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高分子化学实验是高分子化学课程教学的一种最有效的实践教学形式,它可以帮助和促进学生课堂理论知识的学习与消化,建立和巩固高分子化学基本概念和理论,获取高分子化学知识,培养科学素质和操作技能。我国著名化学家戴安邦指出:“只传授化学知识和技术的化学教育是片面的,全面的化学教育要求既传授化学知识和技巧,又训练科学方法与思维,还培养科学精神和品德,学生在化学实验中是学习的主体,在教师指导下进行实验,训练用实验解决化学问题,使各项智力皆得到发展”。这番话指出了开设化学实验课的深刻内涵和重要价值。2004年国家教育部颁布的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》在评估指标的二级指标“实践教学”中,从“实践教学内容与体系,综合性、设计性实验课的比例及效果,实验室开放”三个方面明确了实践教学改革和发展的方向。近几年高校的化学类实验教学改革取得了令人瞩目的成果。高分子材料科学与工程专业是很多高校在近年来新开设的专业,在实验教学与改革方面的成果积累较少,尤其高分子化学实验教学采用陈旧的教学内容和教学方法依然居多。通过调研发现,目前国内高校高分子材料科学与工程专业的高分子化学实验教学依然不同程度地存在一些问题。
一、高分子化学实验教学现状剖析
1.实验教学体系和内容欠争理
多数的实验教学附属于理论教学,没有单独设课和单独考核,实验课时相对较少虽然有些高校高分子化学实验已经独立设课,但仅作为考查课。实验教学内容中传统的、陈旧的实验较多,而体现现代科学技术发展成果的实验很少认知性、验证性实验所占的比理偏高,培养学生创新能力的综合性、设计性、应用性和创新性的实验偏少,而且实验环节偏重于理论,突出高分子材料应用性特点的实验太少,不利于培养学生的工程观念。
2.实验教学方法单一
学生按照实验讲义预习,然后进实验室。实验前教师把实验目的、实验原理、仪器使用方法、测试方法、实验步骤和数据记录表格及数据处理方法等进行详细的集中讲解。学生只需按教师指导的过程按部就班或者依照讲义“照方抓药”,就可以完成一个实验。一部分学生糊里糊涂地来到实验室,只动手不动脑地完成实验,然后又迷迷糊糊地离开实验室。实验的现象和结果没有给他们留下太深的印象,对学生观察能力、分析问题和解决问题的能力以及创新意识的培养都很不够。这种统一模式、统一要求、齐步走的教学方法,一方面造成了学生对教师的过分依赖,另一方面抑制了学生个性思维的发展和创新能力的培养。
3.实验嫩学手段落后
在现代信息技术迅速发展的今天,虽然网络技术、多媒体技术等现代教学技术在理论教学中得到了普遍应用,但虚拟、仿真等实验技术手段未能在实验教学中推广应用。这样对于一些耗费过高、时间过长、毒性过大、危险性过高的实验,只能最低限度地开设,且开设过程中费用大和危险性高,导致学生对此类重要实验缺乏足够的认知和感受的机会。
二、新教学模块的实践性探索与成效
针对目前国内高校高分子材料科学与工程专业高分子化学实验教学中存在的一些问题,借鉴其他化学实验教学改革的优秀成果,提出了基础技能实验、综合设计实验、研究创新型实验的三个高分子化学实验教学模块体系,并在每个模块中结合常熟理工学院教师的科研成果引入_些新的实验教学内容,采用开放式实验教学方法。通过实验教学实践发现新的体系和教学方法在培养学生的创新意识和工程实践能力方面起到了较好的效果。
1.基础技能实验教学模块
基础技能实验模块构建的目的着重建立高分子化学实验与相关基础理论知识之间的有机联系。培养学生的实验安全意识、清洁卫生习惯和严谨的实验态度。训练学生掌握熟练规范的实验操作技能和技巧,为后续的实验教学模块的实施打下良好的基础。
基础技能实验模块的教学内容设计在课时总量的40%~50%为宜,课时数约30学时,开设8~10个实验。教学内容设计涉及到高分子化学反应机理,如自由基、阴离子,阳离子等连锁反应机理,缩聚、基团转移聚合等逐步反应机理,开环聚合反应机理等。在实验实施方法方面涉及到本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合、熔融缩聚、界面缩聚等。如设计膨胀计发测定苯乙烯本体聚合动力学实验,让学生直观感受到了诱导期概念、聚合过程体积减小的现象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化学理论知识。设计过硫酸钾引发甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合实验,除让学生明确了乳液聚合的基本原理外,还了解到了聚合物大分子链端基的重要作用。设计己二酰氯和己二胺界面缩聚实验,让学生深入理解了界面缩聚的概念和聚合物的可纺成纤性能等主要高分子知识。通过设计一些自由基、阴离子、阳离子等连锁反应机理的实验,使学生进一步掌握了活性中心的概念,同时在实验过程中认知了这些引发剂的活性、安全使用和贮存事项。
2.综合设计实验教学模块
综合设计实验教学模块旨在培养学生较强的实际动手能力,自主设计和分析解决问题的能力。本实验模块是实验教学的较高层次,注重学生实验的自主设计性和综合性。
教学内容设计在课时总量的20%~25%为宜,课时数约15学时,开设2~3个实验。本教学模块的特点之一是实验内容的综合性,可以将同一门课的几个实验,或者是几门课的实验组合在一起,形成一个大实验。本教学模块的特点之二是实验方案的灵活性和设计性,侧重培养学生的自主实验和学习的意识和良好习惯。例如关于高分子合成实验先确定好采用的聚合机理和聚合方法,在原材料配方组成、引发剂种类及用量、合成温度等工艺条件方面给出一个大致的框架,然后让学生在所给的框架内进行自行设计和实施实验。譬如悬浮法制备聚苯乙烯珠粒实验,水的用量范围为苯乙烯质量的100%~200%、分散剂为磷酸钙或聚乙烯醇两种、引发剂过氧化二苯甲酰用量为苯乙烯质量的0.2%~1.0%、反应温度设定在75℃~85℃范围等。学生通过自行设计的方案实施实验获得了不同的实验结果,通过对不同组之间实验结果的综合分析,找到了影响悬浮法制备聚苯乙烯珠粒的一些因素,激发了学生动手实验的兴趣,发挥了学生自主实验和学习的主观能动性。
3.研究创新实验教学模块
设置研究创新实验教学模块培养学生的科研和创新意识、提高学生的综合素质和应用开发能力,为实现培养高质量的应用型人才的教育目标提供重要的教学内容实体支撑。
本实验模块是实验教学的最高层次,注重学生实验的独立自主陛、综合性、应用性和创新性,教学内容设计在课时总量的20%~25%为宜,课时数约15学时,开设2~3个实验。本实验教学模块的特点之一是实验项目的独立自主性和综合性。也就是说确定好实验项目之后,让学生在实验教师指导下独立自主地进行实验项目方案的调研、设计、实施和结果分析。本实验教学模块的特点之二是实验项目的应用性和创新性,所拟定实验项目必须关联生产实践中的聚合物产品,充分体现实验项目的应用性。实验项目设计主要针对这些高分子产品生产实践中存在的共性问题和关键问题的解决来进行设计。通过研究创新实验的实施,发现学生学习积极性很高,乐此不疲,为培养学生创新意识和展示高分子化学实验的应用性特征提供了最佳学习平台,尤其是开发一些联系生活实际的应用型实验,可使学生亲身感受到高分子化学实验的实用价值,能强烈激发学生的创造动机。此外,研究创新实验往往需要多名学生共同完成,有利于培养学生的团队合作精神。例如,聚氨酯绝缘漆的制备及性能测定实验,每个学生做一个实验配方,每5名学生一组,5名学生的实验结果综合在一起可以得出高分子树脂配方组成与漆膜性能之间的关系曲线,以及固化条件与漆膜性能之间的关系曲线。在实验过程中,5名学生要共同安排实验方案,尽量保持操作的一致性,最后得出的结果要呈规律性变化。如果有一名学生操作有误,这个实验点就会落在规律性以外,影响其他学生对实验现象的观察。因此,实施研究创新实验项目对教师也提出了更高要求。在每次实验前,教师要指导学生拟定方案,并对可能出现的实验现象和各种影响因素进行分析,实验过程中,又有多种意外的实验现象出现,这势必要求师生共同分析和讨论造成这些现象的原因,帮助学生透过现象深刻理解事物的本质。这样做需要教师有相当的知识储备量,并且要求教师也不断进取,充分体现了教学相长的教育理念。
三、结论
基础技能实验、综合设计实验、研究创新实验+教学模块教学的实践证明教学效果显著,特别对提高学生综合实践能力、激发学生理论课学习兴趣、培养学生创新意识和应用开发技能取得了预期效果。基础技能实验模块的教学效果主要体现在实验现象与相关基础理论知识之间的有机联系,高分子化学实验操作技能和技巧的掌握和规范。综合设计实验的教学效果主要体现在学生自主设计和分析解决问题的能力培养。研究创新实验的教学效果主要体现在学生科研和创新意识的建立,以及学生团队意识和应用开发能力的培养。
