《功能材料綜合實驗》課程教學(xué)改革的研究

楊菁菁 周仕龍 周健 朱云峰 楊潤苗

【摘 要】分析傳統(tǒng)功能材料專業(yè)實踐課程教學(xué)的特點及發(fā)展趨勢，介紹我院該課程教學(xué)改革與實踐，通過功能材料綜合實驗課程教學(xué)體系的改革和完善，使得該專業(yè)的實驗教學(xué)更突出專業(yè)特色，貼近功能材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不僅提高了教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生的工程素質(zhì)也得到一定程度的提高。

【關(guān)鍵詞】功能材料；綜合實驗；教學(xué)改革

中圖分類號： G642.307 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）21-0062-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.21.028

【Abstract】Analyzing the characteristic and trend of development on traditional teaching of comprehensive experiment of functional material.This paper introduces the reform and practice of the course at this college.Through the reform and perfection of the course that makes the professional experiment teaching more close to the materials science and technology development，It is not only improving the education quality but also improving students ability of engineering practice.

【Key words】Functional material；Comprehensive experiment；Reform

0 引言

隨著科技生產(chǎn)的不斷進(jìn)步，功能材料不斷向高性能化、高功能化、復(fù)合化、精細(xì)化和智能化方向發(fā)展。現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)要求聚合物具有更為優(yōu)秀的物理、化學(xué)功能和生物功能等，用傳統(tǒng)的高聚物進(jìn)行功能化改性制得的具有特殊功能的復(fù)合材料，在電子學(xué)、光學(xué)、生物學(xué)和機械等許多領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，已成為各國的研究熱點，它可滿足各個領(lǐng)域?qū)δ懿牧系男枨蟆?/p>

我院功能材料（功能高分子材料方向）專業(yè)是一個新專業(yè)，實踐教學(xué)管理還在不斷改進(jìn)和探索發(fā)展中，可塑性很強，有較大的提升空間，專業(yè)在課程設(shè)置和培養(yǎng)模式等方面能夠適應(yīng)市場和區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，開設(shè)的功能材料綜合實驗課程實驗內(nèi)容不斷更新，能夠適時創(chuàng)建適應(yīng)新時期需求的人才培養(yǎng)模式和方案，使新專業(yè)煥發(fā)出生機和活力。本課程教學(xué)目標(biāo)是：（1）培養(yǎng)功能材料專業(yè)學(xué)生材料的配方設(shè)計及使用相關(guān)儀器設(shè)備制備功能化改性材料的能力；（2）培養(yǎng)學(xué)生使用高精尖的測試儀器對改性后的材料進(jìn)行性能測試、結(jié)構(gòu)分析及表征能力；（3）培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)市場需求和產(chǎn)品性能特點的功能材料的研發(fā)能力，以期達(dá)到學(xué)校本科工程技術(shù)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)[1]。

1 功能材料專業(yè)實踐課程的特點及發(fā)展趨勢

目前，部分高校的傳統(tǒng)功能材料專業(yè)沒有將實驗課程作為一個獨立學(xué)科而是從屬于某一學(xué)科進(jìn)行研究和教學(xué)，還有些高校功能材料專業(yè)沒有突出功能化特點，開設(shè)的實驗內(nèi)容較單一陳舊，設(shè)計制備的材料結(jié)構(gòu)多樣化，功能新穎化程度不突出。因此，在傳統(tǒng)功能材料專業(yè)人才培養(yǎng)模式下培養(yǎng)的學(xué)生知識面窄，知識結(jié)構(gòu)不夠合理，研發(fā)能力較弱，缺乏創(chuàng)新意識，體現(xiàn)不出功能材料專業(yè)的特點，已經(jīng)不能適應(yīng)新時代的要求。

現(xiàn)已有大量高校功能材料專業(yè)為了配合經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，同時迎合企業(yè)的生產(chǎn)需要，在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，更加重視實踐教學(xué)，引入功能化改性實驗課程體系，功能材料制備時用到的新材料合成制備知識，加工課程及分析測試技術(shù)不再分門別類，這些課程的界限逐漸模糊，課程體系建立時已作為一個整體考慮，同時開設(shè)生物材料，納米材料等相關(guān)理論課程，系統(tǒng)介紹功能化高分子材料的特點與應(yīng)用，以此形成整體理論及實踐教學(xué)體系。這就將功能材料專業(yè)課程體系的創(chuàng)新設(shè)計與我國原有的專業(yè)設(shè)置和課程設(shè)置情況相結(jié)合，并在這個背景下，更加突出功能化特點[2-3]。

實踐教學(xué)是進(jìn)行科學(xué)研究和提高技術(shù)水平的重要手段。開展實踐教學(xué)能夠直接檢驗理論教學(xué)成果，增加學(xué)生的理論學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生綜合素質(zhì)和實踐動手能力，培養(yǎng)學(xué)生的自主創(chuàng)新意識和解決實際問題的能力，為盡快培養(yǎng)出功能材料領(lǐng)域中社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展急需的高素質(zhì)人才，實踐教學(xué)的改革和發(fā)展是當(dāng)務(wù)之急。

