高分子材料專業貫通式實驗案例教學分析范文

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摘要：高分子材料專業的貫通式實驗案例教學是將基礎知識、探索性專業實驗和工程化實踐應用融匯貫通的新型教學模式。以高分子材料反應共混改性瀝青加工試驗為例，介紹了該教學模式的方法、步驟與特點。學生通過查閱文獻、實驗設計、動手操作、撰寫論文及實體工程實踐等環節，深化利用已學基礎知識和專業知識，培養分析問題和解決問題能力。該貫通式實驗案例教學有利于本科生、研究生盡快掌握高分子材料科學與工程的內涵，選擇感興趣的方向，快速進入畢業設計研究，了解社會需求和優化職業取向，加強專業體驗性和理解能力。對培養學生綜合素質，提高創新、創業能力有重要意義。

關鍵詞：高分子材料；貫通式教學；實驗案例；創新；創業

引言

高分子材料科學與工程是一門理論與實踐緊密結合的專業，實驗和實踐教學是高校高分子材料專業學生必修環節。但是，傳統教學模式下的高分子材料加工工程實驗明顯存在專業實驗“按部就班”和實踐過程“走馬觀花”等問題。此外，還有實驗教學內容相對陳舊，與我國工業化發展程度脫軌；實驗課時間少且死板，不利于實驗的深入開展；只注重已經成熟的實驗操作與報告書寫，不利于創新思維的培養；實驗設備陳舊，許多新的實驗無法滿足我國現今創業、創新人才的培養。與歐美等先進高校的高分子材料專業實驗、實踐課程相比，我國高校學生普遍存在動手操作能力弱、安全意識不足和解決實際問題能力差等缺點。以美國阿克倫大學高分子加工實驗課程為例，實驗課時間長，且強調學生親自己動手，并鼓勵使用拍照、錄像等手段得到各種數據，實驗報告內容豐富。即使實驗失敗，只要學生對失敗的原因分析透徹，依然可以得到完美的分數。根據學生的反饋，這樣的學習方法普遍比單純的理論灌輸和死板的實驗更加有效，實驗過程更具體驗性。他們還將試驗內容與工程實踐緊密結合，將試驗內容拓展到課外，加深高分子科學與工程的理解和應用。近年來，我國對創新、創業型人才的培養日益重視，推動傳統實驗、實踐課程改革和激發學生創造力日益重要，增加綜合型、研究創新型、實踐型實驗是大勢所趨。

相對于基礎型和綜合型實驗的“驗證性”而言，研究型實驗具有不確定性、探索性、自主性、開放性與可操作性等“探索性”特點。作為學生由知識學習向科學研究、工程應用轉變的銜接點，研究實踐型創新實驗涉及多學科知識的交叉運用，側重于運用所學知識、文獻查閱和基本技能等手段應用，并要求實驗結果以研究論文和工程實踐報告的形式完成，其設置重在培養發現問題和解決問題能力，更具挑戰性。我校高分子材料專業方向已在綜合化學實驗基礎上，開設了自主研究型實驗。通過學生與感興趣的導師聯系，共同確定實驗方向，在五周內完成實驗設計、實驗操作、實驗分析、報告撰寫等相關內容。收到了較好的效果。為加強該專業的工程實踐體驗，我們在此基礎上拓展設計了貫通式實驗．即在自主研究型實驗技術基礎上，進入實際生產一線進行工程實踐，貫通理論與實踐，建立理論研究與工程應用的關系。具體是結合聯系導師的轉化成果，將研究型實驗延伸，進行三天的工程實踐，嘗試將學生基礎知識、專業知識和產業化實踐結合運用，培養學生的工程認知和實踐能力。本文以高分子材料反應共混改性瀝青材料的高分子加工試驗為例，探討了該貫通式實驗教學設計思路、目的、試驗步驟、報告撰寫方法以及實驗心得等，以期促進貫通式試驗教學的開展。這對培養我國迫切需要科技成果轉化背景下的創新、創業人才有重要意義。

1貫通式實驗教學思路

該貫通式試驗案例教學是以我校比較成熟的產業化特色項目高分子材料反應共混改性瀝青展開。首先指導老師布置課題，講解貫通式實驗的目的、方法和意義等過程，實驗小組根據講解內容選擇高等級公路用改性瀝青材料為課題展開研究。研究小組通過查閱文獻、小組內討論和教師的共同探討，決定以苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性瀝青為主題開展本次貫通型實驗。其次，通過以SBS反應共混瀝青改性、結構表征、性能測試為主線的研究型實驗，旨在提高學生創新意識以及創新能力，培養其團隊意識，了解和熟悉開展科研工作的方法。最后，通過工程實踐和產學研交流，貫通試驗室研究與工程實踐的聯系與區別，建立室驗式開發研究、工程放大生產和工程應用之間的關系。

2貫通式實驗教學方法及步驟

貫通式實驗教學方法是用討論式、啟發式教學方法；以學生為主，允許失敗，多次嘗試，提倡提出問題和解決問題的鍛煉模式；講究基礎理論、專業實驗和工程實踐相結合，融匯貫通的模式。貫通式實驗教學包括以下步驟：（1）師生雙向選擇導師公布課題后進行師生雙向選擇，通過與導師交流，達成合作關系，挑選組長并布置研究實踐內容和任務；（2）設計課題學生通過導師指導查找課題領域的前沿文章，以及和老師討論，設計出切實可行的實驗方案，培養學生獨立設計實驗的能力；（3）實驗操作小組成員們利用已有基礎實驗知識結合專業知識的了解，比如通過實驗過程既熟悉了紅外光譜、光學顯微鏡等儀器的使用方法，又接觸到了傳統教學實驗難以接觸的新型實驗設備如高速剪切機、膠體磨和低溫延度計等設備；（4）數據總結與討論小組成員將所得試驗結果進行整理作圖，分析討論試驗結果；（5）工程實踐通過參觀學習生產流水線，與操作工人、車間主任和總工程師交流學習；（6）課程總結與評價與指導老師交流實踐過程的問題與收獲，撰寫研究報告和實踐報告。

