《高分子物理》綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索*

吳　強(qiáng)，傅深淵，張　艷，李　倩，劉麗娜

(浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江　杭州　311300)

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《高分子物理》綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與探索*

吳強(qiáng)，傅深淵，張艷，李倩，劉麗娜

(浙江農(nóng)林大學(xué)工程學(xué)院，浙江杭州311300)

《高分子物理》是研究高分子的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與性能及其相互關(guān)系的課程，是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，但目前的高分子物理實(shí)驗(yàn)設(shè)置存在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主、層次不分明等不足，影響學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。本文介紹了《高分子物理》綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革在浙江農(nóng)林大學(xué)開展的一些探索，文中對(duì)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)置、課程實(shí)施條件和途徑進(jìn)行了闡述，初步嘗試表明綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)可調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性，加深理論與實(shí)踐聯(lián)系，提高教學(xué)質(zhì)量。

高分子物理；綜合性實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

《高分子物理》是研究高分子的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)與性能及其相互關(guān)系的學(xué)科，從它的學(xué)科特點(diǎn)來看，是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)；因此，通常開設(shè)高分子物理課程的同時(shí)都要求開設(shè)高分子物理實(shí)驗(yàn)課程?，F(xiàn)階段，浙江農(nóng)林大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)共開設(shè)24學(xué)時(shí)的高分子物理實(shí)驗(yàn)6項(xiàng)[1]，分別為偏光顯微鏡觀察聚合物球晶、烏氏粘度計(jì)測(cè)聚合物分子量、聚合物擠出注射成型演示實(shí)驗(yàn)、拉伸與沖擊性能測(cè)試、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)聚合物溶液粘度、聚合物電阻與介電常數(shù)測(cè)定。

然而，目前高分子物理實(shí)驗(yàn)課在一定程度上仍是理論課的輔助內(nèi)容和手段，存在一些明顯的缺陷[2]：一是實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性為主。目前，高分子物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容大都以驗(yàn)證高分子物理理論教學(xué)內(nèi)容為主要目的，開設(shè)的實(shí)驗(yàn)基本是相對(duì)獨(dú)立的，每個(gè)實(shí)驗(yàn)只對(duì)應(yīng)于某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)；且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)陳舊，不隨教學(xué)內(nèi)容變化進(jìn)行及時(shí)更新，不利于學(xué)生了解和學(xué)習(xí)最新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和研究手段。二是高分子物理實(shí)驗(yàn)設(shè)置沒有層次性。所有學(xué)生做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蠖枷嗤@無法調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，不利于培養(yǎng)優(yōu)秀創(chuàng)新性人才。三是實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容缺乏與工程生產(chǎn)的聯(lián)系性。學(xué)生缺少實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，希望通過實(shí)驗(yàn)，獲得對(duì)高分子物理知識(shí)系統(tǒng)、整體的認(rèn)識(shí)；如果在教學(xué)過程中不能對(duì)其進(jìn)行貼近真實(shí)生產(chǎn)過程的實(shí)驗(yàn)教育，很大程度上影響了實(shí)驗(yàn)技術(shù)訓(xùn)練的系統(tǒng)性，會(huì)影響到學(xué)生形成獨(dú)立的系統(tǒng)性思考問題和解決問題的能力。

1　開展《高分子物理》綜合實(shí)驗(yàn)的必要性

針對(duì)這些不足之處，國(guó)內(nèi)許多高校都進(jìn)行了不同層面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，其中開展綜合性實(shí)驗(yàn)被認(rèn)為是較為有效的手段[3-6]。綜合性實(shí)驗(yàn)是指在學(xué)生具有一定基礎(chǔ)知識(shí)和基本操作技能的基礎(chǔ)上，運(yùn)用某一課程或多種課程的綜合知識(shí)，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合性實(shí)驗(yàn)[7]。綜合性實(shí)驗(yàn)課的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)如下[8]：一是按照理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用技能的系統(tǒng)性和內(nèi)在聯(lián)系組織實(shí)驗(yàn)教學(xué)，體現(xiàn)科學(xué)發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的綜合性、前沿性；改變了過去只見樹木不見森林，缺乏系統(tǒng)性的弊端。二是充分體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的系統(tǒng)性、科學(xué)性與創(chuàng)造性訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、團(tuán)結(jié)協(xié)作精神，有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課的積極性和督促學(xué)生認(rèn)真對(duì)待實(shí)驗(yàn)課。三是更加合理地配置現(xiàn)有教學(xué)資源，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的利用率。四是與畢業(yè)實(shí)習(xí)和科研開發(fā)工作相配合，有利于生產(chǎn)實(shí)習(xí)、畢業(yè)論文和科學(xué)研究開展。因此，經(jīng)過調(diào)研，為了提高學(xué)生對(duì)高分子物理理論知識(shí)的系統(tǒng)理解和學(xué)習(xí)動(dòng)力，我們覺得有必要在我校高分子材料與工程專業(yè)開設(shè)《高分子物理》綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革。

