工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度，是建设高质量教育体系的必然选择[1]。我国以工程教育国际接轨为突破口，通过强化内涵式发展提高高等教育质量，逐步深化“学生中心”、“产出导向”、“持续改进”的成果导向教育(Outcome based education，OBE)理念。在此背景下，高校教育着重培养学生解决复杂工程问题的能力，培养应用型和创新型人才。为提高教育教学质量，高校教育需要将最前沿科学和企业技术涉及的复杂工程问题引入课堂学习，在授课过程中提升学生解决实际工程问题的能力。实验教学是贯彻工程教育认证的有效输出途径，是提升学生解决复杂工程问题能力的前沿阵地[2,3]。为了提高高分子材料与工程综合实验课程的教学效果，许多院校对授课模式和方法进行了大量的创新性尝试。例如，江南大学将高分子材料综合实验(环氧丙烯酸树脂光固化木器涂料)作为“链条式”实践课程体系的一部分，着重开展创新设计性实验，培养学生良好的科研作风和解决复杂工程问题的能力[4]；江汉大学将多元教学方法应用于高分子专业综合实验中，调动学生积极性和学习热情，培养学生专业综合素养和创新能力[5]；东华大学重新构建了“大型材料加工实验”课程的实验教学体系，提高了学生自主学习和解决复杂工程问题的能力[6]；重庆理工大学采用“一教师一命题”和“学生组团自主选择”的方式，调动学生展开科学研究的主观能动性和工程实践能力[7]。上述这些启发式、探索式教育改变了原有的“填鸭式”灌输理论知识和重复性实验操作的培养模式，充分调动学生的主动性和积极性，培养学生实践创新能力。经过众多高分子教育领域教师的努力，高分子材料与工程专业实验教学取得巨大成效。《高分子材料与工程综合实验》是聊城大学高分子材料与工程专业针对本科生开设的一门专业必修实践课程，共3学分96学时。它是将聚合物加工、聚合物合成和性能评价融为一体的课程。该实验课程的教学内容和教学方式直接影响学生利用理论知识解决实际复杂工程问题能力的培养。基于该实验课的课程性质，教学实验过程中仍面临如下问题：(1)实验项目缺少有效链接，导致教学内容连贯性和延展性不够。实验项目都是独立的，导致学生在实验学习过程中对每个实验之间的关联程度理解不够，容易对实验形成片段化记忆，不利于综合利用所学知识解决复杂工程问题。(2)实验教学与企业产品性能评价标准脱钩，导致高校教育与企业生产联系不够。多数实验项目是利用固定配方制备样条并完成性能测试，未建立配方与性能之间的联系，也未评定实验中测得的性能是否符合现行标准规定的产品性能指标，这使学生对本领域行业发展现状掌握程度不足，对学生毕业后快速融入企业生产和开展产品研发不够深入，不利于学生针对生产中的复杂工程问题快速设计解决方案。针对以上问题，若能将本领域产业现状和产品性能评价标准融入《高分子材料与工程综合实验》教学过程中，并根据产品性能标准对实验项目进行整合优化，有利于学生从产品开发角度思考解决问题的思路和举措，有助于学生提升实践能力和创新能力，有益于学生提高解决实际复杂工程问题的能力。现以聊城大学的《高分子材料与工程综合实验》为例，探索工程教育认证理念指导下，依托产品标准将零散实验项目整合成综合性实验项目，实现产品的配方设计和性能调控，以期培养学生综合多维度思考问题的能力，为培养应用型、创新型高分子领域的技术人才奠定基础。一以教育认证为核心，确立培养学生解决工程问题能力的目标深入贯彻工程教育认证理念，经过充分调研、讨论以及高校专家和企业/行业专家论证，《高分子材料与工程综合实验》支撑工程教育认证标准规定的问题分析、设计/开发解决方案、研究和使用现代工具等4项毕业要求指标点，具体内容如下：(1)毕业要求指标点2-4：能够运用相关基本原理，结合文献研究，分析解决高分子材料制备、加工与应用中的复杂工程问题的影响因素，并得到有效结论。