国防特色专业背景下高分子失效课程改革理念

摘  要：高分子材料发展向高性能、高功能、智能化及绿色化趋势加速演进，对特定服役条件下高分子材料失效分析的研究和应用提出迫切需求，然而国内外高校高分子材料与工程专业课程设置对高分子材料失效理论重视不够，对学生面向工程化需求的实践能力培养不足。西北工业大学高分子材料与工程专业开设高分子失效课程，以“三航”（航空、航天、航海）为应用背景，构建“价值塑造-知识传授-能力培养-实践创新”四位一体教学模式，厚植学生“为国铸剑”的家国情怀，有效提升知识迁移、创新实践和工程应用能力，对培养卓越工程师等复合型创新人才，促进高分子材料行业高质量发展具有重要意义。

关键词：人才培养；高分子科学与工程；高分子失效；国防特色；课程改革

中图分类号：G642      文献标志码：A          文章编号：2096-000X（2025）08-0025-04

Abstract： The research and development of polymer materials has accelerated to the trend of high performance， high function， intelligence and greening， which puts forward an urgent demand for the research and application of polymer material failure analysis under specific service conditions. However， the curriculum of polymer materials and engineering majors at home and abroad does not pay enough attention to the failure theory of polymer materials， and fails to train students' practical ability to meet the needs of engineering. The specialty of polymer materials and Engineering of Northwestern Polytechnical University specially offers the course "Polymer Failure". With the application background of aviation， aerospace and navigation， the four-part teaching model of "value shaping - knowledge imparts - ability training - practice and innovation" has been built to cultivate students' patriotism. Effectively improving the ability of knowledge transfer， innovation practice and engineering application is of great significance to cultivate composite innovative talents such as "excellent engineers"， and promote the high-quality development of the polymer material industry.

Keywords： cultivation of talents; polymer science and engineering; polymer failure; national defense specialty; curriculum reform

高分子材料与工程是材料学与软物质科学交叉融合的前沿研究方向，在航空、航天、航海、智能制造、信息技术、新能源、生命科学、健康与医疗等领域具有重要价值[1-3]。近年来，高分子材料向高性能、高功能、智能化及绿色化趋势加速演进，对特定服役条件下高分子材料失效分析的研究和应用提出了迫切需求。当前，国内外高校高分子材料与工程专业课程设置，大多以传统的高分子物理与化学为主要教学内容[4-5]，对高分子材料失效理论的传授重视不够，对学生面向工程化需求的实践能力培养不足，与高分子材料行业发展需求有所脱节。

高分子材料与工程专业重点培养在高分子材料及其复合材料合成、制备、改性和加工成型等领域，从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的工程技术人才[6-7]。国防特色高校秉持“铸国之重器、育国之栋梁”的立校之本，在服务国家重大战略，积极培育和发展新质生产力、形成新质战斗力方面具有特殊重要使命[8-10]。面对高分子材料行业人才培养需求，西北工业大学高分子材料与工程专业专门开设高分子失效课程，以“三航”（航空、航天、航海）为应用背景，构建了“价值塑造-知识传授-能力培养-实践创新”四位一体教学模式，厚植学生“为国铸剑”的家国情怀，有效提升知识迁移和工程应用能力，培养了一批高分子材料领域的复合型创新人才[11]。

一  高分子失效课程建设目标与教学重点设计

（一）  高分子失效课程建设历史和基本情况

西北工业大学在推进《一流本科人才培养行动计划》时，将一流课程建设视为关键任务，这一决策充分体现了学校对于高等教育质量提升和人才培养的高度重视。一流课程建设不仅是教学内容和方法的革新，更是教育理念、培养目标与时代需求深度融合的体现。西北工业大学通过推进一流课程建设这一关键任务，旨在全面提升本科人才培养质量，培养更多具有家国情怀、追求卓越、引领未来的领军人才，为国家和社会的发展贡献智慧和力量。

高分子失效课程是高分子材料与工程相关专业的核心课程，为强化学生对高分子材料高素质领军创新人才培养的支撑作用，通过理论教学结合典型失效实验开展了线上、线下混合式课程建设探索，通过将高分子材料的典型工程应用案例与课程思政元素相关联，结合高分子失效分析实验和现代分析测试技术，并利用翻转课堂、研讨式教学、启发式教学等先进教学方法进行了混合式教学改革探索，有效拓展了课程的深度和广度，提升了课程高阶性、创新性和挑战度，取得了良好的教学效果。

（二）  高分子失效课程建设目标

高分子失效课程以高分子材料力学性能为基础，系统讲解高分子材料的主要失效机理及分析方法，并结合断裂参数的理论背景及其在工程应用中的情况，阐述高分子材料工程应用、服役情况及失效机制，培养学生具备强烈社会责任感、坚实理论基础和综合实践素养，具体见表1。

（三）  高分子失效课程教学重点

一是加强理想信念教育，增强服务国家重大战略的使命感与责任感。发掘高分子失效分析与学生价值塑造相关案例，建立高分子失效典型案例分析方法，培养具有坚实的高分子材料与工程专业理论基础与实践经验的综合型科技人才，培养学生材料报国的远大志向。

二是提高实践教学比重，引导学生深刻理解高分子失效机理和方法。传统高分子专业侧重于工程塑料的加工及其复合材料性能表征，忽视了现代分析测试方法对高分子材料失效分析促进作用。因此，需要强化专业理论知识与实践能力的结合，将高分子材料性能测试、断裂力学、现代分析方法等融入高分子失效理论课程的相关章节。在高分子失效理论知识的基础上，运用成分分析、热分析、裂解分析、断口分析及其他物理性能分析等，设计一系列由于高分子材料断裂、老化、裂纹等引起失效的实践教学与理论教学知识点相呼应，让学生掌握高分子材料应用—失效检测—分析测试—报告等系统的失效研究过程，深刻理解高分子失效的机理和方法。