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高分子化学和高分子物理是高分子科学相关专业的专业基础课。在专业课程设计中,一般两门课程独立设置,其中各占有48到72学时不等。我校的生物功能材料专业开设了高分子方面的课程,其中高分子化学与物理是该专业的专业基础课。根据该专业特点,生物功能材料涉及领域较广,从无机陶瓷材料到有机高分子材料都有涉及。该专业学生只需掌握有关高分子化学和高分子物理的基本理论知识和应用技能,因此我们开设了高分子化学与物理课程,所设学时为56学时,开设时间安排在二年级下学期,为三年级开设《高分子材料化学》等课程打下一定基础。该课程内容涉及高分子材料的合成与实施方法,高分子材料的结构、性能、成型加工及其应用,是一门多学科交叉、实用性很强的学科。根据该课程具有涵盖内容广,物理化学和有机化学知识运用较多等特点,这样有限的课时设置就给授课带来了一定困难,导致学生在理解和应用本课程知识方面具有一定难度。另外,我校该专业物理化学课程设置在二年级下学期和三年级上学期,其中物理化学反应动力学部分讲授时间较晚,这也给高分子化学与物理的授课带来了一定困难。那么如何在有限的学时内系统地讲授高分子学科基础知识,是本文需要重点探讨的问题。
1.选择教材,合理安排教学内容
受授课学时的限制,我们选用的教材是化学工业出版社出版的《高分子化学与物理基础》,由魏无际等主编。该教材系统地阐述高分子化学与物理的基本概念、基本知识、基本原理和基本测试方法,教材内容全面,难度适中,比较适合生物功能材料专业的教学要求。针对课时较少的现状,我们对教学内容进行了合理安排。对于高分子化学部分,重点讲解高分子的基础概念、缩聚和逐步聚合、自由基聚合、聚合方法、阴离子聚合等内容,自由基共聚合、阳离子聚合、配位聚合等可较简单讲解,聚合物的化学反应章节主要由学生自学。这样既保证了学生能够掌握高分子化学的基本概念及反应,又没有因为课程过难给学生造成学习困难。对课程中的某些内容,例如聚合动力学的推导,在物理化学中化学动力学部分还没讲解的情况下,我们在教学中不要求学生记住所有推导和公式,仅提出聚合动力学基本知识,引导学生自己进行动力学推导。对于高分子物理部分,我们重点讲解高分子的结构、高分子的分子运动、力学状态及其转变,简单讲解高分子固体的基本力学性质、高分子溶液的基本性质章节,对高分子电学、热学和光学的基本性质章节主要由学生自学。这样课程的安排,重点讲解能够加强学生对高分子学科基本知识的掌握;简单讲解能够扩大学生的知识面、引导有科研需求的学生课下加强该部分内容的掌握;自学部分主要为了深化学生对高分子学科知识的理解。重点讲解、简单讲解与学生自学相结合的教学方法,突出了本课程重点、拓宽了学生知识面,克服了高分子学科教学中内容多、概念多、数学推导多等难于克服的难点。
2.理论联系实际,提高学生学习兴趣
高分子化合物广泛存在于日常生活中,如穿着用的化学纤维、自然界存在的棉、麻、丝绸等,食品行业中的蛋白质、淀粉、纤维素,建筑行业中用的涂料、各种高分子管材、胶黏剂、有机玻璃,行驶工具中应用的橡胶、工程塑料、增强纤维等。高分子科学在人们的日常衣、食、住、行中发挥着极其重要的作用,其是一门应用基础型的学科。高分子化学与物理的教学,单纯的讲解很难引起学生的学习兴趣,教学效果不显著。为提高学生学习兴趣,我们在讲解基本知识的同时,注重理论和实际相结合,列举了大量实例。例如讲解缩聚反应时,对涤纶、尼龙等一些重要的缩聚物的生产原理进行了重点讲解,对聚乳酸生物材料进行了系列概述,包括其生产方法、原理和应用等;自由基共聚合部分,讲到聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS树脂)、丁苯橡胶(SBR橡胶)等一些著名共聚物和常见聚烯烃产品及它们的制备原理、主要性能和用途。其中举例聚四氟乙烯(PTFE)用于流量泵、反应釜内衬和搅拌棒外面涂层,聚氯乙烯(PVC)用于各种集成吊顶和各种垃圾袋等。在高分子发展史中,讲授诺贝尔奖成果和获得者的发明典故,例如电高分子的发现、齐格勒-纳塔催化剂的发展,以增强课堂的趣味性;讲述了第二次世界大战期间高分子的发展典故。此外,让学生翻看塑料水杯的材质、衣服标签让学生认识各种标志上一些材质的名称,指出我们的水杯、服装由哪些合成高分子构成,并讨论目前常用的化学纤维名称和聚合原理;通过举例讲解方式,激发学生自主学习兴趣。
3.多媒体与板书教学方法相结合,提高教学质量
高分子化学与物理基础课程知识面广,其涵盖了高分子化学、高分子物理、高分子加工等方面内容。该课程教学信息量大、理论性强,学生理解相对比较困难。因此,我们在教学过程中注意多种教学形式相结合,提高教学质量。课堂主要采用多媒体教学方式,同时辅以板书讲解,取得了不错的教学效果。利用多媒体教学方法既能够将理论的知识直观体现出来,又能够将难于理解的教学内容形象地展示出来,这样可以使学生更容易理解所学内容。例如,在讲解配位聚合时,利用动画演示双金属活性中心机理和单金属活性中心机理中单体分子的插入过程与链增长过程;自由基聚合实施方法中,利用制作动画模拟悬浮聚合和乳液聚合过程中单体的分散过程,高分子物理中拉伸对高分子结晶形态的影响、动态黏弹性模型,等等。通过多媒体的运用,可以使抽象的教学内容具体化,有效提高学生学习的趣味性。多媒体课件也会存在一些缺陷,比如讲课节奏过快,学生难以吸收;教师过于关注幻灯片屏幕,减少了和学生的交流互动,等等。在实际教学过程中,还应注意和板书的有效结合,对重点知识内容采用板书的形式进行讲解,取得了不错的效果。
4.网络教学方法的运用
针对多媒体教学存在讲课节奏过快,学生难以吸收等缺陷和板书教学进度缓慢等特点,对重要章节,我们采取课堂与课下网络教学相配合的方法。网络教学在原来多媒体教学基础上,对教学过程和教学内容提供了全面支持。目前学校构建了一个比较完整的网上教学支撑环境,提供多媒体录播室进行教学视频的录制,最后把课件与录制视频统一上传到网络教学平台。网络教学有许多传统学习方法无可比拟的优点,例如学生学习自主性增强,真正发挥学习的主观能动性,学生学习在时间和空间上少了许多限制,学习的探究性更加深入。另外,网络背景下学生在获取不同的资源时可以进行比较,相互之间取长补短,知识面更广。随着现在网络技术的发展,学生可以在宿舍、教室和学校多媒体教室通过网络对课堂内容进行学习。网络教学方法的运用,大大弥补了课堂多媒体课件存在一些不足,大大提高了教学效率。
5.开展互动式教学,发挥学生的学习主动性
教学是教师和学生的共同行为,学生是课堂的主体,教师是学生学习知识的引导者。目前高校教学方式偏重以教师“教”为主,忽视了学生“学习”的主动性,学生始终处于“被动学习”地位。这样的“被动学习”,导致学生具有学习压力大、心理负担重等特点。针对这一现状,我们采取课堂互动的教学方式,包括师生提问、讨论和学生上讲台相结合的方式进行教学活动,取得了一定效果。比如在下课前教师先提出下一节课的预习内容,提出一些讨论问题,例如在讲述缩聚反应时,提出不同聚合时间获得聚合物分子量是否相同、什么样的单体能够发生缩聚反应、什么样的单体能够获得支化的高分子等问题。让学生通过查阅资料,自己寻找答案,并在下次课堂上让学生进行讨论,然后教师补充。这样既提高了学生的学习思考能力,又增强了学生的学习主动性,提高了学习兴趣。另外,我校为农业院校,虽然学习《高分子化学与物理课程基础》课程的学生是非农业专业,但是部分学生毕业后或许从事涉农相关服务业。考虑到此种情况,我们在授课内容安排上,对目前农业应用的高分子材料和高分子在农业方面的潜在应用进行了讨论,给他们提供了创造性思维。比如在讲自由基聚合章节时,我们就对强吸水树脂的制备现状和发展前景,主要针对其在农业生产中的应用进行了讲述,对高分子薄膜在农业中的应用及带来的“白色污染”与应对措施进行了讨论。通过这样的讨论,我们锻炼了学生分析思考问题的能力,这为学生工作与科学研究的创新思维形成打下了基础,提高了学生的学习积极性和学习兴趣,加深了对本课程的理解。
6.结语
通过对本校生物功能材料专业《高分子化学与物理基础》课程教学中的一些课程设计特点、面临的问题及目前采取的措施进行了总结。《高分子化学与物理基础》虽然是一门专业基础课,但其理论性强、概念抽象难懂,如何让学生在掌握该课程基本理论的同时,调动学生的学习积极性,培养学生的自主学习能力和创新意识,是教学工作中需要不断探索的问题。我们将在总结已有教学经验的基础上,继续对本课程教学方法的改善与创新进行探索,以提高该课程的教学质量。
参考文献:
[1]魏无际,俞强,崔益华.高分子化学与物理基础(第二版).北京:化学工业出版社,2011.