(2)毕业要求指标点3-4：在高分子材料制备、加工与应用工程以及复杂工程问题的解决方案的设计/开发中，能够综合考虑社会、健康、安全、法律、文化、环境以及相关政策等制约因素，保护劳动者身心健康，降低环境危害。(3)毕业要求指标点4-4：能对实验数据和结果进行合理的分析解释，通过信息综合，归纳总结得出合理有效的结论。(4)毕业要求指标点5-3：能够针对高分子材料的制备、加工与工程应用中的复杂工程问题的具体对象，开发或选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测专业问题，并能够分析其局限性。为使学生通过课程学习达到所支撑的毕业要求指标点的要求，本课程制定了4个课程目标：(1)通过综合性实验，提高学生查阅文献能力，使学生理解材料性能与材料的组成、加工条件、微观结构与应用之间的相互关系，培养学生思考问题、分析问题、解决问题的综合能力并提出有效的设计方案；(2)通过综合性实验的训练使学生能够根据研究对象进行实验方案的设计，在考虑经济、环境、法律、安全、健康、伦理等制约因素后合理选择合成或加工工艺路线；(3)通过综合性实验的训练，培养学生对实验数据和结果进行合理的分析解释，通过信息综合，归纳总结得出合理有效的结论的能力；(4)通过综合性实验的训练，培养学生针对高分子材料的制备、加工与工程应用中的复杂工程问题的具体对象，开发或选用满足特定需求的现代工具，模拟和预测专业问题，并能够分析其局限性。该实验课程的四个课程目标分别支撑四个毕业要求指标点。该课程的目的是通过实验教学环节，使学生掌握各类高分子化合物生产和性能检测的方法，加深对高分子材料与工程领域的认识，完善高分子材料与工程专业的知识架构，提高学生的思维能力和动手能力，具备一定的高分子合成和加工的设计能力，培养学生理论联系实际、分析和解决复杂工程问题的素质，为今后在高分子相关领域工作和研究奠定坚实的基础。二以产品标准为导向，开设系统性和探索性实验基于OBE理念，本专业以工程教育认证为抓手，融入科学前沿和高分子材料行业信息，以产品标准(如国家标准、行业标准等)为导向，探究成型工艺与产品性能之间的联系，以此整合并优化《高分子材料与工程综合实验》的实验项目，以启发式授课模式授课，设置开放性、引导性课题，调动学生的主动性和积极性去探究实验项目。将改革前13个项目(图1)整合成产品标准导向型探索实验、成型工艺验证型实验和仿真实验三类实验(图2)：针对产品标准导向型探索实验，主要集中在高分子材料，如建筑涂料、无卤阻燃聚烯烃材料、电线电缆用软聚氯乙烯塑料、白炭黑填充橡胶、不饱和聚酯树脂玻璃钢等，并融入性能评价标准，与本领域产业现状相结合，通过调控配方制备可以满足标准的产品，并理解材料配方影响产品性能的关键因素；针对成型工艺验证型实验，主要集中在发泡工艺、注射成型、挤出成型、模压成型、树脂传递模塑成型(resin transfer molding, RTM)成型、3D打印成型等方面，并理解不同成型工艺对材料性能的影响规律；针对仿真实验，主要是注塑仿真模拟实验，实现塑料成型模具的全周期评价。10.14028/j.cnki.1003-3726.2024.23.338.F001图1《高分子材料与工程综合实验》改革前实验项目Figure 1Experiment items of Comprehensive Experiments of Polymer Materials before teaching reform10.14028/j.cnki.1003-3726.2024.23.338.F002图2《高分子材料与工程综合实验》改革后实验项目Figure 2Experiment items of Comprehensive Experiments of Polymer Materials after teaching reform我校《高分子材料与工程综合实验》是在第六个学期开课学生已完成《高分子化学》《高分子物理》《材料研究测试方法》《高分子材料与环境安全》《塑料助剂与配方设计》等相关专业基础课程，正在学习《聚合物加工工程》《聚合物改性》《功能高分子材料》《高分子复合材料》等相关课程，这有助于学生自主设计材料配方，利于自主探索材料配方与产品性能的内在关系，提升学生解决复杂工程问题的能力。