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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12篇高分子化學專業,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。
關鍵詞:CAI教學;高分子化學與物理;實例教學;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)20-0268-03
隨著高分子科學與技術的不斷發展,高分子科學已滲透于各個領域與學科,形成了一個無法替代的交叉學科[1]。對于與高分子相關的專業,專業課程一般設置高分子化學與高分子物理兩門課,其中高分子化學側重聚合反應機理的學習,高分子物理從分子運動的觀點出發重點介紹高聚物的結構與性能間的關系。對于食品科學與工程學院的包裝工程專業的學生一般將這兩門課揉合在一起,開設高分子化學與物理,課程48~72學時之間,要求掌握有關高分子的基本理論知識和應用技能。
對于在食品學院中的包裝工程專業,結合北京農學院的辦學定位和服務對象,學校專業定位在食品包裝技術以及與包裝相關的食品質量安全與控制[2]。要培養學生這兩個方面的能力,學生的學習內容必須涵蓋包裝中食品接觸材料生產、監管、檢測和風險評估等與衛生安全質量相關的各個方面。而講述這些內容的前提是掌握高分子化學與物理以及包裝材料學中關于食品接觸材料的各種知識點。我們只有在介紹高分子食品接觸材料的特性、用途、生產工藝的基礎上,才能讓學生懂得食品接觸材料安全衛生相關的質量控制和管理要素,培養學生對食品接觸材料安全衛生相關的質量控制能力,以及準確合理地選擇包裝材料進行食品產品包裝設計的能力。所以,高分子化學與物理是我們食品包裝專業非常重要的專業基礎課。
在學?!?+1”的教學模式[3]影響下,高分子化學與物理課程的學時數壓縮為56學時。在這樣少的學時條件下,要使那些對于高分子完全陌生的學生理解并掌握高分子的基本概念與原理,授課內容的選擇及講授方式是非常重要的。通過幾年不斷地嘗試和教學實踐,作者結合非高分子專業學生的特點,積極進行教學改革探索,積累了一定的教學經驗,取得了比較滿意的教學效果。本文結合我校高分子化學與高分子物理課程教學改革與探索的實際,就教學內容的選擇、完善以及教學方式與多媒體課件的研制方面提出一些自己的見解。
一、理論聯系實際,調整教學內容,加強實例教學
在傳統高分子專業的高分子化學課程中,高分子化學涉及的概念公式繁多,而且復雜難懂,要想完全靠死記硬背記住這些公式是比較困難的,而將這些公式熟練應用則更加困難[4,5]。對于食品包裝工程系的學生學習高分子化學對聚合物的化學反應部分應當有目的地選擇高分子包裝材料所涉及的化學反應進行講授,對于復雜的聚合反應速率方程的推導可以不學??芍攸c學習各種包裝材料如:聚乙烯,聚碳酸酯,聚氯乙烯,聚偏二氯乙烯,聚乙烯醇,聚對二苯甲酸乙二醇酯等現實經濟生活中常用高分子材料的合成方法,重點講述他們的化學合成方法,催化,以及包裝材料中單體與催化劑的殘留造成的健康風險。在充分體現學科特點的前提下,適當削減了與專業關系不大的聚合反應機理部分的內容,如配位聚合反應的機理。在“聚合物的化學反應”章節中,增添了與專業相關的化學反應。
比如講述聚苯乙烯(PS)合成時,應當結合包裝專業特點來舉例聚苯乙烯合成過程對其在包裝工業上的應用具有深刻的影響,如聚苯乙烯發泡餐盒白色污染的風波[6]。向學生解釋為何2013年2月,國家發改委“21號令”,將被稱做白色污染且長久被認為有毒的一次性聚苯乙烯發泡餐具解禁。解禁依據是什么?通過聯系實際,同學們都急切想從專業角度得到解答。10年前國家禁止聚乙烯發泡餐盒的應用是基于以下考慮。
1.PS泡沫塑料餐具帶來白色污染的問題。
2.PS泡沫塑料餐具受熱65℃時或燃燒時會產生“二英”強致癌物的問題。
3.PS泡沫塑料餐具中含有殘存單體苯乙烯或在65℃以上使用會釋放出單體致毒的問題。
4.PS泡沫塑料餐具遇熱會釋放出二聚體、三聚體等危害人體物質的問題。
5.PS泡沫塑料餐具含雙酚類,導致生殖機能失常的問題。
6.PS泡沫塑料餐具難以回收利用。
7.PS泡沫塑料餐具不能耐高溫,高溫變形,不能在微波爐里使用。
從向學生介紹高分子化學中聚苯乙烯的分子構造,聚合機理,聚合方法以及化學反應后處理,我們就能解釋第2、3、4、5問題。從高分子化學專業的角度向學生講述“白色污染”的成因是管理不善及隨意丟棄垃圾的人,而不屬聚苯乙烯材料本身,PS泡沫塑料餐具≠“白色污染”,更不是造成“白色污染”的元兇。PS的生產過程是苯乙烯單體在高溫高壓和催化劑作用下,在密封的反應內,無氯條件下進行聚合反應,從而無產生二英的條件。PS泡沫塑料飯盒是直接采用食品級的PS材料,加入滑石粉、硬脂肪酸鈣、丁烷等,通過擠出、發泡制得,生產過程全部為物理混合過程,無化學反應,不具備產生二英的條件。如果我們工業界使用符合國家標準的食品級聚苯乙烯原料來制造一次性泡沫發泡飯盒,最終產品很難在單體殘留量上超標。而且,國外公布相關報告研究結果,明確澄清有關二聚體、三聚體環境荷爾蒙的問題,它們不屬所謂攏亂內分泌的化學物質。食品級PS材料中并沒有雙酚A,在加工過程中也不可能產生雙酚A副產物等。以上解釋都需要我們高分子化學的知識,通過理論聯系實際,我們能讓學生們對學習高分子化學對包裝材料的認識加深印象。
再如,講解聚碳酸酯(PC)[7]的逐步縮聚合成過程中,為了加深學生的理解,引入聚碳酸酯“雙酚A風波”。生產聚碳酸酯用到雙酚A,在材料與食品相接觸后,殘留雙酚A單體遷移進食品,造成一定的健康風險。從高分子化學角度,向學生解析為何2011年在歐盟和加拿大,雙酚A被列為有毒物質,被禁止用于生產嬰兒奶瓶。在PC實例中,通過聚合機理,單體結構,聚合單體殘留等高分子化學方面的知識向學生們展示PC食品接觸材料的優缺點。
同理,我們在講解聚氯乙烯(PVC)時[8],從分子結構的特點引入“塑化劑風波”,講述聚氯乙烯由于分子的剛性需要塑化劑才能加工成型,這與食品相接觸后必然造成有毒塑化劑的遷移。我們在講解各種包裝材料的高分子合成化學時,就應該通過現實生活的同學們已經有所耳聞、鮮活的例子來幫助學生對知識點的理解與記憶,提升他們對專業的學習興趣。
二、加強《高分子化學及物理》與《包裝材料學》的有機聯系
高分子物理部分以分子運動的觀點來聚合物的轉變與松弛,聚合物的粘彈性,聚合物的力學性能等內容。因為《高分子化學及物理》是為《包裝材料學》服務的,應讓學生重點掌握高分子結構與性能之間的關系。高分子物理部分是教學重點,在講解基本概念時,同時注意結合《包裝材料學》所涉及的結構與性能之間的關系,使《包裝材料學》與《高分子化學及物理》真正有機地融合起來。比如,在講解聚苯乙烯發泡餐盒的時候,我們還是可以通過餐盒禁止與解禁來講解其分子的構效關系與應用。以前禁用一次性聚苯乙烯泡沫飯盒,存在很多知識的誤區,比如對毒性的誤解與使用方法的不當。當加熱至聚苯乙烯的玻璃化轉變溫度(80~90℃)以上,PS轉變為高彈態,且保持這種狀態在較寬的范圍內,PS開始熱變形,熔融溫度為240℃,PS在高真空和330~380℃下劇烈降解。由于其分子結構的特性,一次性聚苯乙烯飯盒不能在70度以上或微波爐的情況下使用,這和聚丙烯餐盒使用是有很大差異的。由于知識普及不到位,許多人把一次性聚苯乙烯泡沫飯盒在高溫下加熱,在微波爐使用,造成飯盒溶化變形,并伴有刺激性氣味。如果我們知道使用說明,一次性聚苯乙烯餐盒在一定條件下使用是無毒,綠色,安全且價廉,比如,在外就餐,我們可以用價廉的一次性聚乙烯發泡餐盒打包你的冷卻后的剩飯剩菜而無需采用價格昂貴的替代產品。我們在講解聚苯乙烯高分子分子運動時,就應該把分子運動的特點引導到聚苯乙烯作為現實包裝材料由于分子運動的特點所帶來的優缺點。同理,我們講解聚氯乙烯分子[8]時,就需要結合高分子物理中分子運動的特點來講解的塑化劑溶出。講解聚乙烯醇(PVA)時,就應該把高聚物的結晶與分子之間的氫鍵作用引入到結晶與分子材料透氣透氧之間的關系上。
