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高分子材料教學(xué)設(shè)計(jì)論文2018
1創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的必要性
相比基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)，綜合性實(shí)驗(yàn)的設(shè)置和開(kāi)展對(duì)學(xué)生各課程知識(shí)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(shí)點(diǎn)有了更為深刻的認(rèn)識(shí)，通過(guò)相互對(duì)比和驗(yàn)證，有助于專業(yè)知識(shí)的全面掌握和理解。但鑒于實(shí)驗(yàn)開(kāi)展仍然遵循著學(xué)生預(yù)習(xí)、老師講授、動(dòng)手操作和課后交報(bào)告的傳統(tǒng)模式，雖然實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師針對(duì)實(shí)驗(yàn)可以設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)結(jié)論的預(yù)測(cè)性很強(qiáng)，一些意外問(wèn)題的發(fā)生也會(huì)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(duì)于提升學(xué)生在主觀能動(dòng)學(xué)習(xí)能力的效果很有限。另外，本校開(kāi)展的高分子實(shí)驗(yàn)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(kāi)設(shè)具有創(chuàng)新型的研究型實(shí)驗(yàn)課程。
2實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)時(shí)機(jī)
鑒于此類研究型實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(yàn)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(shí)，一方面學(xué)生已經(jīng)完成了所有的理論課程的學(xué)生和各類基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，為本實(shí)驗(yàn)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(yàn);最后，此次實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練也為下一學(xué)期的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的開(kāi)展提供一次很好的預(yù)演，能夠有效地消除學(xué)生對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的恐慌和迷茫心理。
3實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的優(yōu)化設(shè)計(jì)
根據(jù)王新平等［5］的觀點(diǎn)，創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)必須具有實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定性和探索性、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程序的自主性和開(kāi)放性，以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程的可行性和可操縱性等基本要素。因而，這類實(shí)驗(yàn)的開(kāi)展必然會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)人員(包括指導(dǎo)教師和學(xué)生)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和場(chǎng)地等諸多方面提出了更高的要求。根據(jù)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的三點(diǎn)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(kāi)放性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)。通過(guò)多方面的探討和論證，我們嘗試設(shè)計(jì)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(yīng)用為主線的研究型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(yàn)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(xiàn)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(xiàng)(30學(xué)時(shí))。
(2)根據(jù)分組，學(xué)生在老師的指導(dǎo)下搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，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(jī)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(jì)測(cè)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(tuán)，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(shí))。
(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(jī)中完成，而后者在雙輥開(kāi)煉機(jī)和平板硫化機(jī)中進(jìn)行。(30學(xué)時(shí))
(5)將所得復(fù)合材料進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化制樣后，分別用萬(wàn)能電子試驗(yàn)機(jī)、擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)和高阻計(jì)測(cè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果;用掃描電鏡觀察復(fù)合材料斷面形貌，分析破壞機(jī)制，探討材料的強(qiáng)度和韌性變化的機(jī)理(15學(xué)時(shí))。
(6)學(xué)生整理數(shù)據(jù)，并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。報(bào)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(yàn)過(guò)程、結(jié)果與討論、結(jié)論和參考文獻(xiàn)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(yàn)周的前后一周內(nèi)完成，不占用實(shí)驗(yàn)周的學(xué)時(shí)。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，如因出現(xiàn)不可抗力或意外情況導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)進(jìn)展不順利，可通過(guò)與實(shí)驗(yàn)室管理人員協(xié)調(diào)，利用周六和周日的時(shí)間進(jìn)行彌補(bǔ)，以保證學(xué)生有充足的實(shí)驗(yàn)時(shí)間。通過(guò)這樣一個(gè)研究型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和內(nèi)容編排，不但使學(xué)生能夠?qū)⒂袡C(jī)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(cè)試與分析技術(shù)等課程中散落的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行有機(jī)串聯(lián)，還同時(shí)大大增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)高分子材料從合成、表征到應(yīng)用的整體認(rèn)識(shí)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程出現(xiàn)不可預(yù)料的事件時(shí)，合理引導(dǎo)學(xué)生利用理論知識(shí)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(shí)和實(shí)踐應(yīng)用方面的融會(huì)貫通，極大地提升了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。
4實(shí)驗(yàn)課程考核
本實(shí)驗(yàn)的考核采用過(guò)程管理與結(jié)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(yàn)表現(xiàn)(40%):指導(dǎo)教師觀察并記錄學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中的表現(xiàn)，包括實(shí)驗(yàn)時(shí)間的合理安排、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的正確搭建、實(shí)驗(yàn)藥品和原料的適用和管理，以及意外情況出現(xiàn)時(shí)的應(yīng)對(duì)措施等。
(2)綜合報(bào)告撰寫(xiě)(40%):要求每一位學(xué)生在查閱文獻(xiàn)和整理資料的基礎(chǔ)上，獨(dú)立分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)一份符合要求的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
(3)教師提問(wèn)考核(20%):學(xué)生提交報(bào)告期間，指導(dǎo)教師根據(jù)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行提問(wèn)，考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和報(bào)告內(nèi)容的熟悉程度，同時(shí)考察學(xué)生在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析中的邏輯性，進(jìn)一步深化學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象，達(dá)到初步培養(yǎng)學(xué)生科研素質(zhì)的目的。
5結(jié)語(yǔ)與展望
創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的設(shè)置和開(kāi)展是實(shí)驗(yàn)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(jìn)行了初步嘗試，但還有大量的工作亟待深入和細(xì)化研究。如，如何協(xié)同學(xué)生人數(shù)多與實(shí)驗(yàn)設(shè)備少之間的矛盾;在非工作日如何加強(qiáng)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)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(yàn)內(nèi)容，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)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(jì)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(yàn)，以達(dá)到滿足學(xué)生自主選題的需要等。這些問(wèn)題對(duì)實(shí)驗(yàn)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(jìn)一步加以完善和提高。
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