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)43-0083-02
一、《高分子化学与物理》课程特点
经过高分子科学与技术的快速发展,高分子的理论发展与应用已经渗透到物理学、化学、材料学、生物学等各个学科与领域,具有鲜明的学科交叉特色。高分子化学与物理的研究成果已经进入了我们日常生活的每个方面[1-6]。作为一门多学科交叉、实用性很强的学科,高分子对各个工业部门和科技领域的渗透作用已成为不争的事实,所以在现行中国高等教育的本科专业中,如化学、应用化学、材料化学、材料物理、复合材料、轻化工程、包装工程、纺织工程、生物工程和环境工程等许多非高分子专业都将高分子相关知识作为必修课和选修课。
非本专业《高分子化学与物理》教学的侧重点在于阐述现代高分子科学已成熟的基本概念、基本知识、基本原理和基本测试方法,对涉及高分子科学研究前沿的理论、测试方法以及高分子的新产品介绍等内容点到为止,该课程的学习为轻化工程专业学生开启了一扇通往高分子科学的窗户,引导学生了解高分子化学在高分子学科中的地位,通晓课程的主要研究对象和研究内容,为后续专业基础课的学习和高分子在染整中的应用奠定基础[1,2]。通过多年的教学实践证实,对于轻化工程专业(染整方向)的本科生来说,《高分子化学与物理》课程教学呈现以下几方面的特点。
(一)基础课程,衔接不够
对于轻化工程专业(染整方向)的本科生,高分子的学习显得尤为重要,一方面后续课程(如《纤维化学与物理》、《染整工艺原理》和《染料化学》等)的学习必须以高分子为学科背景,另一方面大学生的生产实习、创新学分实验、创新训练计划和本科毕业论文等实践性环节的开展也必须要有高分子基础,因此为了让染整方向的本科生了解和掌握高分子的基本理论知识和应用,开设了《高分子化学与物理》学科平台课程。该课程的学习必须以《有机化学》、《物理化学》和《无机化学》的课程学习为基础,但江南大学轻化工程专业将《高分子化学与物理》课程设置在大二下学期,《物理化学》等课程也在此学期开设,因此课程开设时间过早,缺乏基础课程的知识,建议在大三上学期开设,以期获得较好的教学效果。
(二)内容多、学时少,课时紧张
《高分子化学与物理》课程主要包括高分子化学和高分子物理两个部分,其中高分子化学部分包括高分子科学的发展历史、发展趋势,基本概念、分类与命名、基本原理、高分子合成反应与方法等,涉及逐步聚合、自由基聚合、离子聚合、配位聚合和共聚合等;高分子物理部分则侧重于高分子的结构(如链结构、聚集态结构等)、分子运动、力学状态与转变,物理性能等。对于高分子专业的本科阶段,通常会开设《高分子化学》和《高分子物理》两门课程,分别在32至48学时不等;而对于轻化工程专业,只开设了《高分子化学与物理》一门课程,48学时,相对来说内容多、课时少。在这样的情况下,教学活动的有效开展、课程体系的完善、讲授内容的连贯与取舍等都显得非常重要,对任课老师是一种不小的挑战。
(三)注重理论,缺乏实践
《高分子化学与物理》是一门以实验为基础的自然科学,但轻化工程专业只开设理论学习课程,没有相关实验课程。为了使学生能够更好地掌握课程学习内容,同时培养学生的动手能力和分析、解决问题能力,提高学生的实验技能,相应的实验课程的开设显得非常迫切,能够让所学知识与理论在实验中得到验证,注重理论与实践的结合,让学生从最初的原料出发,选择合适的聚合方法与聚合反应,得到在实际生活中真正用得上的高分子产品。
二、教学改革举措
针对轻化工程专业《高分子化学与物理》的课程特点,结合本校的实际情况,要求学生在理解基本概念和掌握基础理论的基础上能够了解高分子的应用,重点培养他们的实践与创新能力,作者经过几年的教学实践和摸索,总结了几点教学改革举措。
(一)规划本科培养方案,合理调整课程设置
目前我校轻化工程专业的课程设置还存在一定的问题,建议对本科培养方案进行修改,在《高分子化学与物理》授课前完成《有机化学》、《物理化学》和《无机化学》等基础课程的学习,这样才能提高学生的学习效率,增强他们的学习兴趣,便于更好地掌握相关理论与知识。
(二)多媒体资源课件与传统板书有效结合
多媒体课件具有丰富表现力、良好交互性和极大共享性等特点,它可以将枯燥乏味的理论知识直观化和形象化,能够充分调动和发挥学生学习的积极性和主动性。但在运用多媒体教学的同时也出现了诸如教师几乎不写板书,学生不记笔记等问题,严重影响了教与学的质量。建议对任课教师的教学大纲、考核方式、教学难点与重点等相关教学文件进行监督,要求授课过程中课件放映与传统板书相结合,将学生上课情况、学生主动参与积极性、平时作业等与学生的最终成绩挂钩,进行综合评定。
(三)增设实验课程,提高学生实践能力
《高分子化学与物理》是一门理论与实践相结合的课程,实验课是对理论课学习的有效补充,通过直观的现象和结果验证理论学习的真实性,帮助学生理解所学理论知识,因此实验课的教学显得尤为重要,建议在轻化工程专业开设实验课程,但涉及的实验众多,要求任课老师充分考虑实验的可操作性、重复性和可行性等方面,认真编写实验讲义。此外,学校和学院应重视实验室配套设施建设,突破实验教学完全依附于理论课程教学的传统框架,增加启发式实验和创新性实验所占比例额,注重验证性实验、启发式实验和创新性实验有效结合,开动学生的思维,发挥学生的潜质,提高学生的创新意识。
(四)理论联系实际,注重启发式教学
《高分子化学与物理》是一门相对来说比较抽象、枯燥的课程,但它也是一门应用性很强的课程,高分子材料用途广泛,遍及现代社会生活中衣、食、住、行、用等各个方面,因而在课程讲授时注重理论联系实际,将抽象的概论、理论与实际应用有机结合,将对课堂教学效果起到重要的促进作用。
三、创新能力的培养
(一)培养方案中开设新生研讨课和专业导论课
为了提高学生对专业的认同感以及学生的学习兴趣和热情,可以尝试在本科培养方案中针对大学新生开设新生研讨课和专业导论课,以趣味讲座和座谈的方式进行专业介绍,了解专业背景,告知学生轻化工程这个专业是以化学与高分子为学科背景的,加强学科平台课程的学习至关重要。
(二)实施学生双导师制
全面推进学生双导师制是确保创新型人才培养的重要手段,企业导师和校内导师组成课程小组,共同确定课程教学大纲、教学内容、教材及承担教学任务,使专业理论课程与行业实际需求紧密结合。
(三)强化实验课程学习和创新能力培养
实验课程采用自主设计实验,在实验大纲的规范下完成实验要求,将验证性实验、启发式实验和创新性实验有机结合。在国家大学生创新创业计划项目、江苏省大学生创新创业计划项目和江南大学大学生创新训练计划项目等资助下,实现学生创新训练的全参与和全覆盖,指导教师从选题开始就应该注重基础理论知识在创新实验中的应用,达到学以致用的目标。
(四)强化学生的毕业论文(设计)指导
毕业论文(设计)是学生毕业离校前最后一个实践性环节,也是所学基础理论知识得到充分应用的关键环节,因此可以从课题的选择、采取的技术路线、拟采用的研究方法和达到的预期目标等方面进行合理规划与设计,充分发挥学生所学知识与理论的应用,提升学生运用知识的综合能力,强化学生的专业基础。同时,轻化工程专业的毕业生中从事与高分子相关行业的人数众多,学科交叉特色鲜明,为学生的出国深造、攻读研究生和就业奠定坚实的高分子基础。
四、结语
根据国内外行业需求和自身特色,通过教学改革与实践,围绕复合型、创新型染整专业技术人才的培养目标,通过理论与实践相结合、教学和科研相结合、校内与校外相结合、科学素养与人文情怀相结合的人才培养模式,注重理论知识的传授与学生创新能力的培养相结合,全面提高和调动学生的学习积极性和学习兴趣,为学生的学习与工作奠定坚实的基础。