三、改進了教學手段,有效利用多媒體資源和化學作圖軟件,運用多種方法加深學生的理解
高分子化學與物理的基本概念繁多,有些概念很容易混淆,還有些概念很抽象,難于理解。針對抽象的概念,我們可以有效利用多媒體資源和化學作圖軟件,使基本概念的理解變得容易,大大增強了記憶的效果,避免了死記硬背。比如,高分子應力松弛與蠕變講述。對于蠕變,只是通過經典的教科書上的舉例,“如在懸掛的軟質PVC絲下面勾住一段一定質量的砝碼,軟絲會慢慢伸長,撤銷砝碼后,軟絲會慢慢地回縮”這種書本講解,筆者覺得不足以讓學生加深印象。而是應該通過形象的多媒體實驗演示或現實實驗來講解。由于實驗課時有限,筆者在課前對實驗進行錄像,然后在課堂上進行視頻演示,能很好地幫助學生理解。利用實驗能讓學生充分理解高分子聚合物的結構與性能之間的關系。
例如,結晶概念的詮釋,是比較難比喻生動而且易懂的。高聚物結晶分子的排列在書中被用很小的部分來講述,但是高分子結晶對高分子薄膜材料物理性質影響顯著,對于食品包裝的學生,急切需要知道結晶度與透氣性的構效關系,但是如此小的篇幅根本不能讓學生掌握高分子結晶的知識點。書本上的高分子晶體圖學生很難理解,這就需要我們教師去尋找更好的化學物質單晶圖,我們可以找剛性的芳香有機物的單晶圖來闡述分子間的各種力造成的分子有序堆積。通過這種舉例,可以讓學生更好的理解高分子鏈之間相互作用力造成的部分鏈段的有序堆積??梢?,生動的舉例對于抽象概念的理解是有很大幫助的。
使用多媒體可以將枯燥乏味的理論知識直觀和形象化,可以將教學過程生動地展示給學生,使學生更容易理解所學內容。對于高分子化學與物理中一些概念的講述,我們需要CAI教學[9],多利用化學分子結構軟件制作課件。通過化學軟件制作三維空間構型,再結合三維動畫,動態演示分子骨架旋轉,能輕松地帶學生進入微觀的分子世界,讓抽象的分子結構與概念形象化,有利我們教學。比如高分子鏈的柔性是由于分子內各個化學鍵和原子在不停地轉動或振動,高分子鏈的形狀時刻在變化著而造成的。如果我們制作動態三維的大分子的內旋轉圖,讓學生親眼目睹這個“動”,才能更好促進學生對分子動態旋轉以及高分子柔性的理解。
四、創設開放性的交流空間,鼓勵學生主動參與教學活動
在課程教學過程中,除老師引入實例教學、有效利用多媒體資源等教學措施以外,有時引申話題,創設開放性的交流空間,鼓勵學生主動參與教學活動也是非常重要的[10]。采取讓學生分組討論,查找文獻,撰寫小報告的形式拓展學生的知識面,培養學生自主學習的能力。如,高分子聚合的教學中,結合聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等分子的結構特點說明其應用的基礎上,提出問題:“為什么限制聚氯乙烯在食品包裝保鮮膜上的應用?”“為什么限制聚碳酸酯在嬰兒奶瓶上的應用?”“為何聚苯乙烯餐盒只能在70度以下使用?”以及“為何聚乙烯醇容易結晶以及吸水,這些性質會給作為包裝材料的它帶來哪些優缺點?”然后學生分組從聚合物分子結構、柔韌性等角度討論,積極參與到教學活動中。每一個問題都與高分子的基礎知識息息相關,都是從一些實際現象引出問題,再通過理論分析加以解釋、歸納;這樣不僅可以引起學生興趣,重要的是可以加深學生對基本理論知識的理解和掌握,達到事半功倍的效果。
五、結語
高分子化學與物理是一門理論性強、概念抽象難懂且較難掌握的課程,作為包裝工程專業,特別是偏重食品包裝技術的學生的重要專業基礎課,學生需要在有限的學時里掌握高分子的基本概念和理論,教師則需要不斷地探索教學方法,采用多種手段提高教學的交互性和生動性,以調動學生學習的主動性和積極性,才能取得令人滿意的教學效果。
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【關鍵詞】高分子化學;雙語教學;教學改革;科研導向
隨著人類文明的進步與社會經濟生活的發展,能源危機、人類重大疾病相關問題、環境問題等一系列對全球造成影響的科學技術問題的出現使得化學學科、特別是高分子學科成為所有學科的中心學科。例如,基于共軛聚合物半導體材料的有機發光二極管、場效應晶體管和聚合物太陽電池等最新的科研成果將成為未來社會生活中主要的半導體元器件;高分子藥物的出現將能夠很大程度上對藥物釋放、藥物靶向性等方面進行控制而不需要增加更多的臨床藥物試驗;生物醫用高分子在改善人類生活質量方面更是意義非凡。而各種塑料、纖維、橡膠、涂料、粘合劑等高分子材料更是關系到人們衣、食、住、行的方方面面??梢哉f,現代人的生活已經離不開高分子化學和高分子材料。因此,對高分子科學的研究越來越受到國內外學者的關注。
高分子科學的誕生源于高分子合成化學,其基本概念源自于有機化學、物理化學等化學、材料學科,這種情況導致我國現有的高分子科學領域從業人員來源多樣。其中,從本科階段即接受高分子化學教育的比例依然很低,很多從事高分子材料、高分子化學、高分子物理、高分子工程等領域研究的人員本科主修為無機化學、物理化學、有機化學、材料學等專業。一定程度上,這些研究人員存在對高分子化學體系缺乏系統認知的可能。在我國高等學校進行高分子化學教學教育活動,是提高我國現有的高分子科學領域的從業人員基本素養與技能、促進我國高分子科學發展、壯大的重要途徑。
近年來,高等學校為主導的國家級或省級“協同創新中心”的設置,使我國高等學校進入新一輪的由教學型(教學科研型)大學向科研型大學轉變的歷程中。為快速實現這種轉變,培養高層次、研究型的高分子科學領域人才愈發顯得必要和重要。目前,主要的國際學術會議、頂級國際學術期刊均以英語為主。通過學術會議、、論文檢索等在這些國際知名的學術舞臺上進行高分子方面學術活動與信息交流,觀察國際高分子學科的發展動向,無疑是我國高分子學科跟進國際學術發展步伐和超越世界學術水平的基本條件。為此,我們必須建立培養能夠熟練使用英語進行高分子化學相關學科聽、說、讀、寫應用的國際性專業人才的教育體制和培養機制,強化我國高分子方面的科技隊伍建設。換言之,在本科階段開展高分子化學雙語教學,為培養具有國際化交流能力的研究生和高層次高分子科學從業者,對我國高分子學科的發展具有非常重要的意義。
在教學實踐中,我們發現完善教學內容,教學方式與手段,通過激發學生學習興趣和專業興趣,能克服其對雙語教學中英文的畏懼和排斥都有益處;制作精減的英文講義、多媒體課件深入研制等方法和措施的實施,安排學習英文講座視頻等都有利于雙語課程的講授。
