“高分子材料分析测试和研究方法实验”课程的教学项目设计与初探

沈雪梅，张锦，李彤，朱林林，宋任远，李席

（1.安徽省硅基新材料工程实验室，安徽 蚌埠 233030；2.蚌埠学院虚拟仿真中心，安徽 蚌埠 233030）

我国高分子类专业设置于二十世纪50 年代，是从化学和化工类专业中形成和分离出来，经过前期的筹建，我校高分子材料与工程专业于2020年正式招生，培养从事与高分子材料相关的产品研发、工艺设计、生产管理、技术服务、科学研究等工作，具有创新创业精神和国际化视野的高素质应用型专门人才[1-2]。“高分子材料分析测试和研究方法”是一门综合了高分子化学、高分子物理、现代仪器分析技术的实践应用课程，是高分子材料与工程专业必修课，是在专业知识学习与应用中的工具型学科，具有举足轻重的地位。与之配套的实验课“高分子材料分析测试和研究方法实验”，是应用理论知识解决实际问题的体现，是培养高分子材料工程师的基本训练，是帮助学生巩固课堂理论知识、锻炼操作能力、培养创新意识的学科[3-5]。实验课服务于理论课，又升华于理论课，实验教学能够让学生活学活用专业知识，能够对高分子材料制备与改性、成型加工、工艺设计、生产加工中复杂问题进行识别、归纳和总结，夯实就业竞争力，因此本课程在高分子材料与工程专业中具有十分重要的地位。

1 课程教学现状

“高分子材料分析测试和研究方法实验”是一门要求综合应用学科知识，解决实际问题，具有较强理论联系实践的课程。在以往的实验教学过程中发现，该实验课各项测试方法和技术之间联系不紧密，涉及的知识面宽而深，学习难度大，导致有些学生基础知识跟不上；测试技术所涉及的原理知识枯燥无味，教师“填鸭式”讲授，导致学生对基本原理的理解不够深入，不能灵活运用所学知识，学生没有学习兴趣；实验资源、条件有限，大型精密仪器数量少，操作复杂，经常由教师一人演示，学生得不到锻炼的机会；实验课考核没有明确标准，缺乏对细节的考查，容易出现“人情分”的不公平情况，削弱学生主动参与的积极性。如何避免这些问题，如何将该门课程的知识精准地传授给学生，让学生真正地理解、学会每一项技术所包含的原理、使用方法和适用范围，如何让学生以后走向工作岗位，适应社会需求打下良好的基础，是本门课程教学过程中需要深入改革的问题。

2 教学改革措施

2.1 教学项目的设计

为了提高学生对理论知识的理解，帮助学生掌握高分子的官能团结构、产物鉴别、聚集态、分子量、溶液特性、热力学特性等，增加学生对仪器抽象的原理知识的理解，培养学生对仪器熟练运用的能力。选取“高分子材料分析测试与研究方法”理论课程的重难点知识内容，具体包含6个模块（高分子的结构分析、高分子的鉴别、高分子的分子量测定、高分子的热性能分析、高分子的流动性能测定、高分子的力学性能测定）[6-7]，精心设计实验项目，让学生通过参与实验项目掌握模块的理论知识，应用理论知识解决实际问题。该课程根据学时设置实验项目数，每个实验项目分小组进行，一组3～4 人，让尽可能多的学生参与其中，见表1。

表1 教学项目设计

2.2 实验教学方法及手段的优化

2.2.1 利用仿真软件完善教学过程

实验教学是实践性教学的一种组织形式，学生在特定的环境中利用仪器设备，在人为控制条件下，引起实验对象的变化，通过观察、测定和分析，获得知识与发展能力。但是由于环境、场地、仪器设备和操作条件的限制，极大制约了学生练习的机会，例如红外光谱仪的操作条件对湿度、温度、CO2气体含量有较严苛的要求，严格限制操作人数。在信息化时代的背景下，虚拟仿真实验平台的出现可使上述制约问题迎刃而解[8]。我们借助“仪器分析”课程中的欧贝尔仿真软件平台上的资源，为学生提供了直观、形象的“紫外-可见吸收仿真软件”“红外吸收光谱仪仿真软件”，可有效缓解实验资源与教学需求之间的矛盾，拓展现实实验教学的时间和空间维度，从而有效提高实验教学效率。

