“高分子材料分析測試和研究方法實驗”課程的教學(xué)項目設(shè)計與初探

沈雪梅，張錦，李彤，朱林林，宋任遠(yuǎn)，李席

（1.安徽省硅基新材料工程實驗室，安徽 蚌埠 233030；2.蚌埠學(xué)院虛擬仿真中心，安徽 蚌埠 233030）

我國高分子類專業(yè)設(shè)置于二十世紀(jì)50 年代，是從化學(xué)和化工類專業(yè)中形成和分離出來，經(jīng)過前期的籌建，我校高分子材料與工程專業(yè)于2020年正式招生，培養(yǎng)從事與高分子材料相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)、工藝設(shè)計、生產(chǎn)管理、技術(shù)服務(wù)、科學(xué)研究等工作，具有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和國際化視野的高素質(zhì)應(yīng)用型專門人才[1-2]?！案叻肿硬牧戏治鰷y試和研究方法”是一門綜合了高分子化學(xué)、高分子物理、現(xiàn)代儀器分析技術(shù)的實踐應(yīng)用課程，是高分子材料與工程專業(yè)必修課，是在專業(yè)知識學(xué)習(xí)與應(yīng)用中的工具型學(xué)科，具有舉足輕重的地位。與之配套的實驗課“高分子材料分析測試和研究方法實驗”，是應(yīng)用理論知識解決實際問題的體現(xiàn)，是培養(yǎng)高分子材料工程師的基本訓(xùn)練，是幫助學(xué)生鞏固課堂理論知識、鍛煉操作能力、培養(yǎng)創(chuàng)新意識的學(xué)科[3-5]。實驗課服務(wù)于理論課，又升華于理論課，實驗教學(xué)能夠讓學(xué)生活學(xué)活用專業(yè)知識，能夠?qū)Ω叻肿硬牧现苽渑c改性、成型加工、工藝設(shè)計、生產(chǎn)加工中復(fù)雜問題進行識別、歸納和總結(jié)，夯實就業(yè)競爭力，因此本課程在高分子材料與工程專業(yè)中具有十分重要的地位。

1 課程教學(xué)現(xiàn)狀

“高分子材料分析測試和研究方法實驗”是一門要求綜合應(yīng)用學(xué)科知識，解決實際問題，具有較強理論聯(lián)系實踐的課程。在以往的實驗教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，該實驗課各項測試方法和技術(shù)之間聯(lián)系不緊密，涉及的知識面寬而深，學(xué)習(xí)難度大，導(dǎo)致有些學(xué)生基礎(chǔ)知識跟不上；測試技術(shù)所涉及的原理知識枯燥無味，教師“填鴨式”講授，導(dǎo)致學(xué)生對基本原理的理解不夠深入，不能靈活運用所學(xué)知識，學(xué)生沒有學(xué)習(xí)興趣；實驗資源、條件有限，大型精密儀器數(shù)量少，操作復(fù)雜，經(jīng)常由教師一人演示，學(xué)生得不到鍛煉的機會；實驗課考核沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，缺乏對細(xì)節(jié)的考查，容易出現(xiàn)“人情分”的不公平情況，削弱學(xué)生主動參與的積極性。如何避免這些問題，如何將該門課程的知識精準(zhǔn)地傳授給學(xué)生，讓學(xué)生真正地理解、學(xué)會每一項技術(shù)所包含的原理、使用方法和適用范圍，如何讓學(xué)生以后走向工作崗位，適應(yīng)社會需求打下良好的基礎(chǔ)，是本門課程教學(xué)過程中需要深入改革的問題。

2 教學(xué)改革措施

2.1 教學(xué)項目的設(shè)計

為了提高學(xué)生對理論知識的理解，幫助學(xué)生掌握高分子的官能團結(jié)構(gòu)、產(chǎn)物鑒別、聚集態(tài)、分子量、溶液特性、熱力學(xué)特性等，增加學(xué)生對儀器抽象的原理知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生對儀器熟練運用的能力。選取“高分子材料分析測試與研究方法”理論課程的重難點知識內(nèi)容，具體包含6個模塊（高分子的結(jié)構(gòu)分析、高分子的鑒別、高分子的分子量測定、高分子的熱性能分析、高分子的流動性能測定、高分子的力學(xué)性能測定）[6-7]，精心設(shè)計實驗項目，讓學(xué)生通過參與實驗項目掌握模塊的理論知識，應(yīng)用理論知識解決實際問題。該課程根據(jù)學(xué)時設(shè)置實驗項目數(shù)，每個實驗項目分小組進行，一組3～4 人，讓盡可能多的學(xué)生參與其中，見表1。

表1 教學(xué)項目設(shè)計

2.2 實驗教學(xué)方法及手段的優(yōu)化

2.2.1 利用仿真軟件完善教學(xué)過程

實驗教學(xué)是實踐性教學(xué)的一種組織形式，學(xué)生在特定的環(huán)境中利用儀器設(shè)備，在人為控制條件下，引起實驗對象的變化，通過觀察、測定和分析，獲得知識與發(fā)展能力。但是由于環(huán)境、場地、儀器設(shè)備和操作條件的限制，極大制約了學(xué)生練習(xí)的機會，例如紅外光譜儀的操作條件對濕度、溫度、CO2氣體含量有較嚴(yán)苛的要求，嚴(yán)格限制操作人數(shù)。在信息化時代的背景下，虛擬仿真實驗平臺的出現(xiàn)可使上述制約問題迎刃而解[8]。我們借助“儀器分析”課程中的歐貝爾仿真軟件平臺上的資源，為學(xué)生提供了直觀、形象的“紫外-可見吸收仿真軟件”“紅外吸收光譜儀仿真軟件”，可有效緩解實驗資源與教學(xué)需求之間的矛盾，拓展現(xiàn)實實驗教學(xué)的時間和空間維度，從而有效提高實驗教學(xué)效率。