3)利用視頻和錄像內容輔助教學。制作教學錄音和錄像,給學生共享,讓學生課下可以繼續觀摩課堂內容,培養其聽和說的能力。不斷構建新的新的本科雙語教育模式,使本科生能從雙語教學過程中分享課程教育國際化的機會,從中受益,并獲得在其他場所不能獲得的實踐和能力鍛煉,從而提高整體素質、創新意識及綜合能力。安排學生參加國際學術會議,到場聽取英語母語國家的專家匯報,同時錄制會議報告錄像和錄音。
4)組織學生檢索高分子化學基礎理論相關英文文獻、制作課件,并互相評閱,提升學生使用英文交流的能力。從科研的角度讓學生體會雙語教學“重點在讀懂、其次在會寫,然后是能聽懂和能說”的含義。
5)對于課堂教學效果的考察采用按照學習內容分段考核,并以英文形式呈現。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實施方法一起考核;工程塑料、天然產物、環境污染和降解與穩定化放在一起考核等。這樣的做法,讓授課內容的排列更加緊湊,也讓學生更好的把握知識點的相關性。
6)強調背景預備知識積累,強化雙語教學對其他相關化學課程的關聯性,培養學生專業英語綜合素養,以期對學生閱讀英文文獻、其他相關英文課程教科書有所裨益。
總之,在過去幾年的高分子化學雙語教學中,我們通過合理的教學改革措施的使用,提高教學質量和教學效果,為將來這些接受良好英語授課培養的學生進入科研崗位,從事研究生學習打下良好的基礎。當然,這些方法也有繼續改進的空間,我們也將繼續進行深入研究與探索,總結經驗,探索培養具有創新意識和創造能力的高分子科學人才的新思路和新方法。
【參考文獻】
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[關鍵詞]高分子化學、教學實踐、教學體會
中圖分類號:O63-4 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)21-0235-01
近年來,隨著科學技術的不斷進步和發展,高分子科學與物理、工程、材料、生物、醫藥以及信息等眾多學科知識相互滲透、相互交叉,密不可分。作為高分子材料專業的基礎專業課的高分子化學課程,與無機化學、有機化學、物理化學和分析化學并稱為“五大化學”,已經被大多數理工科、師范類高校作為化學相關專業學生的必修課或是選修課。它以有機合成為基礎,與化工原理、數學等學科緊密聯系,其中包含了諸多的概念、反應推理,內容多,抽象難懂、學習難度大,同學們普遍反映較為枯燥,因此如何上好高分子化學這門課,提高同學們的學習興趣,產生強烈的求知欲,變被動學習為主動學習,是我們教師在課程教學過程中面臨的首要問題。針對以上問題,作者經過幾年的教學實踐、積累和探索,調動了學生的學習積極性,有效的提高了《高分子化學》課程的教學質量,取得了較好的教學效果。
一、注重緒論課的教學
第一堂課通常是老師簡單的介紹本課程需要學習的內容以及一些要求后,就迫不及待的開始講授教學內容,而作為一名講授高分子化學課的主講教師,發現高分子化學緒論課對于調動學生學習的積極性和主動性具有非常好的效果,能極大的激發學生學習本課程的興趣。由于同學們對諾貝爾獎都具有極大的興趣,首先,以專題形式介紹獲得諾貝爾獎的高分子科學家的學術貢獻,學習高分子學科的發展史,從而認識科學和科技的進步和發展,從1920年德國Staudinger發表了“ 論聚合 ”的論文,高分子概念的確立;50年代Zigeler和Natta發明配位聚合催化劑,解決了丙烯難以聚合的問題,使石油裂解產物得到充分利用,對化工業的貢獻巨大;80年代麥克德爾米德發明導電高分子,直到現在功能高分子得到大力發展。同時,通過舉例介紹高分子科學在工業、農業、國防、航空航天、能源、環境、建筑、生物醫藥以及日常生活中的廣泛應用,讓學生充分認識到高分子與我們的生活和國民經濟的密切關系。如應用可降解的聚乳酸作為手術縫合線,可進行自降解吸收而不必進行拆線;應用在航空航天及國防上的各種特種高分子材料,以及現在我們日用的食品保險膜、塑料袋,所穿的衣服材質滌綸、尼龍和聚酯纖維等全都是高分子材料。使學生清楚的認識到高分子材料與人民的生活、工業生產都是息息相關,從而認識到高分子化學的重要性,極大的激發了學生的學習興趣。
二、優化教學課程內容
高分子化學是以聚合反應和聚合物化學反應的機理和動力學為主線,主要包括高分子的基本概念、聚合物分類、逐步聚合、自由基聚合以及離子聚合方法等主要內容。在教學中,由于課時以及一些客觀原因,不可能對全部的內容進行詳細的講解,因此需對高分子化學的課程內容進行調整、重組和優化,更好的完善教學內容體系。首先,保證基本原理、基本概念的講解,其中,對傳統經典的高分子理論即:高分子的基本概念、逐步聚合、自由基聚合以及自由基共聚進行重點講解。例如,在講授自由基聚合的時候,需重點講授聚合機理和熱力學、聚合速率及動力學和聚合度及其分布等內容,其中的阻聚、緩聚等內容作簡單介紹就可。同時在授課過程中不拘泥于教材內容的排序,注重對各知識點進行重組和精煉,兼顧高分子化學最新的科技進展,適當增加最新的研究成果和研究熱點的教學比例:如活性自由基聚合、ATRP聚合、RAFT聚合、生物醫用高分子、超支化高分子、自組裝高分子等內容的講解,開闊學生的知識視野,從而提高學生的學習興趣和主觀能動性;做到重點突出,主次分明,在有限的學時分配中提高教學效率,改善教學效果。
三、教學方式的多樣化
高分子化學有“ 五多” 的特點: 內容多、概念多、頭緒多、關系多、數學推導多。由于高分子化學很多抽象的概念和理論,如果都是采取以老師在臺上從頭講到尾的“填鴨”式教學方式,學生聽課感覺枯燥,憑空想像難以理解。因而在講課方式上采取形式的多樣化來激發學生的學習興趣:一、運用多媒體中圖片、文字、聲音和動畫等方式來輔助教學,使一些抽象難以理解的概念形象、直觀,生動、具體化,讓學生易于理解和學習,從而提高教學效果;二、有意識地運用互動式教學,避免照本宣科,像有些認知性的章節采取讓學生分成小組,課下一起準備PPT,課上讓小組派代表來講課;講解公式推導的時候,讓學生參與進來,和老師一起推導演算;激發學生參與教學的積極性,拉近老師與學生的距離,活躍課堂氣氛,激發學生學習的興趣,提高高分子化學的教學質量;除此之外,邀請本校從事高分子方向研究的老師來給學生就高分子科研的最新進展與動態做專題報告;三、以信息技術的迅猛發展為代表的網絡時代已經來臨,因此互連網技術在教學中的積極運用有著非比尋常的意義。因此,教師可以充分利用互聯網工具,將電子教案、教學課件在校內的教學論壇上,通過高度的資源共享,讓學生能隨時查閱學習,發揮網絡輔助教學快捷的優點。與此同時,授課教師將自己的電子郵件和QQ號公布給學生,當學生學習上碰到問題和困難時能及時快捷的與教師進行溝通交流,從而促進教學效果,調動學生學習的主動性和積極性。
四、教師自身專業知識水平的提高