2 我院《功能材料綜合實驗》課程教學(xué)改革的整體思路

2.1 首先建立高分子材料改性綜合設(shè)計性實驗教學(xué)課程新體系

功能材料是在高分子改性材料的基礎(chǔ)上建立起來的，與高分子改性材料的發(fā)展密切相關(guān)，是改性高分子材料的延續(xù)和升級。我院將傳統(tǒng)的高分子材料成型加工實驗，材料性能測試實驗，材料分析實驗等合并，打破實驗課程之間的界限，建立新的實踐課程體系：高分子材料改性綜合實驗課程。通過該課程培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計制備常用高分子改性材料的能力[3]。

例如高分子材料改性綜合實驗課程中的碳纖維增強PA66復(fù)合材料的制備實驗，不是生搬硬套傳統(tǒng)的教學(xué)方法，制定好實驗方案，讓學(xué)生按部就班的配料稱料，按照儀器的操作說明制備改性材料即可。而是引導(dǎo)學(xué)生首先應(yīng)用基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)的知識結(jié)合傅里葉紅外光譜儀、色譜儀等測試手段對改性聚合物基體原料結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗證分析，得知PA66是由己二胺和己二酸縮聚得到，具有良好的韌性和耐磨性，但其剛性不足，限制了它的應(yīng)用，需要增強改性；運用助劑的知識可選擇碳纖維作為增強材料，但由于碳纖維與機體材料相容性不好，先選用表面改性劑對其進(jìn)行表面處理，提高碳纖維與基體材料的相容性，進(jìn)而制備出碳纖維分散均勻且剛性較高的PA66復(fù)合材料；然后靈活運用學(xué)?，F(xiàn)有儀器設(shè)備，對改性材料力學(xué)性能，耐熱性能等進(jìn)行測試分析[4-6]。這就在實驗中夯實了學(xué)生的理論基礎(chǔ)，熟悉了測試儀器的應(yīng)用領(lǐng)域和操作方法，參與了配方設(shè)計的全過程，讓學(xué)生切實掌握高分子改性材料的制備和測試方法。

2.2 以高分子材料改性綜合設(shè)計性實驗為依托，制備功能化高分子改性材料

功能材料不同于傳統(tǒng)意義上的高分子材料，要突出材料功能化特點，需在高分子改性材料的基礎(chǔ)上加入功能化助劑。學(xué)生在先行學(xué)好高分子材料改性的方法，相關(guān)儀器設(shè)備的操作及有獨立分析材料改性效果能力的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論學(xué)習(xí)，通過添加功能化助劑，調(diào)整其在改性高分子材料中的配比，來實現(xiàn)復(fù)合材料功能化的目標(biāo)[3]。上例中通過高分子材料改性綜合實驗課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，學(xué)生掌握了碳纖維增強PA66復(fù)合材料的制備方法，在此基礎(chǔ)上引入功能化填料或者基團(tuán)，可以制備碳纖維增強尼龍基導(dǎo)熱復(fù)合材料，在增強后的PA66基體中加入導(dǎo)熱填料石墨獲得聚合物功能基材料，實現(xiàn)聚合物材料的功能化改性。這樣在前期傳統(tǒng)高聚物材料改性方法學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上引入功能化的概念，與高分子改性材料制備實驗有效銜接，更容易讓學(xué)生理解和掌握功能材料的配方設(shè)計理念，制備方法的選擇以及材料性能的鑒定方法。

2.3 進(jìn)一步采用“科學(xué)研究滲入實驗教學(xué)”的教學(xué)模式

將教師的科研成果和企業(yè)需求引入實驗教學(xué)內(nèi)容中，可保持實驗課題的前瞻行，提升學(xué)生開展實驗研究的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗分析和解決實際生產(chǎn)問題的能力。

功能材料改性的研究源于生產(chǎn)實際，功能材料的發(fā)展離不開市場的需求。因此高校實驗教學(xué)內(nèi)容要與實際應(yīng)用相結(jié)合，要緊跟功能材料科學(xué)發(fā)展的腳步。我院《功能材料綜合實驗》課程教學(xué)一方面把教師的最新科研成果充實到實驗中去，設(shè)計出與科研課題相結(jié)合的學(xué)生實驗，通過這些內(nèi)容的引入，可以始終保持實驗課題研究的前瞻性和先進(jìn)性，使學(xué)生可以接觸到本專業(yè)的最前沿領(lǐng)域，擴大學(xué)生知識面，同時激發(fā)學(xué)生開展科研性實驗的興趣以及提高他們的理論知識水平，培養(yǎng)他們創(chuàng)新性科學(xué)研究的意識[7]。另一方面將企業(yè)需要解決的問題引入學(xué)生實驗中，使得學(xué)生能盡早的了解行業(yè)的發(fā)展和企業(yè)的需求，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)知識學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，積極主動地去學(xué)習(xí)，幫助其盡早做出合理的人生規(guī)劃，為學(xué)生畢業(yè)就業(yè)和畢業(yè)后盡快適應(yīng)企業(yè)生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

3 總結(jié)

為了更好貼合功能材料領(lǐng)域市場發(fā)展需要，功能材料綜合實驗課程改革應(yīng)該在夯實學(xué)生高分子材料改性實驗訓(xùn)練的基礎(chǔ)上更加突出材料功能化改性特點，同時引入教師研究成果和企業(yè)需求，培養(yǎng)學(xué)生制備功能化改性材料的能力，為學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)提高及今后的就業(yè)打好堅實基礎(chǔ)，以期達(dá)到學(xué)校培養(yǎng)工程技術(shù)應(yīng)用型本科人才的教學(xué)目標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】

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