聚合物材料表征與測試課程教學淺析

聚合物材料表征與測試是南京工程學院高分子材料與工程專業的一門專業必修課。該課程安排在大學第七學期，是在學生學習了高分子物理，高分子化學等專業基礎課后開設的一門課程。該課程主要是利用近現代發展的儀器來研究聚合物分子鏈的結構、分子鏈聚集體的結構、鏈長的分布等內容，理論性較強。課程中介紹的儀器眾多，各種儀器的原理復雜，涉及物理理論、數學處理等內容，難度較大。通過該課程的學習，能夠讓高分子材料與工程等相關專業的本科生掌握高分子材料性能的表征及結果分析的方法，了解現代測試技術在高分子領域中的應用，培養學生的動手能力。

該課程主要包括波譜分析、聚合物的相對分子質量及相對分子質量分布表征、熱分析、高聚物流變性能以及顯微分析技術等五個方面。包含了波譜分析、熱分析并簡單介紹了現代顯微技術，比如透射電鏡、掃描電鏡、原子力顯微鏡等。學生經學習后，應該掌握相關儀器的測試方法；能夠根據聚合物選擇合適的儀器表征其具體性質，并對結果進行簡單分析。切實提高學生的學習能力、實踐能力，為社會培養專門人才[1]。

一、課程現狀

（1）課程內容多、難度大，要求高

該課程中涉及的儀器多為結構復雜，價格昂貴。一般應用型本科院校不可能全部配備。所以，學生能夠親自動手實踐的機會較少。很多測試只能通過老師講授，而這些儀器原理往往涉及量子力學、物理及相關的數學處理等相關知識，對高分子背景的學生較難理解；其次，儀器多，相關原理也多，學生掌握起來也有一定的難度；此外，相關的測試結果，所涉及的高分子物理的理論知識較多。

（2）學時有限

該課程中涉及的儀器較多（紅外、紫外、拉曼、質譜、凝膠色譜、DSC、DTA、TG、TEM、SEM ……），近二十種。如何在有限的時間內，讓學生了解常見儀器的原理，掌握儀器的操作，分析相關實驗結果？其次，課程中關于現代新型顯微儀器（如，掃描顯微鏡、原子力顯微鏡等）介紹較為簡略。不能讓學生充分了解現代儀器設備的發展現狀[2]。

二、教學改革

在實際教學過程中，我們對該課程授課過程中存在的問題，做了初步教改嘗試。

第一、在具體的教學過程中，注意各種儀器之間的相互關聯性。比如，波譜分析中的紅外光譜、紫外光譜、激光拉曼譜，在原理在某種程度上有一定的共通性。在教學過程中，可以進行對比，講解清楚儀器測試結果之間的聯系與差異。類似的，還有核磁共振譜中的氫譜與碳譜。通過分析具體的實驗結果（比如，老師科研工作中的數據），對比分析各種測試結果之間的聯系。在分析實驗結果時，結合相關已學的理論知識，讓學生理解測試結果產生的由來；理清學生的分析思路，達到利用理論聯系實際的效果，強化教學效果。激發學生的學習興趣。條件允許的話，可以讓部分同學參與到測試過程中。其次，現代的測試技術發展非常迅速，隨著計算機的發展，儀器的處理能力大大提高，促進了儀器新功能的開發。所以，在教學過程中，應該向學生適當介紹一些常用儀器的最新發展。

第二、鑒于像我校這類應用型本科畢業生來說，大多數畢業生都是從事高分子加工領域的工作。在大公司，專門從事新型聚合物研發工作的并不多。就目前來看，國內中、小企業普遍缺少現代化的大型分析檢測設備。因此，在教學過程中，我們適當地減少了關于儀器結構、原理部分內容的講解。對于，少數考研的，或將來可能從事高分子研發的同學，我們提供專門的輔導。所以，在教學中，對于一些常用儀器，如波譜分析（紅外、紫外等）、熱分析（DSC、TG等）相關的儀器，注重教會學生怎么去制備樣品，如何操作相關儀器，并能利用相關的工具書初步分析數據；而對于最新發展起來的大型儀器（如，原子力顯微鏡），則簡要的介紹原理，重點強調其在高分子材料領域的應用。通過實驗結果，向學生展示儀器的功能。讓學生了解各種儀器的用途，并能夠根據材料的性能選擇合適的儀器。

第三、我校本專業每年的學生人數在80人左右，以后將增加到100多人。學校目前缺乏相關的儀器。僅有的設備也需要優先滿足教工的科研需要；且這些設備大多價格昂貴、維修費用高，學生很難有機會獨立操作儀器。不太可能讓學生掌握每種儀器的操作、樣品制備技術。為提高學生的實際實驗能力，我們將實驗教學與本專業施行的本科生導師制[3]相結合，吸納學生參加老師的各級科研項目或參加大學生科技創新項目。讓學生在從事科研或創新的過程中，學習相關的實驗儀器，了解相關儀器的操作，掌握相關的實驗的樣品制備技術。同時，充分利用南京其他高校的儀器設備資源，在老師完成自身科研項目的過程中，帶動學生去認識、了解各種儀器，直至掌握常見儀器樣品制備技術[4]。雖然學生獨立操作的機會仍舊很少，但在老師的言傳身教中，學生能夠獲得直接的感性認識。在解決科學問題的過程中，發揮學生的主動性，讓學生自主地去學習相關的知識。

總之，通過教學改革， 對比前后的教學效果，發現學生動手能力、學習的主動性得到了加強。特別是參加老師課題的同學基本都能夠完成樣品的制備，并了解測試過程中需要注意的問題。在這些同學的帶動下，提高了學生的學習積極性。學生開始主動地去解決科研中遇到的問題，而不再是被動地接受老師的“灌輸”。當然，由于只是初步的教改實踐，教學過程中仍然存在一些問題，還需要跟其他老師交流、探討，以進一步地提高教學效果。

參考文獻：

[1]王霆，張鋒，李暐，陳立剛，周曉光. 基于不同專業背景的儀器分析教學改革初探[J]. 2014， （2）.

[2]于專妮，王強. 儀器分析實驗教學的探索與研究[J]. 2013， （1）.

[3]陳志剛，姜翀. 高校本科生導師制的探索與實踐[J]. 2013， （29）.

[4]韓紅梅，王太宏.納米線、納米管的制備、表征及其應用[J].微納電子技術，2002，（5）.