2　《高分子物理》綜合實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施

2.1綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)置

我校高分子材料與工程專業(yè)于2009年建立，至今已有3屆本科學(xué)生畢業(yè)，4屆學(xué)生順利完成了現(xiàn)有的高分子物理實(shí)驗(yàn)、高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程。另外，學(xué)院依托國(guó)家木質(zhì)資源綜合高校利用工程中心，擁有原子力顯微鏡(AFM)，掃描電鏡(SEM)，差示掃描量熱儀(DSC)，傅里葉紅外光譜(FTIR)， X射線衍射儀(XRD)，動(dòng)態(tài)力學(xué)分析儀(DMA)，應(yīng)變型旋轉(zhuǎn)流變儀等高級(jí)實(shí)驗(yàn)儀器，適合開展高分子專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)。結(jié)合目前的《高分子物理》實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及相應(yīng)實(shí)驗(yàn)條件，目前，我們開設(shè)了2個(gè)高分子物理綜合實(shí)驗(yàn)，并在2013級(jí)高分子專業(yè)學(xué)生中進(jìn)行了嘗試。兩個(gè)高分子物理綜合實(shí)驗(yàn)分別為：

(1) 熱塑性材料加工制備及其力學(xué)性能表征綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模毫私舛喾N熱塑性高分子材料的加工特性與力學(xué)特性，掌握多種材料力學(xué)性能的表征手段；學(xué)會(huì)聚合物合金的制備方法，了解界面相容性在高分子合金中的重要性。

原料：常用熱塑性高分子(PP，PS，PVC，PLA等)，偶聯(lián)劑，改性劑等；

設(shè)備：微型擠出機(jī)、注射機(jī)、密煉機(jī)、力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、動(dòng)態(tài)力學(xué)試驗(yàn)機(jī)、沖擊試驗(yàn)機(jī)(簡(jiǎn)支梁、懸臂梁)、平板硫化機(jī)等；

樣品制備方法：采用熔融擠出注射直接制備熱塑性材料力學(xué)試樣標(biāo)準(zhǔn)樣品；通過密煉機(jī)混合再平板硫化機(jī)熱壓制備共混高分子材料力學(xué)試樣標(biāo)準(zhǔn)樣品；

力學(xué)性能表征：拉伸性能、沖擊性能和動(dòng)態(tài)力學(xué)性能(熱性能和流變性能可選擇)

(2)聚乙烯醇(PVA)材料制備與性能表征綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^實(shí)驗(yàn)，掌握PVA薄膜，纖維和水凝膠的制備方法及各種性能的表征方法；學(xué)生可以了解同一種原料通過不同的方法可以得到不同形態(tài)的材料，表現(xiàn)出不同的性能，應(yīng)用在不同的領(lǐng)域。

原料：PVA，環(huán)氧氯丙烷，NaOH，填料；

設(shè)備：力學(xué)試驗(yàn)機(jī)，靜電紡絲設(shè)備，冰箱，冷凍干燥機(jī)，掃描電鏡(SEM)，分析天平等；

樣品制備：薄膜制備——主要采用溶液澆鑄，PVA纖維——采用PVA溶液靜電紡絲，PVA物理凝膠——采用冷凍解凍法，PVA化學(xué)凝膠——采用環(huán)氧氯丙烷做交聯(lián)劑制備；

