高分子研究生差示扫描量热实验教学改革

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:改革创新研究生实验教学,能够有效激发研究生的科研兴趣,培养研究生的自主科研能力。文章结合教学实际,对高分子学科研究生的差示扫描量热实验的教学改革进行探讨,提出研究生实验教学改革的重点内容:实现研究生在实验中的全程化参与和自主化设计,并全面提升实验教师师资力量。

  关键词:差示扫描量热实验;研究生;实验教学;教学改革;

  过去由于教育资源短缺,部分研究生在本科阶段只在书本上学习实验,或者只是集体观摩教师演示实验,对实验一知半解,动手能力差。这导致研究生实验教学专注于实验原理、仪器操作等内容的讲解,教学内容与本科实验教学内容相近。现阶段,经过几十年的教育教学改革与高校扩招,我国已成为教育大国,国家和地方财政对高校的资金投入日益增加,各项建设经费使高校的实验室条件得到很大改善,基础性的分析材料和表征结构的实验仪器已基本普及,本科实验教学质量得到了显著提升。因此,很多面向研究生的实验教学方法已难以适应现代高等教育的发展,实验教学内容与本科教学内容雷同、不注重综合性设计实验等问题凸显出来。

  对现行研究生实验课程的教学内容与方法进行改革,是提高研究生培养质量的有效途径。差示扫描量热实验(DSC)是将试样与参比物置于程序降温或升温的相同环境中,用补偿器测量使两者温度差值为零所必需的热量对温度(时间)的依赖关系的一种技术。本文以笔者所在学校的DSC实验教学为例,分三个方面探讨研究生教学的改革重点。

一、实验的全程化参与

  研究生实验教学对于培养研究生的动手操作能力、科研创新能力具有重要作用。研究生实验教学是为读研期间或今后的独立科研工作打基础。研究生相对于本科生,有着更强的自主学习和理解能力,他们对实验课本或讲义中有文字说明的实验目的、原理、样品制备、实验操作步骤和注意事项等能够较好地理解。为进一步加深他们的理解,教师可以录制DSC操作视频,如三维动画原理讲解、具体的实验流程和安全规范等,并在开展实验前让研究生自行安排时间观看。

  开展上机实验时,应改变由相关人员将实验全部准备好的实验教学模式。样品称量、制样、气体打开、开机、制冷机打开、实验数据设定、数据处理和关机等均需学生独立完成。指导教师从发挥主导作用变成发挥辅导作用,只在一旁提醒监督。研究生必须掌握DSC实验的所有操作流程。

  这种全程参与,能够让每个学生都拥有从前期准备到提交报告全程独立完成实验的机会,能够加深学生对知识点的记忆。此方法可以调动学生的实验积极性,使学生由被动接受转变为主动学习,能够提高学生的独立操作能力、自学能力等。另外,此方法还能培养学生独立思考和统筹规划的能力,帮助学生养成严谨的科学态度和认真细致的科研作风,为其以后的科研工作打下基础,进而实现培养科研人才的目标。

二、实验的自主化设计

  高分子学科科研工作要求研究生具有独立设计实验和操作实验的能力,并能根据课题方向查阅相关文献。而一般文献中往往只给出实验原理、样品名称和简单的实验条件,这就需要研究生独立地钻研探索、设计方案并统筹实验。所以,实验教学必须注重培养学生的实验技能和创新思维。为此,研究生实验教学必须改变以往验证性实验的教学思路,改为自主设计性实验。

  实验项目可由学生自由选择,学生可选择硫化程度不同的硫化胶、组分配比不同的共混胶、热加工历史不同的高分子材料、结晶度不同的高分子材料、课题组自己合成出来的高分子材料等进行实验。实验之前,学生需要对实验结果进行科学预测,并根据预测结果设定实验程序,如测试温度区间、升降温速率、恒温时间、气氛选择等。指导教师主要是帮助学生分析实验程序设定的合理性与可行性。实验操作分两个部分,一是考察合成工艺或加工工艺对高分子结构的影响,二是考察仪器的设计参数对实验结果的影响。图1和图2为某研究生实验的两部分内容,分别测试了再生料的加入量对PP熔融的影响和降温速度对PP结晶行为的影响。实验结束后,需自行处理数据,得出实验结论,分析实验成败,并生成下次实验的改进方案,进而构建并完善符合高分子学科研究生水平的实验教学内容,为下一步科研工作打下基础。

  实验的自主化设计能够为全面推进研究生素质教育提供保障。通过实验的自主化设计,研究生的创新精神、科研实践能力及科学素质均能得到有效提升。研究生普遍反映参加完DSC实验课后,学习兴趣和积极性明显提高,感觉实验不再枯燥、机械,自己由被动接受知识变为主动索取知识。通过课前预习、查阅文献、样品选取、参数设定等实验的自主化设计,学生提高了自学能力,拓展了科研视角,接触到新的实验技术和方法,使各学科知识得以融会贯通。

三、师资力量的配备

  要完成以上教学内容,实现教学目标,需要有专门人员进行全程监管。理论课教师平时忙于授课与科研,很难有大量时间和精力用于指导实验教学,因此,实验教师在实验教学中起着至关重要的作用。随着现代技术的发展,大量高精尖设备引进高校实验室,设备更新换代速度大大加快,实验教师要熟练掌握这些先进仪器设备的操作技术,还要注重开发仪器设备的更多用途,为研究生全程化参与和自主化设计实验保驾护航。为此,实验教师不仅需要具备匹配的专业知识技能,还要具备广博的理论基础知识。实验教学与理论教学应被摆在同等重要的位置,实验教师应不断丰富实验内容、更新实验手段,把新的知识第一时间补充到实验教学中,培养研究生独立思考问题并解决问题的能力,启发学生的创新思维,并及时发现实验教学环节出现的问题,有针对性地改进或改革。总之,建设一支素质优良的实验师资队伍,是确保实验教学质量的保障。

  笔者所在学校以DSC实验教学为试点,每周拿出两天时间为研究生教学实验服务,由实验技术好且有时间的专职实验教师负责实验教学及管理。想要上DSC实验课的研究生可以在网上预约,选择合适的时间段进行实验。

四、结语

  研究生教育是目前我国高层次人才培养的主要渠道,对未来我国科技和社会发展起着举足轻重的作用。经过研究生全程化参与和自主化设计改革并有高质量师资团队保驾护航的DSC实验课,能够从高分子学科研究生的能力和需求出发,营造使大多数研究生的个性得到释放和发展的宽松实验环境,为激发研究生的聪明才智创造良好的条件与氛围,为现代高等教育的改革发展提供新的思路。

参考文献

  [1]肖锡林,林英武,王宏青,刘慧君,赵玉宝,邓健,聂长明,廖力夫.基于自主创新的研究生化学实验教学改革与实践[J].实验科学与技术,2016(06).

  [2]段妍,吴珏珩,蓝秀健,张选红,张彤,陈省平.仪器共享平台在研究生培养中的作用[J].实验室研究与探索,2013(08).

  [3]万明.我国研究生教育体制改革研究[D].中国科学技术大学,2013.

作者:耿洁婷 夏琳 华静 单位:青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室

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