《高分子物理》综合性实验教学改革与探索*

吴　强，傅深渊，张　艳，李　倩，刘丽娜

(浙江农林大学工程学院，浙江　杭州　311300)



《高分子物理》综合性实验教学改革与探索*

吴强，傅深渊，张艳，李倩，刘丽娜

(浙江农林大学工程学院，浙江杭州311300)

《高分子物理》是研究高分子的结构、运动与性能及其相互关系的课程，是一门实验科学，但目前的高分子物理实验设置存在验证性实验为主、层次不分明等不足，影响学生创新能力的培养。本文介绍了《高分子物理》综合性实验教学改革在浙江农林大学开展的一些探索，文中对综合性实验教学模式的特点、实验设置、课程实施条件和途径进行了阐述，初步尝试表明综合性实验教学可调动学生积极性，加深理论与实践联系，提高教学质量。

高分子物理；综合性实验；教学改革

《高分子物理》是研究高分子的结构、运动与性能及其相互关系的学科，从它的学科特点来看，是一门实验科学；因此，通常开设高分子物理课程的同时都要求开设高分子物理实验课程。现阶段，浙江农林大学高分子材料与工程专业共开设24学时的高分子物理实验6项[1]，分别为偏光显微镜观察聚合物球晶、乌氏粘度计测聚合物分子量、聚合物挤出注射成型演示实验、拉伸与冲击性能测试、旋转粘度计测聚合物溶液粘度、聚合物电阻与介电常数测定。

然而，目前高分子物理实验课在一定程度上仍是理论课的辅助内容和手段，存在一些明显的缺陷[2]：一是实验以验证性为主。目前，高分子物理实验内容大都以验证高分子物理理论教学内容为主要目的，开设的实验基本是相对独立的，每个实验只对应于某一个知识点；且实验内容相对陈旧，不随教学内容变化进行及时更新，不利于学生了解和学习最新的实验技术和研究手段。二是高分子物理实验设置没有层次性。所有学生做的实验内容、实验目的和要求都相同，这无法调动学生的主观能动性，不利于培养学生的创新能力，不利于培养优秀创新性人才。三是实验课内容缺乏与工程生产的联系性。学生缺少实践经验，希望通过实验，获得对高分子物理知识系统、整体的认识；如果在教学过程中不能对其进行贴近真实生产过程的实验教育，很大程度上影响了实验技术训练的系统性，会影响到学生形成独立的系统性思考问题和解决问题的能力。

1　开展《高分子物理》综合实验的必要性

针对这些不足之处，国内许多高校都进行了不同层面的实验教学改革，其中开展综合性实验被认为是较为有效的手段[3-6]。综合性实验是指在学生具有一定基础知识和基本操作技能的基础上，运用某一课程或多种课程的综合知识，对学生实验技能和实验方法进行综合训练的一种复合性实验[7]。综合性实验课的优点主要表现如下[8]：一是按照理论知识与实际应用技能的系统性和内在联系组织实验教学，体现科学发现、发展的综合性、前沿性；改变了过去只见树木不见森林，缺乏系统性的弊端。二是充分体现了对学生实验技能的系统性、科学性与创造性训练，有利于培养学生的综合能力、动手能力、创新能力、团结协作精神，有利于调动学生上实验课的积极性和督促学生认真对待实验课。三是更加合理地配置现有教学资源，提高实验教学资源的利用率。四是与毕业实习和科研开发工作相配合，有利于生产实习、毕业论文和科学研究开展。因此，经过调研，为了提高学生对高分子物理理论知识的系统理解和学习动力，我们觉得有必要在我校高分子材料与工程专业开设《高分子物理》综合实验教学改革。

2　《高分子物理》综合实验课程的实施

2.1综合性实验设置

我校高分子材料与工程专业于2009年建立，至今已有3届本科学生毕业，4届学生顺利完成了现有的高分子物理实验、高分子化学实验课程。另外，学院依托国家木质资源综合高校利用工程中心，拥有原子力显微镜(AFM)，扫描电镜(SEM)，差示扫描量热仪(DSC)，傅里叶红外光谱(FTIR)， X射线衍射仪(XRD)，动态力学分析仪(DMA)，应变型旋转流变仪等高级实验仪器，适合开展高分子专业综合性实验。结合目前的《高分子物理》实验内容及相应实验条件，目前，我们开设了2个高分子物理综合实验，并在2013级高分子专业学生中进行了尝试。两个高分子物理综合实验分别为：

(1) 热塑性材料加工制备及其力学性能表征综合实验

实验目的：了解多种热塑性高分子材料的加工特性与力学特性，掌握多种材料力学性能的表征手段；学会聚合物合金的制备方法，了解界面相容性在高分子合金中的重要性。

原料：常用热塑性高分子(PP，PS，PVC，PLA等)，偶联剂，改性剂等；

设备：微型挤出机、注射机、密炼机、力学试验机、动态力学试验机、冲击试验机(简支梁、悬臂梁)、平板硫化机等；

样品制备方法：采用熔融挤出注射直接制备热塑性材料力学试样标准样品；通过密炼机混合再平板硫化机热压制备共混高分子材料力学试样标准样品；

力学性能表征：拉伸性能、冲击性能和动态力学性能(热性能和流变性能可选择)