3貫通式實驗教學效果與心得

貫通式實驗教學摒棄了傳統實驗機械、死板、陳舊的教學方式，為老師教學以及學生學習都帶來了創新的想法和創業的火花。貫通式實驗教學效果總結有如下四點：

（1）培養了研究方法和團隊協作意識實驗小組通過前期選題，查閱大量的資料，了解目前高分子科學領域的新的研究方向。實驗過程中，小組成員們接觸到并使用了許多傳統實驗教學中難覓蹤影的儀器，SBS、石油瀝青等材料的特性，開闊了他們的視野，真正體驗了科學研究的過程。分工明確，通過各成員間的協作配合，共同完成。提高了實驗操作技能以及與他人合作的能力。在實驗過程中不斷思考并對實驗方案進行改進，定期與老師見面并報告相關進展，最后完成整個實驗部分；

（2）培養了學生獨立思考分析問題和總結升華能力數據總結處理階段，通過分析實驗結果，學會了用統計方法軟件對所得數據進行處理，對實驗現象運用理論知識做出合理的解釋。對有疑惑的問題，小組成員之間隨時進行討論分析，并查閱相關文獻，進一步試驗驗證，最后找到了問題的根源。將所有結果整理并書寫成報告。通過對實驗結果進行分析與寫作，培養了他們獨立思考、清晰表達、總結升華的能力；

（3）培養了學生工程化思維在工業實際生產階段，進一步考察工廠生產環節，書寫工程實習報告，豐富學生的社會適應能力，并為迅速進入企業工作奠定良好的基礎。例如，在工廠實踐階段，認識了實驗室實驗與工程試驗的差別，深化了化學工程中原材料、操作單元選擇原則，化工原理中“三傳一反”的理解。以攪拌裝置的設計為例，大型攪拌槳根據物料粘度設計的原理，SBS與瀝青混合加料時的弱攪拌與反應后的強攪拌槳葉的不同；以我國早期SBS改性瀝青生產時，為解決高熔體粘度的SBS與低粘度瀝青的分散性通過膠體磨等特殊設備強化剪切變形實現分散；還可以通過選擇SBS的嵌段比例、分子量等手段提高其在瀝青中的分散性；

（4）培養了創業思維通過與市場、采購和財務部門人員的交流，了解到企業的市場信息是生產的前提，市場信息是基于大量使用數據和與用戶溝通相結合而得到的。市場原材料信息、市場銷售信息反饋到研發部門進行開發，形成原材料進入、加工制造和產品銷售與服務一體化的運轉格局，為以后創業思維的培養打下基礎。工程化思維對促進學生校內培養有積極的影響。通過工程化實踐鍛煉了學生將高分子專業理論知識用于實踐，并通過實踐加深了對理論知識的學習。例如，深入了解了高分子材料工程的共同點，是解決高性能與易加工、經濟性三者的矛盾，環境污染治理與經濟性的矛盾。學習了公司治理結構，了解公司的發展核心，一是靠管理，二是靠科技。團隊協作是公司高效運轉的保障，注重團隊建設。在此過程中，也培養了團隊協作能力，更快融入將來的工作融合貫通，認識平時所學知識的重要性，促進專業知識的學習。

在基礎理論與工程化生產方面，還認識到室內基礎研究試驗與工程化生產相輔相成，工程化提出問題必須通過基礎研究指導才能獲得突破?；A理論指導工程化實踐，工程化實踐又不能局限于基礎理論，還需考慮社會因素、市場因素和環境因素等。在生產應用方面，深刻理會了“安全第一”是一切生產的根本。工廠的安全教育，為以后試驗室及工程化生產奠定了基礎。工程化放大生產是無數實驗室試驗的總結，也是指導實驗室小試、中試和放大生產的根本。穩定化、規模化生產是市場化應用的根本保障，標準的試驗方法和嚴格的產品檢測是市場應用的根基。市場是科研的主要推動力，基礎研究是推動科研進行的源動力。

4貫通式教學總結

貫通式實驗教學通過自主探索實驗和工程實踐體驗的方式，增強了高分子材料專業教學的趣味性、探索性和創造性，不但對培養學生提出問題和解決問題的能力有積極作用，而且還有利于高校和企業培養創新和創業人才。貫通式實驗教學的難點在于，建立良好的產學研信任關系和學生的積極主動性的配合。此外，指導教師的精細設計和企業、學校領導的大力支持也必不可少，有必要進一步深入挖掘適合貫通式實驗教學的課題，深化與企業的合作關系，協同培養發掘創新、創業人才。當然，該貫通式實驗教學仍處于探索之中，在培養時間、培養模式、培養效果等方面還值得商榷。總之，貫通式實驗教學的不確定性、探索性、自主性、開放性與體驗性更契合當前學生對實驗課的需求以及國家對創新、創業能力人才的培養，值得進一步推廣和完善。

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作者：王仕峰1;潘三水1;張勇1;李嘉曦2;李航3 單位：1．上海交通大學