淺談高分子材料與工程專業研究生材料現代研究方法課程的教學改革與實踐

陳志民

摘 要：材料現代研究方法是鄭州大學材料科學與工程專業研究生的一門重要的基礎理論課，其目的是通過對該專業常用的一些大型現代化分析儀器的基本原理、構造、性能、制樣方法、操作步驟以及結果分析的講解，使研究生在進入實驗室之前初步具有對高分子材料的剖析、鑒定和評價的能力，為其在以后的學術研究中打下良好的理論基礎。然而，單純的理論課不僅枯燥乏味，晦澀難懂，同時也無法提升學生日后測試時對儀器的操作能力和利用多個設備對材料進行全面表征和分析的能力。為此，本文從多年教學實踐出發，圍繞著理論課程的現狀和存在的問題，通過重組教師隊伍、重編教材、豐富教學方式和方法以及完善考核體系等探索和改革，極大提高了學生的學習熱情，提高了課程的教學效果。

關鍵詞：材料現代研究方法;教學改革;大型儀器

1 緒論

高分子科學是研究高分子材料的合成、結構、性能、加工及應用的一門學科。它既是一門基礎學科，同時又是一門應用學科。高分子材料的合成階段決定了高分子材料的化學組成、分子構型、構象、以及分子量的大小等參數，而高分子材料的加工階段則決定了高分子材料的結晶度、晶體尺寸和結晶類型。同時，在合成或者加工階段，還可以引入其他類型的單體或者材料，形成更加復雜的聚集態結構和織態結構。高分子材料或制品的最終性能，則由高分子材料化學組成、晶體結構，形態、分子量以及其織態結構共同決定。因此，如何通過現代化的測試手段建立起材料的組成、結構、形態和性能之間的關系，對于高分子材料的設計、合成以及應用具有十分重要的意義。

2 課程教學存在的問題

高分子材料與工程專業研究生培養目標中的重要一環就是要求掌握高分子材料的制備方法以及其常用的現代化分析測試手段，掌握高分子材料的組成、結構、形態和性能之間的關系。為了達到這個目的，鄭州大學材料科學與工程學院在高分子材料與工程專業研究生和高分子化學與物理專業研究生中開設了材料現代研究方法這門基礎理論課。該課程希望通過對現代化大型測試儀器（SEM、TEM、AFM、XRD FTIR、UV-VIS、DSC、NMR、XPS等）的原理、結構、樣品制備、測試步驟、結果分析的講解，使廣大研究生能夠初步掌握高分子材料表征所需儀器設備的種類和性能，具有對高分子材料進行剖析、鑒定和評價的能力。要想達到上述目標，其不僅要求任課教師要了解和掌握材料學科的前沿知識，精通儀器的結構、設計及測試原理和方法等，課程的教學方式和方法對保證教學效果也十分重要。目前，該課程的教學方式和方法存在如下問題：

2.1 理論教學和實驗教學間的銜接性差

材料現代研究方法的實驗課程需要用到的儀器大都為大型精密儀器，其既用于教學，也用于科研。由于這些設備價格昂貴，學院內設備的臺套數少，實驗上機很難排開。同時儀器的維修和維護費用支出較高，學院用于儀器維護的經費薄弱，理論教學的教師和實驗教學的教師分別為不同的人員，這進一步加大了安排學生進行上機實驗操作的難度。如果該問題不能得到有效的解決，就會造成課程的理論教學和實驗教學間的脫節，既無法保障理論教學的成果，也無法加深學生對儀器的理性和感性認識，學生的動手操作能力以及基本的數據分析能力則更無從談起。

2.2 教材陳舊且內容分布不夠合理

在現有的教材中，較多的篇幅往往被用來介紹一些型號陳舊的測試儀器的構造、原理、測試方法等，這部分內容往往枯燥乏味、晦澀難懂。同時，教材還缺乏對新型號儀器的功能改進、技術提升等方面知識的涉獵，導致學生所學的知識過時，實用性差。這不僅無法滿足學生在今后學習、研究和工作中的真正需要，甚至還會誤導和阻礙學生自我學習和創造的能力。

2.3 教學方式和方法較為單一

材料現代研究方法課程的教學主要采取老師講授的方式。之前由于任課老師沒有實際操作這些儀器的經驗，其只能按照教材內容進行講解，無法就該儀器的具體特點，具體性能指標以及各個部位的作用展開形象化和生動化的教學，更不可能結合多種樣品的表征結果進行深入的分析，因此，此方面急需進行改革和創新。

2.4 課程考核體系不夠完善

以往對學生的考核，理論課往往采用課堂作業的形式，而實驗課往往采用交實驗報告的形式。這種考核方式會導致學生惰于思考，同時學生之間的作業同質化現象也非常嚴重。這樣既無法達到理想的教學和考核效果，也很體現出優秀學生和普通學生之間的差別。

