田晨旭,蔡緒福,楊昌躍,錢祉祺

(四川大學 高分子科學與工程學院，四川 成都 610045)

“實驗教學+”的設計策略與實現(xiàn)方法

田晨旭,蔡緒福,楊昌躍,錢祉祺

(四川大學 高分子科學與工程學院，四川 成都 610045)

實驗教學是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識、思維、能力、精神的重要環(huán)節(jié)?！皩嶒灲虒W+”是將科研的創(chuàng)新成果、新技術和新方法深度融合于實驗教學項目之中。該文用實例闡明“實驗教學+”的具體實現(xiàn)方法，將實驗教學項目模塊化，包括材料制備、性能測試和材料應用等模塊，且模塊間相互聯(lián)系，為學生提供具有綜合性、連貫性強的實驗內(nèi)容。同時，提升實驗模塊內(nèi)容，做到突破難點，注重實際應用。

教育增值，實驗教學+，實驗內(nèi)容模塊化，綜合性，連貫性

“互聯(lián)網(wǎng)+”開始成為國家經(jīng)濟社會發(fā)展的重要戰(zhàn)略。在“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，高等教育也置身其中。那么未來的高分子材料實驗教學需要“+”點什么，才能與快速發(fā)展的社會相適應。實驗教學不再是理論教學的補充，已經(jīng)成為高等教育不可缺失的重要組成部分，實驗教學更是培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力和創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)[1-7]。實驗教學關注的不再僅僅是每個學生是否掌握了教學大綱中所規(guī)定的內(nèi)容，而且更關注每個學生是否都獲得了“增值”[8]的機會。 因此，在實驗教學中需要 “+”點學生思維，即要以學生為中心，理解學生的需求；“+”點真實，即從“灌輸”到“代入”，使教師角色轉(zhuǎn)換為“學習的促進者”而不再是一味地“灌輸”。因此，“實驗教學+”簡單點說就是將高分子材料科學中新的分析技術，新的分析方法以及先進的科研成果與傳統(tǒng)的實驗教學相結合，即將科研的創(chuàng)新成果、新技術和新方法轉(zhuǎn)化為實驗教學項目，并將實驗項目模塊化，且模塊之間相互聯(lián)系，為學生提供連貫性綜合性強，覆蓋知識面廣，富有創(chuàng)新性的實驗項目，對開闊學生視野，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識和科研能力，起著非常重要的作用，也將充分發(fā)揮科研成果在高分子材料科學中的應用。同時，提升實驗項目模塊，注重知識點之間的連貫性和延展性，改進測試表征模塊，增加材料應用模塊，避免傳統(tǒng)教學中的面面俱到，突出重點，注重實際應用，即真正達到實驗教學“教育增值”的目的。

1 “實驗教學+” 設計思路

1.1 實驗項目內(nèi)容模塊化

傳統(tǒng)的高分子材料實驗教學內(nèi)容通常是根據(jù)理論課內(nèi)容安排若干個小實驗項目，存在的弊端是實驗項目單一，驗證性強，單個實驗內(nèi)容間缺乏知識上的聯(lián)系，不利于學生綜合能力的培養(yǎng)。實驗課程必須要以學生為中心，理解學生的需求，不是單純地完成驗證性實驗，而是要培養(yǎng)學生的綜合能力，通過實驗教學，讓學生了解到高分子材料專業(yè)最新的分析技術，分析方法和科研的創(chuàng)新成果。正所謂“藥材好，藥才好”，因此，在編排綜合性實驗項目內(nèi)容上，首先計劃實驗項目內(nèi)容需覆蓋以下3個模塊——材料制備(或材料成型加工)、材料性能的測試與表征(包括測試結果分析)、材料應用，如圖1所示；然后選擇優(yōu)秀的科研成果轉(zhuǎn)化為相應的實驗項目，并將實驗項目的具體內(nèi)容模塊化。本學院設計的一些源于科研成果的綜合性實驗項目有：可溶性聚芳酯的合成、表征及性能[9-10]；半芳香族聚酰胺成炭劑的合成與應用[11]。這些課題轉(zhuǎn)化成的實驗項目，不再是枯燥的知識點，而是覆蓋的知識面廣、綜合性強，知識點環(huán)環(huán)相扣。學生從實驗中可以獲得多方面的連貫的知識和技能，從而彌補了傳統(tǒng)實驗教學的不足。

