1、1高分子材料与工程专业综合实验的教学探索摘 要高分子材料与工程专业综合实验的开设重在培养学生的综合能力和创新思维，文章通过分析教师和学生之间的教学关系和角色定位，可以有效地提高本课程的课堂教学效果。 关键词高分子材料与工程； 综合实验； 教学探索 DOI10.13939/ki.zgsc.2016.36.183 高分子材料与工程专业综合实验不同于基础实验，专业综合实验重视学生自主设计、自主操作和自主探究能力的培养。本课程一般开设在大三下学期和大四上学期，学生已经完成“高分子化学” “高分子物理”和“聚合物近代仪器测试”等专业基础理论课程和基础实验课程，对本专业的理论知识、实验操作和性能表征已有掌
2、握。1该课程的开设可以锻炼学生对专业知识的综合运用、分析和解决问题的能力，培养学生勇于探索、不断创新的精神和团队协作能力。本文主要从教师辅助性“教”和学生主导性“学”的角度出发，提出笔者对专业综合实验教学的探索，与大家进行交流。 1 教师的“教” 顾名思义，专业综合实验具有较强的综合性和自主设计性，因此教师在本课程的教学过程中要摒弃“教为主导”的传统教学模式，不能以教师控制为中心，简单机械地把学生当成知识的被动接收者，因此教师主要担任引导者的角色。 21.1 课程设置 本课程一般没有固定的出版教材，多是任课教师设计多个可供选择的实验项目2，35 名学生为小组开展实验。我校是应用型人才培养单位，
3、目前实验项目来源主要是以下两类。 （1）与本专业实际生产紧密结合的应用型课题。例如，聚丙烯是目前第二大通用塑料，随着汽车、建筑、家电和包装等行业的发展，废弃聚丙烯产量逐年增加。对废弃聚丙烯进行回收再利用虽能节约资源，减少污染，但其力学性能已不能满足工业制品的性能要求。因此，可让学生采用成核剂、无机填料和界面增容剂等对废弃聚丙烯改性，提高废弃聚丙烯的力学性能和热稳定性，具有一定的工业生产前景。此类课题适合于本科毕业就择业的学生，有助于他们熟悉本专业的就业领域以及工作内容。 （2）任课教师个人的科研课题。湖南工学院目前不具备培养研究生的资格，因此教师的科研项目主要依靠教师所在课题组成员之间协作完成
4、。专业综合实验的开设有利于教师将课题的一部分转化为实验素材，既能使学生接触本专业的先进研究领域，也能较好地调动学生参与课题的积极性。此类课题适合于有意读研深造的学生，有助于他们参与课题、钻研课题，也可尝试参加创新型实验竞赛。 为了达到较好的教学效果，教师应当结合本校学生的实际情况，认真设计整个课程的进度，例如湖南工学院专业综合实验为 32 课时，具体的课程进度设计见下表。通过下表的试验进度设计，可以让学生清晰地了解到本课程内容设置与各个环节的时间安排，防止实验过程的盲目性。31.2 课程引导 专业综合实验虽以学生的自主性、探索性学习为基础，但教师的引导作用至关重要。3一是因为学生已习惯了以往有
5、“步骤”可依的实验教学模式，缺少独立思考的主动性；二是学生对综合性实验课题研究背景了解较少，还不具备独立设计实验方案的能力，普遍感觉综合实验无从下手。因此，任课教师可在课程的不同阶段，发挥不同的引导作用。 （1）开题阶段：教师先进行开题引导，将本实验课题的研究背景和实验目的等相关内容介绍清楚，并当场与学生互动解惑。课下让学生以小组为单位查阅相关文献资料，设计实验方案，准备开题报告。在学生开题过程中，老师应及时与学生交流，遵从自然科学规律，设计合理可行的实验方案，并预期实验结果。 （2）实验过程：在此阶段教师应该引导学生多思考，多尝试。以“聚丙烯/纳米碳酸钙复合材料的制备与性能测试”课题为例，学
6、生知道聚丙烯复合材料的制备方法为熔融共混法，但对样品的配方设计感到困惑，不了解实际生产过程碳酸钙用量的具体范围，用量太少不能降低生产成本，用量太大又会导致聚丙烯性能下降。另外，学生能够独立操作双螺杆挤出机、注塑机等成型加工设备以及微机控制电子万能试验机和摆锤式冲击试验机等测试仪器，但学生很少思考设备的参数和测试条件的设置依据，也未考虑参数和条件调整对实验结果的影响。因此，教师应提醒学生思考样品物化性质和设备参数、测试条件之间的关系，并从中获得规律，进而指导今后的实验。 4（3）结果与讨论阶段：笔者在教学过程中发现大多数学生对于实验数据的分类较为笼统，甚至把所有样品的数据混在一起，并未进行分类，
