發布時間：2022-07-17 10:43:50
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇材料化學實驗教學研究，希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
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。
[摘 要]高分子化學實驗是我校材料化學專業學生學習的一門重要的實驗課程，該課程既能使學生進一步理解和掌握理論知識，又能培養學生的動手能力及科研素養。通過讓學生參與實驗的準備工作、實驗設計等活動，對高分子化學實驗教學進行改革，激發學生的學習興趣，提高學生的基本實驗能力。
[關鍵詞]材料化學專業；高分子化學實驗；教學改革
《高分子化學》是有機化學的后續課程，但同時更是高分子材料科學的啟蒙課程，是學生掌握高分子科學基本理論和分析、解決高分子材料加工過程中的問題的基礎課程。考慮到我校材料化學專業的一個重要發展方向是高分子材料， 《高分子化學》被選為材料化學專業的優秀課程。高分子化學是一門以聚合物合成實驗為基礎的課程，聚合物合成實驗教學有別于一般有機化學實驗，但又是以有機化學實驗為基礎，它是培育創業創新人才的一個重要環節，是材料化學專業聯系生產實際的實用性教學。高分子化課程實驗教學相比于理論課程教學更具趣味性、實踐性、復雜性、研究創新性。高分子化學實驗教學在整個高分子化學的教學活動中起著重要的推動作用。
高分子化學實驗教學屬于課程內教學，開設的實驗課程內容中有一部分能夠很好地體現高分子科學的發展成果，學生的實踐與創新能力在某種程度上能得到鍛煉。但是仍然存在相當一部分驗證性、認知性的實驗，而且實驗教學環節依然偏重于理論，注重高分子材料實用性的實驗不多，不利于學生學習有關高分子材料的制備與加工。在學生進行高分子化學實驗過程中，學生一般是按照已有的實驗過程進行實驗。實驗前教師對相關實驗重點、難點、細節等方面進行集中講解，學生只需按照教師提供的實驗過程，即可順利完成實驗。如此實驗教學，不但阻礙了學生發現問題的能力、分析與解決問題的能力以及創業創新意識的提高，還使學生對教師產生依賴，并且抑制了學生的獨立思考及創新能力的挖掘。
我校材料化學專業具有工科特色，和高分子材料專業比，材料化學專業的高分子材料相關課程的課時相對較少，開設《高分子材料化學》（《高分子化學》）、《高分子物理》與《高分子材料加工工藝學》，總共課時不到140學時。如何在有限的時間內，使我校的材料化學專業的學生既能掌握高分子科學的理論基礎知識與學科前沿，又可以激發學生學習高分子材料的興趣，是一個非常值得探討的問題。
一、分配學生參與教師的前期實驗工作
前期實驗工作是實驗順利進行的前提條件。相比基礎課程中的無機、有機化學實驗，高分子化學實驗有更多的實驗前期工作需要準備，包括檢修與調試反應儀器裝置、玻璃器皿的清洗、配制溶液（如提純單體、引發劑）等。粘附在玻璃儀器上的聚合物難以清除，學生在清洗玻璃儀器等設備的過程中，既懂得實驗的成功來之不易，又能初步掌握聚合物的溶解性質。如聚苯乙烯單體中一般要加入微量的對苯二酚等阻聚劑，以避免溶液在儲存、運輸的過程中發生聚合（變質）。所以為了使實驗順利進行，縮短反應時間，開始實驗前，在教師的指導下學生采用減壓蒸餾的方法對單體（加入阻聚劑）進行提純。這樣，學生既加深了對阻聚劑阻聚原理的理解，又掌握了減壓蒸餾的操作方法。通過積極參與實驗前的準備工作，學生懂得實驗的成功不僅取決于實驗過程，而且與實驗前期工作密切相關，從而更加重視實驗教學過程。更重要的是，通過參與教師實驗前期工作的準備，加深了對課堂理論知識的理解，熟悉蒸餾、重結晶等提純化學物質的方法。
二、設計能激發學生學習興趣的實驗
調動學生學習主動性的一個重要舉措是激發學生的學習興趣。要激發學生的學習興趣，設計的實驗最好是學生既熟悉又陌生的內容。如尼龍66的制備實驗，尼龍繩、尼龍襪子等，生活中很常見，但是如何在實驗中采用己二酰氯與己二胺的界面縮聚來制備學生卻不清楚，這勢必將大大提高學生主動參與實驗的興趣。而且實驗裝置相對簡單，一個燒杯即可完成。當學生將有機相與水相混合后，在兩相界面馬上就能看到一層聚合物薄膜的生成，而且該層薄膜拉出之后，又立即生成新的聚合物薄膜，可以連續不斷地拉出，形成纖維狀物質。實驗操作不復雜，成功率高，過程新穎，操作明了，學生學習的積極性高。