圖1 實驗項目包括的模塊內(nèi)容

1.2 提升實驗模塊內(nèi)容

傳統(tǒng)的實驗教學中，側重于驗證性的完成材料制備，較少涉及材料性能測試與表征，使得知識點之間缺乏連貫性和延展性。即使進行測試表征，也只能針對一些標準樣品，與實際應用相差甚遠。而且理論教學中開設的新的分析測試方法相關理論課程(如近代測試技術及表征)，只注重原理的驗證，因?qū)W時有限，知識點的講解也只能做到點到為止，而無法突出重點。同時，學生也無法理論聯(lián)系實際并學以致用，對其今后科研創(chuàng)新沒有太多實際的幫助。值得注意的是，教育的本質(zhì)是啟發(fā)學生的潛質(zhì)，培養(yǎng)每個人自主、創(chuàng)新的能力，不是單純的灌輸，而教師的角色更應當從“灌輸”轉(zhuǎn)化成“代入”，成為“學習的促進者”。因此，在實驗教學項目中，改進材料性能測試與表征這個實驗內(nèi)容模塊，讓學生通過分析方法和分析技術，測試在前期實驗中制備得到的材料。學生對已知結構材料進行分析，才會具有更加明確的學習目標，并得到更加實用的操作培訓，為今后的科研創(chuàng)新打下良好的基礎。性能測試完成以后，還需要對得到的結果進行分析，培訓學生熟練掌握Omnic、Origin、TA和ChemDraw等分析軟件。能力的提升，不止于完成實驗，重要的是通過測試結果來分析材料的結構和性能，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，并啟發(fā)學生對實驗加以改進和創(chuàng)新，提高學生的求索和創(chuàng)新興趣，進一步激發(fā)學生的潛能和創(chuàng)造力。

對于工科專業(yè)而言，制備的新材料得到應用，才能真正實現(xiàn)材料的價值，因此，在實驗內(nèi)容中，專門編排了材料應用實驗內(nèi)容模塊，根據(jù)材料特性，將其加工成型后，并運用分析技術來檢測材料的應用性能。

2.“實驗教學+”實現(xiàn)方法

2.1 實驗內(nèi)容模塊化的具體方法

以綜合實驗項目一：可溶性聚芳酯的合成、表征及性能為例，說明“實驗教學+”的實現(xiàn)方法，如表1所示。為了從實驗教學中，讓學生的理論知識和實踐能力得到更加有效地提升，實驗教學中設置的各個實驗模塊，針對學生各方面知識和能力都提供了有效地提升條件，具體的實驗模塊包括材料制備、材料性能的測試與表征和材料應用。

1)首先，在材料制備模塊中，要求學生在課前預習實驗，了解當次實驗內(nèi)容的國內(nèi)外現(xiàn)狀。在實驗項目一中，傳統(tǒng)的聚芳酯有著優(yōu)異阻燃性，由于其不溶不熔的性質(zhì)，加工條件困難，因此其應用受到限制。為了改善聚芳酯的溶解加工性，采用界面縮聚的方法將含有側苯基結構的單體，引入到聚合物的結構單元中，以增加分子鏈間距，提高聚合物的溶解性。通過材料制備這個實驗模塊，使學生將界面縮聚的理論知識得以應用，同時學習了改善聚合物溶解加工性的手段和方法。為了制得具有功能性的新型材料，一般多從分子設計出發(fā)，根據(jù)需求設計相關的分子結構。

表1 實驗項目一：實驗安排

2)然后，在材料性能測試與表征模塊中，會涉及多種分析方法和分析技術，如光譜分析、色譜分析、熱分析、熱力學分析以及電子顯微鏡等。例如：通過光譜分析(包括紅外光譜、拉曼光譜、廣角X射線衍射)對聚合物結構進行測試，對前期合成實驗中所得到的實驗結果進行驗證；通過色譜分析(凝膠滲透液相色譜)，電子顯微鏡(掃描電子顯微鏡，透射電子顯微鏡)對聚合物聚集態(tài)結構進行測試，結構決定性能，了解材料的結構，才能對其性能測試有更好的分析；通過熱分析(包括差示掃描量熱法、熱失重分析、熱重-紅外聯(lián)用分析、極限氧指數(shù))，對聚合物熱性能進行測試，考察在改善聚芳酯溶解性的同時，結構對其熱性能的影響；其次，在材料應用這個模塊中，會將前期制得的性能優(yōu)異的材料加工成型后，加以應用，在實驗項目一中，將改性后的聚芳酯制成薄膜，并對其進行性能測試。