7、导致其测试数据规律性不明显，无法获得结论。另外，学生对于测试结果的分析仅局限于对实验现象和数据的简单描述，并未探究其中的规律，寻找导致该结果的原因。例如，-成核剂虽能提高聚丙烯的冲击韧性，但并非 -成核剂用量越多，聚丙烯的冲击强度就越大。对此现象，学生仅提出在某一用量下的增韧效果最佳，并未对其原因进行思考。 2 学生的“学” 专业综合实验的开设目的在于培养学生的文献检索能力、初步设计实验的能力、分析实验结果、撰写实验报告和科研论文的能力。该课程以指定实验题目，学生自主设计实验方案、自主操作实验和自主分析实验结果的方式进行。因此，课程开展以学生为中心，学生的“学”起到至关重要的作用。4 2.1
8、开题阶段 在以往的实验课程教学中，老师会结合所使用的教材，详细讲解实验目的、实验原料与配方、实验设备、实验步骤和数据分析等，学生只需按部就班进行样品制备和性能测试。因而，从某种层面讲学生只是单纯的执行者，几乎没有或很少有独立的思维参与其中。 而本课程要求学生独立完成老师给定的实验题目，教师仅进行开题引导。学生需要主动查阅相关科研文献，熟悉该课题的研究背景与意义，从相关文献中寻找实验方案的设计思路和预期的实验结果，并通过 PPT进行开题报告。 52.2 实验过程 由于此阶段教师并未直接参与，学生在实验过程中会需要许多问题。比如，在使用双螺杆挤出机之前，需要依据加工材料的熔点设置成型温度，那么不同
9、部位的温度设置相同吗？在纳米碳酸钙的填充量过高时，如何使其与聚丙烯粒料混合均匀？还有使用微机控制电子万能试验机的过程中，同种高分子材料在不同的拉伸速率下会导致不同的断裂方式：高速拉伸形成脆性断裂，低速拉伸多为韧性断裂，那么测试过程如何设置拉伸速率？这就需要学生积极查阅资料，并重复实验步骤，尝试不同测试条件，从而获得材料与设备之间的关联性，进而指导进一步实验。 2.3 结果与讨论阶段 学生虽会简单的数据处理和图表制作，但对样品的分类模糊，图表格式大多不规范。这都需要学生根据查阅的文献资料进行修改。此阶段的难点在于学生面对大量数据，不知从何分析。例如，当实验原料包括滑石粉、硅烷偶联剂和聚丙烯的时候
10、，学生就应该使用控制变量法对样品进行分类： 固定滑石粉和聚丙烯用量，仅改变硅烷偶联剂用量；固定硅烷偶联剂用量，调整滑石粉和聚丙烯的质量比。结果与讨论部分包括硅烷偶联剂用量对聚丙烯/滑石粉复合材料性能的影响和滑石粉填充量对聚丙烯复合材料性能的影响，这样进行结果分析时变量把握就很明确，讨论重点也清晰。 3 结 论 本课程的开设可使学生熟悉高分子材料的物理和化学性质，掌握不同类型高分子材料的制备方法和成型加工技术，并了解高分子材料的性6能表征方法。在课程结束后，笔者同一些学生进行交流，发现学生普遍对综合实验较为感兴趣，并且认为自己从头到尾参与了实验。在此过程，他们学到了很多，尤其是学会了思考和独立解
11、决问题的能力。以前在实验过程中出现任何问题，学生第一反应就是找老师，而在综合实验中他们必须依靠自己解决问题。同时，学生不再拘泥于课本的理论知识，而是深入其中探索规律、发掘现象本质。专业综合实验虽是由小组共同完成，但其性质和内容类似于学生的毕业设计（论文） ，涵盖了文献查阅、配方设计、样品加工成型、性能表征和结果讨论部分。这既能提前消除学生对于毕业设计（论文）的陌生和恐惧心理，也帮助他们了解毕业设计（论文）的要求和内容，有利于学生顺利开展毕业设计（论文） 。 参考文献： 1何明，雷文.高分子材料与工程专业综合实验的几点思考J.化工时刊，2008，22（8）：73-75. 2巴志新，王章忠，蔡璐.材料科学与工程专业综合实验周的改革探索J.中国冶金教育，2009（3）：34-36. 3王小丹，潘育方，刘宁，等.高分子专业综合实验教学体系构建和探索J.2014，41（22）：185-186. 4马雪刚，张志明.高分子专业实验的整合与综合设计J.广州化工，2014，42（5）：131-132，135.