作為一名主講教師,在這科技進步日新月異的時代,一個老師要想使自己的專業知識不陳腐,能跟上科技的腳步,在課堂上能多給學生傳授一些關于本專業的前沿知識和最新進展,激發學生的學習興趣,自身的專業知識層次水平不斷提升對于保證上課的質量是至關重要的。因而主講教師可以從下面幾個方面提高自己: 首先在上課之后需要多讀專業文獻,跟蹤最新科研進展,把一些研究熱點和前沿介紹給學生,利用學生對科研前沿的興趣和熱情來促進教學。同時,將本學院老師的科研研究工作或自身科研研究內容和最新進展與課程內容有機結合,如講授聚合方法的時候,本人就自己的研究方向 “應用ATRP或RAFT可控聚合方法,合成一系列分子量可控的用于癌癥治療的功能性生物醫用高分子材料” 拿到課堂上和學生討論,進一步加強學生對 “活性可控高分子聚合“的理解,激發學生學習的積極性和科研熱情;第二,教師同時需要多參加以促進科學發展、學術交流、課題研究等學術性話題為主題的學術會議;如每兩年一度的高分子年會,了解高分子各領域的最新的研究動態,開闊眼界;并且現在每屆高分子年會都有”關于高分子教育與學科發展的分會”主題,做報告的是高分子界的一些大牛和大家,對啟發我們的教學和研究有非常大的幫助;除此之外,我們還需要多聽一些名家名師的講課,學習名家名師的講課方法,找出差距,提高自身的教學水平。
作為一名在一線教學的任課教師,面對一群頭腦活躍、求知率強、渴望新鮮事物的年輕大學生,我們在教學上需要不斷的學習進步,推陳出新,激發學生的學習興趣,培養學生的創新意識和創新能力,為培養優秀的創新人才不懈努力。
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1基于協同創新的實驗項目建設
通過學科間的有效協同,可建設一系列綜合性、創新性實驗項目。綜合性實驗項目的開設,經常出現學時不夠用的問題。為此,有的老師將綜合性實驗拆成多個單元進行,如合成單元、結構測定單元、性能測定單元和應用單元,這是完全可以的。如果能在有限的學時內,完成包括合成單元在內的兩個以上的單元,那么也可以成功開設綜合性實驗。所以,將綜合性實驗項目控制在有限的學時內,也是開設綜合實驗時應該注意的問題。有機結合如何做好高分子材料的回收工作,也成為了高分子化學工作者要解決的問題。夏季里,學生們廢棄礦泉水瓶大都是聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的,如何做好“PET礦泉水瓶的回收利用呢?”帶著這個問題,學生們查閱資料提出不同的解決方案。要從高分子化學的角度解決這一問題的話,最終確定了乙二醇降解法進行PET的回收。高分子化學實驗與水處理技術協同創新環境工程專業自2004年起進行招生,水處理實驗室運行已有7年,將合成的高分子材料用于水質處理。
2高分子材料合成
高分子材料合成時間較長,選擇水處理實驗時間相對較短的比較合適。開設了“聚苯胺的制備及其對Cr(Ⅵ)離子吸附性研究”,先是采用溶液法制備聚苯胺,再將其應用于含有Cr(Ⅵ)離子的水質處理中,通過單因素分析實驗發現,pH值對Cr(Ⅵ)離子的吸附影響較大,在pH值為3時,聚苯胺對Cr(Ⅵ)離子的去除率最大。學生在成功合成高分子材料后,可以及時觀察或檢測到水處理后的效果,打破了學生原有的高分子材料只會造成環境污染的淺顯認識,使學生正確地認識到高分子材料在環境保護、尤其在水處理方面的貢獻。有機結合僅以材料化學專業為例,就先后建設了德州鴻雁塑膠有限公司等12個校內外實習基地。學生在實習過程中,接觸到塑料擠出成型工藝和塑料注塑成型工藝,將其與有機玻璃的澆鑄成型技術,放在一起講解,將課堂內容延伸至課堂外。尤其是受實習內容的影響,增強學生自主學習的意識,提高了學生的學習興趣。
3基于校企合作的教材建設
不斷更新網站內容,尤其是增加拓展訓練、材料性能與測試、可替換實驗和研究性實驗,建成了《高分子化學實驗》省級精品課程網站。建成了《高分子化學實驗》省級精品課程并不是最終目的,不能停滯不前。為此,不斷更新教育理念,改進教學內容和教學方法,增加課程教學特色。目前,網站共引入實驗項目46項,且所有實驗項目均經過試做,完全可行。為學生的自主性學習提供了便利,也為設計性實驗、綜合性實驗、研究性實驗的開設提供了依據。
4結論與展望
在協同創新思想的指導下,增進高分子化學實驗與食品、藥學、環境科學的有效協同,多學科融合,開設新的實驗項目。保持教材建設和精品課程建設的可持續性發展,及時將新增實驗上傳至精品課程網站,增加知識的先進性、全面性、導向性。秉承學校“崇德,啟志,勵志,博學”的校訓,以培養“厚基礎、強實踐、求創新、高素質、重責任”的創新性應用型人才為目標,堅持以學生為本,促進學生知識、能力、素質協調發展,進一步加強實驗教學的研究與探索。擬從以下幾點繼續努力:深化教學改革,加強實驗教學方法與教學手段的研究;加強“校企、校所聯合,多學科融合”協同創新育人方法的研究;提升教學理念,將高分子化學實驗教學內容建設、教學體系建設的指導思想,應用到其它化學類、材料類實驗課程教學中。
作者:郝智 伍玉嬌 羅筑 黃彩娟 單位:貴州大學材料與冶金學院
教學方法與手段改革在教學過程中應注重教育觀念的轉變,改革授課方式。高分子化學課程我們采用以下方式進行教學:(1)改革課堂教學形式:以主講教師為主導,按課程的教學大綱和教學日歷安排授課,以課堂教學為主,精講多練,并結合“啟發式、參與式、滲透式”教學和課堂討論;對重點、難點部分如動力學方程推導等,盡可能詳盡,對重點與難點問題,找不同的學生進行課堂復原,以檢查學生的理解與講課的清晰程度;(2)提供多種答疑形式:課后收集學生的疑難問題,每周安排一次答疑,課后作業進行詳細解答,并對一些習題的提問變換角度,考查學生的理解程度與知識點的掌握情況。同時,我們在網上開設論壇,進行互動式課外輔導;(3)充分利用多媒體教學:我們將教學演示工具從黑板和粉筆轉換成計算機多媒體,將高分子化合物的結構和高分子化學反應過程以三維立體動畫的形式,從不同的角度,不同的側面展現給學生。克服了以往學生在高分子化學教學中感到抽象難懂、枯燥乏味的弊端,從而使學生能在比較輕松愉快的氣氛中真正領會到高分子化合物的結構特點和化學反應的本質,抓住高分子化學反應的根本,達到舉一反三,靈活應用的目的。為此,我們著重從以下兩個方面對多媒體教學進行進一步的改進:一方面,在課件制作上下功夫,使多媒體課件的界面設計適合于課堂教學。
我們主要選擇以下三個方面的內容進行多媒體演示:(1)與高分子結構有關的內容;(2)與立體化學有關的內容;(3)分子結構較復雜的化合物以及難以在黑板上準確表現的圖形,如高聚物的立體結構、構象、自由基加成聚合反應與官能團反應的縮合聚合機理等;(4)開設學科專題知識與學術講座,拓寬學生的知識面:我們在教學過程中邀請了校內外高分子專業專家學者開設學科發展前沿知識講座,學科理論研究最新知識講座及學術研究等系列知識講座課,拓寬了學生的知識面和創新能力。