三是强化工程案例应用，培养学生关注行业痛点、解决实际问题的意识和能力。工程应用教学是促进创新创业的有效策略。国内外高校高分子科学与工程专业设计多集中在传统的高分子物理与化学的教学内容，而对高分子失效方面涉及较少。由于课程的缺乏和课时的限制，高分子专业的学生开展科研与工程应用实践严重不足，相关教材严重缺乏。因此，需要结合基础理论知识和材料科技前沿将典型高分子工程应用引入到课程体系，发掘高分子材料学科的相关科研项目和工程应用案例，通过失效分析提高高分子工程部件的设计和产品质量。

二  高分子失效课程教学理念与模式构建

高分子失效课程不仅借鉴了国内、外本科人才培养的先进理念和模式，而且结合西北工业大学工科背景和国防应用特色高分子材料与工程专业培训的特色，以学生为中心，在解决实际问题的基础上强调科学研究的态度和方法，利用翻转课堂、研讨式教学、案例学习等多种教学方法打造学习共同体。通过本课程学习，学生对高分子失效的基本原理与模式有了全面、系统的认识，为日后继续深造、从事高分子方面的教学、科研与开发工作打下坚实的基础。

本课程在教学模式构建中，遵循理论与实践并重的基本理念，注重将理论教学与案例教学相结合，理论教学与实验教学相结合，紧扣课程目标和教学重点，推动“价值塑造-知识传授-能力培养-实践创新”四位一体循环贯通，全方位提升学生情感、价值、知识、技能多维度综合素养（图1）。

图1  高分子失效课程“四位一体”教学模式

在教学过程中，首先介绍高分子降解和失效的区别，高分子失效基本概念，环境温度和应力速率对高分子断裂失效的影响，裂纹扩展和断裂概念，高分子失效的分析测试方法。结合西北工业大学国防特色背景，深刻理解高分子工程部件在测试和使用中的失效模式和失效分析，构建新的课程内容体系。

其次，着重介绍高分子弹塑性断裂力学和蠕变，讲述材料断裂韧性测试的标准和基本方法，进一步开展断裂韧性测试应用。通过将高分子材料测试、断裂力学、现代分析方法等融入高分子失效课程内容，使学生深入理解高分子失效检测与分析方法。激发学生对高分子材料应用过程中可能产生问题的思考，培养学生认识和掌握从高分子工程部件设计到失效分析手段的综合能力。

最后，通过高分子失效分析加强专业理论知识与实践能力的综合素质，主要包括典型高分子材料的紫外辐照降解实验、疲劳失效实验、高温条件下应力应变行为及断裂实验，构建出完整的专业知识体系与科研素养，使学生全面深刻地理解高分子材料失效分析。

在实践教学中借鉴西北工业大学与其他高校高分子材料学科的相关实践课程，充分利用学校共享平台资源。本课程将西北工业大学典型高分子材料工程应用案例引入高分子材料失效检测和分析，激发学生的学习热情和兴趣，提高本课程课堂教学的吸引力，促进能力培养、知识传授与价值塑造齐头并进。学生以团队形式开展实验操作并完成特定命题的失效分析，培养学生的思辨能力，发现问题、分析问题和解决问题的能力，以及实践动手能力。利用高分子材料服役条件的区别，“人为”引入变量而使结果出现差异，引导学生通过观察现象，回忆理论课知识点，解释失效分析的根源，加深对理论课知识点的活学活用。同时，引导学生对实验中的理论知识进行讲解，培养其进行学术汇报和演讲的能力，通过高分子材料在“三航”中的应用案例，培养学生材料报国的家国情怀。

三  高分子失效课程教学思路与方法创新

（一）  通过“断裂韧性实验测试”深化理论理解透彻度

高分子失效课程综合了化学、材料、力学和工程学等交叉学科的内容，课程理论教学主要包括：高分子失效基本概念和方式、检测方法、裂纹扩展力的断裂力学概念、应变能释放率、裂纹尖端应力、应力强度因子、弹塑性断裂力学和断裂能，以及裂纹尖端应力与环境因素的相互作用，可能导致这种失效模式的环境条件，蠕变和应力松弛等重要失效模式。授课过程中，介绍高分子失效基本概念和分析方法、温度和应力速率对失效的影响、裂纹扩展和断裂概念；高分子弹塑性断裂力学和蠕变，讲述材料断裂韧性测试的实验标准和基本方法，进一步开展断裂韧性测试应用。通过将高分子材料测试、断裂力学、现代分析方法等融入高分子失效配套的实验课程，使学生深入掌握高分子失效检测与分析方法。运用成分分析（光谱、X射线衍射）、热分析（差示扫描量热法、热重分析）、裂解分析（色谱分析）、断口分析（扫描电子显微镜、X射线能谱仪）及其他物理性能分析（万能试验机）等方法进行高分子失效分析。使学生能够通过理论结合实践深刻理解高分子材料降解以及由于老化、裂纹、应力腐蚀和蠕变等导致的高分子失效，了解高分子材料失效的主要机理和分析方法。针对高分子材料的断裂韧性实验测试，让学生进行断裂韧性实验标准—试样设计制备方法—结果分析—测试方法在工程和新材料的应用的系统性学习，将专业知识、工程应用与材料科技前沿相结合，使学生能构建出完整的专业知识体系，系统提升科研素养，对材料测试领域具有全面深刻的理解。