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聚合物材料表征与测试课程教学浅析

时间:2022-05-13 12:40:07 浏览次数:

聚合物材料表征与测试是南京工程学院高分子材料与工程专业的一门专业必修课。该课程安排在大学第七学期,是在学生学习了高分子物理,高分子化学等专业基础课后开设的一门课程。该课程主要是利用近现代发展的仪器来研究聚合物分子链的结构、分子链聚集体的结构、链长的分布等内容,理论性较强。课程中介绍的仪器众多,各种仪器的原理复杂,涉及物理理论、数学处理等内容,难度较大。通过该课程的学习,能够让高分子材料与工程等相关专业的本科生掌握高分子材料性能的表征及结果分析的方法,了解现代测试技术在高分子领域中的应用,培养学生的动手能力。

该课程主要包括波谱分析、聚合物的相对分子质量及相对分子质量分布表征、热分析、高聚物流变性能以及显微分析技术等五个方面。包含了波谱分析、热分析并简单介绍了现代显微技术,比如透射电镜、扫描电镜、原子力显微镜等。学生经学习后,应该掌握相关仪器的测试方法;能够根据聚合物选择合适的仪器表征其具体性质,并对结果进行简单分析。切实提高学生的学习能力、实践能力,为社会培养专门人才[1]。

一、课程现状

(1)课程内容多、难度大,要求高

该课程中涉及的仪器多为结构复杂,价格昂贵。一般应用型本科院校不可能全部配备。所以,学生能够亲自动手实践的机会较少。很多测试只能通过老师讲授,而这些仪器原理往往涉及量子力学、物理及相关的数学处理等相关知识,对高分子背景的学生较难理解;其次,仪器多,相关原理也多,学生掌握起来也有一定的难度;此外,相关的测试结果,所涉及的高分子物理的理论知识较多。

(2)学时有限

该课程中涉及的仪器较多(红外、紫外、拉曼、质谱、凝胶色谱、DSC、DTA、TG、TEM、SEM ……),近二十种。如何在有限的时间内,让学生了解常见仪器的原理,掌握仪器的操作,分析相关实验结果?其次,课程中关于现代新型显微仪器(如,扫描显微镜、原子力显微镜等)介绍较为简略。不能让学生充分了解现代仪器设备的发展现状[2]。

二、教学改革

在实际教学过程中,我们对该课程授课过程中存在的问题,做了初步教改尝试。

第一、在具体的教学过程中,注意各种仪器之间的相互关联性。比如,波谱分析中的红外光谱、紫外光谱、激光拉曼谱,在原理在某种程度上有一定的共通性。在教学过程中,可以进行对比,讲解清楚仪器测试结果之间的联系与差异。类似的,还有核磁共振谱中的氢谱与碳谱。通过分析具体的实验结果(比如,老师科研工作中的数据),对比分析各种测试结果之间的联系。在分析实验结果时,结合相关已学的理论知识,让学生理解测试结果产生的由来;理清学生的分析思路,达到利用理论联系实际的效果,强化教学效果。激发学生的学习兴趣。条件允许的话,可以让部分同学参与到测试过程中。其次,现代的测试技术发展非常迅速,随着计算机的发展,仪器的处理能力大大提高,促进了仪器新功能的开发。所以,在教学过程中,应该向学生适当介绍一些常用仪器的最新发展。

第二、鉴于像我校这类应用型本科毕业生来说,大多数毕业生都是从事高分子加工领域的工作。在大公司,专门从事新型聚合物研发工作的并不多。就目前来看,国内中、小企业普遍缺少现代化的大型分析检测设备。因此,在教学过程中,我们适当地减少了关于仪器结构、原理部分内容的讲解。对于,少数考研的,或将来可能从事高分子研发的同学,我们提供专门的辅导。所以,在教学中,对于一些常用仪器,如波谱分析(红外、紫外等)、热分析(DSC、TG等)相关的仪器,注重教会学生怎么去制备样品,如何操作相关仪器,并能利用相关的工具书初步分析数据;而对于最新发展起来的大型仪器(如,原子力显微镜),则简要的介绍原理,重点强调其在高分子材料领域的应用。通过实验结果,向学生展示仪器的功能。让学生了解各种仪器的用途,并能够根据材料的性能选择合适的仪器。

第三、我校本专业每年的学生人数在80人左右,以后将增加到100多人。学校目前缺乏相关的仪器。仅有的设备也需要优先满足教工的科研需要;且这些设备大多价格昂贵、维修费用高,学生很难有机会独立操作仪器。不太可能让学生掌握每种仪器的操作、样品制备技术。为提高学生的实际实验能力,我们将实验教学与本专业施行的本科生导师制[3]相结合,吸纳学生参加老师的各级科研项目或参加大学生科技创新项目。让学生在从事科研或创新的过程中,学习相关的实验仪器,了解相关仪器的操作,掌握相关的实验的样品制备技术。同時,充分利用南京其他高校的仪器设备资源,在老师完成自身科研项目的过程中,带动学生去认识、了解各种仪器,直至掌握常见仪器样品制备技术[4]。虽然学生独立操作的机会仍旧很少,但在老师的言传身教中,学生能够获得直接的感性认识。在解决科学问题的过程中,发挥学生的主动性,让学生自主地去学习相关的知识。

总之,通过教学改革, 对比前后的教学效果,发现学生动手能力、学习的主动性得到了加强。特别是参加老师课题的同学基本都能够完成样品的制备,并了解测试过程中需要注意的问题。在这些同学的带动下,提高了学生的学习积极性。学生开始主动地去解决科研中遇到的问题,而不再是被动地接受老师的“灌输”。当然,由于只是初步的教改实践,教学过程中仍然存在一些问题,还需要跟其他老师交流、探讨,以进一步地提高教学效果。

参考文献:

[1]王霆,张锋,李暐,陈立刚,周晓光. 基于不同专业背景的仪器分析教学改革初探[J]. 2014, (2).

[2]于专妮,王强. 仪器分析实验教学的探索与研究[J]. 2013, (1).

[3]陈志刚,姜翀. 高校本科生导师制的探索与实践[J]. 2013, (29).

[4]韩红梅,王太宏.纳米线、纳米管的制备、表征及其应用[J].微纳电子技术,2002,(5).

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