我們在考試形式上,為有助于學生加強記憶,但又不導致學生死記硬背,完全是為了應付考試而突擊課本,我們適當的增大了平時成績所占比例,如每章結束時做一道綜合題,要求學生獨立完成,限時上交,并把成績計入總分,其比例可占總分的20%~40%。同時,期末采取閉卷考試,內容中減少了基礎知識題目所占比例,即減少了套公式即可求解的題目,適當的增加了一些實際工業生產中可能遇到的問題,增加綜合型題目以及一些科研性與實踐性相結合的內容。這一方法不僅有效督促了學生的平時學習,而且有利于知識的積累,許多學生不再搞臨時突擊,更能考查學生綜合能力,這樣在一定程度上激發了學生在平時課堂的興趣,有利于創新能力的培養[7]。配套實驗教材的編撰根據我校的實踐教學條件和教學特點,我們自主編寫了實驗教材。自主編寫的實驗教材既繼承了強調理科基礎的傳統,又可兼顧到我校的工科特色,實驗內容和課堂教學及工業應用密切相關,對于學生掌握課堂知識、了解實際應用情況具有很大幫助。實驗教材中內容包含了多個層次,例如,針對大多數學生開設了驗證性實驗,針對高分子化學有濃厚興趣的學生還開設了綜合和設計實驗,這些實驗讓學生在掌握理論知識的同時,對實驗產生了濃厚的興趣。學生這種自主設計實驗配方及實驗方案的方法,徹底地改變了以前那種照實驗講義“照方抓藥”做實驗,不動腦筋,敷衍了事的舊做法,達到了教與學的目的[8]。這種做法不僅使學生的知識更加完整化,理論與應用更加系統化,而且根據教材內容還可通過網絡查閱相關知識,深化所學內容或拓展知識范圍。教學內容、教學方法的改革是每個學校教育改革的重要組成部分。創新精神與實踐能力的培養是一個長期的工作,是一個潛移默化的過程,需要在專業課教學過程中的各個環節認真研究,層層貫徹。通過我們高分子化學教學團隊的不懈努力,學生的理論基礎及實踐能力顯著加強。作為教師,應該不斷探索,總結經驗,為培養優秀的創新型人才作不懈的努力。
學好高分子材料學這門課程對于藥學專業學生來說非常重要。我們在藥用高分子材料學的教學實踐中進行了一系列探索,取得了一定的經驗和教學效果。
一、強調學好藥用高分子的重要性,激發學生學習熱情
藥用高分子材料指的是一類具有良好生物相容性和安全性而應用于藥物制劑領域的高分子材料。高分子材料在藥學、制藥、制劑領域的應用具有久遠的歷史,早在遠古時期人類就懂得利用淀粉、纖維素、蛋白、多糖等天然高分子材料,尤其是在醫藥領域,古老的藥典中已經記載了應用天然高分子作為藥方的添加劑。20世紀30年代以來,藥用高分子材料更是迅速發展,例如聚維酮被成功合成并在隨后被作為血聚代用品而廣泛應用于藥劑工業。20實際50年代以來,藥物傳遞理論得到迅速發展,而藥用高分子材料是現代藥物傳遞體系的重要組成部分。當藥物傳遞不良時,病人服用的藥物只有很少一部分能作用在受體部位,大部分的藥物在傳遞過程中被破壞或浪費,不僅藥物利用率低而且可能產生較多副作用;而應用藥用高分子材料作為緩釋控釋體系或者包衣體系,可以極大提高藥物的藥理活性和減少藥物對人體的不良作用。隨著科技進步,藥用高分子材料也迅速發展。例如在制劑包衣方面,作為腸溶包衣材料的蟲膠被纖維素衍生物取代,丙烯酸樹脂又以其優良的性能和廣泛的適用能力而與纖維素衍生物同時大放異彩。可見,藥用高分子材料的基本知識,己經成為藥劑、制藥等領域的工作者必備的知識,在新藥設計、藥物開發、藥物利用、藥物包裝等方面發揮著重要作用。這些背景的介紹可以使學生對藥用髙分子材料在醫藥領域的重要性產生深刻的認識,從而激發學生對這門課程的學習熱情,更好地學習和掌握藥用高分子材料的相關知識。
二、結合藥學專業特點,組織授課內容
針對藥學專業的學生,教師授課時應注重針對學生的專業背景、特點和興趣來組織課堂內容。首先,要選擇適合的課本,我校藥用高分子材料學課程選用鄭俊民主編的《藥用高分子材料學》一書,該書由中國醫藥科技出版社出版,是全國高等醫藥院校藥物類規劃教材,也是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。該課本面向的正是藥學專業的學生,涵蓋了與藥學相關的高分子化學和高分子物理學知識,以高分子作為藥用輔料的應用為主要內容。其次,由于課程的教學時數為32學時,因此要合理分配各知識點的授課時間。高分子化學和高分子物理部分的重點放在高分子、交聯、柔性等基本概念和重要高分子化學反應如加聚反應、縮聚反應、連鎖聚合反應和逐步聚合反應,其中自由基聚合反應是重點和難點。要特別注意理論聯系實際,因此高分子溶液的配制也是這部分內容的重點,因為藥物制劑過程經常需要用到高分子溶液,而一般市售的藥用高分子大多是顆粒狀、粉末狀,如果將其直接用良溶劑溶解,則很容易聚結成團,得不到均勻分散的高分子溶液。例如聚乙烯醇和羧甲基纖維素在熱水中易溶,則應先用冷水潤濕、分散,然后加熱使其溶解,這樣才能得到均勻的高分子溶液。這樣的授課方式可以讓學生感受到這門課程的實用性,對這門課程更有學習的熱情。再者,講授高分子材料時要結構、性質、應用相聯系,讓學生知道高分子的結構決定了它的性質,而它的性質決定了其應用。例如淀粉在熱水中能發生溶脹,支鏈淀粉分子從淀粉中向水中擴散形成膠體溶液,而支鏈淀粉則仍以淀粉粒形式殘留在水中,通過離心可以很容易將直鏈淀粉和支鏈分離。這種性質與其結構有關,支鏈淀粉構成有序立體網絡,其中間被直鏈淀粉占據,形成固體溶液,在熱水中處于無序狀態的螺旋結構的直鏈淀粉分子伸展成線性脫離網絡,因而分散于水中形成膠體溶液。通過計對藥學專業特點的教學方式,可以使學生對這門課的學習更有興趣,也更容易掌握重點和難點。
三、運用多媒體教學手段
多媒體技術作為一種新的教學手段,可以將文字、圖像、動畫、視頻等數字資源整合在一個整體中。在藥用高分子教學中應用多媒體技術,具有很多的優勢。首先,多媒體技術可以在有限的時間內有效傳遞更大的信息量。其次,多媒體技術的應用可以將抽象的內容具體化,將靜止的內容動態化,更具有視覺沖擊的效果,使學生更容易接受新的知識。比如高分子反應這一章中的自由基聚合反應,其基元反應分成鏈引發、鏈增長、鏈轉移、鏈終止等,如果用傳統的板書教學手段,學生無法理解其瞬間反應的特征。而如果采用多媒體教學手段,可以將其反應過程立體化、整體化,幫助學生更容易理解這些反應。在教學過程中,筆者深刻體會到多媒體技術在這門課程教學的重要性,我們將在后續教學中探索如何更好地將多媒體和傳統教學相結合,更好得突出重點難點,更好地幫助學生理解抽象知識。
四、結語
藥用高分子材料學是20世紀90年代在我國發展起來的一門新興學科,其與藥物制劑學、高分子化學、高分子物理、高分子材料學等基礎專業課具有極大的關聯。教師注重從以上三個方面進行教學,有利于提高該門課程的授課效果,有利于學生更好得學習和吸取藥用高分子方面的知識。
作者:李培源、霍麗妮/廣西中醫藥大學藥學院;蘇煒/廣西師范學院化學與材料科學學院
土建工程作為建筑工程的重要組成部分,其對推動社會發展做出了巨大的貢獻。近年來隨著我國經濟的發展,我國科學技術也隨之迅速發展,各國的綜合實力都得到了整體性的提升,在這種壓力倍增的環境下,我國建筑市場的競爭也越發的激烈。在激烈的市場競爭中,各企業要站穩腳跟就要從自身的土建工程施工技術入手。筆者認為應從以下幾方面入手加大新技術的研發力度:第一,大力投入科學技術。在如今這個科學化、信息化的時代背景下,誰能夠在科技和信息上取得進步,誰就能夠站在時代的最前沿,所以,企業要將科技與土建工程技術結合起來,通過科技為自己贏得先機,在競爭中占有優勢。同時,需要注意的是在應用科技的過程中,要著眼于全世界,而不要僅僅局限于國內,吸取國外的先進技術,結合國內的實際情況,取其精華部分,發展符合我國國情的土建工程新技術。第二,完善工作人員專業知識。在土建工程項目施工中,要研發新技術就要先完善工作人員的專業知識,企業方面要組織全體員工進行培訓,提高員工的專業知識和技術能力,將目前最先進的知識和信息教授給員工,為土建工程新技術的研發打下良好的基礎。第三,加強管理,在土建施工過程中,要加強管理,完善施工工作制度,約束工作人員的作業行為,使每位作業人員都擁有強烈的責任意識并肩負著重任,從而確保土建工程質量。第四,提高作業人員專業素質。土建工程施工過程中,有很多的施工細節要求工作人員必須具有專業的素質,可以正確的判斷和分析,避免由于工作人員的失誤而影響施工質量。