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高分子化学实验课是许多院校高分子及相关专业学生的必修课[1]。高分子化学实验不仅验证高分子化学有关的聚合理论,如果合理引导与启发,更能为学生学习后继高分子相关课程奠定必要的认识基础。如何通过高分子化学实验来培养学生对本专业的兴趣,提高学生的高分子专业素养,是高分子专业教学工作者不断探索的重点。以前的一些教学改革的研究,大多侧重于对教学方式和实验内容进行改进,比如微型化实验探索[2] 、采用多媒体进行实验教学[3]、开设研究性实验[4-5]等等,很少涉及到学生主人翁精神的培养。本文综合前人的研究,从学生“主体”意识的培养、实验内容的设置以及教师队伍的素质三个方面来论述如何提高高分子化学实验教学效果,与同行商榷。
一、让学生自觉成为实验主体,从源头提高学生学习兴趣
高分子化学的基础实验对初入门的学生仍旧是全新的,通常实验都是学生按照实验讲义预习,讲义中十分详细地写着有关的实验配方和操作工艺,学生只要依照讲义“照方抓药”即可,同样配方的实验,观察同样的实验现象、得到同样的实验结果。一部分学生糊里糊涂只动手不动脑地完成实验。实验的现象和结果没有给他们留下太深的印象,对学生观察能力、分析问题和解决问题的能力以及创新意识的培养作用不大,甚至实验的基本目的也难以在学生头脑中留下深刻印象。有的学生甚至会产生惰性,对实验采取敷衍的态度。因此,提高学生对高分子实验的学习兴趣,变“他要我学”为“我要学”,激发学生去了解、学习、探索高分子化学的学科领域。
21世纪的大学生,大多是“90”后,个性张扬、自我另类。要想培养这样的学生从了解高分子化学基础理论――了解高分子材料的应用――热爱高分子化学学科――学习高分子化学的主动性――对高分子化学实验产生浓厚的学习兴趣很不容易,因此,必须从源头开始引导。
(一)开展实验动员
在学生开始做高分子实验以前,专门安排一定的时间进行高分子实验的动员会。借助现代教学手段,把实验视频、动画、图片、图表和实物投影等有机地结合起来,形象生动,让学生对高分子实验有一个感官上愉悦的认识,从而对自己动手做实验产生期待。
(二)提高对实验预习的要求
通常实验都是学生按照实验讲义预习,很多时候学生只是充当 “复印机”,将讲义中有关的实验配方和操作工艺照抄照搬到实验预习报告上。至于实验的机理是什么,涉及到哪些高分子化学理论,实验中所用到的药品哪些是中间体,哪些是引发剂,哪些是分散剂和乳化剂,为什么用这种中间体、引发剂、分散剂,实验采用哪一种实施方法,还可以有哪些方法等等,大部分学生感到茫然无措。因此,在实验开始前要求学生预习实验内容,通过自己的思考,运用所学理论知识或搜集的信息、文献资料写出实验预习报告。这样写出来的预习报告每一本都不一样,学生就会有一种创造“自己的”实验的感觉。
(三)保证学生单独完成实验
实验时,要求学生按自己设计的预习报告进行实验探索,如实记录实验现象和有关实验数据,对照假设分析归纳,完善实验报告。在条件允许情况下,应尽量安排学生一人一组进行实验,并且每人保管一套实验仪器。学生在实验室拥有自己的实验台和实验仪器,很符合“90后”自我的特点,能够激发学生的责任心,大大提高学生的主人翁精神。
(四)总结评价
实验结束后,教师先对实验情况进行分类点评,有代表性的交流实验探索过程,总结成功经验,分析失败原因。最后教师对本堂实验课进行较为全面的评价,并对实验效果比较好的同学给予肯定,推广经验。自己的努力得到老师积极地评价后,学生对实验的兴趣自然就会大增。
因此,让学生成为高分子化学实验的主体,使学生对高分子化学实验产生浓厚的学习兴趣,对学生观察能力、分析问题和解决问题的能力以及创新意识的培养都很有益处。
二、设置合理的实验内容
高分子化学实验不仅可以验证高分子化学有关的聚合理论,合理引导与启发学生学习积极性,更能为学生学习后继高分子课程奠定必要的认识基础。但是,学生完成大量的基础化学实验后,常见的高分子合成实验,由于缺乏新的操作和技能,加之聚合反应耗时较长,如自由基溶液聚合搭好装置,加料后通常反应3小时以上,学生在等待的过程中觉得没意思,不利于启发学生的思维和创新意识,不利于调动和发挥学生的主观能动性。因此,合理设置高分子实验的内容是维持学生兴趣的另一个重要方面。
(一)合理的实验体系的安排
对于高分子化学专业的新生来说,高分子实验起着联系理论和实际生产的桥梁的作用。本着这一宗旨,在课程的设计上,既要注重基础,又要有所提高和创新。在本学院的课程体系中,既包含了验证性质的高分子基础实验,又包括了提高层次的高分子综合实验课,还开设研究性质的设计性实验。有利于学生循序渐进,逐渐提高学生的实验能力。
(二)丰富的实验内容
常见的高分子基础实验都是学生依照讲义上的实验内容进行,照单下药,同样配方的实验,观察同样的实验现象、得到同样的实验结果,这不利于提高学生的积极性,甚至于部分性急的学生不耐烦,创造条件导致实验失败。因此,用研究性实验替代基础验证性实验是一个很好的方法。让学生把基础实验做成研究性实验,即同时做实验的同学分别完成不同配方的实验,然后对实验结果进行比较分析。一方面,由于实验条件的变化会产生不同的结果,引发了学生的好奇心,他们在实验过程中能够应用已学理论知识对实验现象分析,对实验结果预测,可以帮助学生更深入的理解理论知识;另一方面,几个学生进行不同实验条件的探索、对比和总结,可以提高他们的协作精神,培养学生分析问题的能力和科学研究的探索精神。
(三)增加实验的趣味性和创意性
很多学生都觉得做化学实验比较枯燥,特别是高分子化学实验,实验时间比较长,过程变化慢,学生难以产生兴趣。可以尝试在这方面加以改进,在实验前让学生准备一些精美的树叶或准备几张自己的小画片、小照片,实验合成出聚甲基丙烯酸甲酯低聚体后加入少量颜料,调成一定颜色的透明浆料,然后让学生将准备好的树叶或小画(照)片放到模具中,倒人预聚合产物进行灌浆、加热后聚合处理,脱模后就得到一个自制的美丽画框。这样就可以使学生对实验有了美的感觉,觉得做实验是一种乐趣了。
三、提高教师队伍的专业素养
一个好的专业教师必须具备很多优秀的品质,但是专业素养无疑是其中最重要的品质,因此提高高分子化学实验教学效果,需要提高教师队伍的专业素养。
(一)提高教师的专业素养
开展研究性基础实验以及研究性实验,需要学生查阅大量的文献资料,然后拟出实验方案,根据方案进行实验。这就对教师的知识背景有更高的要求。一方面需要实验技能和教学经验丰富的教授等高职称的教师进实验室担任学生实验的指导教师,提高指导层次;另一方面也需要较低职称的教师了解高分子实验的发展现状和趋势,提升自身实验素养,提高教学效果。
(二)改进教学方法
在实验教学手段上可以采用多媒体、网络等先进手段代替传统的黑板教学,让学生更有效地利用资源,充分提高实验教学的效果。在学生做实验的过程中,教师应该融入到学生中间去,进行一对一的指导,这样不仅有利于教师了解学生的实验情况,更有利于增进学生和教师之间的关系,提高学生的实验兴趣和积极性。
教师深入研究高分子化学实验,广泛联想,积极引导,不断丰富实验的内涵,会极大地激发学生的学习兴趣与学习潜能,收到事半功倍的学习效果。
因此,让学生自觉地成为实验主体,合理地设置高分子化学实验的内容,以及提升教师队伍的专业素养,对于提高高分子化学实验的教学效果有很大的促进作用。
参考文献:
[1] 何卫东.高分子化学实验[M].合肥:中国科技大学出版社,2003:65-68.
