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高分子材料與工程專業高分子化學實驗教學體系的構建與成效論文
摘要：概述了目前國內高校高分子材料與工程專業高分子化學實驗教學存在的共性問題和關鍵問題。提出了高分子材料與工程專業高分子化學實驗課程由基礎技能實驗，綜合設計實驗，研究創新實驗三個模塊組成的新教學體系，并在每個模塊中引入一些綜合性和應用性的實驗教學內容。實踐證明所構建的實驗教學體系在培養學生的創新意識、應用與實踐能力方面起到了較好的效果。
關鍵詞：高分子材料；高分子化學；實驗教學
高分子化學實驗是高分子化學課程教學的一種最有效的實踐教學形式，它可以幫助和促進學生課堂理論知識的學習與消化，建立和鞏固高分子化學基本概念和理論，獲取高分子化學知識，培養科學素質和操作技能。我國著名化學家戴安邦指出：“只傳授化學知識和技術的化學教育是片面的，全面的化學教育要求既傳授化學知識和技巧，又訓練科學方法與思維，還培養科學精神和品德，學生在化學實驗中是學習的主體，在教師指導下進行實驗，訓練用實驗解決化學問題，使各項智力皆得到發展”。這番話指出了開設化學實驗課的深刻內涵和重要價值。2004年國家教育部頒布的《普通高等學校本科教學工作水平評估方案》在評估指標的二級指標“實踐教學”中，從“實踐教學內容與體系，綜合性、設計性實驗課的比例及效果，實驗室開放”三個方面明確了實踐教學改革和發展的方向。近幾年高校的化學類實驗教學改革取得了令人矚目的成果。高分子材料科學與工程專業是很多高校在近年來新開設的專業，在實驗教學與改革方面的成果積累較少，尤其高分子化學實驗教學采用陳舊的教學內容和教學方法依然居多。通過調研發現，目前國內高校高分子材料科學與工程專業的高分子化學實驗教學依然不同程度地存在一些問題。
一、高分子化學實驗教學現狀剖析
1。實驗教學體系和內容欠爭理
多數的實驗教學附屬于理論教學，沒有單獨設課和單獨考核，實驗課時相對較少雖然有些高校高分子化學實驗已經獨立設課，但僅作為考查課。實驗教學內容中傳統的、陳舊的實驗較多，而體現現代科學技術發展成果的實驗很少認知性、驗證性實驗所占的比理偏高，培養學生創新能力的綜合性、設計性、應用性和創新性的實驗偏少，而且實驗環節偏重于理論，突出高分子材料應用性特點的實驗太少，不利于培養學生的工程觀念。
2。實驗教學方法單一
學生按照實驗講義預習，然后進實驗室。實驗前教師把實驗目的、實驗原理、儀器使用方法、測試方法、實驗步驟和數據記錄表格及數據處理方法等進行詳細的集中講解。學生只需按教師指導的過程按部就班或者依照講義“照方抓藥”，就可以完成一個實驗。一部分學生糊里糊涂地來到實驗室，只動手不動腦地完成實驗，然后又迷迷糊糊地離開實驗室。實驗的現象和結果沒有給他們留下太深的印象，對學生觀察能力、分析問題和解決問題的能力以及創新意識的培養都很不夠。這種統一模式、統一要求、齊步走的教學方法，一方面造成了學生對教師的過分依賴，另一方面抑制了學生個性思維的發展和創新能力的培養。
3。實驗嫩學手段落后
在現代信息技術迅速發展的今天，雖然網絡技術、多媒體技術等現代教學技術在理論教學中得到了普遍應用，但虛擬、仿真等實驗技術手段未能在實驗教學中推廣應用。這樣對于一些耗費過高、時間過長、毒性過大、危險性過高的實驗，只能最低限度地開設，且開設過程中費用大和危險性高，導致學生對此類重要實驗缺乏足夠的認知和感受的機會。
二、新教學模塊的實踐性探索與成效
針對目前國內高校高分子材料科學與工程專業高分子化學實驗教學中存在的一些問題，借鑒其他化學實驗教學改革的優秀成果，提出了基礎技能實驗、綜合設計實驗、研究創新型實驗的三個高分子化學實驗教學模塊體系，并在每個模塊中結合常熟理工學院教師的科研成果引入_些新的實驗教學內容，采用開放式實驗教學方法。通過實驗教學實踐發現新的體系和教學方法在培養學生的創新意識和工程實踐能力方面起到了較好的效果。
1。基礎技能實驗教學模塊
基礎技能實驗模塊構建的目的著重建立高分子化學實驗與相關基礎理論知識之間的有機聯系。培養學生的實驗安全意識、清潔衛生習慣和嚴謹的實驗態度。訓練學生掌握熟練規范的實驗操作技能和技巧，為后續的實驗教學模塊的實施打下良好的基礎。