2.2.2 利用生活現(xiàn)象激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

“高分子材料分析測試和研究方法實驗”作為一門實踐性很強的課程，其教學(xué)目的是培養(yǎng)能夠發(fā)現(xiàn)問題、解決問題、創(chuàng)新型的工程技術(shù)人才。因此，為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，在教學(xué)方法上采取理論聯(lián)系實際和課堂互動相結(jié)合的方式。在授課過程中，可將測試分析技術(shù)與高分子專業(yè)課中的知識點相結(jié)合，提出實際問題，引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)到的理論知識來解答，既活躍了課堂氣氛，激發(fā)了學(xué)生的探索熱情，又鍛煉了學(xué)生解決實際問題的能力，讓學(xué)生真正感受到現(xiàn)代測試分析儀器在材料領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用[9]。例如在講授“聚乙烯PE熔體流動速率的測定”時，引入生活中塑料制品的生產(chǎn)成型過程，塑料的熔體流動對充模脫模的影響，思考熔體流動速率測定時如何選擇熱塑性材料的壓力和溫度？學(xué)生通過回顧相關(guān)知識點，相互討論，發(fā)散思維，在操作中積累經(jīng)驗，獲得答案。

2.2.3 利用多媒體提高教學(xué)效果

實驗教材中對實驗原理及操作步驟進行了詳細(xì)描述，對實驗反應(yīng)現(xiàn)象的描述較少甚至沒有，因此在整個實驗過程中，學(xué)生對實驗操作較為生疏或是機械地照本宣科地操作，對操作順序或現(xiàn)象不做過多思考，靠教材作為單一的教學(xué)材料，難以完成實驗課程教學(xué)目標(biāo)。隨著科技的發(fā)展，多媒體教學(xué)的滲入，在授課過程中將實驗的操作流程及實驗結(jié)果錄制為音視頻[3]，建立與課程內(nèi)容配套的實驗影像資源，并在教學(xué)過程中借助多媒體設(shè)備進行展示，配合實驗操作，以此能夠使整個教學(xué)過程更加完善。教師也可以將實驗影像資源上傳到線上教學(xué)平臺，使學(xué)生能夠隨時隨地反復(fù)觀看實驗操作流程，從而提高課前預(yù)習(xí)、課后復(fù)習(xí)的效果。

2.3 實驗課考核標(biāo)準(zhǔn)的制定和量化

實驗課成績記錄及考核辦法是檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)情況、激發(fā)學(xué)生主動獲取知識、檢驗教學(xué)效果的重要教學(xué)環(huán)節(jié)，制定一個能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣又能體現(xiàn)教學(xué)效果、合理公正的考核標(biāo)準(zhǔn)具有十分重要的意義[10]。但是，在實驗課中學(xué)生的成績評定一直沒有統(tǒng)一且量化的標(biāo)準(zhǔn)，因而容易出現(xiàn)打“人情分”的情況，因此，我們在學(xué)院特色的形成性考核標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進行增設(shè)和量化，采用過程性考核和期末考核聯(lián)合的方式，多方位考查學(xué)生對知識的掌握情況。過程性考核內(nèi)容具體包含考勤、實驗預(yù)習(xí)、課堂提問或參與討論、課堂紀(jì)律、實驗操作、實驗記錄、實驗結(jié)果、實驗態(tài)度、分析解決問題。期末考核主要以實驗報告為準(zhǔn)，實驗報告考核內(nèi)容針對實驗實際操作的梳理、分析解決問題的能力、譜圖和數(shù)據(jù)的解析是否正確、課后問題的思考、文獻或資料的檢索情況給出相應(yīng)的評分。具體量化細(xì)則如表2和表3。

表2 過程性考核的檢查項目及分值細(xì)化表

表3 實驗報告的檢查項目及分值細(xì)化表

學(xué)生的課程期末綜合成績計算公式如下：

綜合成績=過程性考核分值*40%+期末考核分值*60%

其中，過程性考核分值=所有實驗項目過程性考核分值的總和/實驗項目數(shù)；期末考核分值=實驗報告所有項目考核分值的總和/實驗項目數(shù)。

最后，根據(jù)綜合成績評定課程考核等級，其中大于等于90 分為優(yōu)秀；大于等于70 分小于90 分為良好；大于等于60分小于70分為及格；小于60分為不及格。

3 結(jié)束語

通過與相關(guān)專業(yè)老師交流研討并實踐教學(xué)大綱的修訂、教學(xué)項目的設(shè)計、教學(xué)方法的改進、教學(xué)考核的細(xì)化，加強提升了教師的教學(xué)和育人能力；把復(fù)雜難懂的知識變成淺顯易懂、富有意思的授課內(nèi)容，結(jié)合公平公正的考核形式，有效提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和學(xué)習(xí)效果；更新實驗教學(xué)內(nèi)容，改進實驗教學(xué)方法，鍛煉學(xué)生基本實踐操作技能，訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膭?chuàng)新科學(xué)思維，推進高素質(zhì)應(yīng)用型專門人才培養(yǎng)步伐，為人才服務(wù)社會起到積極的引導(dǎo)作用。