对于产品标准导向型探索实验，如表1所示，每个实验项目都有对应的产品标准可参考。在授课过程中，教师要详细讲授产品标准，并依托产品标准讲解材料配方设计原则，学生根据所学理论知识和环境政策，调控材料配方和调节成型工艺条件，获得符合产业标准要求的样品，并完成性能检测。在该类实验项目的实施过程中，指导教师是现行标准的解读者，是配方设计的指导者，是仪器操作的示范者，是理论分析的引路者；学生是配方设计的实施者，是工艺调控和性能测试的执行者，是配方-性能关系的建立者，是产品标准的评判者。现以产品标准导向型的3个主题实验项目为例介绍其实验内容、目的和意义。10.14028/j.cnki.1003-3726.2024.23.338.T001表1产品标准导向型实验项目及其产品标准Table 1Product standards-oriented experimental projects and their product standards实验项目产品标准建筑涂料的制备及性能研究——激光粒度仪测定胶乳粒子直径、苯丙乳液的红外光谱测试、配方设计及性能测试合成树脂乳液内墙涂料(GB/T 9756-2018)无卤阻燃聚烯烃材料的研究——成型工艺参数的优化和氧指数测试、熔融指数测试无卤低烟阻燃低毒聚烯烃电缆料(T/SHPTA 008-2021)电线电缆用软聚氯乙烯塑料制备及耐击穿性能测试——工艺参数的优化、耐击穿性能测试电线电缆用软聚氯乙烯塑料(GB/T 8815-2008)白炭黑填充橡胶的性能研究——白炭黑含量对橡胶可塑度、橡胶硫化特性、橡胶撕裂性能的影响硫化橡胶或热塑性橡胶撕裂强度的测定(GB/T 529-2008)不饱和聚酯树脂玻璃钢的制备与介电性能研究——制备工艺的优化、介电性能测试电气绝缘用不饱和聚酯玻璃纤维毡层压板(JB/T 12167-2015)主题一：建筑涂料的制备及性能研究我专业以现行合成树脂乳液内墙涂料的性能标准为中心，建立了“涂料分子结构表征-涂料配方设计-涂料性能”的有效链接。课前学生巩固基础化学和《高分子化学》《高分子物理》等知识，并着重掌握《胶粘剂与涂料》的专业知识。指导教师需要讲解现行合成树脂乳液内墙涂料的性能标准《GB/T 9756-2018合成树脂乳液内墙涂料》，讲解涂料配方中各组分的作用和配方如何调控涂料性能。学生在利用激光粒度仪测定苯丙乳液粒径分布和利用红外光谱确定苯丙乳液分子结构的官能团的基础上，自主完成合成树脂乳液内墙涂料配方设计。学生完成涂料性能的测试，如容器中的状态、黏度的测定、施工性、低温稳定性、干燥时间、涂膜外观、耐碱性、对比率和耐洗刷性等，并评价是否满足GB/T 9756-2018的性能指标。学生需要从分子结构、配方成分及配方含量等角度分析不同组分下建筑涂料性能的差异性，并制备出符合国家标准的涂料产品。该主题实验的主要目的是使学生理解掌握产品标准和理论知识之间关联性，培养学生以优化配方设计来解决建筑涂料产品性能方面的能力。主题二：电线电缆用软聚氯乙烯塑料制备及耐击穿性能测试瞄准国家电缆行业，着重开展电线电缆用相关材料的配方设计和性能评价实验。指导教师讲解现行《GB/T 8815-2008电线电缆用软聚氯乙烯塑料》对电线电缆的具体性能标准要求，并强调介电击穿是评价电线电缆性能的关键数据，尤其是让学生了解介电击穿现象对软聚氯乙烯塑料制备电线电缆的重要影响，强调材料配方与性能的关联度。该主题实验分为电线电缆用软聚氯乙烯塑料制备(工艺参数的优化)和耐击穿性能测试两个部分进行。学生课前需要巩固目前正在学习的《聚合物加工工程》相关知识，并查找《材料研究测试方法》和《高分子物理》中介电性能测试的仪器和原理。