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浅谈高分子材料与工程专业研究生材料现代研究方法课程的教学改革与实践

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  摘 要:材料现代研究方法是郑州大学材料科学与工程专业研究生的一门重要的基础理论课,其目的是通过对该专业常用的一些大型现代化分析仪器的基本原理、构造、性能、制样方法、操作步骤以及结果分析的讲解,使研究生在进入实验室之前初步具有对高分子材料的剖析、鉴定和评价的能力,为其在以后的学术研究中打下良好的理论基础。然而,单纯的理论课不仅枯燥乏味,晦涩难懂,同时也无法提升学生日后测试时对仪器的操作能力和利用多个设备对材料进行全面表征和分析的能力。为此,本文从多年教学实践出发,围绕着理论课程的现状和存在的问题,通过重组教师队伍、重编教材、丰富教学方式和方法以及完善考核体系等探索和改革,极大提高了学生的学习热情,提高了课程的教学效果。
  关键词:材料现代研究方法;教学改革;大型仪器
  1 绪论
  高分子科学是研究高分子材料的合成、结构、性能、加工及应用的一门学科。它既是一门基础学科,同时又是一门应用学科。高分子材料的合成阶段决定了高分子材料的化学组成、分子构型、构象、以及分子量的大小等参数,而高分子材料的加工阶段则决定了高分子材料的结晶度、晶体尺寸和结晶类型。同时,在合成或者加工阶段,还可以引入其他类型的单体或者材料,形成更加复杂的聚集态结构和织态结构。高分子材料或制品的最终性能,则由高分子材料化学组成、晶体结构,形态、分子量以及其织态结构共同决定。因此,如何通过现代化的测试手段建立起材料的组成、结构、形态和性能之间的关系,对于高分子材料的设计、合成以及应用具有十分重要的意义。
  2 课程教学存在的问题
  高分子材料与工程专业研究生培养目标中的重要一环就是要求掌握高分子材料的制备方法以及其常用的现代化分析测试手段,掌握高分子材料的组成、结构、形态和性能之间的关系。为了达到这个目的,郑州大学材料科学与工程学院在高分子材料与工程专业研究生和高分子化学与物理专业研究生中开设了材料现代研究方法这门基础理论课。该课程希望通过对现代化大型测试仪器(SEM、TEM、AFM、XRD FTIR、UV-VIS、DSC、NMR、XPS等)的原理、结构、样品制备、测试步骤、结果分析的讲解,使广大研究生能够初步掌握高分子材料表征所需仪器设备的种类和性能,具有对高分子材料进行剖析、鉴定和评价的能力。要想达到上述目标,其不仅要求任课教师要了解和掌握材料学科的前沿知识,精通仪器的结构、设计及测试原理和方法等,课程的教学方式和方法对保证教学效果也十分重要。目前,该课程的教学方式和方法存在如下问题:
  2.1 理论教学和实验教学间的衔接性差
  材料现代研究方法的实验课程需要用到的仪器大都为大型精密仪器,其既用于教学,也用于科研。由于这些设备价格昂贵,学院内设备的台套数少,实验上机很难排开。同时仪器的维修和维护费用支出较高,学院用于仪器维护的经费薄弱,理论教学的教师和实验教学的教师分别为不同的人员,这进一步加大了安排学生进行上机实验操作的难度。如果该问题不能得到有效的解决,就会造成课程的理论教学和实验教学间的脱节,既无法保障理论教学的成果,也无法加深学生对仪器的理性和感性认识,学生的动手操作能力以及基本的数据分析能力则更无从谈起。
  2.2 教材陈旧且内容分布不够合理
  在现有的教材中,较多的篇幅往往被用来介绍一些型号陈旧的测试仪器的构造、原理、测试方法等,这部分内容往往枯燥乏味、晦涩难懂。同时,教材还缺乏对新型号仪器的功能改进、技术提升等方面知识的涉猎,导致学生所学的知识过时,实用性差。这不仅无法满足学生在今后学习、研究和工作中的真正需要,甚至還会误导和阻碍学生自我学习和创造的能力。
  2.3 教学方式和方法较为单一
  材料现代研究方法课程的教学主要采取老师讲授的方式。之前由于任课老师没有实际操作这些仪器的经验,其只能按照教材内容进行讲解,无法就该仪器的具体特点,具体性能指标以及各个部位的作用展开形象化和生动化的教学,更不可能结合多种样品的表征结果进行深入的分析,因此,此方面急需进行改革和创新。
  2.4 课程考核体系不够完善