三、注重開設實用、應用型實驗
高分子化學實驗教學為學生的創業、創新意識的培養提供了良好的環境條件，尤其是一些能結合實際生活的應用型高分子材料的制備，能使學生體會到高分子化學實驗的實用價值，有利于激發學生走向的創業、創新。如在“聚丙烯酸型高吸水性樹脂的制備”實驗中，高吸水性樹脂可用于日常生活用品如尿不濕等，由于該產物的實用性強，一方面可以提高學生動手實驗的積極性；另外一方面也使學生深刻認識到高分子材料是一個與人們的日常生產生活息息相關的學科方向。類似的高分子材料還有粘接劑、涂料等，這些實驗的開出將會使學生對未來從事該行業的信心倍增。
四、適當設計綜合型實驗
教材內高分子化學實驗大多數是認知和驗證型實驗，學生只需要按實驗參考書的步驟操作基本就能完成。如此實驗雖然可以使學生的動手能力得到一定程度的提高，卻不能使學生的綜合能力、分析和解決問題的能力、創新的能力等方面得到合適的鍛煉。綜合型實驗是內容和步驟較為復雜的實驗，其中包含多個的知識點和基本實驗操作，需要結合多方面的理論知識和技能，才能夠順利完成。綜合型實驗既能夠訓練學生綜合運用所學理論和實踐的技能，又能培養和提高其發現問題、分析問題、解決問題的能力。在綜合型實驗訓練過程中，學生主動思考，敢于提出問題、分析問題和解決問題，學生的科學思考和創新意識獲得很大的提升。
五、開設研究型實驗
學生經過綜合型實驗的基本訓練后，實驗理論知識和專業實驗技能都有了一定程度的提高。為了使學生了解高分子科學學科前沿、激發學生創業創新的動機，教師允許學生采取自愿組合的方式組成若干個科研興趣小組。通過查閱文獻資料，小組討論提出實驗方案，并與指導老師討論方案的可行性，最后開展實驗。結束時，上交實驗記錄由指導教師批閱給出評價，并討論實驗的得失。整個過程中，要求學生提交文獻綜述、可行性方案、實驗報告或科研論文，鍛煉寫作科研論文的能力。顯然研究型實驗需要教師付出更多的勞動，為學生創造一個獨立完成、接近實際科學研究的環境。研究型實驗有利于提升學生分析問題、解決問題、獨立工作、團隊精神及創業創新等方面的綜合能力。
六、改革實驗成績的考核方式
一個好的實驗成績考核方式要能夠反映學生在實驗教學過程中各個環節的表現。僅憑一份實驗報告來評定學生的成績是遠遠不夠的，學生在預習實驗、搭建裝置、清洗儀器設備、打掃衛生等方面的工作都將得不到很好的體現，缺乏客觀性和公正性。因此，可以借鑒無機、有機化學實驗的考核方式，將實驗成績的評定方式細化：平時實驗成績60分，包括書寫預習10分、統一服裝5分、裝置搭建10分、規范操作10分、衛生情況5分和提交報告20分；期末實驗操作考試40分（隨機抽取）。將實驗成績的評定標準在開課前公布，使學生不得不復習鞏固所有開設的實驗，從而達到熟練掌握各項實驗技能的教學目標。
七、結束語
高分子材料作為我校材料化學專業一個重要的培養方向，《高分子化學》成為材料化學專業的優秀課程，直接影響《高分子物理》《高分子材料加工工藝學》等后續課程的學習。我校材料化學教研室已通過對高分子化學實驗教學的改革，在激發學生學習高分子化學科學的興趣，提高學生的實踐技能、創新能力和創業意識等方面有所收獲。2015年3月5日，全國人民代表大會第十二屆第三次會議開幕，國務院總理同志在作政府工作報告中提及 “大眾創業、萬眾創新”。今后，我們將秉成這一新理念，繼續深入研究與探索，使高分子化學教學不斷適應社會發展的要求，為培育更多材料化學領域的優秀人才做不懈的努力。
【摘要】實驗教學是材料化學教學的重要組成部分，材料化學實驗教學改革也是教學改革的重要內容。為了提高材料化學的教學質量，提高學生的化學綜合素質，實驗能力的培養極為關鍵，而與科研課題相結合的材料化學實驗教學模式有助于學生實驗動手能力、科研能力、創新能力的培養，有利于學生潛能的發揮。本文主要對與科研課題相結合的材料化學實驗教學模式的實施進行分析。
【關鍵詞】材料化學；實驗教學；科研課題；教學改革
在理工科專業中，材料化學專業屬于應用型專業，其實驗課教學極為重要。在目前的材料化學實驗教學中，存在實驗內容單一、實驗設備欠缺、實驗人員固定，學生的實驗興趣與主動性不足等問題。[1]而在現代科學技術高速發達的今天，不僅要求材料化學專業的學生掌握化學理論知識、材料基礎知識，更要求學生具備儀器操作能力、實驗能力、創新能力，需要學生具備創作性地將材料基礎知識、化學理論知識轉化為科學技術的能力。為培養符合社會需求的化學人才，與科研課題相結合的材料化學實驗教學模式成為主要途徑，這種實驗教學模式有助于培養學生的實驗激情、激發學生的科研潛能，培養高素質的應用型化學人才。