3 課程的教學改革與實踐探討

3.1 重構教師隊伍，解決理論教學和實驗教學間的銜接性差等問題

為了解決理論教學和實驗教學間的銜接性差等問題，我們首先選擇了加強教師隊伍建設，提升團隊的教學水平這條路徑。我們選擇了既監管大型儀器設備，又有豐富教學經驗的老師來講授課程。由于這些老師實際操作著大型表征設備，擁有這些設備的使用和維護手冊，因此對設備的結構、組成和原理都非常清楚。同時由于這些設備都于近幾年內采購，這也有效保證了儀器設備符合現代表征的要求。另外，很多授課老師都是鄭州大學青年骨干教師和鄭州大學講課大賽獲獎選手，因此其教學經驗豐富，能夠有效組織課程的教學內容，保證優秀的教學效果。更重要的是，由于這些老師管理著這些大型測試設備，實驗的安排和機時的協調就變得相對簡單一些。經過這些的改革和探索，我們有效解決了課程理論教學和實驗教學間的銜接性差等問題，極大提高了學生的動手能力和學習熱情，保證了良好的教學效果。

3.2 重新編寫教材，解決教材陳舊且內容不夠合理等問題

針對教材陳舊且內容分布不夠合理的問題，我們積極申報了鄭州大學研究生核心學位課程建設項目并獲得立項。在此經費的支持下，我們組織現有的任課老師，針對目前市場上教材存在的問題，決定啟動教材編寫計劃。教材編寫中，各位老師主要負責目前自己管理的設備，結合手中的操作手冊和操作軟件，在壓縮有關設備理論知識的同時，增加儀器設備的構造、樣品制備、操作和數據分析等環節的內容。這不僅有效避免了現有教材陳舊的問題，同時教材內容也更趨合理化。由于教材中存在大量的儀器設備各部位的真實照片以及測試過程中獲得的各種類型樣品的實驗數據，其極大增強了學生的學習興趣。加上各位老師在教材的編寫過程中更加注重使用形象化和深入淺出的語言，這又有效避免了以往教材內容枯燥乏味、晦澀難懂等問題。同時，項目的申報還解決了實驗過程中設備的耗材問題，進一步保障了課程的教學效果。

3.3 采用多種教學方式和方法展開教學

由于授課老師為大型儀器的管理者，其不僅擁有儀器的使用和維護手冊，儀器耗材和配件，還經常參加儀器公司組織的各種培訓，可獲得這些培訓時的培訓資料以及最新產品的介紹資料。同時，在儀器的操作軟件中，很多幫助內容都含有動畫來幫助操作者更方便地操作和了解設備，這些都為教師脫開之前陳舊的教材內容提供了可能。另外，授課老師有著豐富的測試經驗和多種類型的樣品測試數據，其可將自己在測試過程中的心得體會、經驗教訓等融入課堂教學中，極大增強了課程內容的吸引力和感染力。這樣，授課老師就可通過動畫教學、圖片教學、案例教學以及實驗教學等多種方式和方法來提高教學效果，解決教學方式和方法較為單一的問題。

3.4 不斷完善課程的考核體系

加大平時成績在課程考核中所占的比例，將學生出勤、課堂回答問題、作業完成情況按照一定比例納入到期末考試成績中。對于理論課，將以往交課堂作業考核改為統一開卷考試，試題緊密圍繞儀器操作、樣品制備以及測試結果剖析等展開，促使學生要在課堂上認真學、課下認真復習，考試時認真思考。而對于實驗課的考核，則更加偏重學生實際的上機操作能力，實驗報告中則重點考核學生對測試過程中樣品制備、機器操作、結果分析等需要注意的要點和難點的掌握情況。通過考核體系的完善，有效避免了學生之間作業同質化，考試成績拉不開差別以及不愛思考等問題，進一步鞏固了教學效果。

4 結語

本文針對鄭州大學材料科學與工程學院現有的高分子材料與工程專業研究生材料現代研究方法課程教學內容的特點、現狀以及存在的問題，闡述了課程進行改革的必要性和合理性。從重構教師隊伍，重新編寫教材，采用多種教學方式和方法展開教學以及不斷完善課程的考核體系等四方面探討了該門課程的教學與實踐改革，取得了理想的教學效果。但是由于這門課程中涉及的理論教學內容較多，新的概念和理論不斷涌現和完善，新舊設備不斷更替，因此課程的教學改革和實踐必定是一個長期的過程。在隨后的教學過程中，我們還需對材料現代研究方法課程在實踐中不斷地進行探索和總結，以使該課程的教學效果得到進一步的完善和提高。

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