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高分子材料教學(xué)設(shè)計論文2018
1創(chuàng)新型實驗開展的必要性
相比基礎(chǔ)性實驗，綜合性實驗的設(shè)置和開展對學(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?qū)Ψ謱儆诓煌n程的知識點有了更為深刻的認識，通過相互對比和驗證，有助于專業(yè)知識的全面掌握和理解。但鑒于實驗開展仍然遵循著學(xué)生預(yù)習(xí)、老師講授、動手操作和課后交報告的傳統(tǒng)模式，雖然實驗指導(dǎo)老師針對實驗可以設(shè)計不同的反應(yīng)歷程，讓不同組別的學(xué)生獲得迥異的結(jié)果，但實驗結(jié)論的預(yù)測性很強，一些意外問題的發(fā)生也會在指導(dǎo)教師的預(yù)料之中，并能夠很快給出解決方案，這對于提升學(xué)生在主觀能動學(xué)習(xí)能力的效果很有限。另外，本校開展的高分子實驗在內(nèi)容的編排上還存在著較為明顯的學(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(nèi)容，因此很有必要開設(shè)具有創(chuàng)新型的研究型實驗課程。
2實驗開設(shè)時機
鑒于此類研究型實驗的開展往往需要比較集中的時間段，高分子材料教研室經(jīng)過多次商討，確定本實驗的學(xué)時為90學(xué)時(30學(xué)時/周×3周)，將主要的實驗內(nèi)容集中安排在大四上學(xué)期的最后3周內(nèi)完成。此時，一方面學(xué)生已經(jīng)完成了所有的理論課程的學(xué)生和各類基礎(chǔ)實驗的訓(xùn)練，為本實驗的開展提供了先決條件;其次，在此時間段有關(guān)校園招聘活動也會告一段落，可以保證學(xué)生有充足的時間和精力完成實驗;最后，此次實驗訓(xùn)練也為下一學(xué)期的本科畢業(yè)設(shè)計(論文)的開展提供一次很好的預(yù)演，能夠有效地消除學(xué)生對畢業(yè)設(shè)計(論文)的恐慌和迷茫心理。
3實驗內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計
根據(jù)王新平等［5］的觀點，創(chuàng)新型實驗必須具有實驗結(jié)果的不確定性和探索性、實驗設(shè)計程序的自主性和開放性，以及實驗過程的可行性和可操縱性等基本要素。因而，這類實驗的開展必然會對實驗人員(包括指導(dǎo)教師和學(xué)生)、實驗設(shè)備和場地等諸多方面提出了更高的要求。根據(jù)創(chuàng)新型實驗內(nèi)容設(shè)計的三點原則［5］和本專業(yè)教研室老師的科研情況，教研室選擇了“導(dǎo)電性高分子材料的制備及其應(yīng)用”這一開放性較強的實驗。通過多方面的探討和論證，我們嘗試設(shè)計了一個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(yīng)用為主線的研究型實驗，實驗內(nèi)容和所需基本學(xué)時安排如下:
(1)學(xué)生分組，布置實驗的側(cè)重方向(一組在聚丙烯中的應(yīng)用，一組在天然橡膠中的應(yīng)用)，安排相關(guān)文獻的查詢和閱讀，著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(xí)有關(guān)設(shè)備的操作和安全注意事項(30學(xué)時)。
(2)根據(jù)分組，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下搭建實驗平臺，進行聚苯胺的合成，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)過質(zhì)子酸或無機酸摻雜改性的聚苯胺，經(jīng)純化干燥后備用(30學(xué)時)。
(3)用高阻計測試聚苯胺的電導(dǎo)率，X射線衍射儀分析產(chǎn)物的物相結(jié)構(gòu)，紅外光譜儀觀察產(chǎn)物的特征官能團，并在掃描電鏡下觀察產(chǎn)物的形貌，并比較不同組別間所得聚苯胺產(chǎn)物在性能和外觀上的異同(15學(xué)時)。