[2] 李青山.王雅珍,富彦珍,等.微型高分子化学实验的探索[J].高分子材料科学与工程,1990,15(2):172-173.
随着人类文明的进步与社会经济生活的发展,能源危机、人类重大疾病相关问题、环境问题等一系列对全球造成影响的科学技术问题的出现使得化学学科、特别是高分子学科成为所有学科的中心学科。例如,基于共轭聚合物半导体材料的有机发光二极管、场效应晶体管和聚合物太阳电池等最新的科研成果将成为未来社会生活中主要的半导体元器件;高分子药物的出现将能够很大程度上对药物释放、药物靶向性等方面进行控制而不需要增加更多的临床药物试验;生物医用高分子在改善人类生活质量方面更是意义非凡。而各种塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等高分子材料更是关系到人们衣、食、住、行的方方面面。可以说,现代人的生活已经离不开高分子化学和高分子材料。因此,对高分子科学的研究越来越受到国内外学者的关注。
高分子科学的诞生源于高分子合成化学,其基本概念源自于有机化学、物理化学等化学、材料学科,这种情况导致我国现有的高分子科学领域从业人员来源多样。其中,从本科阶段即接受高分子化学教育的比例依然很低,很多从事高分子材料、高分子化学、高分子物理、高分子工程等领域研究的人员本科主修为无机化学、物理化学、有机化学、材料学等专业。一定程度上,这些研究人员存在对高分子化学体系缺乏系统认知的可能。在我国高等学校进行高分子化学教学教育活动,是提高我国现有的高分子科学领域的从业人员基本素养与技能、促进我国高分子科学发展、壮大的重要途径。
近年来,高等学校为主导的国家级或省级“协同创新中心”的设置,使我国高等学校进入新一轮的由教学型(教学科研型)大学向科研型大学转变的历程中。为快速实现这种转变,培养高层次、研究型的高分子科学领域人才愈发显得必要和重要。目前,主要的国际学术会议、顶级国际学术期刊均以英语为主。通过学术会议、、论文检索等在这些国际知名的学术舞台上进行高分子方面学术活动与信息交流,观察国际高分子学科的发展动向,无疑是我国高分子学科跟进国际学术发展步伐和超越世界学术水平的基本条件。为此,我们必须建立培养能够熟练使用英语进行高分子化学相关学科听、说、读、写应用的国际性专业人才的教育体制和培养机制,强化我国高分子方面的科技队伍建设。换言之,在本科阶段开展高分子化学双语教学,为培养具有国际化交流能力的研究生和高层次高分子科学从业者,对我国高分子学科的发展具有非常重要的意义。
在教学实践中,我们发现完善教学内容,教学方式与手段,通过激发学生学习兴趣和专业兴趣,能克服其对双语教学中英文的畏惧和排斥都有益处;制作精减的英文讲义、多媒体课件深入研制等方法和措施的实施,安排学习英文讲座视频等都有利于双语课程的讲授。
3)利用视频和录像内容辅助教学。制作教学录音和录像,给学生共享,让学生课下可以继续观摩课堂内容,培养其听和说的能力。不断构建新的新的本科双语教育模式,使本科生能从双语教学过程中分享课程教育国际化的机会,从中受益,并获得在其他场所不能获得的实践和能力锻炼,从而提高整体素质、创新意识及综合能力。安排学生参加国际学术会议,到场听取英语母语国家的专家汇报,同时录制会议报告录像和录音。
4)组织学生检索高分子化学基础理论相关英文文献、制作课件,并互相评阅,提升学生使用英文交流的能力。从科研的角度让学生体会双语教学“重点在读懂、其次在会写,然后是能听懂和能说”的含义。
5)对于课堂教学效果的考察采用按照学习内容分段考核,并以英文形式呈现。例如,逐步聚合及其原理和聚酯、聚酰胺放在一起考核;自由基聚合物及其原理和实施方法一起考核;工程塑料、天然产物、环境污染和降解与稳定化放在一起考核等。这样的做法,让授课内容的排列更加紧凑,也让学生更好的把握知识点的相关性。
6)强调背景预备知识积累,强化双语教学对其他相关化学课程的关联性,培养学生专业英语综合素养,以期对学生阅读英文文献、其他相关英文课程教科书有所裨益。
总之,在过去几年的高分子化学双语教学中,我们通过合理的教学改革措施的使用,提高教学质量和教学效果,为将来这些接受良好英语授课培养的学生进入科研岗位,从事研究生学习打下良好的基础。当然,这些方法也有继续改进的空间,我们也将继续进行深入研究与探索,总结经验,探索培养具有创新意识和创造能力的高分子科学人才的新思路和新方法。
【参考文献】
[2]许一婷,戴李宗.关于《高分子化学》课程教学的几点思考[J].广东化工,2008 (8):165-167.
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[4]刘国勤,黄芳,刘天娥.《高分子材料》课程改革探讨[J].河南科技,2008(2):6-26.
[5]王家喜.高分子化学教学改革初探[J].化学试剂,2009(4):307-309.