2.2.2 利用生活现象激发学习兴趣

“高分子材料分析测试和研究方法实验”作为一门实践性很强的课程，其教学目的是培养能够发现问题、解决问题、创新型的工程技术人才。因此，为了调动学生的学习积极性，在教学方法上采取理论联系实际和课堂互动相结合的方式。在授课过程中，可将测试分析技术与高分子专业课中的知识点相结合，提出实际问题，引导学生用所学到的理论知识来解答，既活跃了课堂气氛，激发了学生的探索热情，又锻炼了学生解决实际问题的能力，让学生真正感受到现代测试分析仪器在材料领域的广泛应用[9]。例如在讲授“聚乙烯PE熔体流动速率的测定”时，引入生活中塑料制品的生产成型过程，塑料的熔体流动对充模脱模的影响，思考熔体流动速率测定时如何选择热塑性材料的压力和温度？学生通过回顾相关知识点，相互讨论，发散思维，在操作中积累经验，获得答案。

2.2.3 利用多媒体提高教学效果

实验教材中对实验原理及操作步骤进行了详细描述，对实验反应现象的描述较少甚至没有，因此在整个实验过程中，学生对实验操作较为生疏或是机械地照本宣科地操作，对操作顺序或现象不做过多思考，靠教材作为单一的教学材料，难以完成实验课程教学目标。随着科技的发展，多媒体教学的渗入，在授课过程中将实验的操作流程及实验结果录制为音视频[3]，建立与课程内容配套的实验影像资源，并在教学过程中借助多媒体设备进行展示，配合实验操作，以此能够使整个教学过程更加完善。教师也可以将实验影像资源上传到线上教学平台，使学生能够随时随地反复观看实验操作流程，从而提高课前预习、课后复习的效果。

2.3 实验课考核标准的制定和量化

实验课成绩记录及考核办法是检验学生学习情况、激发学生主动获取知识、检验教学效果的重要教学环节，制定一个能够激发学生学习兴趣又能体现教学效果、合理公正的考核标准具有十分重要的意义[10]。但是，在实验课中学生的成绩评定一直没有统一且量化的标准，因而容易出现打“人情分”的情况，因此，我们在学院特色的形成性考核标准的基础上进行增设和量化，采用过程性考核和期末考核联合的方式，多方位考查学生对知识的掌握情况。过程性考核内容具体包含考勤、实验预习、课堂提问或参与讨论、课堂纪律、实验操作、实验记录、实验结果、实验态度、分析解决问题。期末考核主要以实验报告为准，实验报告考核内容针对实验实际操作的梳理、分析解决问题的能力、谱图和数据的解析是否正确、课后问题的思考、文献或资料的检索情况给出相应的评分。具体量化细则如表2和表3。

表2 过程性考核的检查项目及分值细化表

表3 实验报告的检查项目及分值细化表

学生的课程期末综合成绩计算公式如下：

综合成绩=过程性考核分值*40%+期末考核分值*60%

其中，过程性考核分值=所有实验项目过程性考核分值的总和/实验项目数；期末考核分值=实验报告所有项目考核分值的总和/实验项目数。

最后，根据综合成绩评定课程考核等级，其中大于等于90 分为优秀；大于等于70 分小于90 分为良好；大于等于60分小于70分为及格；小于60分为不及格。

3 结束语

通过与相关专业老师交流研讨并实践教学大纲的修订、教学项目的设计、教学方法的改进、教学考核的细化，加强提升了教师的教学和育人能力；把复杂难懂的知识变成浅显易懂、富有意思的授课内容，结合公平公正的考核形式，有效提高了学生的学习动力和学习效果；更新实验教学内容，改进实验教学方法，锻炼学生基本实践操作技能，训练学生严谨的创新科学思维，推进高素质应用型专门人才培养步伐，为人才服务社会起到积极的引导作用。