(4)各組同學(xué)在制得合格的聚苯胺后，按照預(yù)先選定的應(yīng)用方向，分別添加到聚丙烯或天然橡膠中制成復(fù)合材料，前者在雙螺桿擠出機中完成，而后者在雙輥開煉機和平板硫化機中進行。(30學(xué)時)
(5)將所得復(fù)合材料進行標(biāo)準化制樣后，分別用萬能電子試驗機、擺錘式?jīng)_擊試驗機和高阻計測試復(fù)合材料的拉伸性能、沖擊韌性和電導(dǎo)率隨聚苯胺添加量的變化規(guī)律并記錄實驗結(jié)果;用掃描電鏡觀察復(fù)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)。
(6)學(xué)生整理數(shù)據(jù)，并撰寫實驗報告。報告要求參照本科畢業(yè)論文的模板和格式，須包括引言、實驗過程、結(jié)果與討論、結(jié)論和參考文獻等主要部分(30學(xué)時)。其中(1)和(6)要求學(xué)生利用課余時間分別在實驗周的前后一周內(nèi)完成，不占用實驗周的學(xué)時。在整個實驗進行過程中，如因出現(xiàn)不可抗力或意外情況導(dǎo)致實驗進展不順利，可通過與實驗室管理人員協(xié)調(diào)，利用周六和周日的時間進行彌補，以保證學(xué)生有充足的實驗時間。通過這樣一個研究型實驗的設(shè)計和內(nèi)容編排，不但使學(xué)生能夠?qū)⒂袡C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(xiàn)代測試與分析技術(shù)等課程中散落的知識點進行有機串聯(lián)，還同時大大增強了學(xué)生對高分子材料從合成、表征到應(yīng)用的整體認識。在實驗過程出現(xiàn)不可預(yù)料的事件時，合理引導(dǎo)學(xué)生利用理論知識去分析問題，并通過查找資料尋求解決問題的方法，有力地推動了學(xué)生在理論知識和實踐應(yīng)用方面的融會貫通，極大地提升了學(xué)生的主觀能動性。
4實驗課程考核
本實驗的考核采用過程管理與結(jié)果考核并用的模式，主要分為以下三個方面:
(1)學(xué)生實驗表現(xiàn)(40%):指導(dǎo)教師觀察并記錄學(xué)生在實驗中的表現(xiàn)，包括實驗時間的合理安排、實驗平臺的正確搭建、實驗藥品和原料的適用和管理，以及意外情況出現(xiàn)時的應(yīng)對措施等。
(2)綜合報告撰寫(40%):要求每一位學(xué)生在查閱文獻和整理資料的基礎(chǔ)上，獨立分析實驗數(shù)據(jù)，撰寫一份符合要求的實驗報告。
(3)教師提問考核(20%):學(xué)生提交報告期間，指導(dǎo)教師根據(jù)報告內(nèi)容進行提問，考核學(xué)生對實驗過程和報告內(nèi)容的熟悉程度，同時考察學(xué)生在實驗數(shù)據(jù)分析中的邏輯性，進一步深化學(xué)生對實驗的印象，達到初步培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)的目的。
5結(jié)語與展望
創(chuàng)新型實驗的設(shè)置和開展是實驗教學(xué)改革中最為重要的環(huán)節(jié)之一。雖然我校高分子材料與工程專業(yè)在此方面進行了初步嘗試，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(shù)多與實驗設(shè)備少之間的矛盾;在非工作日如何加強學(xué)生在實驗室的安全管理工作;如何通過學(xué)生的反饋來改善和優(yōu)化實驗內(nèi)容，進而提高實驗教學(xué)的質(zhì)量;如有可能的話，應(yīng)在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上，設(shè)計更多具有前瞻性、創(chuàng)新型且兼具可行性的創(chuàng)新型實驗，以達到滿足學(xué)生自主選題的需要等。這些問題對實驗室管理人員和指導(dǎo)教師提出了更高的要求，需要在后續(xù)的工作中進一步加以完善和提高。
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