高分子化學實驗教學改革及創新實踐

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摘要:隨著新工科的不斷發展，對高校人才培養質量提出了更高要求，課程的教學改革是提高人才培養質量的重要途徑?！?a href="http://m.ushengzhilian.com/lunwen/huaxuelunwen/hxshylw/202104/739650.html" target="_blank">高分子化學實驗》是高分子材料與工程專業開設的一門重要基礎實驗課程，創新性地將“互聯網”技術引入到實驗教學中，形成“互聯網+”教學模式，探索新教學模式下高分子化學實驗的教學效果和學生的學習效率，提升實驗教學的教學質量。

關鍵詞:新工科;高分子化學實驗;互聯網+;教學改革

《高分子化學》是高分子科學的專業基礎課，課程注重培養學生系統理解和掌握高分子科學，特別是高分子合成的重要概念和基礎理論的能力?！陡叻肿踊瘜W實驗》是與《高分子化學》相配套的基礎實驗課程，側重于學生自己動手進行高分子合成的實驗過程，目的是使學生在實踐中認識并理解高分子科學理論，并運用相關理論對實驗結果進行分析和討論。鄭州輕工業大學高分子材料與工程專業2009年入選國家級特色專業，2019年入選國家級一流本科專業建設點，2020年“新工科背景下高分子材料與工程專業人才培養質量提升范式探索與實踐”獲批河南省新工科研究與實踐項目立項?！陡叻肿踊瘜W實驗》作為本專業重要專業基礎實驗課之一，積極探索其教學改革，研究人才創新能力培養新模式對支撐國家一流本科專業建設和新工科背景下人才培養質量提升具有十分重要的意義。同時也為其他兄弟院校在進行高分子實踐教學改革和創新提供參考。

1傳統實驗教學存在的問題

《高分子化學實驗》是培養高分子科學專門人才首要的關鍵實踐環節［1］，通過老師與學生面對面、手把手地教和學，從而培養學生的實驗觀察分析能力、基本實驗操作能力、遇到問題的應變和個人解決問題能力以及實驗過程小組間的協作能力。通過調研分析，較多高校在開設該課程時，實驗內容都包括自由基聚合的四大基本聚合方法:本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合。傳統實驗教學模式［2］:首先學生在實驗前做好預習，實驗課開始后將實驗預習報告交給老師檢查批改，老師先講解實驗基本原理和方法以及操作過程并對學生預習情況進行提問，然后學生開始組裝實驗裝置，稱量藥品，準備實驗，在實驗過程中，通過觀察實驗現象，并做記錄，中間遇到問題隨時可以向老師請教，同時老師也實時跟蹤學生實驗情況，實驗結束后，學生記錄實驗結果，后續進行數據處理，清理好實驗儀器后可以離開，老師根據實驗報告完成情況，結合實驗過程，做出成績評定。而在這種傳統實驗教學過程中，存在以下問題:(1)課前預習效果差。由于部分學生的動手操作能力以及對實驗的理解能力較弱，對實驗所需了解的環境、設備、現象和注意事項感到抽象陌生，導致對實驗的內容和原理掌握不到位，預習效果差。(2)實驗平臺搭建不規范。實驗課就是動手的過程，但由于學生平常都是以理論課為主，動手操作過程相對較少，往往認為實驗很簡單，眼高手低現象嚴重，所以在儀器組裝過程中，經常出現水管接口爆開，玻璃儀器破碎、裝置中心不穩、攪拌棒與燒瓶不平衡等現象，而且組裝實驗儀器，動作都很生硬緩慢，這些問題帶來的后果就是實驗容易失敗，浪費時間和藥品。以苯乙烯的懸浮聚合為例，合成實驗的產品外觀和性能很大程度上取決于攪拌器的攪拌速率以及攪拌的均勻性，由于個別學生在實驗裝置搭建過程中不嚴格按照要求進行調試，出現攪拌器歪斜或是近乎觸底，導致實驗攪拌效果較差，在聚合反應后期，苯乙烯低聚物的黏度逐漸增大而發生黏結成團，無法分散成顆粒均勻的小單元，導致苯乙烯懸浮聚合產品尺寸不穩定，甚至實驗失敗。(3)教學講解過程無留存。傳統實驗教學過程，學生人數多，對于基礎實驗，一般安排兩人一組進行實驗。從老師講解到開始實驗，再到實驗過程和最后的實驗結果分析和數據處理，老師都會在學生集中后，對大家進行統一系統講解，而少量學生可能因講解時開小差，或因沒有預習，對老師講解的內容理解不到位，導致實驗開始后稱量藥品、搭建實驗裝置出現問題，進而實驗過程中也容易出現異?，F象，但又不知道如何處理，實驗結果不理想，而在進行實驗記錄和完成實驗報告時，出現學生因流于形式，抄襲實驗書本步驟，而不是對自己的實驗過程進行詳細記錄，沒能起到應有的實驗學習效果。

