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高分子材料與工程專業(yè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的構(gòu)建與成效論文
摘要：概述了目前國(guó)內(nèi)高校高分子材料與工程專業(yè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的共性問(wèn)題和關(guān)鍵問(wèn)題。提出了高分子材料與工程專業(yè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程由基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)，綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)三個(gè)模塊組成的新教學(xué)體系，并在每個(gè)模塊中引入一些綜合性和應(yīng)用性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。實(shí)踐證明所構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、應(yīng)用與實(shí)踐能力方面起到了較好的效果。
關(guān)鍵詞：高分子材料；高分子化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)
高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高分子化學(xué)課程教學(xué)的一種最有效的實(shí)踐教學(xué)形式，它可以幫助和促進(jìn)學(xué)生課堂理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與消化，建立和鞏固高分子化學(xué)基本概念和理論，獲取高分子化學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)科學(xué)素質(zhì)和操作技能。我國(guó)著名化學(xué)家戴安邦指出：“只傳授化學(xué)知識(shí)和技術(shù)的化學(xué)教育是片面的，全面的化學(xué)教育要求既傳授化學(xué)知識(shí)和技巧，又訓(xùn)練科學(xué)方法與思維，還培養(yǎng)科學(xué)精神和品德，學(xué)生在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中是學(xué)習(xí)的主體，在教師指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練用實(shí)驗(yàn)解決化學(xué)問(wèn)題，使各項(xiàng)智力皆得到發(fā)展”。這番話指出了開設(shè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的深刻內(nèi)涵和重要價(jià)值。2004年國(guó)家教育部頒布的《普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作水平評(píng)估方案》在評(píng)估指標(biāo)的二級(jí)指標(biāo)“實(shí)踐教學(xué)”中，從“實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容與體系，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課的比例及效果，實(shí)驗(yàn)室開放”三個(gè)方面明確了實(shí)踐教學(xué)改革和發(fā)展的方向。近幾年高校的化學(xué)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革取得了令人矚目的成果。高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)是很多高校在近年來(lái)新開設(shè)的專業(yè)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)與改革方面的成果積累較少，尤其高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用陳舊的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法依然居多。通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)高校高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)的高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)依然不同程度地存在一些問(wèn)題。
一、高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀剖析
1。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系和內(nèi)容欠爭(zhēng)理
多數(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)附屬于理論教學(xué)，沒(méi)有單獨(dú)設(shè)課和單獨(dú)考核，實(shí)驗(yàn)課時(shí)相對(duì)較少雖然有些高校高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)已經(jīng)獨(dú)立設(shè)課，但僅作為考查課。實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中傳統(tǒng)的、陳舊的實(shí)驗(yàn)較多，而體現(xiàn)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展成果的實(shí)驗(yàn)很少認(rèn)知性、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)所占的比理偏高，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的綜合性、設(shè)計(jì)性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性的實(shí)驗(yàn)偏少，而且實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)偏重于理論，突出高分子材料應(yīng)用性特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)太少，不利于培養(yǎng)學(xué)生的工程觀念。
2。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法單一
學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)講義預(yù)習(xí)，然后進(jìn)實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)前教師把實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、儀器使用方法、測(cè)試方法、實(shí)驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)記錄表格及數(shù)據(jù)處理方法等進(jìn)行詳細(xì)的集中講解。學(xué)生只需按教師指導(dǎo)的過(guò)程按部就班或者依照講義“照方抓藥”，就可以完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)。一部分學(xué)生糊里糊涂地來(lái)到實(shí)驗(yàn)室，只動(dòng)手不動(dòng)腦地完成實(shí)驗(yàn)，然后又迷迷糊糊地離開實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和結(jié)果沒(méi)有給他們留下太深的印象，對(duì)學(xué)生觀察能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力以及創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)都很不夠。這種統(tǒng)一模式、統(tǒng)一要求、齊步走的教學(xué)方法，一方面造成了學(xué)生對(duì)教師的過(guò)分依賴，另一方面抑制了學(xué)生個(gè)性思維的發(fā)展和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