高分子化学是高分子专业理工科学生的必修课,也是高分子科学及材料科学的理论基础,在高等学校化学相关专业占有较大比重,与无机化学、有机化学、物理化学和分析化学并列成为第五大化学。因此,如何利用有限的教学时间和教学资源有效地将高分子化学专业知识传授给学生,并能够指导实践应用,已成为众多教学工作者的共同目标。作为一名高分子化学的教师,笔者在讲授高分子化学课程中,对课堂教学方式与方法,多媒体教学手段,实验教学,以及与生产生活的结合等方面进行了探讨和思考。
1.教学与科研讲解相结合
高分子化学是一门年轻的学科,发展历史较短,许多理论尚不成熟。随着时代的不断进步,新的聚合方法和新的合成技术不断涌现,对传统的高分子化学概念提出了挑战,同时也导致高分子化学教材的更新不能与科技同步。因此,在教学中,教师可以及时在传统教材内容的基础上补充近年发展的关于高分子化学的前沿科学技术和研究方法,结合国内外科研的最新研究成果和动向进行介绍与讲解,使教学内容始终跟上时代的步伐,开阔学生的视野,激发他们对高分子化学课程学习的热情。教师还可以推荐一些期刊、数据库和书籍,引导学生根据自己的兴趣自主学习,扩大学生的知识面,积极探索高分子化学的新领域。此外,在课堂上,对本专业老师的研究项目及最新研究成果进行介绍,如在配位聚合的讲解中,笔者就结合自己的研究方向,讲解通过开环易位聚合及非环二烯烃易位聚合方法合成不同拓扑结构的可降解聚合物用于纳米材料和生物医药。同学们对高分子化学的某些知识有了更深的了解,从而调动了学习和科研的积极性、主动性[1]。
2.多媒体和板书授课相结合
高分子化学中聚合反应机理与动力学理论比较抽象,难以理解[2]。多媒体教学作为一种当前基本普及的教学手段,可以实现传统教学无法实现的动态与三维效果,将高分子化学中微观反应历程形象逼真地显示在屏幕上,大大增加单位时间内学生掌握知识的数量。此外,对于工科院校高分子材料专业的学生,毕业以后多数去工业研究部门或工厂工作,除了要掌握理论知识外,还要将理论与实际相结合。因此,在高分子化学的讲授中应加入一些聚合物生产工艺部分的内容,对于这些内容的讲解,都涉及生产流程,应用Flash作出动态的流程图,帮助学生了解实际的生产过程,为以后的工作打下基础。然而,先进的教学手段不等于能达到良好的教学效果,关键在于多媒体技术如何与传统的教学手段相结合,从而实现它应有的价值。讲授中发现,有很多需要理论推导的公式,例如自由基聚合中关于聚合动力学公式的推导,通过多媒体与板书相结合进行讲解,学生能够更容易理解和掌握。首先利用板书对相关公式进行详细推导,一步一步地传授给学生,然后与多媒体结合讲解,并进行归纳和总结,这样可以将结果表示得更清晰明确,更有助于加深学生对公式的记忆。
3.探究式与启发式教学相结合
高等教育的任务不仅是传授知识,而且要教给学生学习知识的方法,让学生积极思考,充分发挥想象,勇于探索和创新,培养自学能力。教学是教师和学生的双边共同活动,在教学时,教师应经常向学生阐明“弟子不必不如师,师不必贤于弟子”的道理,引导学生自由发表观点,从而拓宽学生思路,变被动学习为主动学习,培养他们的语言表达能力和归纳总结能力。在课堂上,教师采用讲授、提问、练习、讨论相结合的互动式教学启发学生,学生积极参与。这样不仅活跃了课堂气氛,而且学生感到上课很轻松,渐渐对该课程感兴趣,从而促进对知识的理解和探索。如教师可以在课堂上就某一主题或知识点专门进行讨论,大家畅所欲言、各抒己见,培养发散思维能力。此外,还可以让学生走上讲台,参与到教学工作中。例如在讲到连锁聚合反应时,科研将学生分成小组,各自选择一种聚合反应,学生通过查阅文献,制作多媒体在课堂进行讲解,其他同学向其小组成员提问。通过文献调研、讲解、回答问题,锻炼学生学习的主观能动性与综合能力,对学生基本的科研能力进行培养,老师也能从学生图文并茂、生动形象地演讲中获得很多新的知识[3]。
4.理论知识与实验教学相结合
化学是一门以实验为基础的科学,在化学教学中,实验占有十分重要的地位。高分子化学实验是高分子化学理论教学课程的重要组成部分,也是工科学生理论联系实际的纽带。实验教学不仅能使学生更好地理解课程中的理论知识,而且对提高学生学习本课程的积极性,培养学生的思维能力,操作能力,观察和解决实际问题的能力也有着极其重要的作用。高分子化学重点讲述聚合反应的机理和实施方法,其实验结果往往得到的是一些聚合物产品。我们可以选择一些和学生平时生活、学习关系紧密的实验内容来做。比如,以前我们开设了“聚甲基丙烯酸甲酯的制备”实验,目的是让学生了解和掌握自由基聚合反应的原理及反应条件对产物性能的影响,在实验中发现,学生的积极性并不高。学生反映不了解聚甲基丙烯酸甲酯是什么东西。为此,我们将这个实验换成“聚乙醇缩甲醛的制备”这个实验,同学们的兴趣一下子提高了许多。因为他们了解到这就是平时用的胶水,在实验过程中尤其积极认真。很多同学还带着空瓶子,做完实验将自己制得的样品带回去。这虽然是一个实验的调整和改变,但是通过这些,不仅使学生进一步学习和掌握了高分子化学的相关理论知识和高分子化学实验的基本操作,提高了学生做实验的积极性和主动性,而且使学生深刻认识到了高分子化学是一个和人们的日常生产生活息息相关的学科,激发了他们对该专业的热爱[4]。
5.高分子化学与社会生活相结合
以塑料、橡胶、纤维、涂料等为代表的高分子材料与人类社会的生产实践密切相关,且已经深入到日常生活的各个方面。然而,目前许多高校在讲授时,对基础理论方面的介绍非常系统、深入,但在高分子的应用和日常生活的联系方面相对弱一些。因此,教师在进行理论教学的同时,应结合高分子的特点,注重积极联系实际的生活和应用,在传授学生理论知识的同时,还要培养其对身边各种聚合物的认知能力。例如,在第一次上课时,可以介绍身边的高分子材料,看到保鲜膜就知道是聚乙烯,看到一次性饭盒知道是发泡聚苯乙烯,看到塑料杯子、盆子就知道是聚丙烯等,掌握一些基本的生活技能。此外,有些高分子材料还能很好地引出课程内容。比如女生都非常熟悉的尼龙袜就是缩聚反应的典型代表――尼龙。此外,还可以提示学生在买鞋的时候,如果售货员告诉是聚氨酯材料的,你就可以知道并不是天然的“皮”,而是人工通过缩聚反应合成的高分子材料。在教学过程中,还应当密切结合社会热点与时事。如当前我们国家面临大量废弃塑料难以降解造成严重的白色污染问题、2010年上海市静安区“11.15”重大火灾等,培养学生社会的责任心、思考能力和研究能力[5]。
教学方法的改革是高校教育改革的重要组成部分。创新精神与实践能力的培养是一个长期的过程,需要对教学过程中的各个环节认真研究,层层贯彻。随着教学改革的不断深入,我们将继续探索,总结经验教训,为培养优秀的应用型创新人才作出不懈努力。
参考文献:
[1]于淑娟.高分子化学教学改革的实践与探索[J].广西师范学院学报(自然科学版),2009,26(3):123-125.
[2]潘祖仁.高分子化学(第五版)[M].北京:化学工业出版社,2011.
高分子化学是桂林理工大学材料科学与工程学院高分子材料科学与工程专业学生的一门核心专业基础课程。[1-3]本校的高分子化学实验被单独列出来成为一门必修的专业基础课,其本质是以实验为基础的自然科学。通过高分子化学实验课的教授与学习,在实验过程中培养学生实验操作的熟练性,通过实验装置搭建、实验现象的观察和记录,增强学生动手能力,实验后期的实验现象分析和实验数据的处理都能培养学生解决问题的能力,通过实验课的学习能使学生对理论知识理解深入,结合理论和实践最终提高学生的综合素质和创新能力,同时还能增加师生的互动与交流。高分子化学实验是基于有机化学合成实验,他们都具有原理性、概念性、实践性、操作难度比较大的课程的特点,但是它又不同于有机化学实验,有自己的特征,比有机化学合成实验更为复杂,因此想要完全掌握高分子化学实验中的各种操作技术具有一定的难度。高分子化学实验课前期准备以及后续处理工作比较繁琐,譬如单体、引发剂的精制与提纯,所得聚合物的除杂与固化,以上这些工作都需要充足的时间来完成。另外,高分子化学实验操作中涉及到预聚体的制备,同时实验过程中需要用到大量危险品,因此这门课的教学内容还包括关于危险品的使用注意事项以及反应完毕后废液的处理等。总之,高分子化学实验课程对于本科生教学意义重大且课程内容丰富涉及面广。