(2)聚乙烯醇(PVA)材料制备与性能表征综合实验

实验目的：通过实验，掌握PVA薄膜，纤维和水凝胶的制备方法及各种性能的表征方法；学生可以了解同一种原料通过不同的方法可以得到不同形态的材料，表现出不同的性能，应用在不同的领域。

原料：PVA，环氧氯丙烷，NaOH，填料；

设备：力学试验机，静电纺丝设备，冰箱，冷冻干燥机，扫描电镜(SEM)，分析天平等；

样品制备：薄膜制备——主要采用溶液浇铸，PVA纤维——采用PVA溶液静电纺丝，PVA物理凝胶——采用冷冻解冻法，PVA化学凝胶——采用环氧氯丙烷做交联剂制备；

性能表征：拉伸性能，形态表征(SEM)，溶胀行为(称重法)，热性能等。

2.2具体实施

本次教学改革面向2013级高分子专业学生开设，学生可自由选择两个实验中的一个进行组合，一般4～5人为一个小组，其中1人担任小组长，负责任务分解和具体实验实施过程中的协调，并根据小组成员的平时表现给出平时分。

实验准备阶段，要求组内同学通过查阅文献资料设计实验方案，通过教师审核后方可进行实验操作；在实验过程中，要求同学们通过分析、讨论、查阅资料来解决实验过程中出现的问题，培养学生的科研能力与合作能力。

综合实验的评分标准包括2部分，平时成绩和实验报告，平时成绩一方面由组内同学互相给出，另一方面教师在学生实验过程中通过观察和提问获得；综合性实验的开设主要为了引导学生设计实验方案，在实验过程中根据实验现象分析原因、解决问题，因此，平时成绩不仅仅看实验成功与否，更多地关注学生的解决问题能力和团队合作能力；最终根据实验报告结合学生在实验过程中的表现给予综合评分。

3　高分子物理综合实验课程的实践成效

通过本次高分子物理综合实验的教学改革探索，加深了学生对高分子物理的基础知识、基本原理的理解，提高了学生综合运用高分子物理知识进行分析问题和解决问题的能力，从而逐步形成较为完整的高分子物理知识体系。同时，通过高分子物理综合实验课程，促进了学生实验技能、综合运用知识的能力以及创新能力的提高；特别是综合实验的开设，激发了学生参与业余科研活动的热情，有更多的本科生加入到各个老师课题组进行科学研究。此外，高分子物理综合实验课程的设立，有助于高分子物理课程体系的建设和完善。

[1]吴强, 傅深渊, 宋平安, 等. 《高分子物理》理论与实验课程一体化教学模式初探[J], 广州化工, 2014, 42(21): 225-227.

[2]徐世爱, 余若冰. 在高分子物理教学中培养学生的创新思维[J], 化工高等教育, 2007, 24(6): 4-6.

[3]王伯康, 王志林, 孙尔康. 开设综合化学实验的探索与实践[J], 大学化学, 2001, 16(2): 25-26.

[4]赵孔银, 赵义平, 陈莉, 等. 一个高分子水凝胶综合实验的改革实践与教学效果分析[J], 高分子通报, 2013(12): 108-112

[5]邢红宏, 梁承红, 张纪磊. 充分利用综合性实验培养学生的综合素质[J], 实验室研究与探索, 2013, 32(2): 94-96

[6]夏茹, 周艺峰, 林宏云, 等.高分子专业大综合实验课程的设置与实践[J], 高分子通报，2010(12): 95-98.

[7]陈怀侠, 张必成, 蔡火操.实验教学内容改革的实践与思考[J], 实验技术与管理, 2001, 18(5): 103-104.

[8]吉爱国.综合性实验教学模式的探讨与实践[J], 实验室研究与探索, 2007, 46(1): 94-96.

Teaching Reform and Application for Comprehensive Experiment ofPolymerPhysics*

WUQiang,FUShen-yuan,ZHANGYan,LIQian,LIULi-na

(College of Engineering, Zhejiang A & F University, Zhejiang Hangzhou 311300, China)

PolymerPhysicscourse, which studies structure, relaxation and performance of polymers, is an experimental science. However, the presentPolymerPhysicsexperiment setup had several shortcomings, such as too many verification experiments, experimental level not clear and so on, which influenced the student creativity cultivating. Some explorations onPolymerPhysicscomprehensive experiment in Zhejiang A&F University were introduced, the characteristics, experimental setup and implementations were presented. It was suggested that thePolymerPhysicscomprehensive experiment had a great promotion to the student professional experimental and innovation ability.

PolymerPhysics; comprehensive experiment; teaching reform

浙江农林大学校级教改研究项目(项目编号：KG14147)。

吴强(1981-)，男，博士，副教授，从事高分子物理教学和聚合物流变学研究。

O631,G642.423

A

1001-9677(2016)05-0191-02