上线下混合式实验教学，推进高分子专业实验的教学改革，切实培养学生的创新意识和科研实践能力，具体教学设计方案如图1所示。
Figure 1. Teaching design plan for Polymer Chemistry Experiment
图1. 《高分子化学实验》实验教学设计方案
首先，以实验实践仿真大赛为抓手，充分利用欧倍尔虚拟仿真平台完成线上预习。依托欧倍尔虚拟仿真平台线上资源，包括理论考试和虚拟仿真考试，其中理论考核涵盖实验安全和高分子物理及化学，虚拟仿真考核包括实验室安全和苯乙烯悬浮聚合。虚拟仿真平台用“沉浸式场景 + 角色任务 + 实时数据”三位一体，为情景学习提供了传统教室无法复制的真实情境，实现了对学生理论知识、实际应用和综合素质的考察及锻炼。教师通过仿真实验成绩了解学生的预习情况，督促成绩不好的同学加强练习。鼓励学生参加全国高分子材料实验实践仿真大赛，并对参赛学生进行集中培训，指导教师对学生实施精细化指导，促进学生的专业技能和综合素养同步提升。
其次，由于线上预习充分，线下实验课堂主要针对学生进行实操训练。教师在分组实验时，只需重点教会学生进行标准化操作，因为学生利用线上资源已经熟悉了操作流程，这样教学效果就会得到提升。学生独立完成实验，通过分析讨论，解决实验过程中的问题，教师对不当操作、危险操作及时提醒。指导教师对学生的课上实验操作、试样质量以及实验报告进行综合评分，选拔出优秀学生来参加全国大学生高分子材料实验实践大赛。参赛学生需要进行为期四周的集中训练，熟练掌握材料基本理论知识、悬浮聚合实践操作技能以及如何应对突发情况(如仪器破损、颗粒过大过小、聚合失败等)。“双实”大赛为学生们提供了一个公平竞争的舞台，让普通地方院校的同学与“双一流”重点院校的同学同台竞技，有效激发了同学们的竞争意识和专业兴趣，达到以赛促学的目的。
最后，以实验实践大赛为契机，解决了学生在课时、仪器、场地等方面的不足，带领教师现场指导，学生自主练习，实验室全天候开放。学生在不断练习、不断失败的过程中，寻找出最佳的实验方案和技术路线，通过对原料用量和反应条件的不断调整，最终得到形貌和尺寸均能符合大赛要求的产物，如图2所示。三位同学分工明确，密切配合，在相互交流中碰撞出知识的火花，充分激发了学生学习的热情和主动性，使同学们在专业知识水平、实践操作技能、创新应用能力等方面都有了提升。学科竞赛通过任务驱动、自主探究以及协作分工等方式，深度契合了项目式学习的核心特征，为学生搭建了“知识应用–实践创新–能力沉淀”的实战平台。
Figure 2. Pictures of suspension polymerization product of polymethyl methacrylate
图2. 聚甲基丙烯酸甲酯悬浮聚合产物照片
(2) 改革实验教学评价体系
打破“以实验报告为唯一依据”的评价方式，构建全方位、完善性、科学化的考核评价体系。按照工程教育认证标准，实验总成绩采取百分制，平时成绩占60%，期末闭卷考试占40%。平时成绩考核中，建立多元化的考核评价方式，包括线上学习、实验操作、试样质量和实验报告多个环节，降低实验报告的占比。
线上学习(20%)：主要考核学生在欧倍尔虚拟仿真平台的学习情况，包括实验安全意识、高物高化专业能力和悬浮聚合虚拟仿真操作能力。学生需在实验课前完成线上学习，取练习最高成绩作为最终成绩。
实验操作(30%)：主要考核学生的实验操作是否规范，具体操作规范评分细则参照《全国大学生高分子材料实验实践大赛竞赛规则》。
试样质量(30%)：实验结束后对学生的产物拍照留存，产物质量评分细则参照《全国大学生高分子材料实验实践大赛竞赛规则》。
实验报告(20%)：实验结束后立刻上交实验报告，要求如实记录实验操作、实验现象和实验结果，实验报告的评分细则参照《全国大学生高分子材料实验实践大赛竞赛规则》。
基于OBE教育理念，通过构建多元化的评价体系，确定了“以学生为本”的实验考核理念，注重过程考核，对学生的实验水平进行客观公正的评价。经过两年的摸索与实践，课程改革取到了一定成效，如图3所示，各项成绩均有提升。综上，基于OBE理念和学科竞赛开展的一系列课程改革，有效地激发了学生的学习兴趣性和主动性，提高了学生的学习效果和教师的教学质量，达到了新形势下教学改革和人才培养目标的要求。
Figure 3. Comparison of the achievements before and after teaching reform
图3. 教学改革前后各项成绩对比
4. 以学科竞赛为抓手，培养学生实践与创新能力
学科竞赛活动为学生的团队合作和创新成果提供展示的平台，为学生的实践活动提供软硬件、师资以及经费等方面的支持。学科竞赛在促进实验教学改革的同时，使学生的专业技能和创新实践能力得到提升，由单调、固定的实验课堂向灵活多样的技能竞赛转变。秉承OBE教育理念，以能力培养为导向的学科竞赛将理论与实践相结合，形成实验教学、学科竞赛与能力培养之间的良性循环，从而实现以赛促学、以赛促改、以赛促教的升级目标，以此实现高素质应用型人才的培养[10]。
学院目前已形成了一支实战经验丰富、科研能力强的学科竞赛指导教师队伍，积极带领本科生参与学科竞赛，与“双一流”重点院校学生同台竞技。申请人和项目成员作为带队教师多次带领学生参加各类学科竞赛，积极参加裁判工作，积累了丰富的实战经验，选拔出的高分子材料与工程专业本科生竞赛成绩优异。在全国高分子材料实验实践仿真大赛中荣获一等奖1名，二等奖3名，三等奖5名，在全国大学生高分子材料实验实践大赛中获得二等奖1名，三等奖6名，竞赛的获奖质量和数量明显提升。通过推动学科竞赛与实验教学有机融合，完善了实践育人协同体系，拓宽了学生眼界和视野，激发了学习兴趣和创新思维，促进了学生的全面发展。
5. 局限性与展望
学科竞赛在提升学生实践能力、激发创新意识等方面取得了积极成效，但仍面临以下挑战：(1) 资源保障机制不健全：经费、设备、实验室开放、企业合作等方面支持不足，影响竞赛活动的常态化开展；(2) 竞赛管理机制不完善：缺乏规范的竞赛管理制度，竞赛成果认定、教师绩效挂钩等机制不健全，影响师生积极性。未来将继续探索和完善基于OBE理念和学科竞赛的《高分子化学实验》课程改革模式，在平台建设、资源整合、制度设计等方面持续发力，确保实现其育人功能和可持续发展。
6. 结语
学科竞赛已成为培养学生实践能力、创新素养的重要环节，也是推动教育教学改革的关键所在。以“双实”大赛为依托，推动高校实验实践教学改革，培养高素质创新型人才。将学科竞赛与专业实验有机融合，由单调、固定的实验课堂向灵活多样的技能竞赛转变，优化实验教学内容，改革实验教学模式，建立科学可行的评价体系。实践表明，改革充分调动了学生学习的积极性，提升了学生的专业技能和创新实践能力，为培养具有创新精神和团队合作能力的应用型本科人才奠定了扎实的基础。
基金项目
聊城大学实验教学改革研究项目(SY2024102)；山东省研究生精品和优质课程(SDYKC2024166)。
NOTES
*第一作者。
#通讯作者。