3。實(shí)驗(yàn)?zāi)蹖W(xué)手段落后
在現(xiàn)代信息技術(shù)迅速發(fā)展的今天，雖然網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)等現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)在理論教學(xué)中得到了普遍應(yīng)用，但虛擬、仿真等實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段未能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推廣應(yīng)用。這樣對(duì)于一些耗費(fèi)過(guò)高、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、毒性過(guò)大、危險(xiǎn)性過(guò)高的實(shí)驗(yàn)，只能最低限度地開設(shè)，且開設(shè)過(guò)程中費(fèi)用大和危險(xiǎn)性高，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)此類重要實(shí)驗(yàn)缺乏足夠的認(rèn)知和感受的機(jī)會(huì)。
二、新教學(xué)模塊的實(shí)踐性探索與成效
針對(duì)目前國(guó)內(nèi)高校高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的一些問(wèn)題，借鑒其他化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的優(yōu)秀成果，提出了基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的三個(gè)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊體系，并在每個(gè)模塊中結(jié)合常熟理工學(xué)院教師的科研成果引入_些新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，采用開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)新的體系和教學(xué)方法在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和工程實(shí)踐能力方面起到了較好的效果。
1。基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊
基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)?zāi)K構(gòu)建的目的著重建立高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)與相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)之間的有機(jī)聯(lián)系。培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)、清潔衛(wèi)生習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。訓(xùn)練學(xué)生掌握熟練規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作技能和技巧，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的實(shí)施打下良好的基礎(chǔ)。
基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)?zāi)K的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)在課時(shí)總量的40%～50%為宜，課時(shí)數(shù)約30學(xué)時(shí)，開設(shè)8～10個(gè)實(shí)驗(yàn)。教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)涉及到高分子化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，如自由基、陰離子，陽(yáng)離子等連鎖反應(yīng)機(jī)理，縮聚、基團(tuán)轉(zhuǎn)移聚合等逐步反應(yīng)機(jī)理，開環(huán)聚合反應(yīng)機(jī)理等。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施方法方面涉及到本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合、乳液聚合、熔融縮聚、界面縮聚等。如設(shè)計(jì)膨脹計(jì)發(fā)測(cè)定苯乙烯本體聚合動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生直觀感受到了誘導(dǎo)期概念、聚合過(guò)程體積減小的現(xiàn)象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化學(xué)理論知識(shí)。設(shè)計(jì)過(guò)硫酸鉀引發(fā)甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合實(shí)驗(yàn)，除讓學(xué)生明確了乳液聚合的基本原理外，還了解到了聚合物大分子鏈端基的重要作用。設(shè)計(jì)己二酰氯和己二胺界面縮聚實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生深入理解了界面縮聚的概念和聚合物的可紡成纖性能等主要高分子知識(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)一些自由基、陰離子、陽(yáng)離子等連鎖反應(yīng)機(jī)理的實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握了活性中心的概念，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中認(rèn)知了這些引發(fā)劑的活性、安全使用和貯存事項(xiàng)。
2。綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊
綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊旨在培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的實(shí)際動(dòng)手能力，自主設(shè)計(jì)和分析解決問(wèn)題的能力。本實(shí)驗(yàn)?zāi)K是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的較高層次，注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自主設(shè)計(jì)性和綜合性。
教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)在課時(shí)總量的20%～25%為宜，課時(shí)數(shù)約15學(xué)時(shí)，開設(shè)2～3個(gè)實(shí)驗(yàn)。本教學(xué)模塊的特點(diǎn)之一是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的綜合性，可以將同一門課的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，或者是幾門課的實(shí)驗(yàn)組合在一起，形成一個(gè)大實(shí)驗(yàn)。本教學(xué)模塊的特點(diǎn)之二是實(shí)驗(yàn)方案的靈活性和設(shè)計(jì)性，側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的意識(shí)和良好習(xí)慣。例如關(guān)于高分子合成實(shí)驗(yàn)先確定好采用的聚合機(jī)理和聚合方法，在原材料配方組成、引發(fā)劑種類及用量、合成溫度等工藝條件方面給出一個(gè)大致的框架，然后讓學(xué)生在所給的框架內(nèi)進(jìn)行自行設(shè)計(jì)和實(shí)施實(shí)驗(yàn)。譬如懸浮法制備聚苯乙烯珠粒實(shí)驗(yàn)，水的用量范圍為苯乙烯質(zhì)量的100%～200%、分散劑為磷酸鈣或聚乙烯醇兩種、引發(fā)劑過(guò)氧化二苯甲酰用量為苯乙烯質(zhì)量的0。2%～1。0%、反應(yīng)溫度設(shè)定在75℃～85℃范圍等。學(xué)生通過(guò)自行設(shè)計(jì)的方案實(shí)施實(shí)驗(yàn)獲得了不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)對(duì)不同組之間實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析，找到了影響懸浮法制備聚苯乙烯珠粒的一些因素，激發(fā)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的興趣，發(fā)揮了學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。