2“互聯網+”教學改革與創新實踐

針對傳統實驗教學存在的不足，筆者以《高分子化學實驗》課程為例，進行教學改革與創新能力培養的研究與實踐。在課程改革實踐中，創新性地將“互聯網”技術引入到實驗教學中來，形成“互聯網+實驗預習”、“互聯網+實驗操作演示”、“互聯網+實驗問題處理”、“互聯網+實驗結果處理”等“互聯網+”教學模式，更好的協調老師的教和學生的學，提升高分子化學實驗的教學效果和學生的學習效率。為提高實驗教學效果，本教學改革實踐從以下四個方面進行推進:(1)“互聯網+”教學模式的建立采用視頻錄制的手段，對實驗裝置搭建、實驗操作過程演示、藥品稱量過程和實驗現象觀察等實驗內容進行知識點模塊化設計;采用圖片制作技術，對實驗目的、實驗原理、實驗要求、實驗注意事項、實驗現象解析和實驗結果分析和數據處理方法等知識點進行模塊化設計;集成視頻模塊和圖片模塊，以實驗討論為中心，并聯各知識點模塊，建立“互聯網+”教學模式。(2)“互聯網+”教學模式的探索實踐對建立好的“互聯網+”知識點模塊進行三個層次的實踐研究。第一，在《高分子化學》教學團隊中進行實踐研究，通過過程的演練與展示，在專業教研室范圍內進行討論和分析，并總結經驗，從“教”的角度獲取建議;第二，組織專業學有余力并對高分子化學及實驗有較大興趣的學生(已經做過高分子化學實驗)進行實踐研究，通過學生的實際實驗感受來總結“互聯網+”實驗教學模式的經驗，從“學”的角度獲取建議;第三，在實際實驗教學中引入“互聯網+”知識點模塊進行實踐研究，如實驗預習、實驗裝置搭建、實驗操作過程演示等的視頻和圖片［3－4］，通過釘釘群平臺、微信群平臺、QQ群平臺等進行“互聯網+”教學模式的開展，作為傳統教學方法的補充，總結經驗并獲取學生們的意見和建議。(3)“互聯網+”教學模式的效果分析與改進基于“互聯網+”教學模式的三個層次的實踐研究，總結經驗和建議，理清“互聯網+”教學模式下的“教”與“學”的關系;重點對實驗教學中開展“互聯網+”教學產生的問題進行分析并逐一進行改進，建立“分析－改進－反饋－實踐－再分析”閉環式改進方案，使得“互聯網+”教學模式完善并服務于學生，提升學生們的學習興趣和學習效率。(4)“互聯網+”教學模式的應用與推廣經過改進的“互聯網+”教學方法，需要進一步在實際教學中不斷應用才能體現出其價值，同時也能更多反應其存在的不足，因此，在課程教學中，應逐步大范圍采用“互聯網+”教學模式，從傳統教學方法為主逐漸轉變為“互聯網+”教學模式為主，最終達到學生在進行高分子化學實驗過程中能夠自我思考、自我動手，形成自己的問題并能提出問題，在實驗討論中，由老師進行引導思考與解決問題，達到創新學習、創新思考的目的。在此基礎上，可以將這種“互聯網+”教學模式進行推廣，應用到更多的實踐教學環節中。

