面向高分子學(xué)科研究生的差示掃描量熱實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

耿潔婷 夏琳 華靜

摘 要：改革創(chuàng)新研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)，能夠有效激發(fā)研究生的科研興趣，培養(yǎng)研究生的自主科研能力。文章結(jié)合教學(xué)實(shí)際，對(duì)高分子學(xué)科研究生的差示掃描量熱實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革進(jìn)行探討，提出研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重點(diǎn)內(nèi)容：實(shí)現(xiàn)研究生在實(shí)驗(yàn)中的全程化參與和自主化設(shè)計(jì)，并全面提升實(shí)驗(yàn)教師師資力量。

關(guān)鍵詞：差示掃描量熱實(shí)驗(yàn);研究生;實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-3561（2021）26-0028-02

過去由于教育資源短缺，部分研究生在本科階段只在書本上學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)，或者只是集體觀摩教師演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)一知半解，動(dòng)手能力差。這導(dǎo)致研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)專注于實(shí)驗(yàn)原理、儀器操作等內(nèi)容的講解，教學(xué)內(nèi)容與本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相近?，F(xiàn)階段，經(jīng)過幾十年的教育教學(xué)改革與高校擴(kuò)招，我國已成為教育大國，國家和地方財(cái)政對(duì)高校的資金投入日益增加，各項(xiàng)建設(shè)經(jīng)費(fèi)使高校的實(shí)驗(yàn)室條件得到很大改善，基礎(chǔ)性的分析材料和表征結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)儀器已基本普及，本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量得到了顯著提升。因此，很多面向研究生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法已難以適應(yīng)現(xiàn)代高等教育的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與本科教學(xué)內(nèi)容雷同、不注重綜合性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等問題凸顯出來。

對(duì)現(xiàn)行研究生實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)內(nèi)容與方法進(jìn)行改革，是提高研究生培養(yǎng)質(zhì)量的有效途徑。差示掃描量熱實(shí)驗(yàn)（DSC）是將試樣與參比物置于程序降溫或升溫的相同環(huán)境中，用補(bǔ)償器測(cè)量使兩者溫度差值為零所必需的熱量對(duì)溫度（時(shí)間）的依賴關(guān)系的一種技術(shù)。本文以筆者所在學(xué)校的DSC實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，分三個(gè)方面探討研究生教學(xué)的改革重點(diǎn)。

一、實(shí)驗(yàn)的全程化參與

研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)研究生的動(dòng)手操作能力、科研創(chuàng)新能力具有重要作用。研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)是為讀研期間或今后的獨(dú)立科研工作打基礎(chǔ)。研究生相對(duì)于本科生，有著更強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)和理解能力，他們對(duì)實(shí)驗(yàn)課本或講義中有文字說明的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、樣品制備、?shí)驗(yàn)操作步驟和注意事項(xiàng)等能夠較好地理解。為進(jìn)一步加深他們的理解，教師可以錄制DSC操作視頻，如三維動(dòng)畫原理講解、具體的實(shí)驗(yàn)流程和安全規(guī)范等，并在開展實(shí)驗(yàn)前讓研究生自行安排時(shí)間觀看。

開展上機(jī)實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)改變由相關(guān)人員將實(shí)驗(yàn)全部準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。樣品稱量、制樣、氣體打開、開機(jī)、制冷機(jī)打開、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)定、數(shù)據(jù)處理和關(guān)機(jī)等均需學(xué)生獨(dú)立完成。指導(dǎo)教師從發(fā)揮主導(dǎo)作用變成發(fā)揮輔導(dǎo)作用，只在一旁提醒監(jiān)督。研究生必須掌握DSC實(shí)驗(yàn)的所有操作流程。

這種全程參與，能夠讓每個(gè)學(xué)生都擁有從前期準(zhǔn)備到提交報(bào)告全程獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的機(jī)會(huì)，能夠加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的記憶。此方法可以調(diào)動(dòng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，使學(xué)生由被動(dòng)接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，能夠提高學(xué)生的獨(dú)立操作能力、自學(xué)能力等。另外，此方法還能培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和統(tǒng)籌規(guī)劃的能力，幫助學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和認(rèn)真細(xì)致的科研作風(fēng)，為其以后的科研工作打下基礎(chǔ)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)科研人才的目標(biāo)。

二、實(shí)驗(yàn)的自主化設(shè)計(jì)