3。研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊
設(shè)置研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊培養(yǎng)學(xué)生的科研和創(chuàng)新意識(shí)、提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和應(yīng)用開發(fā)能力，為實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)高質(zhì)量的應(yīng)用型人才的教育目標(biāo)提供重要的教學(xué)內(nèi)容實(shí)體支撐。 本實(shí)驗(yàn)?zāi)K是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最高層次，注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立自主陛、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性，教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)在課時(shí)總量的20%～25%為宜，課時(shí)數(shù)約15學(xué)時(shí)，開設(shè)2～3個(gè)實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的特點(diǎn)之一是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的獨(dú)立自主性和綜合性。也就是說(shuō)確定好實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教師指導(dǎo)下獨(dú)立自主地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方案的調(diào)研、設(shè)計(jì)、實(shí)施和結(jié)果分析。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)模塊的特點(diǎn)之二是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的應(yīng)用性和創(chuàng)新性，所擬定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目必須關(guān)聯(lián)生產(chǎn)實(shí)踐中的聚合物產(chǎn)品，充分體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的應(yīng)用性。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)主要針對(duì)這些高分子產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)踐中存在的共性問(wèn)題和關(guān)鍵問(wèn)題的解決來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性很高，樂(lè)此不疲，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新
意識(shí)和展示高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用性特征提供了最佳學(xué)習(xí)平臺(tái)，尤其是開發(fā)一些聯(lián)系生活實(shí)際的應(yīng)用型實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生親身感受到高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)用價(jià)值，能強(qiáng)烈激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造動(dòng)機(jī)。此外，研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)往往需要多名學(xué)生共同完成，有利于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。例如，聚氨酯絕緣漆的制備及性能測(cè)定實(shí)驗(yàn)，每個(gè)學(xué)生做一個(gè)實(shí)驗(yàn)配方，每5名學(xué)生一組，5名學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合在一起可以得出高分子樹脂配方組成與漆膜性能之間的關(guān)系曲線，以及固化條件與漆膜性能之間的關(guān)系曲線。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，5名學(xué)生要共同安排實(shí)驗(yàn)方案，盡量保持操作的一致性，最后得出的結(jié)果要呈規(guī)律性變化。如果有一名學(xué)生操作有誤，這個(gè)實(shí)驗(yàn)點(diǎn)就會(huì)落在規(guī)律性以外，影響其他學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。因此，實(shí)施研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)教師也提出了更高要求。在每次實(shí)驗(yàn)前，教師要指導(dǎo)學(xué)生擬定方案，并對(duì)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和各種影響因素進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，又有多種意外的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象出現(xiàn)，這勢(shì)必要求師生共同分析和討論造成這些現(xiàn)象的原因，幫助學(xué)生透過(guò)現(xiàn)象深刻理解事物的本質(zhì)。這樣做需要教師有相當(dāng)?shù)闹R(shí)儲(chǔ)備量，并且要求教師也不斷進(jìn)取，充分體現(xiàn)了教學(xué)相長(zhǎng)的教育理念。
三、結(jié)論
基礎(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)+教學(xué)模塊教學(xué)的實(shí)踐證明教學(xué)效果顯著，特別對(duì)提高學(xué)生綜合實(shí)踐能力、激發(fā)學(xué)生理論課學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和應(yīng)用開發(fā)技能取得了預(yù)期效果�；A(chǔ)技能實(shí)驗(yàn)?zāi)K的教學(xué)效果主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)之間的有機(jī)聯(lián)系，高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能和技巧的掌握和規(guī)范。綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果主要體現(xiàn)在學(xué)生自主設(shè)計(jì)和分析解決問(wèn)題的能力培養(yǎng)。研究創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果主要體現(xiàn)在學(xué)生科研和創(chuàng)新意識(shí)的建立，以及學(xué)生團(tuán)隊(duì)意識(shí)和應(yīng)用開發(fā)能力的培養(yǎng)。
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