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高分子材料教學(xué)設計論文2018
1創(chuàng )新型實(shí)驗開(kāi)展的必要性
相比基礎性實(shí)驗，綜合性實(shí)驗的設置和開(kāi)展對學(xué)生各課程知識的掌握在廣度和深度上均提出了更高的要求，也使得學(xué)生能夠對分屬于不同課程的知識點(diǎn)有了更為深刻的認識，通過(guò)相互對比和驗證，有助于專(zhuān)業(yè)知識的全面掌握和理解。但鑒于實(shí)驗開(kāi)展仍然遵循著(zhù)學(xué)生預習、老師講授、動(dòng)手操作和課后交報告的傳統模式，雖然實(shí)驗指導老師針對實(shí)驗可以設計不同的反應歷程，讓不同組別的學(xué)生獲得迥異的結果，但實(shí)驗結論的預測性很強，一些意外問(wèn)題的發(fā)生也會(huì )在指導教師的預料之中，并能夠很快給出解決方案，這對于提升學(xué)生在主觀(guān)能動(dòng)學(xué)習能力的效果很有限。另外，本校開(kāi)展的高分子實(shí)驗在內容的編排上還存在著(zhù)較為明顯的學(xué)科界限，還不能完全融合高分子化學(xué)、高分子物理和高分子成型加工原理等課程內容，因此很有必要開(kāi)設具有創(chuàng )新型的研究型實(shí)驗課程。
2實(shí)驗開(kāi)設時(shí)機
鑒于此類(lèi)研究型實(shí)驗的開(kāi)展往往需要比較集中的時(shí)間段，高分子材料教研室經(jīng)過(guò)多次商討，確定本實(shí)驗的學(xué)時(shí)為90學(xué)時(shí)(30學(xué)時(shí)/周×3周)，將主要的實(shí)驗內容集中安排在大四上學(xué)期的最后3周內完成。此時(shí)，一方面學(xué)生已經(jīng)完成了所有的理論課程的學(xué)生和各類(lèi)基礎實(shí)驗的訓練，為本實(shí)驗的開(kāi)展提供了先決條件;其次，在此時(shí)間段有關(guān)校園招聘活動(dòng)也會(huì )告一段落，可以保證學(xué)生有充足的時(shí)間和精力完成實(shí)驗;最后，此次實(shí)驗訓練也為下一學(xué)期的本科畢業(yè)設計(論文)的開(kāi)展提供一次很好的預演，能夠有效地消除學(xué)生對畢業(yè)設計(論文)的恐慌和迷茫心理。
3實(shí)驗內容的優(yōu)化設計
根據王新平等［5］的觀(guān)點(diǎn)，創(chuàng )新型實(shí)驗必須具有實(shí)驗結果的不確定性和探索性、實(shí)驗設計程序的自主性和開(kāi)放性，以及實(shí)驗過(guò)程的可行性和可操縱性等基本要素。因而，這類(lèi)實(shí)驗的開(kāi)展必然會(huì )對實(shí)驗人員(包括指導教師和學(xué)生)、實(shí)驗設備和場(chǎng)地等諸多方面提出了更高的要求。根據創(chuàng )新型實(shí)驗內容設計的三點(diǎn)原則［5］和本專(zhuān)業(yè)教研室老師的科研情況，教研室選擇了“導電性高分子材料的制備及其應用”這一開(kāi)放性較強的實(shí)驗。通過(guò)多方面的探討和論證，我們嘗試設計了一個(gè)以摻雜聚苯胺的合成、表征及其在聚丙烯和天然橡膠中的應用為主線(xiàn)的研究型實(shí)驗，實(shí)驗內容和所需基本學(xué)時(shí)安排如下:
(1)學(xué)生分組，布置實(shí)驗的側重方向(一組在聚丙烯中的應用，一組在天然橡膠中的應用)，安排相關(guān)文獻的查詢(xún)和閱讀，著(zhù)重了解聚苯胺的特性和合成方法、聚丙烯和天然橡膠的性能和加工特性，溫習有關(guān)設備的操作和安全注意事項(30學(xué)時(shí))。
(2)根據分組，學(xué)生在老師的指導下搭建實(shí)驗平臺，進(jìn)行聚苯胺的合成，分別采用化學(xué)氧化聚合法、乳液聚合法、微乳液聚合法和分散聚合法制得一系列經(jīng)過(guò)質(zhì)子酸或無(wú)機酸摻雜改性的聚苯胺，經(jīng)純化干燥后備用(30學(xué)時(shí))。
(3)用高阻計測試聚苯胺的電導率，X射線(xiàn)衍射儀分析產(chǎn)物的物相結構，紅外光譜儀觀(guān)察產(chǎn)物的特征官能團，并在掃描電鏡下觀(guān)察產(chǎn)物的形貌，并比較不同組別間所得聚苯胺產(chǎn)物在性能和外觀(guān)上的異同(15學(xué)時(shí))。