3教學實踐的主要特色和解決的關鍵問題

基于“互聯網+”《高分子化學實驗》教學改革實踐的特色主要有兩方面:第一，將互聯網技術引入到高分子化學實驗傳統教學過程中，基于當前計算機和移動通信工具的快速發展和普及，實現知識模塊移動化學習，不僅提高了實驗課堂教學的效率，同時可以打破實驗室集中學習和討論的局限，進而提高學生學習的效果;第二，基于“互聯網+”教學模式的開展方式多樣化，可以是視頻的、圖片的內容，可以在網絡共享平臺、微信平臺、QQ平臺等進行展示和討論，這些不僅容易操作，而且不需額外成本，這種教學模式可以拓展到其他的實驗課程和理論課程，根據不同課程性質做特定改進，具有普適性。在教學改革實踐中，有三方面的問題需要教學改革實施者綜合考慮并在過程中予以解決。第一，如何對實驗裝置搭建、實驗操作過程演示、藥品稱量過程和實驗現象觀察等實驗內容進行知識點模塊化設計，再通過視頻錄制、圖片制作等手段，形成邏輯性強、層次清晰、內容明確的“互聯網+”教學模塊，這是“互聯網+”教學模式開展的前提和必要條件。第二，如何合理化調控“互聯網+”教學模式與傳統“老師講學生做”教學模式有機配合的教學過程，實現課堂效果最優化和學生學習效率最高化的教學目標，這是開展“互聯網+”教學過程的關鍵條件;第三，開展“互聯網+”教學與傳統教學相結合，如何跟蹤和評價學生的學習效果，從教與學的角度來綜合考慮，如何建立一套學習效果評價體系［5］，是開展“互聯網+”教學過程取得良好教學效果的重要保障。

4實驗教學效果的提升與抗擊疫情教學反思

《高分子化學實驗》自開展“互聯網+”教學改革以來，形成了一套較完備的模塊化教學資料，按照新工科建設要求，重在提升業人才培養質量，經過調查反饋和分析，實驗教學效果有了明顯提升。第一，新實驗提前通過互聯網下發學習資料，學生利用自己的課余時間進行實驗預習，帶著一定的學習基礎和問題來進行實驗動手操作，同時能夠更快的理解老師的講解內容;第二，實驗操作方面，能夠快速準確搭建實驗裝置，能夠注意到特強調的關鍵點;第三，能夠快速調整實驗過程出現的不合理之處，盡量減少由于實驗操作不當或是考慮不周帶來的影響;第四，能夠較好的記錄實驗效果和實驗過程現象，得到實驗數據，并根據數據處理結果得到合理結論;第五，能夠就實驗結果進行有效分析。2020年病毒疫情給我們全國上下帶來了重大經濟損失和生活影響，在全國上下齊抗疫的大形勢下，各級學校積極響應教育部的“停課不停學”的方針政策，居家學習成為了學生們的日常。老師們都通過一些網絡課程平臺與學生通過各種方式進行交流和互動，這些課程主要是理論課程。那么，對于實驗課程，該如何開展線上教學呢，這是值得我們教育工作者進行思考的。疫情防護期間，學生居家學習和上課，無法參加室內集中的實驗教學，因此只能從網上想辦法，于是全面開展“互聯網+”實驗教學，將實驗課堂搬到屏幕上，成為實驗課程教學的新方法，雖每個人都無法動手操作儀器，但是卻都可以系統地學習實驗過程，并且在遇到問題時可以隨時回放。

5結語

新工科以培養具備可持續競爭力的人才為目標，以應對新經濟形勢下產業人才需求的改變，本文提出實驗課程“互聯網+”教學模式，解決了傳統實驗教學方法存在的課前預習效果差、實驗平臺搭建不規范、教學講解過程無留存等問題，有效提高了學生的學習興趣和學習效率。結合2020年病毒疫情防控需要，推廣“互聯網+”實驗課程教學模式，不斷滿足人才培養過程的理論與實踐相結合的更高要求，進一步提升人才培養質量。

參考文獻

［1］楊金燕，賴俐超.基于應用型人才培養的高分子化學實驗教學改革［J］．高分子通報，2019(9):87－91.

［2］王佳佳.長治學院高分子化學實驗教學改革初探［J］．廣州化工，2020，48(13):136－137，170.

［3］呂文晏，陳修敏，李又兵.“校園APP+延時拍攝技術”在高分子化學實驗微課教學中的應用［J］．廣州化工，2018，46(19):129－130，132.

［4］楊敏.實驗微課及模擬動畫在高分子化學理論教學中的應用［J］．中國現代教育裝備，2018(09):14－15，22.

［5］張源源.高校高分子化學實驗教學改革探討［J］．山東化工，2018，47(6):147－148.

作者：陳榮源 張曉靜 何領好 張忠厚 韓琳 楊皓然 周立明 單位：鄭州輕工業大學材料與化學工程學院