3)最后，要求學生根據(jù)本次實驗目的，自己設計實驗，并相互討論交流，評比實驗的可行性，很正達到學以致用，教育“增值”的目的。

表2 凝膠滲透色譜實驗內(nèi)容和學時分配

2.2 提升實驗模塊內(nèi)容的具體方法

以凝膠滲透色譜為例，具體介紹材料性能測試與表征模塊中，測試實驗內(nèi)容的具體安排以及學時分配，如表2所示。實驗分為樣品制備、儀器簡介、儀器功能介紹、儀器操作培訓和測試結果分析5個部分。1)在樣品制備中，不僅要講明高分子材料制樣方法，而且要通過案例分析，說明注意事項，避免在制樣過程中破壞聚合物。2)在儀器簡介中，不再贅述其基本結構和原理，重點分析一些測試實例，引導學生如何分析問題，以及解決問題。3)在儀器功能介紹中，通過演示操作過程，包括選擇測試條件、放樣品、走基線、做標準曲線、測試樣品5個步驟，借助實例有重點地介紹儀器功能和儀器配套的操作系統(tǒng)，同時通過實例說明選擇測試條件對測試結果的重要性。4)最重要的部分——儀器操作培訓，學生按照上述操作過程，根據(jù)老師前面講述的內(nèi)容，從“灌輸”到“代入”，教師角色轉(zhuǎn)換為“學習的促進者”，要求學生自主地選擇測試條件，測試前期材料制備實驗模塊中所得到的產(chǎn)物；在分析測試結果中，引導學生解讀報告中數(shù)據(jù)隱藏的信息，培養(yǎng)學生分析問題以及解決問題的能力。在傳統(tǒng)的理論教學，甚至實驗教學中，都忽略了分析實例、選擇測試條件和解讀數(shù)據(jù)這些重要環(huán)節(jié)，只是泛泛講述基本結構及原理，對于實際操作并無大益。5)在結果討論中，要求學生總結本次實驗結果，討論根據(jù)樣品的特性如何選擇最優(yōu)的測試條件，如何評估測試條件的優(yōu)勢，在傳統(tǒng)教學中往往忽視了評估測試條件這項內(nèi)容，然而交流、討論、總結，才能真正將實驗內(nèi)容升華，變成學生自己的知識，真正發(fā)揮以學生為中心，學生的自主能動性。因此，“實驗教學+”實現(xiàn)方法中，材料性能測試與表征模塊對培養(yǎng)學生的實踐能力大有益處。

在材料應用這個模塊中，在實驗項目一中，由于改性后的聚芳酯具有良好的溶解加工性，并保持了良好的阻燃性。因此將聚芳酯溶于其良溶劑中，采用流延法，使其均勻涂覆在潔凈的玻璃板上，加工成型制得薄膜，并對薄膜進行力學性能的測試，考察其應用范圍。

3 結束語

“實驗教學+” 要以學生為中心，理解學生的需求，轉(zhuǎn)變教師的角色，發(fā)揮學生的主體作用，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力。將優(yōu)秀的科研成果、新的分析方法和分析技術引入到實驗教學中，提供連貫的知識體系，將理論與實踐融會貫通，改進實驗模塊，突出難點，注重實際應用，同時提高學生的理論知識與實驗操作技能，真正達到“教育增值”。只有這樣，未來的高分子材料實驗教學才能應變更大的挑戰(zhàn)。

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Design and Implementation Strategy of “Experimental Teaching Plus”

TIAN Chenxu,CAI Xufu,YANG Changyue,QIAN Zhiqi

(College of Polymer Science and Engineering, Sichuan University, Chengdu 610045, China)

The experimental teaching is a very important link in training students’ innovation consciousness, thinking, ability and spirit.The “experimental teaching plus” is an experimental teaching project deeply integrated by innovation, new technologies and new methods in scientific research.In this paper, the concrete realization method of “experimental teaching plus” is illustrated.The experimental teaching project is modularized,including the preparation of materials, properties testing and material application.The modules are interrelated, providing students with a comprehensive and strong coherent experimental content.At the same time,.the “experimental teaching plus” improves the experimental module content, thus breakthrough the difficulty and focus on practical application.

education value added, experimental teaching, experimental project module, comprehensive, consistency

2016-05-10；修改日期:2016-12-01

田晨旭(1987-)，女，碩士，工程師，主要從事高分子材料專業(yè)的實驗教學工作。

G642.423

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.01.038