2土建工程新技術的研發思考
2.1新型結構振動控制技術
在土建工程新技術的研發過程中,很多人認為單純技術方面的研究,不會對現階段的土建工程產生多大的影響,人們的這種觀點與社會發展存在偏差。我們從客觀角度來看這件事情,單純的技術研究雖然有一定的劣勢,但是我們也要看到其表現出的較大的優勢,社會倡導多元化發展,但應當是建立在專一基礎上,必須要精通一項技術才行?;诖耍两üこ碳夹g在新型結構振動控制技術上取得了很大的成就,將從前難以解決的問題有效解決,將土建工程質量提升到新高度,為百姓提供了一個安全舒適的居住環境。該項技術通過在建筑物上安裝控制裝置,將建筑整體的結構振動降低,同時提高了建筑物的抗震和防風性能,有效緩解了因風力建筑物產生的震動,以及增強了地震多發地區建筑物的抗震能力。主動調頻阻尼器、主動質量阻尼器是目前土建工程中廣泛應用的結構震動控制裝置。
2.2新型高分子材料應用
高分子材料在土建工程建設中被廣泛應用,此類材料不但能夠確保土建工程質量,而且還可以將土建工程的使用壽命延長,在環境上符合規定要求,同時也滿足了百姓的生產生活需求。下面對新型高分子材料做簡要分析。
2.2.1土工復合材料
在土建工程新技術研發中,僅靠單一的新技術材料無法滿足社會需求,應進行全面系統的研究,采用多元化材料才能促進土建工程發展。土工復合材料作為高科技材料,在土建工程建設中廣泛應用,并發揮出了理想效果,此類材料作用于土體,發揮著保護土體、改良土體性質和提高土體強度的作用,土體的承重性能、排水性能都得到了提高,此種材料在土建工程中倍受青睞。另外,土工織物具有耐侵蝕和耐腐蝕的優點,在環境保護和水利設施中得到廣泛應用,超輕填土材料可有效改善軟土地區的土壤強度,其在鐵路、公路交通設施建設中被廣泛應用。
2.2.2高性能混凝土技術
高性能混凝土技術在土建施工中的運用,使混凝土的性質得到了改善,同時建筑整體的堅固性和抗震性能也隨之增強,被廣泛應用于大跨度建筑和高層建筑中。目前常用高分子材料有浸漬高分子混凝土、聚合物混凝土、碳纖維材料復合混凝土和高性能混凝土等,這些材料在土建工程建設中的應用較為普遍,已經很少有土建工程施工沒有使用高分子材料,由此不難看出高分子材料具有廣闊的發展前景。
2.2.3高分子化學灌漿材料
從目前土建工程新技術的研發不難看出,其材料的變化表明技術的不斷進步,材料的運用不僅需要與技術的有機融合,還要重新組合材料自身結構。高分子化學灌漿材料在技術和材料方面都付出了很大的努力,突破了原材料的缺陷,同時也符合相關規定標準,該項技術是土建工程新技術研發的重大突破,運用高分子化學灌漿材料能夠確保土建工程進度和質量,充分發揮出土建工程的功能性。作為新興技術其在土建工程中應用的時間較短,但是其表現出的化學性能優勢,在對建筑的加固和防滲方面發揮出重要作用。目前,常用的高分子化學灌漿材料有聚氨酯類灌漿材料、環氧樹脂類灌漿材料等等。
2.3新型巖溶注漿技術
土建工程所涉及的施工范圍越來越廣,工程建設也越來越復雜,這要求土建工程技術必須要進行整體性的革新。在土建工程建設中傳統的注漿技術已經逐漸的退出,為保證土建工程進度和質量,并在經濟和社會效益方面得到進一步的提升,必須要將基礎性的注漿技術提升。巖溶地貌是可溶性巖石常年受到流水溶蝕和侵蝕,加之受到重力作用,產生塌陷和崩落而產生的一種地質現象。地下溶洞如果沒有得到妥善的處理,會為土建工程安全埋下巨大的隱患,在巖溶地貌區施工中遇到溶洞,可以采取地質勘測技術配合注漿法,將溶洞的內部空間處理好,增加溶澗內部填充物的強度,使樁基更堅固,從而確保土建工程項目順利實施。目前,新型巖溶注漿技術在土建施工中廣泛應用,該項技術不僅具有節約成本的優勢,并且可以使土建工程在短時期內實現理想的效果。
關鍵詞:高分子專業;實驗教學;改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)22-0098-02
長期以來,國內高校高分子材料專業教學偏重理論課,專業實驗課所受重視程度不夠,基本上還是傳統的實驗。針對現存問題,筆者所在高校進行了高分子材料專業實驗教學改革,取得了良好的教學效果。鑒于此,高分子材料本科專業實驗教學改革應著力于以下五個方面。
一、正確認識實驗教學的作用,提高實驗課程在專業培養計劃中的比重
正確認識實驗教學是提高實驗教學效果的基礎。高分子材料專業理論教學與實驗教學這兩個方面相對獨立、相互依存、相互促進。實驗教學與理論教學相比,更具有直觀性、趣味性和連貫性,對于培養學生的動手能力、科學能力和創新能力具有不可替代的作用。實驗教學內容以理論教學內容為基礎,但比理論教學內容更加注重實際,強調動手能力與運用知識的能力。學生通過實驗教學的各個環節,能提高分析問題、解決問題以及創新的能力。由于以往過于強調理論教學,對實驗教學重視不夠,因而高分子材料專業實驗教學課時少,在專業培養計劃中的比重相對較小。為改變這一狀況,本實驗課程新增了60課時用于綜合性實驗教學,另外還新增了課時用于設計性創新性實驗。這樣,高分子材料專業實驗教學課時大幅增加,為保證實驗教學質量打下了基礎。
二、引入開放式實驗教學模式
集中實驗教學有其本身的優點,能在規定的時間內訓練學生的基本實驗操作技能,引導學生形成科學的實驗方法和嚴謹的實驗作風。然而,所有專業實驗都集中開課的話,學生實驗的積極性和主動性難以提高,主觀能動性不能得到很好的調動,不利于創新能力的培養。針對集中實驗的缺點,需要做大幅的改革。在學生接受了一定的集中實驗訓練,具備基本實驗技能之后,新增了綜合性與設計性創新性實驗,以激發主觀能動性,鍛煉學生分析問題解決問題的能力。將該部分專業實驗設置為開放性實驗,學生根據自己的課表選擇實驗時間,預約實驗平臺進行實驗,可提高學生的實驗主動性,也能解決實驗場地與時間難以安排的問題,從而彌補了集中實驗教學的缺陷。
三、補充更新實驗儀器設備,并將科研儀器用于實驗教學
由于全校化學實驗教學的整合,高分子材料專業實驗儀器設備人均占有率下降,并且部分專業實驗教學儀器設備老化。通過申請專項經費,補充更新了實驗教學設備,保證學生能及時開展實驗。同時,針對開展綜合性實驗和設計性創新性實驗,為緩解實驗教學儀器設備的不足,學院測試中心為學生專業實驗提供免費測試分析服務。筆者所在學院測試中心由儀器分析中心和高分子材料加工中心兩部分組成,屬于211工程和985項目投資建設的公共實驗平臺,具有較大的規模,總面積達900平方米,擁有50余臺先進精密的大中型儀器設備,并且高端先進儀器設備還在不斷地引進當中。此外,還有雙螺桿擠出機、注射成型機、開煉機、密煉機和平板壓機等加工設備,面向高分子材料加工研究方向。該中心能為專業實驗教學提供強大的分析測試平臺支撐。學院還動員各課題組參與實驗教學,并可免費使用各課題組自有的儀器設備。
四、對實驗教學各部分內容進行合理組織,分階段進行教學