(4)各組同學(xué)在制得合格的聚苯胺后，按照預先選定的應用方向，分別添加到聚丙烯或天然橡膠中制成復合材料，前者在雙螺桿擠出機中完成，而后者在雙輥開(kāi)煉機和平板硫化機中進(jìn)行。(30學(xué)時(shí))
(5)將所得復合材料進(jìn)行標準化制樣后，分別用萬(wàn)能電子試驗機、擺錘式?jīng)_擊試驗機和高阻計測試復合材料的拉伸性能、沖擊韌性和電導率隨聚苯胺添加量的變化規律并記錄實(shí)驗結果;用掃描電鏡觀(guān)察復合材料斷面形貌，分析破壞機制，探討材料的強度和韌性變化的機理(15學(xué)時(shí))。
(6)學(xué)生整理數據，并撰寫(xiě)實(shí)驗報告。報告要求參照本科畢業(yè)論文的模板和格式，須包括引言、實(shí)驗過(guò)程、結果與討論、結論和參考文獻等主要部分(30學(xué)時(shí))。其中(1)和(6)要求學(xué)生利用課余時(shí)間分別在實(shí)驗周的前后一周內完成，不占用實(shí)驗周的學(xué)時(shí)。在整個(gè)實(shí)驗進(jìn)行過(guò)程中，如因出現不可抗力或意外情況導致實(shí)驗進(jìn)展不順利，可通過(guò)與實(shí)驗室管理人員協(xié)調，利用周六和周日的時(shí)間進(jìn)行彌補，以保證學(xué)生有充足的實(shí)驗時(shí)間。通過(guò)這樣一個(gè)研究型實(shí)驗的設計和內容編排，不但使學(xué)生能夠將有機化學(xué)、高分子化學(xué)、高分子物理、高分子成型加工原理以及材料現代測試與分析技術(shù)等課程中散落的知識點(diǎn)進(jìn)行有機串聯(lián)，還同時(shí)大大增強了學(xué)生對高分子材料從合成、表征到應用的整體認識。在實(shí)驗過(guò)程出現不可預料的事件時(shí)，合理引導學(xué)生利用理論知識去分析問(wèn)題，并通過(guò)查找資料尋求解決問(wèn)題的方法，有力地推動(dòng)了學(xué)生在理論知識和實(shí)踐應用方面的融會(huì )貫通，極大地提升了學(xué)生的主觀(guān)能動(dòng)性。
4實(shí)驗課程考核
本實(shí)驗的考核采用過(guò)程管理與結果考核并用的模式，主要分為以下三個(gè)方面:
(1)學(xué)生實(shí)驗表現(40%):指導教師觀(guān)察并記錄學(xué)生在實(shí)驗中的表現，包括實(shí)驗時(shí)間的合理安排、實(shí)驗平臺的正確搭建、實(shí)驗藥品和原料的適用和管理，以及意外情況出現時(shí)的應對措施等。
(2)綜合報告撰寫(xiě)(40%):要求每一位學(xué)生在查閱文獻和整理資料的基礎上，獨立分析實(shí)驗數據，撰寫(xiě)一份符合要求的實(shí)驗報告。
(3)教師提問(wèn)考核(20%):學(xué)生提交報告期間，指導教師根據報告內容進(jìn)行提問(wèn)，考核學(xué)生對實(shí)驗過(guò)程和報告內容的熟悉程度，同時(shí)考察學(xué)生在實(shí)驗數據分析中的邏輯性，進(jìn)一步深化學(xué)生對實(shí)驗的印象，達到初步培養學(xué)生科研素質(zhì)的目的。
5結語(yǔ)與展望
創(chuàng )新型實(shí)驗的設置和開(kāi)展是實(shí)驗教學(xué)改革中最為重要的環(huán)節之一。雖然我校高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)在此方面進(jìn)行了初步嘗試，但還有大量的工作亟待深入和細化研究。如，如何協(xié)同學(xué)生人數多與實(shí)驗設備少之間的矛盾;在非工作日如何加強學(xué)生在實(shí)驗室的安全管理工作;如何通過(guò)學(xué)生的反饋來(lái)改善和優(yōu)化實(shí)驗內容，進(jìn)而提高實(shí)驗教學(xué)的質(zhì)量;如有可能的話(huà)，應在現有工作的基礎上，設計更多具有前瞻性、創(chuàng )新型且兼具可行性的創(chuàng )新型實(shí)驗，以達到滿(mǎn)足學(xué)生自主選題的需要等。這些問(wèn)題對實(shí)驗室管理人員和指導教師提出了更高的要求，需要在后續的工作中進(jìn)一步加以完善和提高。
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