  以往对学生的考核,理论课往往采用课堂作业的形式,而实验课往往采用交实验报告的形式。这种考核方式会导致学生惰于思考,同时学生之间的作业同质化现象也非常严重。这样既无法达到理想的教学和考核效果,也很体现出优秀学生和普通学生之间的差别。
  3 课程的教学改革与实践探讨
  3.1 重构教师队伍,解决理论教学和实验教学间的衔接性差等问题
  为了解决理论教学和实验教学间的衔接性差等问题,我们首先选择了加强教师队伍建设,提升团队的教学水平这条路径。我们选择了既监管大型仪器设备,又有丰富教学经验的老师来讲授课程。由于这些老师实际操作着大型表征设备,拥有这些设备的使用和维护手册,因此对设备的结构、组成和原理都非常清楚。同时由于这些设备都于近几年内采购,这也有效保证了仪器设备符合现代表征的要求。另外,很多授课老师都是郑州大学青年骨干教师和郑州大学讲课大赛获奖选手,因此其教学经验丰富,能够有效组织课程的教学内容,保证优秀的教学效果。更重要的是,由于这些老师管理着这些大型测试设备,实验的安排和机时的协调就变得相对简单一些。经过这些的改革和探索,我们有效解决了课程理论教学和实验教学间的衔接性差等问题,极大提高了学生的动手能力和学习热情,保证了良好的教学效果。
  3.2 重新编写教材,解决教材陈旧且内容不够合理等问题
  针对教材陈旧且内容分布不够合理的问题,我们积极申报了郑州大学研究生核心学位课程建设项目并获得立项。在此经费的支持下,我们组织现有的任课老师,针对目前市场上教材存在的问题,决定启动教材编写计划。教材编写中,各位老师主要负责目前自己管理的设备,结合手中的操作手册和操作软件,在压缩有关设备理论知识的同时,增加仪器设备的构造、样品制备、操作和数据分析等环节的内容。这不仅有效避免了现有教材陈旧的问题,同时教材内容也更趋合理化。由于教材中存在大量的仪器设备各部位的真实照片以及测试过程中获得的各种类型样品的实验数据,其极大增强了学生的学习兴趣。加上各位老师在教材的编写过程中更加注重使用形象化和深入浅出的语言,这又有效避免了以往教材内容枯燥乏味、晦涩难懂等问题。同时,项目的申报还解决了实验过程中设备的耗材问题,进一步保障了课程的教学效果。   3.3 采用多种教学方式和方法展开教学
  由于授课老师为大型仪器的管理者,其不仅拥有仪器的使用和维护手册,仪器耗材和配件,还经常参加仪器公司组织的各种培训,可获得这些培训时的培训资料以及最新产品的介绍资料。同时,在仪器的操作软件中,很多帮助内容都含有动画来帮助操作者更方便地操作和了解设备,这些都为教师脱开之前陈旧的教材内容提供了可能。另外,授课老师有着丰富的测试经验和多种类型的样品测试数据,其可将自己在测试过程中的心得体会、经验教训等融入课堂教学中,极大增强了课程内容的吸引力和感染力。这样,授课老师就可通过动画教学、图片教学、案例教学以及实验教学等多种方式和方法来提高教学效果,解决教学方式和方法较为单一的问题。
  3.4 不断完善课程的考核体系
  加大平时成绩在课程考核中所占的比例,将学生出勤、课堂回答问题、作业完成情况按照一定比例纳入到期末考试成绩中。对于理论课,将以往交课堂作业考核改为统一开卷考试,试题紧密围绕仪器操作、样品制备以及测试结果剖析等展开,促使学生要在课堂上认真学、课下认真复习,考试时认真思考。而对于实验课的考核,则更加偏重学生实际的上机操作能力,实验报告中则重点考核学生对测试过程中样品制备、机器操作、结果分析等需要注意的要点和难点的掌握情况。通过考核体系的完善,有效避免了学生之间作业同质化,考试成绩拉不开差别以及不爱思考等问题,进一步巩固了教学效果。
  4 结语
  本文针对郑州大学材料科学与工程学院现有的高分子材料与工程专业研究生材料现代研究方法课程教学内容的特点、现状以及存在的问题,阐述了课程进行改革的必要性和合理性。从重构教师队伍,重新编写教材,采用多种教学方式和方法展开教学以及不断完善课程的考核体系等四方面探讨了该门课程的教学与实践改革,取得了理想的教学效果。但是由于这门课程中涉及的理论教学内容较多,新的概念和理论不断涌现和完善,新旧设备不断更替,因此课程的教学改革和实践必定是一个长期的过程。在随后的教学过程中,我们还需对材料现代研究方法课程在实践中不断地进行探索和总结,以使该课程的教学效果得到进一步的完善和提高。
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