1.加強基礎實驗,訓練基本實驗技能。高分子材料專業基礎實驗以演示性和驗證性實驗為主,側重于某個反應、某個性能、單一操作的基本訓練,以鞏固和加深對專業基礎理論的理解,培養學生基本實驗操作技能,是養成良好實驗習慣的基本環節。通過這些基礎實驗的訓練,為后續的綜合性實驗和設計性創新型實驗打下了基礎。根據高分子材料三門專業課的內容,可以安排如表1所示的20個基礎實驗,基本涵蓋了高分子化學實驗、高分子物理實驗和高分子材料加工實驗。
2.增加綜合性實驗,提高綜合運用專業知識解決問題的能力。綜合性實驗要求對所學理論知識和基礎實驗知識進行有機融合,去解決比較復雜的實驗問題,其目的是綜合運用專業知識能力去分析和解決問題。綜合性實驗的選題在注重科學性的同時還要兼顧可行性和實用性,難度也要適中,最好能涵蓋高分子化學實驗、高分子物理實驗和高分子材料加工實驗這三部分內容。綜合性實驗要體現多門課程的融合,實驗操作涉及多種實驗技能的運用。在之前專業基本實驗的基礎上,再通過綜合性驗的訓練,讓學生經歷一個循序漸進的提高實驗技能的過程,掌握專業研究的基本方法。高分子材料專業綜合性實驗安排在基礎實驗之后進行,在大學第六個學期開課,綜合性實驗目錄如表2所示。
3.通過設計性創新性實驗提高創新能力。設計性創新性實驗本質上屬于“真刀真槍”的科研工作,共分為兩部分。第一部分是新型高分子材料實驗的設計,訓練學生實驗的構思、設計能力。學生與指導教師互選,共同確定感興趣的研究課題。學生查閱資料,了解課題研究背景與創新性,明確研究目標,提出具體實驗方案。與指導教師討論,修改、確定實驗方案,最后撰寫實驗設計報告。在上述實驗設計訓練的基礎上,可通過學校的PRP(Participation in Research Program)項目,開展創新性實驗工作,這是設計性創新性實驗的第二部分內容。PRP項目是我校專門為本科生開展創新性實驗提供的科研項目,有專門經費支持。通過師生互選,共同申報該類項目,學校批準后實施。PRP項目在老師指導下進課題組實驗室完成,屬于開放式實驗,包括課題立項、開題、中期匯報和結題答辯四個過程。
設計性創新性實驗是實驗教學方式方法的革新。由指導教師提出實驗項目、實驗目的,學生綜合運用專業知識設計實驗方案與具體步驟,在老師指導下完成實驗,最后總結,寫出實驗項目報告。通過設計性創新性實驗的訓練,動手能力、分析與解決問題的能力得到了提高,逐步了解科學研究的思路和方法,全方位地提升學生的創新能力。
五、采用實驗操作與實驗報告并重的評價方式
學生實驗成績的評價是實驗教學的重要環節,也是專業實驗教學改革的重要部分。以往基本上依據實驗報告做評價的方式存在嚴重弊端,需要進行改革。新的實驗成績的評價注重操作、注重過程、注重綜合運用知識的能力。根據實驗教學類型,成績評價有以下三種方式。對于基礎實驗,出勤和實驗預習報告占20%,實驗操作技能及實驗結果占50%,實驗報告占30%。對于綜合性實驗,實驗開題報告占30%,實驗操作技能及實驗結果占50%,實驗報告占20%。對于設計性綜合性實驗,考核成績由實驗總結報告成績和項目答辯的成績組成,分別占60%與40%的比重,強調綜合運用專業知識解決實際問題的能力。
綜上所述,對高分子材料專業實驗教學改革進行上述五個方面的改革實踐,并通過這一系列專業實驗的科學訓練,高分子材料專業學生能熟悉使用常見專業實驗儀器,達到掌握基本的實驗技能和實驗方法,綜合運用專業知識的能力得到加強,分析與解決問題的能力顯著提高,為畢業論文及以后的科研工作打下牢固的基礎。
參考文獻:
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作者:孫延一 瞿曉岳 王悅輝 鐘建軍 謝輝 馬軍現 劉建莊 單位:電子科技大學中山學院化學與生物工程學院
1專業知識體系的調整
2006年教育部全國高等學校教學研究中心、材料科學與工程教學指導委員會聯合制定的《高等學校材料化學專業規范(討論稿)》(以下簡稱“規范”)中所制定的專業知識體系對于我校應用型人才培養來說,顯得內容偏多,理論偏深,要求偏理,工程意識不強,因此,結合我校應用型人才辦學實際,對“規范”中所界定的專業知識體系中內容做了相應的調整,從而形成了我校材料化學專業發展的專業知識體系。該體系內容調整的思路和原則是:精簡內容,保證基本理論和必要的基本知識,降低難度,突出應用特色,體現學科進展;達到學生具備繼續學習的理論基礎和應用所學知識于工程實踐的能力,適于培養應用型、創新型人才的要求。如“規范”中的量子力學基礎、計算化學、電子論、材料科學中的數學等理論性強的內容一律刪除。調整后,體系由化學基礎知識、材料科學基礎知識、專業方向知識三個部分所組成,其中化學基礎知識包括基本的化學知識,化學原理、化學方法;材料科學基礎知識包括材料的結構、材料的化學制備,材料的分析測試、材料的物理性質以及材料的成型加工等;專業方向知識包括高分子材料的制備、結構、性能、加工以及應用等,詳見表1。
2課程體系的設置
設置什么樣的課程來貫徹實施上述專業知識是我們一直以來探索的一個重要的教學改革問題。課程設置不同所獲得的教育效果也就不同。在這方面各學校辦學情況不同其做法也不一樣[2-4]。經過幾年的教學實踐,我們認為,材料化學既然是研究材料的化學問題的科學,材料化學專業人才培養理當強調化學基礎的學習,只有具備厚實的化學基礎,才有可能弄清材料的化學問題,并用化學方法去研究和解決材料的化學以及其他問題,未來發展才有后勁;另外,化學基礎好更有利于學生就業。因此,我們設置了無機化學、有機化學、分析化學、物理化學、化工原理、高分子化學、材料化學和材料科學基礎、高分子材料等9門核心課程來完成化學基礎、材料學基礎和專業方向等三部分知識,并做到統一考慮內容取舍、不重疊,處理好課程的相對完整與課程間融合銜接;精簡繁多的數學推導和敘述性的內容,做到“簡明”而不弱化基本理論,以滿足材料化學專業本科教育專業認證的基本要求;引進學科近展的新內容,反映學科發展的方向。在教學內容上,無機化學、有機化學、化工原理、高分子化學和高分子材料等都緊密聯系工業生產實際,滲透工程意念;分析化學以儀器分析方法為主;物理化學強化熱力學基礎和界面與膠體化學及其在材料化學中的應用;材料化學注重材料制備和分析測試;材料科學基礎主要介紹材料的物理性質和材料的成型與加工(如表1所示)。
3課程標準的制定
教學的規范化、標準化是課程實施質量的保障,為此,我們陸續制定了上述核心課程的課程標準。在課程標準中規定了各門課程的性質、課程目標、課程內容,以及學生在知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀等方面的基本要求,全面體現素質教育、創新教育的理念和課程功能。課程標準是教材編寫、教學及其評估的依據,同時也是管理和評價課程、加強課程建設的基礎,它的制定和實施,將全面推動教學質量的提高,這對于培養素質全面、富有應用型、創新型人才具有深遠意義[5]。
4結語
以上是我們近年來在材料化學專業建設中針對人才培養方案、課程體系建設工作所作的一點探索,很不成熟,有待于實踐中檢驗論證。材料化學專業是一個新興專業,人才培養方案、課程體系建設的探索和完善任重道遠。我們堅信,只要遵循教育規律,求真務實,不斷追求,大膽創新,一定會實現培養出合理的知識結構、能力結構、素質結構的材料化學專業的應用型、創新型人才。
應用化學是研究如何將當今化學研究成果迅速轉化為實用產品的應用型專業。應用化學與人類的衣、食、住、行及當今所有高新技術,都有著密切的關系,是重點發展的技術領域,所以本專業具有廣闊的發展天地和發展前景。