一、實驗教學模式的可行性
在我國的一些高校中，與科研課題相結合的材料化學實驗模式已逐步開展，這種實驗教學模式在高校中的開展需要高校科研項目、學生實驗條件、教師科研水平等的支持。而在目前的高校科研中，一些教育型高校的科研質量、所獲的科研經費、教師水科研水平、實驗條件等還不能大規模的開展科研實驗教學。[2]因此，高校應根據學生的基礎、學校的具體實驗條件，安排適當的課題、學時，有計劃、有步驟的開展與科研課題相結合的實驗教學。此外，教育部對教學型高校的科研申報應大力支持，幫助高校開展一些省市級科研項目，提高學校的科研水平，使與科研相結合的材料化學實驗教學模式的開展成為可能。
二、實驗教學模式的實施
（一）、選擇合理的科研實驗內容、模式
首先，教師應根據學生的研究性學習的方法、特征，收集符合教學的相關資料，以此選擇可供實驗教學的科研課題。在此基礎上，教師應依據具有明確針對性、體現科學性、具有一定創新性、適當難易度的標準進行課題選擇，并對所實驗的課題內容進行確定，對實驗指導進行撰寫修訂。其次，在實驗教學中，教師應根據學院的要求，對實驗模式進行確定，可先進行小規模、短學時的課程。對于課時的安排，應綜合考慮實驗難易度、經費等因素，合理調整科研項目內容，使實驗符合課程需求，符合學生需求，可對一個科研項目進行分解，合理調整，取其中的一個內容進行實驗，也可將幾個基礎性的材料化學實驗整合為一節實驗課等。這樣既可使學生在有限的課時內完成實驗，也使學生接觸到完整的材料化學知識、科研實驗知識等。
（二）、教師的合理的指導
在與科研課題相結合的材料化學實驗教學中，教師的指導極為關鍵，它是實驗得以開展的基礎，是學生實驗學習、進行的依據。教師應有計劃、有目的的組織學生進行交流、討論，收集整理有用的實驗材料、結果，為科研課題實驗的開展提供依據。在學生實驗的過程中，教師應及時、認真觀察實驗，對學生出現的問題進行及時指導，確保學生實驗的可進行性，使學生能在規定的時間內完成實驗，提高學生實驗興趣與熱情。在實驗完成后，教師應及時將實驗結果、討論寫入實驗報告，并安排學生課后完成實驗報考，教師對學生的實驗報考進行檢查、評價，給予合理意見，更正實驗問題等，加強學生對實驗的認識，提高學生的實驗能力。[3]
（三）、引導學生主動學習，積極合作
在傳統的材料化學教學中，"灌輸式"的教學模式使學生的學習主動性降低，不利于學生實驗能力的培養。在與科研相結合的材料化學實驗教學中，教師應改變教學模式，以"探究式"的教學方式進行教學，使課堂生動、活潑，激發學生的學習興趣，實驗熱情，引導學生主動思考，提高學生的思考能力、動手能力。同時，教師應圍繞科研課題，引導學生自主發現問題，并對學生進行分組，確保每小組獨立完成任務，每小組的學生通過收集資料、分析信息，解決問題，不僅提高學生的動手能力、解決問題的能力，也培養了學生的合作意識、提高學生的合作能力，為以后的科研實驗打下基礎。
（四）、加強校外實習基地的建設
開展與科研課題相結合的材料化學實驗教學，實驗基地的建設尤為重要。高校充分利用多種渠道，加強與企業單位的合作聯系，加強校外實驗、實習基地的建設，以此增強學生的實驗實習時間，提高學生的實踐能力。一些高校可在一些化學材料相關企業實習基地，滿足學生的實習需求，此外，學生應選擇合適的科研項目，鼓勵支持學生在所實習的基地進行科研實驗，教師并定期的到實習基地，結合實習基地的實驗條件、具體情況，給予學生科學的指導，確保科研課題的順利完成。同時，教學可采用企業、學校雙導師制聯合的方式，學校、企業各派一名導師到實習基地指導。[4]由于學校、企業所排的導師的側重點不同，對學生的指導也不同，可使學生的材料化學理論知識、實際實驗能力都得到提高。
三、結束語
在高校的材料化學教學中，與科研課題相結合的材料化學實驗教學模式的開展需要根據學校的實驗條件、科研經費狀況、師資水平等因素，合理科學地選擇科研課題、實驗內容、實驗課時等，以此確保實驗進行的可行性。在實驗教學中，教師應選擇合適的科研實驗內容、模式，給予學生適度的實驗指導等，使學生準確掌握實驗知識，提高實驗能力。同時，高校應加強對實驗基地的建設，提高學校的科研實力，為社會培養更多更優秀的具有實踐、創新能力的高素質化學人才。