高分子學(xué)科科研工作要求研究生具有獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和操作實(shí)驗(yàn)的能力，并能根據(jù)課題方向查閱相關(guān)文獻(xiàn)。而一般文獻(xiàn)中往往只給出實(shí)驗(yàn)原理、樣品名稱和簡單的實(shí)驗(yàn)條件，這就需要研究生獨(dú)立地鉆研探索、設(shè)計(jì)方案并統(tǒng)籌實(shí)驗(yàn)。所以，實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須注重培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新思維。為此，研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須改變以往驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)思路，改為自主設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可由學(xué)生自由選擇，學(xué)生可選擇硫化程度不同的硫化膠、組分配比不同的共混膠、熱加工歷史不同的高分子材料、結(jié)晶度不同的高分子材料、課題組自己合成出來的高分子材料等進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生需要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，并根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果設(shè)定實(shí)驗(yàn)程序，如測(cè)試溫度區(qū)間、升降溫速率、恒溫時(shí)間、氣氛選擇等。指導(dǎo)教師主要是幫助學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)程序設(shè)定的合理性與可行性。實(shí)驗(yàn)操作分兩個(gè)部分，一是考察合成工藝或加工工藝對(duì)高分子結(jié)構(gòu)的影響，二是考察儀器的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。圖1和圖2為某研究生實(shí)驗(yàn)的兩部分內(nèi)容，分別測(cè)試了再生料的加入量對(duì)PP熔融的影響和降溫速度對(duì)PP結(jié)晶行為的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，需自行處理數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，分析實(shí)驗(yàn)成敗，并生成下次實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方案，進(jìn)而構(gòu)建并完善符合高分子學(xué)科研究生水平的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，為下一步科研工作打下基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)的自主化設(shè)計(jì)能夠?yàn)槿嫱七M(jìn)研究生素質(zhì)教育提供保障。通過實(shí)驗(yàn)的自主化設(shè)計(jì)，研究生的創(chuàng)新精神、科研實(shí)踐能力及科學(xué)素質(zhì)均能得到有效提升。研究生普遍反映參加完DSC實(shí)驗(yàn)課后，學(xué)習(xí)興趣和積極性明顯提高，感覺實(shí)驗(yàn)不再枯燥、機(jī)械，自己由被動(dòng)接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)索取知識(shí)。通過課前預(yù)習(xí)、查閱文獻(xiàn)、樣品選取、參數(shù)設(shè)定等實(shí)驗(yàn)的自主化設(shè)計(jì)，學(xué)生提高了自學(xué)能力，拓展了科研視角，接觸到新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，使各學(xué)科知識(shí)得以融會(huì)貫通。

三、師資力量的配備

要完成以上教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，需要有專門人員進(jìn)行全程監(jiān)管。理論課教師平時(shí)忙于授課與科研，很難有大量時(shí)間和精力用于指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，因此，實(shí)驗(yàn)教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起著至關(guān)重要的作用。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，大量高精尖設(shè)備引進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室，設(shè)備更新?lián)Q代速度大大加快，實(shí)驗(yàn)教師要熟練掌握這些先進(jìn)儀器設(shè)備的操作技術(shù)，還要注重開發(fā)儀器設(shè)備的更多用途，為研究生全程化參與和自主化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)保駕護(hù)航。為此，實(shí)驗(yàn)教師不僅需要具備匹配的專業(yè)知識(shí)技能，還要具備廣博的理論基礎(chǔ)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)應(yīng)被擺在同等重要的位置，實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)不斷豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、更新實(shí)驗(yàn)手段，把新的知識(shí)第一時(shí)間補(bǔ)充到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，培養(yǎng)研究生獨(dú)立思考問題并解決問題的能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，有針對(duì)性地改進(jìn)或改革?？傊ㄔO(shè)一支素質(zhì)優(yōu)良的實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍，是確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的保障。

筆者所在學(xué)校以DSC實(shí)驗(yàn)教學(xué)為試點(diǎn)，每周拿出兩天時(shí)間為研究生教學(xué)實(shí)驗(yàn)服務(wù)，由實(shí)驗(yàn)技術(shù)好且有時(shí)間的專職實(shí)驗(yàn)教師負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及管理。想要上DSC實(shí)驗(yàn)課的研究生可以在網(wǎng)上預(yù)約，選擇合適的時(shí)間段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。