應用化學專業偏重于應用。應用化學是研究如何將當今化學研究成果迅速轉化為實用產品的應用型專業?;瘜W類專業包括精細化工、石油煉制、石油化工、有機化工、無機化工、高分子化學工藝、塑料化工、藥物化學、分析測試與檢驗、環境工程等專業方向。
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應用化學專業能進的事業單位有:各級質量監督與檢測部門、科研院所、設計院所、教學單位、生產企業、省級以上的消防總隊等。
就業行業:包括教育、材料、軍工、汽車、軍隊、電子、信息、環保、市政、建筑、建材、消防、化工、機械等行業。
就業方向:該專業畢業生適宜到石油化工、環保、商品檢驗、衛生防疫、海關、醫藥、精細化工廠等生產、技術、行政部門和廠礦企業從事應用研究、科技開發、生產技術和管理工作;也適宜到科研部門和學校從事科學研究和教學工作。
主干課程:無機化學、分析化學、有機化學、物理化學、儀器分析、結構化學基礎、精細有機品化學、高分子化學、波譜分析、應用電化學、稀土化學、功能材料、化工原理、現代分離技術。
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關鍵詞: 功能高分子材料 課程教學 教學探索
功能高分子材料是建立在高分子化學和高分子物理基礎上,并與物理學、醫學甚至生物學密切聯系的一門綜合性課程,在培養高分子材料專業人才過程中占有重要地位。功能高分子材料課程涉及的領域非常廣泛,涵蓋功能高分子的主體內容,如反應型高分子材料、導電高分子材料、液晶高分子材料、光敏高分子材料、吸附性高分子材料、醫用高分子材料、高分子功能膜材料等。通過本課程的學習可以拓寬學生的知識面,認識高分子學科與相關學科的交叉、滲透,以及相輔相成發展的客觀規律,夯實高分子專業的知識基礎。該課程教學質量的優劣決定了學生能否深入了解功能高分子材料的制備、表征和應用,對培養學生的專業綜合能力非常重要。
我校功能高分子材料課程是在大三的下學期開設,考慮到這個階段的學生面臨考研復習、實習及為未來就業做各種準備等問題,較難靜下心來對課程進行深入學習,而且采用傳統的教學方法已經難以達到滿意的教學效果。針對這些現象,結合我校高分子材料專業的實際教學情況,我們對功能高分子材料課程的教學方式和手段、教學方法、考核體系等進行了探索和改革,以期提高學生的學習興趣和主動性,取得良好的教學效果。
1.講好緒論課,激發學生的學習興趣
功能高分子材料主要研究的是新的制備方法、性能表征、構效關系、應用開發等,其教學內容具有多、雜、廣、深的特點,要使學生在32個學時中,學習并掌握其全部內容確實存在困難。因此,有必要精選授課內容,認真講好緒論課,激發學生的自主學習興趣。我們在緒論課上從功能高分子材料的發展歷史講起,著重介紹課程特點、課程主要內容及學習方法,特別突出學科的新興前沿和不斷完善,說明本課程所涵蓋的研究領域,讓學生認識到該課程的重要地位,明確學習本課程的目的、任務、意義及要求,通過緒論課的學習對本課程產生興趣,從而促使他們積極主動地學習課程,為后續章節的教學奠定基礎。
2.增加新穎和實用的教學內容
功能高分子材料是高分子材料中發展最快的領域,每隔一段時間都有新的研究成果誕生。從事功能高分子材料教學工作的教師更要把握時代脈搏,了解最先進、最前沿的技術,不斷調整、豐富和更新教學內容,利用多媒體教學及時地把最新的功能高分子材料的研究成果介紹給學生,擴大學生的功能高分子材料知識面,增強學習意義。此外,我們還注意課程內容與社會熱點問題相結合,通過學習讓學生了解功能高分子材料在日常生活、軍事、航空航天等領域具有的一些不可替代的作用,加深學生對功能高分子材料實用性的認識。
3.鼓勵學生利用互聯網資源學習
在計算機應用技術高度發達的今天,互聯網上的各種資源取之不盡,名師在線、網絡課堂、精品課程等學習平臺如果不加以利用,實為一種資源浪費。我們在進行課堂教學時,經常鼓勵學生通過互聯網學習,并教會學生利用中國知網、萬方數據庫等查詢學習資料。學生可以在數據庫檢索到自己關注的專業知識,并了解與功能高分子材料相關的最前沿的科研動態。
除此之外,鼓勵學生瀏覽科學網(http://)、小木蟲論壇(http://)等門戶論壇網站,在以高分子材料為主題的論壇社區上提出各種問題,某些會員會給出答案。論壇上的會員可能是專家、學者、教師,甚至是學生,大家集思廣益,從而拓展思路,解決難題。實踐表明,這些是比較有效的方式,能引導學生利用網絡進行學習。
4.互動式教學,讓學生做專題報告
針對功能高分子材料課程涵蓋領域多的特點,從熱門的領域中選擇幾個作為報告題目,把學生分成幾個小組,讓各小組成員通過教材、網絡和圖書館查找資料,寫出報告講稿。而后適當地拿出一部分課堂時間,讓小組代表上臺做“學術報告”,老師也和其他同學一起對所介紹的內容進行提問。這種方式不僅活躍了課堂氣氛,提高了學生的積極性和對功能高分子材料的興趣,而且讓學生由被動聽講變成主動學,自主學習能力得以增強。這種互動式教學提高了學生查閱、整理文獻的能力,增強了學生的團隊合作意識,鍛煉了學生的口頭表達能力。
5.舉辦功能高分子材料知識競賽
功能高分子材料課程的知識內容十分豐富,要求學生掌握的內容較多,在每章內容講授結束時舉辦功能高分子材料知識競賽,是在緊密結合課堂教學的基礎上,考查學生對教材理論知識掌握程度和解決實際問題能力的比賽。競賽設置了獎勵分值的詳細規則,并作為課程考核的一個組成部分,因而能大大調動學生的主觀能動性,起到調動學生學習和掌握專業知識的積極性,提高學生在功能高分子材料領域中運用基礎知識解決實際問題的能力的作用。開展功能高分子材料知識競賽活躍了課程的學習氛圍,有利于提高學生的學習興趣和促進良好學風的形成,是一種有益的教學方式。
6.建立多元化的考核評價體系
傳統的理論課程的綜合成績以期末考試成績為主,這種單一的考評方式存在較多缺陷,不能全面反映學生的真實學習情況。功能高分子材料課程的考核既要考查學生對基礎知識的掌握能力,又要考查學生綜合運用所學知識分析問題和解決問題的能力。在對學生的考核中,總成績的評定采用“平時成績+考試成績”的模式,平時成績占60%,考試成績占40%,更加注重對學生學習過程的評價。平時成績主要考查學生的學習狀況,由出勤率、課堂提問、小組討論、專題報告、知識競賽和完成作業組成。這種多元化的考核評價體系避免了由期末考試決定學習成績的弊端,鼓勵學生端正學習態度,不做考前突擊,不搞死記硬背,有利于學風和考風建設。
7.結語
教學內容、教學方法和考核體系的探索和實踐是教育改革的重要組成部分。授課教師只有努力提高自身知識水平,及時總結教學經驗,不斷學習和嘗試新的教學手段,才能為社會培養出高素質人才。在傳統教學的基礎上,通過增加學習過程的評價,調動學生的學習積極性,培養學生多方面的綜合素質,這方面的教學探索是有益的。但如何更好地提高教學質量和達到良好的教學效果,需要繼續努力、認真思考和完善每一個教學環節,促進自身教學水平的提高,從而為我校的功能高分子材料課程教學作出積極貢獻。
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