1教学现状与存在的问题
本校高分子化学实验课程具体所开设的实验有:实验一聚乙烯醇缩甲醛的制备;实验二甲基丙烯酸甲酯本体聚合及有机玻璃的制备;实验三醋酸乙烯酯的乳液聚合;实验四苯乙烯的悬浮聚合;实验五丙烯酸溶液聚合及高吸水性树脂的制备和实验六导电聚苯胺的合成及导电性测试。这六个实验涉及了高分子化学中重要的四大聚合方法:本体聚合,溶液聚合,乳液聚合和悬浮聚合。作为基础性的实验,高分子化学实验课可以培养学生的基本实验技能且能熟悉实验仪器的基本操作,但是目前以典型的验证型实验为主,他们只需要按照标准设化的实验步骤完成实验即可,学生的动脑思考受到了限制。这样学生分析问题、解决问题的能力很难得到提升,也不利于学生创新思维的养成及学生的实验兴趣的提高。经初步调研论证,结合本校实际情况,我们确定以16、17级学生作对象,建立高分子化学实验课程的实践教学改革的试点,对高分子化学实验教学模式进行改革探索与实践。
2教学改革的实施
中图分类号:O63-4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)21-0235-01
近年来,随着科学技术的不断进步和发展,高分子科学与物理、工程、材料、生物、医药以及信息等众多学科知识相互渗透、相互交叉,密不可分。作为高分子材料专业的基础专业课的高分子化学课程,与无机化学、有机化学、物理化学和分析化学并称为“五大化学”,已经被大多数理工科、师范类高校作为化学相关专业学生的必修课或是选修课。它以有机合成为基础,与化工原理、数学等学科紧密联系,其中包含了诸多的概念、反应推理,内容多,抽象难懂、学习难度大,同学们普遍反映较为枯燥,因此如何上好高分子化学这门课,提高同学们的学习兴趣,产生强烈的求知欲,变被动学习为主动学习,是我们教师在课程教学过程中面临的首要问题。针对以上问题,作者经过几年的教学实践、积累和探索,调动了学生的学习积极性,有效的提高了《高分子化学》课程的教学质量,取得了较好的教学效果。
一、注重绪论课的教学
第一堂课通常是老师简单的介绍本课程需要学习的内容以及一些要求后,就迫不及待的开始讲授教学内容,而作为一名讲授高分子化学课的主讲教师,发现高分子化学绪论课对于调动学生学习的积极性和主动性具有非常好的效果,能极大的激发学生学习本课程的兴趣。由于同学们对诺贝尔奖都具有极大的兴趣,首先,以专题形式介绍获得诺贝尔奖的高分子科学家的学术贡献,学习高分子学科的发展史,从而认识科学和科技的进步和发展,从1920年德国Staudinger发表了“ 论聚合 ”的论文,高分子概念的确立;50年代Zigeler和Natta发明配位聚合催化剂,解决了丙烯难以聚合的问题,使石油裂解产物得到充分利用,对化工业的贡献巨大;80年代麦克德尔米德发明导电高分子,直到现在功能高分子得到大力发展。同时,通过举例介绍高分子科学在工业、农业、国防、航空航天、能源、环境、建筑、生物医药以及日常生活中的广泛应用,让学生充分认识到高分子与我们的生活和国民经济的密切关系。如应用可降解的聚乳酸作为手术缝合线,可进行自降解吸收而不必进行拆线;应用在航空航天及国防上的各种特种高分子材料,以及现在我们日用的食品保险膜、塑料袋,所穿的衣服材质涤纶、尼龙和聚酯纤维等全都是高分子材料。使学生清楚的认识到高分子材料与人民的生活、工业生产都是息息相关,从而认识到高分子化学的重要性,极大的激发了学生的学习兴趣。
二、优化教学课程内容
高分子化学是以聚合反应和聚合物化学反应的机理和动力学为主线,主要包括高分子的基本概念、聚合物分类、逐步聚合、自由基聚合以及离子聚合方法等主要内容。在教学中,由于课时以及一些客观原因,不可能对全部的内容进行详细的讲解,因此需对高分子化学的课程内容进行调整、重组和优化,更好的完善教学内容体系。首先,保证基本原理、基本概念的讲解,其中,对传统经典的高分子理论即:高分子的基本概念、逐步聚合、自由基聚合以及自由基共聚进行重点讲解。例如,在讲授自由基聚合的时候,需重点讲授聚合机理和热力学、聚合速率及动力学和聚合度及其分布等内容,其中的阻聚、缓聚等内容作简单介绍就可。同时在授课过程中不拘泥于教材内容的排序,注重对各知识点进行重组和精炼,兼顾高分子化学最新的科技进展,适当增加最新的研究成果和研究热点的教学比例:如活性自由基聚合、ATRP聚合、RAFT聚合、生物医用高分子、超支化高分子、自组装高分子等内容的讲解,开阔学生的知识视野,从而提高学生的学习兴趣和主观能动性;做到重点突出,主次分明,在有限的学时分配中提高教学效率,改善教学效果。
三、教学方式的多样化
高分子化学有“ 五多” 的特点: 内容多、概念多、头绪多、关系多、数学推导多。由于高分子化学很多抽象的概念和理论,如果都是采取以老师在台上从头讲到尾的“填鸭”式教学方式,学生听课感觉枯燥,凭空想像难以理解。因而在讲课方式上采取形式的多样化来激发学生的学习兴趣:一、运用多媒体中图片、文字、声音和动画等方式来辅助教学,使一些抽象难以理解的概念形象、直观,生动、具体化,让学生易于理解和学习,从而提高教学效果;二、有意识地运用互动式教学,避免照本宣科,像有些认知性的章节采取让学生分成小组,课下一起准备PPT,课上让小组派代表来讲课;讲解公式推导的时候,让学生参与进来,和老师一起推导演算;激发学生参与教学的积极性,拉近老师与学生的距离,活跃课堂气氛,激发学生学习的兴趣,提高高分子化学的教学质量;除此之外,邀请本校从事高分子方向研究的老师来给学生就高分子科研的最新进展与动态做专题报告;三、以信息技术的迅猛发展为代表的网络时代已经来临,因此互连网技术在教学中的积极运用有着非比寻常的意义。因此,教师可以充分利用互联网工具,将电子教案、教学课件在校内的教学论坛上,通过高度的资源共享,让学生能随时查阅学习,发挥网络辅助教学快捷的优点。与此同时,授课教师将自己的电子邮件和QQ号公布给学生,当学生学习上碰到问题和困难时能及时快捷的与教师进行沟通交流,从而促进教学效果,调动学生学习的主动性和积极性。
四、教师自身专业知识水平的提高
作为一名主讲教师,在这科技进步日新月异的时代,一个老师要想使自己的专业知识不陈腐,能跟上科技的脚步,在课堂上能多给学生传授一些关于本专业的前沿知识和最新进展,激发学生的学习兴趣,自身的专业知识层次水平不断提升对于保证上课的质量是至关重要的。因而主讲教师可以从下面几个方面提高自己: 首先在上课之后需要多读专业文献,跟踪最新科研进展,把一些研究热点和前沿介绍给学生,利用学生对科研前沿的兴趣和热情来促进教学。同时,将本学院老师的科研研究工作或自身科研研究内容和最新进展与课程内容有机结合,如讲授聚合方法的时候,本人就自己的研究方向 “应用ATRP或RAFT可控聚合方法,合成一系列分子量可控的用于癌症治疗的功能性生物医用高分子材料” 拿到课堂上和学生讨论,进一步加强学生对 “活性可控高分子聚合“的理解,激发学生学习的积极性和科研热情;第二,教师同时需要多参加以促进科学发展、学术交流、课题研究等学术性话题为主题的学术会议;如每两年一度的高分子年会,了解高分子各领域的最新的研究动态,开阔眼界;并且现在每届高分子年会都有”关于高分子教育与学科发展的分会”主题,做报告的是高分子界的一些大牛和大家,对启发我们的教学和研究有非常大的帮助;除此之外,我们还需要多听一些名家名师的讲课,学习名家名师的讲课方法,找出差距,提高自身的教学水平。
作为一名在一线教学的任课教师,面对一群头脑活跃、求知率强、渴望新鲜事物的年轻大学生,我们在教学上需要不断的学习进步,推陈出新,激发学生的学习兴趣,培养学生的创新意识和创新能力,为培养优秀的创新人才不懈努力。
参考文献:
[1] 潘祖仁.高分子化学.第5版.北京:化学工业出版社,2011.
[2] 王槐三. 寇晓康.《高分子化学教程》[M]. 北京: 科学出版社,2002.