在指导老师讲解配方中各组分作用的引导下，学生设计软质聚氯乙烯的不同配方，选择合适的生产工艺进行混合与塑炼，获得符合国家标准的测试样条，并完成击穿性能评价。通过该实验主题的开展，学生不仅掌握产品制备方法和击穿性能的测试方法，而且能及时根据产品的性能需求对软聚氯乙烯塑料进行配方优化，助力我校学生在该领域的就业竞争力和研发能力。主题三：无卤阻燃聚烯烃材料的研究指导教师讲解现行《无卤低烟阻燃低毒聚烯烃电缆料》(T/SHPTA 008-2021)对电缆料的具体性能要求，并强调电缆料的氧指数要≥30%。在此基础上，指导教师从阻燃剂种类的优化和阻燃剂含量的调控两个方面讲解如何提高使聚烯烃氧指数的达到该性能标准，同时指出阻燃剂含量的提高，会引起填料发生团聚导致材料加工性能的降低，以及介绍熔融指数是评价聚合物加工性能的有效手段。指导教师明确该主题实验内容包括熔融指数测试、成型工艺参数的优化和氧指数测试。在指导教师的指导下，学生设计阻燃电缆料配方，按照国家标准GB/T 3682.1-2018和GB/T 2406.2-2009分别进行熔融指数和氧指数数据采集，并探索阻燃剂剂含量对材料熔融指数和氧指数的影响规律。通过本主题实验，学生能够针对阻燃产品的性能指标或市场需求，选择合适阻燃剂、设计配方和优化成型工艺。三以学生培养为中心，改革考核方式及评价机制按照工程教育认证标准，本专业对《高分子材料与工程综合实验》的成绩评定方式进行改革。该课程总成绩采取百分制，平时成绩占60%，期末闭卷考试占40%，其中产品标准导向型探索实验、成型工艺验证型实验和仿真实验所占比重不同，分别为60%、30%和10%。平时成绩由实验操作和实验报告成绩(实验预习情况、实验步骤描述、数据现象记录与数据处理、结果分析与讨论和思考问题回答情况)组成。打破“一实验一报告”的现象，改为配方设计与性能分析为主的报告形式，强化实验配方设计，注重现象和原始数据记录，着重分析配方与性能之间的联系，建立依托产品标准设计材料配方的思维方式。在期末考试环节中设置开放性试题，以检测学生解决问题的能力为主，主要评价学生是否能具备利用理论知识解决实际复杂工程问题的能力。四以持续改进为目标，评价教学实施的效果相比于独立的实验项目，依托产品性能标准整合优化的实验项目使学生熟悉了企业产品的性能指标，提供了科研探索的机会，提升了分析问题和解决问题的能力。在实验课程中，学生更喜欢动手操作，更善于发现问题；在实验报告书写过程中，学生可以通过文献调查解释实验结果，评价样品是否到达性能指标，思考如何改进配方和工艺参数。另外，如图3所示，实验项目整合优化前的课程目标平均达成度为0.76，整合优化后的平均达成度为0.83，提升了7%。在持续改进过程中，教学改革前后学生整体能力明显得到了提升，这表明依托产品标准的实验改革对提高学生掌握理论知识和实验操作技能有实质性意义。10.14028/j.cnki.1003-3726.2024.23.338.F003图3《高分子材料与工程综合实验》改革前后课程目标达成度Figure 3Achievement degree of course objectives of Comprehensive Experiments of Polymer Materials before and after teaching reform五结语在工程教育理念的指引下，坚持以学生为中心，以产品标准为导向，对《高分子材料与工程综合实验》的实验项目进行整合优化，开设产品标准导向型实验，有助于调动学生的积极性和主动性，激发学生对高分子领域学科的兴趣，提升学生的综合素质和核心竞争力。该实验课程改革以产品标准为纽带构建材料配方、成型工艺和产品性能之间的联系，利于学生将碎片知识系统化，利于学生解决工程问题；实验教学过程中融入产业发展和科学前沿中涉及的复杂工程问题，为长期培养具备解决复杂工程问题能力的应用型、创新型人才奠定坚实的基础。因此，该实践课程改革对于应用型高校工科类本科实验教学具有很好的指导意义和借鉴作用。