性能表征：拉伸性能，形態(tài)表征(SEM)，溶脹行為(稱重法)，熱性能等。

2.2具體實(shí)施

本次教學(xué)改革面向2013級(jí)高分子專業(yè)學(xué)生開設(shè)，學(xué)生可自由選擇兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)進(jìn)行組合，一般4～5人為一個(gè)小組，其中1人擔(dān)任小組長(zhǎng)，負(fù)責(zé)任務(wù)分解和具體實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中的協(xié)調(diào)，并根據(jù)小組成員的平時(shí)表現(xiàn)給出平時(shí)分。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備階段，要求組內(nèi)同學(xué)通過查閱文獻(xiàn)資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過教師審核后方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作；在實(shí)驗(yàn)過程中，要求同學(xué)們通過分析、討論、查閱資料來解決實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力與合作能力。

綜合實(shí)驗(yàn)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)包括2部分，平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告，平時(shí)成績(jī)一方面由組內(nèi)同學(xué)互相給出，另一方面教師在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中通過觀察和提問獲得；綜合性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)主要為了引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析原因、解決問題，因此，平時(shí)成績(jī)不僅僅看實(shí)驗(yàn)成功與否，更多地關(guān)注學(xué)生的解決問題能力和團(tuán)隊(duì)合作能力；最終根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告結(jié)合學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)給予綜合評(píng)分。

3　高分子物理綜合實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐成效

通過本次高分子物理綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革探索，加深了學(xué)生對(duì)高分子物理的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理的理解，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用高分子物理知識(shí)進(jìn)行分析問題和解決問題的能力，從而逐步形成較為完整的高分子物理知識(shí)體系。同時(shí)，通過高分子物理綜合實(shí)驗(yàn)課程，促進(jìn)了學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能、綜合運(yùn)用知識(shí)的能力以及創(chuàng)新能力的提高；特別是綜合實(shí)驗(yàn)的開設(shè)，激發(fā)了學(xué)生參與業(yè)余科研活動(dòng)的熱情，有更多的本科生加入到各個(gè)老師課題組進(jìn)行科學(xué)研究。此外，高分子物理綜合實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)立，有助于高分子物理課程體系的建設(shè)和完善。

[1]吳強(qiáng), 傅深淵, 宋平安, 等. 《高分子物理》理論與實(shí)驗(yàn)課程一體化教學(xué)模式初探[J], 廣州化工, 2014, 42(21): 225-227.

[2]徐世愛, 余若冰. 在高分子物理教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維[J], 化工高等教育, 2007, 24(6): 4-6.

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[4]趙孔銀, 趙義平, 陳莉, 等. 一個(gè)高分子水凝膠綜合實(shí)驗(yàn)的改革實(shí)踐與教學(xué)效果分析[J], 高分子通報(bào), 2013(12): 108-112

[5]邢紅宏, 梁承紅, 張紀(jì)磊. 充分利用綜合性實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)[J], 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2013, 32(2): 94-96

[6]夏茹, 周藝峰, 林宏云, 等.高分子專業(yè)大綜合實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置與實(shí)踐[J], 高分子通報(bào)，2010(12): 95-98.

[7]陳懷俠, 張必成, 蔡火操.實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容改革的實(shí)踐與思考[J], 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2001, 18(5): 103-104.

[8]吉愛國(guó).綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探討與實(shí)踐[J], 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2007, 46(1): 94-96.

Teaching Reform and Application for Comprehensive Experiment ofPolymerPhysics*

WUQiang,FUShen-yuan,ZHANGYan,LIQian,LIULi-na

(College of Engineering, Zhejiang A & F University, Zhejiang Hangzhou 311300, China)

PolymerPhysicscourse, which studies structure, relaxation and performance of polymers, is an experimental science. However, the presentPolymerPhysicsexperiment setup had several shortcomings, such as too many verification experiments, experimental level not clear and so on, which influenced the student creativity cultivating. Some explorations onPolymerPhysicscomprehensive experiment in Zhejiang A&F University were introduced, the characteristics, experimental setup and implementations were presented. It was suggested that thePolymerPhysicscomprehensive experiment had a great promotion to the student professional experimental and innovation ability.

PolymerPhysics; comprehensive experiment; teaching reform

浙江農(nóng)林大學(xué)校級(jí)教改研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：KG14147)。

吳強(qiáng)(1981-)，男，博士，副教授，從事高分子物理教學(xué)和聚合物流變學(xué)研究。

O631,G642.423

A

1001-9677(2016)05-0191-02