基礎技能實驗模塊的教學內容設計在課時總量的40%～50%為宜，課時數約30學時，開設8～10個實驗。教學內容設計涉及到高分子化學反應機理，如自由基、陰離子，陽離子等連鎖反應機理，縮聚、基團轉移聚合等逐步反應機理，開環聚合反應機理等。在實驗實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。如設計膨脹計發測定苯乙烯本體聚合動力學實驗，讓學生直觀感受到了誘導期概念、聚合過程體積減小的現象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化學理論知識。設計過硫酸鉀引發甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合實驗，除讓學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。設計己二酰氯和己二胺界面縮聚實驗，讓學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。通過設計一些自由基、陰離子、陽離子等連鎖反應機理的實驗，使學生進一步掌握了活性中心的概念，同時在實驗過程中認知了這些引發劑的活性、安全使用和貯存事項。
2。綜合設計實驗教學模塊
綜合設計實驗教學模塊旨在培養學生較強的實際動手能力，自主設計和分析解決問題的能力。本實驗模塊是實驗教學的較高層次，注重學生實驗的自主設計性和綜合性。
教學內容設計在課時總量的20%～25%為宜，課時數約15學時，開設2～3個實驗。本教學模塊的特點之一是實驗內容的綜合性，可以將同一門課的幾個實驗，或者是幾門課的實驗組合在一起，形成一個大實驗。本教學模塊的特點之二是實驗方案的靈活性和設計性，側重培養學生的自主實驗和學習的意識和良好習慣。例如關于高分子合成實驗先確定好采用的聚合機理和聚合方法，在原材料配方組成、引發劑種類及用量、合成溫度等工藝條件方面給出一個大致的框架，然后讓學生在所給的框架內進行自行設計和實施實驗。譬如懸浮法制備聚苯乙烯珠粒實驗，水的用量范圍為苯乙烯質量的100%～200%、分散劑為磷酸鈣或聚乙烯醇兩種、引發劑過氧化二苯甲酰用量為苯乙烯質量的0。2%～1。0%、反應溫度設定在75℃～85℃范圍等。學生通過自行設計的方案實施實驗獲得了不同的實驗結果，通過對不同組之間實驗結果的綜合分析，找到了影響懸浮法制備聚苯乙烯珠粒的一些因素，激發了學生動手實驗的興趣，發揮了學生自主實驗和學習的主觀能動性。
3。研究創新實驗教學模塊
設置研究創新實驗教學模塊培養學生的科研和創新意識、提高學生的綜合素質和應用開發能力，為實現培養高質量的應用型人才的教育目標提供重要的教學內容實體支撐。 本實驗模塊是實驗教學的最高層次，注重學生實驗的獨立自主陛、綜合性、應用性和創新性，教學內容設計在課時總量的20%～25%為宜，課時數約15學時，開設2～3個實驗。本實驗教學模塊的特點之一是實驗項目的獨立自主性和綜合性。也就是說確定好實驗項目之后，讓學生在實驗教師指導下獨立自主地進行實驗項目方案的調研、設計、實施和結果分析。本實驗教學模塊的特點之二是實驗項目的應用性和創新性，所擬定實驗項目必須關聯生產實踐中的聚合物產品，充分體現實驗項目的應用性。實驗項目設計主要針對這些高分子產品生產實踐中存在的共性問題和關鍵問題的解決來進行設計。通過研究創新實驗的實施，發現學生學習積極性很高，樂此不疲，為培養學生創新
意識和展示高分子化學實驗的應用性特征提供了最佳學習平臺，尤其是開發一些聯系生活實際的應用型實驗，可使學生親身感受到高分子化學實驗的實用價值，能強烈激發學生的創造動機。此外，研究創新實驗往往需要多名學生共同完成，有利于培養學生的團隊合作精神。例如，聚氨酯絕緣漆的制備及性能測定實驗，每個學生做一個實驗配方，每5名學生一組，5名學生的實驗結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系曲線，以及固化條件與漆膜性能之間的關系曲線。在實驗過程中，5名學生要共同安排實驗方案，盡量保持操作的一致性，最后得出的結果要呈規律性變化。如果有一名學生操作有誤，這個實驗點就會落在規律性以外，影響其他學生對實驗現象的觀察。因此，實施研究創新實驗項目對教師也提出了更高要求。在每次實驗前，教師要指導學生擬定方案，并對可能出現的實驗現象和各種影響因素進行分析，實驗過程中，又有多種意外的實驗現象出現，這勢必要求師生共同分析和討論造成這些現象的原因，幫助學生透過現象深刻理解事物的本質。這樣做需要教師有相當的知識儲備量，并且要求教師也不斷進取，充分體現了教學相長的教育理念。
三、結論
基礎技能實驗、綜合設計實驗、研究創新實驗+教學模塊教學的實踐證明教學效果顯著，特別對提高學生綜合實踐能力、激發學生理論課學習興趣、培養學生創新意識和應用開發技能取得了預期效果。基礎技能實驗模塊的教學效果主要體現在實驗現象與相關基礎理論知識之間的有機聯系，高分子化學實驗操作技能和技巧的掌握和規范。綜合設計實驗的教學效果主要體現在學生自主設計和分析解決問題的能力培養。研究創新實驗的教學效果主要體現在學生科研和創新意識的建立，以及學生團隊意識和應用開發能力的培養。
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