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2016)07(a)-0155-02
材料之于现代人类活动是必不可缺的,《高分子化学实验》是材料学相关专业学生必不可缺的是专业实验课程,通过该课程可以进一步强化学生对《高分子化学》课程中理论知识的理解,实现了理论与实际的有机结合,巩固和加强基础理论和基本技能。通过几年的教学实践发现,由于传统的实验都是学生按照实验指导书的步骤操作,只要按照讲义“照本宣科”,很多学生并不能主动去理解实验的目的和意义,只是完成任务,实验的现象、结果以及操作过程等,并没有给学生留下深刻记忆,这对学生的观察能力、分析问题和解决问题的能力,乃至创新能力的培养都是十分不利的。所以作为教育工作者应该认识到“授人以鱼不如授人以渔”,对于实验课程,不能让学生简单的重复操作指南,更应该调动他们的学习积极性,提高学生的学习品质。这样就要求教师要对《高分子化学实验》课程进行改革和创新,不仅是从教学内容上,教学方法和手段也要更新升级。结合该专业的教学体验,做了一些尝试,取得了一定效果。
1 优化课程内容,增强实验教学趣味
高分子化学的基础实验对于刚接触的学生来说非常陌生的、全新的。通过基础性实验可以使学生对实验室仪器设备的使用和基本实验操作技术的掌握,具有很好帮助作用,使学生将理论知识从书本落实到实际,增强理论知识的直观认识。但是单纯的验证性实验只是让学生“看”不能“记”,降低了学生的学习积极性和主动性。因此,必须对基础验证性实验进行改革,使其成为综合性、设计性的实验,同时要注意内容设计的趣味性和生动性。
例如:很多学校都开设了“聚甲基丙烯酸甲酯合成(PMMA)”的实验[1],传统的教学方法,就是让学生预习实验指南,按照步骤操作做出结果即止,在实验的过程中不重视实验现象和过程的描述与分析,只考虑是否产出产品,学生很难引起兴趣。调整了实验内容,通过加入小昆虫等形成“人工琥珀”、制作特定形状的模具和定制预想的展示框等,调动学生进行实验的积极性。同时启发学生进行思考,通过查阅相关文献,比较自由基聚合以及离子聚合等机理的不同,在实验过程中掌握相关的合成原理、方法和工艺。在教学过程中,将往届学生遇到的问题在实验室投影仪中播放,如:各反应阶段气泡的形成及处理、影响等,让学生产生对照,并进行思考,采取相应的解决措施。学生和老师围绕实验产生的现象和问题进行讨论,讨论结束后老师进行总结,加深印象,并且对此次学生的实验过程进行影像存档。
2 改善教学方法,提高实验教学效果
在以往的实验课教学中,只是按照传统做法,让学生自己先预习,然后来到实验室以后进行简单说明,再让学生操作。学生很难形成直观有效理解。近几年,借助于该专业的仿真实训平台,采取了一些改革手段。每次实验开课之前,首现开设了“高分子化学实验技术讲座”,在仿真实验室,将高分子化学实验涉及的原料制备与精制、各种玻璃仪器和设备的使用、成套装置的安装过程、高分子化学几种聚合方法以及一些基本的材料性能测试过程,都通过仿真系统给学生展示,这样就能给学生奠定一个比较好的实验知识基础,保证了学生从高分子化学理论课过渡到实验课的知识结构的衔接性和完整性、针对性。同时,在指导学生实验过程中,注意积累材料。例如:每届学生做实验,在实验过程中都会出现各种各样的问题,一方面要在实验报告中体现;另外要及时保存影像,通过对比,总结出规律,使学生能够对实验现象更加深印象。高分子化学作为材料学等相关专业的基础课,为后续的课程奠定了理论基础,而高分子化学实验则是验证这一理论基础必不可缺的一环。后续课程的许多理论由于反应周期过长等原因,学生很难通过在实验室做实验来进行验证和理解,没有感性认识。对此,在高分子化学实验过程中合理引导学生对后续的课程开展感性认识,如:高分子流体的粘弹性、分级试验、结构和性能的关系等。由于实验时间有限,采取多种形式加深学生在高分子化学实验中的收获,例如:对于自选项目,建议两组学生一组做乳液聚合实验;另一组做反向乳液实验,两组同时进行,互相观察实验现象,分析问题解决问题,共同分享实验成果,可以共同形成两份实验报告,这样就提高了学生的实验能力,增加了他们的实验收获。在专业的实习基地中包括一家塑料薄膜加工企业,在进行高分子化学实验的过程中,联系企业带领学生入场参观,对整个企业的生产加工过程进行学习,这样就可以使学生对大规模的高分子材料实验加工过程有直观认识,并且回到学校实验室后通过实验进行基本的验证,对相关的现象进行分析,巩固了理论知识,调动了学生积极性。
3 科研促进教学,培养学生科研能力
在高分子化学实验的教学过程中,除了优化实验教学内容、改革教学方法以外,还要注重学生综合能力的培养,这其中对于理工科学生来说无论是就业还是继续深造,科研能力的培养是非常重要的。在高分子化学实验教学过程中,建议专业的教师利用自身的实验研究课题、实验室仪器和氛围,吸引学生参与到教师的科研项目中,一方面给研究团队注入了新鲜的血液;另一方面可以使学生在浓厚的学术氛围中得到熏陶和能力提升。学生通过参与到教师的科研项目中,可以进一步将基础实验加以提升,不仅对合成、结构分析等进一步深入,同时可以提高科技文献的阅读综合分析能力、科技论文的书写水平提高等;通过参与到科研项目中,提高了学生的学习积极性,使学生学到的实验知识和技能得到了用武之地,使学生由被动学习变为主动学习,让自身潜能得到了发挥。以教学与科研互动为教学模式,讲课内教学和课外教学形成有机的互动,形成了实验教学与教师科研的相得益彰,提高了科研仪器设备的使用效率,科研仪器为教学服务得到了大大提升,实现了实验室的科学合理的开放,提升了实验资源的共享,进一步能够开设源于科研项目的设计性实验,存进学生科研能力的培养。通过几年的实践,该专业学生中很多通过参与教师的科研项目,从而衍生出自身的一些课题想法,在教师的指导下,参与到校内外组织的“挑战杯”“创新创业项目”等竞赛,多名学生取得了好成绩,同时通过此举,很多学生发表了具有自己思路的论文,有部分学生的实验性论文在教师的指导下发表到了SCI、EI以及核心期刊上,这对学生的就业以及深造都提供了很好助力。
据大多数学生反映《高分子化学》这门课程很难学习,因为这门课内容较多且比较分散,而且涉及的聚合反应类型之间关联程度不大,因此对课程重点和系统性不容易把握住。教师授课时要运用一定的技巧,如对于比较难的问题要讲透彻,不能让学生处于懵懂状态;而对于阳离子聚合、配位聚合、聚合物的化学反应等可为学生做较简单介绍,将节省下来的时间为学生讲解难点和重点;而为了使学生更好地掌握本门课程的精髓,教师授课时要避免将教材内容“填鸭式”灌输给学生,应有针对性、侧重地讲解,少讲精讲,主要讲解以下内容:
1.高分子的概述。
对于一门课程的学习首先要了解此课程的基本概念,在《高分子化学》这门课程开始进入正式内容教授前,向学生介绍高分子的概述是很必要的事。为了让学生更好地了解自己即将学习的课程,需要介绍高分子的基本概念、高分子的发展历史、高分子的现状及分类和代表产品,通过介绍使学生对高分子有详细认知,并调动他们学习高分子的热情,积极认真地探索和学习相关知识,为以后投身于高分子行业打下牢固的基础。
2.聚合反应。
《高分子化学》这门课程涉及的聚合反应众多,如自由基聚合、阴离子聚合、阳离子聚合等,而对于这些聚合反应的教授可按照以下三步来。
首先,需要对各种聚合方法的基本概念和聚合机理进行详细介绍,使学生对各种聚合反应有个大致了解,聚合机理要重点讲解及掌握,如自由基聚合为用自由基引发,使链增长(链生长)自由基不断增长的聚合反应。
其次,对各个聚合反应中涉及的基元反应进行讲解及特点概括,如自由基聚合的基元反应的特点是:慢引发、快增长、速终止、可转移。这些特点的概括使学生对各个聚合反应更好地记忆。
最后,介绍各个聚合反应具有的微观动力学方程,以自由基聚合为例[2]。
每个聚合反应均按照这三步讲授,使学生学起来条理明晰,不至于晕头转向。
二、教学方法
学生对课程的掌握程度与自己的学习态度有关,与老师的教学方法也有关。下面介绍一些教学方法及教学方面的建议:
1.多媒体和板书结合教学。
近年来多媒体教学已成为教学的一种重要方式,为教学带来了很大方便,如生动展示各种反应模型,特别是一些三维立体模型[3]。然而据统计,大部分学生不喜欢多媒体教学,以为老师使用制作好的PPT进行讲解时,节奏很快,对那些没有提前预习的学生来说,很难跟上老师的节奏。另一方面多媒体教学使老师与学生间缺乏交流,从而教学质量下降。最后PPT设计不合理,照搬课本上的文字,缺乏趣味。因此老师在授课过程中应该进行适量的板书教学,如讲授聚合机理时,利用板书教学,能清楚地描绘出反应过程、电子转移过程、化学键的破坏及产生过程,学生比较容易接受。
2.突出重点。
如上所述,教师授课时要有针对性、侧重点讲解,少讲精讲,这样不但学生的学习压力降低,而且老师可以利用节省下来的时间为学生介绍一些相关课外知识,开阔其眼界。
3.理论联系实际,知识与实践统一。