高分子物理實驗教學體系的改革與實踐

2012-12-31 00:00:00唐龍祥

科教導刊 2012年30期

摘要高分子物理實驗課程是高分子物理課程教學的一種有效的實踐教學形式，通過這一環節的學習，可以使學生進一步鞏固高分子物理方面的基本概念和理論。本文介紹了合肥工業大學高分子物理實驗教學的現狀與問題，并提出了幾點探索性改革措施。在基本實驗的基礎上，開設綜合設計性實驗，并提出相應的教學管理措施。實踐證明，這些措施可明顯提高學生的動手能力和創新意識。

關鍵詞高分子物理實驗教學綜合設計性實驗

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

高分子物理實驗是高分子物理的重要組成部分，它既可以幫助學生建立和鞏固高分子物理方面的基本概念和理論，又可以培養學生的動手能力和創新能力，其教學質量的高低直接影響到人才培養質量。合肥工業大學開設的高分子物理實驗項目有：偏光顯微鏡觀察聚合物結晶形態、粘度法測定高聚物的分子量、膨脹計法測定聚合物的玻璃化溫度、電子拉機測定聚合物應力-應變曲線、聚合物熔融指數的測定。這些實驗均為驗證性實驗，學生只需在實驗過程中按規定的操作步驟即可完成實驗，不利于發揮學生的主觀能動性，特別是不利于培養學生的創新意識。因而，高分子物理實驗教學改革勢在必行。筆者給合多年的實驗教學經驗，在以下方面做了教改嘗試。

1 調整實驗項目，增加綜合設計性實驗

此次改革的重點是在原開設的驗證性實驗的基礎上增開兩個綜合設計性實驗。綜合設計型實驗要求學生根據實驗目的與要求，調研文獻資料，選擇原料與配方，設計實驗方案。

首先以“支化對聚乙烯性能的影響”綜合設計性實驗為例加以說明：

下面是一個比較突出的設計方案：（1）使用示差掃描量熱計（DSC）測定樣品的結晶溫度、熔融溫度、結晶度。通過比較使學生明白支化破壞了鏈結構的規整性，使具有支化結構的低密度聚乙烯（LDPE）的結晶溫度、熔融溫度及結晶度低于具有相對規整結構的高密度聚乙烯（HDPE）；（2）采用偏光顯微鏡觀察HDPE、LDPE的球晶形貌。通過比較使學生明白LDPE的晶體完善程度低于HDPE；（3）采用電子拉力機測定樣品的應力-應變曲線，通過比較使學生理解支化對聚合物力學性能的影響規律；（4）采用邵氏硬度計測定樣品的硬度，通過比較使學生理解為什么HDPE適合制作管材，而LDPE適合用于制作薄膜；（5）采用熱變形溫度儀測定樣品的溫度-形變曲線，通過比較使學生理解結晶度對PE溫度-形變曲線及熱變形溫度的影響。

通過上述實驗，能使學生對高分子學科中的聚集態結構、聚合物分子運動及聚合物物理性能之間的內在聯系有更清楚的認識。

第二個綜合設計性實驗為“增塑劑對聚氯乙烯性能的影響”，下面給出一個比較突出的設計方案：（1）使用邵氏硬度計研究增塑劑對聚氯乙烯（PVC）硬度的影響，使學生理解增塑劑使PVC硬度下降的機理；（2）采用電子拉力機測定樣品的應力-應變曲線，通過比較使學生理解增塑劑對聚合物力學性能的影響原理；（3）采用DSC研究增塑劑對PVC玻璃化溫度的影響，使學生理解增塑劑的“屏蔽氯原子”及降低分子間作用力效應，從而導致PVC玻璃化溫度下降的原理；（4）采用熱變形溫度儀測定樣品的溫度-形變曲線，通過比較使學生了解增塑劑對PVC熱變形溫度及粘流溫度的影響。

該實驗能使學生對聚合物分子運動、玻璃化轉變、粘彈轉變、聚合物物理性能等抽象概念有更清楚的認識，并理解它們之間內在的聯系。

實施結果表明：綜合設計性實驗的開設激發了學生的學習興趣與創新意識，促使學生對所學理論知識的理解與融會貫通，提高了學生運用知識分析與解決問題的能力。

2 綜合研究性實驗的實施方法

（1）查閱文獻資料。要求學生根據所選擇的綜合研究性實驗項目查閱文獻資料，鍛煉其檢索科技情報的能力。

（2）確定實驗方案。在充分閱讀文獻資料的基礎上，小組成員之間展開討論，設計初步的實驗方案，確定原材料、配方、成型加工方法、測試設備及測試條件等。并在教師的指導下修改與完善實驗方案。

（3）實驗研究。學生按照所制定的實驗方案進行實驗研究，并將實驗結果及時向指導老師匯報，以確定實驗數據的有效性，若實驗數據無效，學生們要重新實驗并獲取新的數據。

（4）撰寫實驗報告。實驗報告要求按照研究論文的格式書寫，內容包括：論文標題、作者姓名、作者單位、中英文摘要、關鍵詞、前言、實驗部分、結果與討論、參考文獻。

（5）小組報告。以小組為單位采用PPT進行報告，學生主要就研究思路、實驗結果與討論進行陳述，陳述完畢后，評委教師提出相關問題，學生予以回答。

（6）成績評定。指導教師可綜合查閱文獻、實驗報告、小組報告、交流和提問、考勤等評定成績。

3 結語

通過以上兩個綜合設計性實驗的初步實施，教學效果反映優良。在以后的高分物理實驗教學中，將繼續嘗試一些新的綜合設計性實驗。

基金項目：合肥工業大學2010 年度教學研究項目（XJ 2009207）