以培养创新能力为目标的高分子现代分析技术教学改革

摘要：根据新工科形势下对人才培养的要求，以学生在高分子材料分析方面的实践创新能力为培养目标，针对目前高分子现代分析技术课程中存在的若干问题，对教学方法和教学内容进行了改革与探索。在教学方法上，结合高分子材料分析方面的实际应用案例，提高学生的学习兴趣，并联系高分子材料分析仪器的实际操作;在教学内容上，丰富课程教学内容，使学生能够理论结合实践，深入掌握课程知识，并提高学生实践创新能力。

关键词：创新能力;高分子;分析技术;教学改革;探索

材料是推动人类文明不断发展与进步的基石，人类文明与材料科学发展息息相关。高分子材料作为一种新材料，虽然在人类社会中出现仅有百年的时间，但由于其特殊的性质，在航空、航天、高铁、新能源等领域的应用越来越广，发挥的作用越来越重要。据统计，目前全国已有200余所高校设有高分子相关专业，并为本科生、研究生开设了高分子材料分析技术相关课程，培养学生对高分子材料结构与性能的分析能力。课程的主要内容包括红外光谱、核磁共振、热分析、X射线衍射等常规高分子分析技术，有的课程还包括电子显微分析、原子力显微镜等现代高分子材料分析仪器的原理、结构及实际应用，但如何能够避免纸上谈兵，提高课程教学效果，让学生真正学以致用，成为课程教学效果的关键，也是人才能力培养的重要一环。

高分子相关专业的学生是未来进行高分子材料研究和开发的主干力量。在高分子材料的研究过程中，如何能根据目标要求选择适合的材料分析技术，能够准确、快速地得到分析结果，是进行新材料研究与开发的基础，也是突破科学前沿、解决经济社会发展的技术基础[1]。

另外，随着我国近年来经济水平的显著提高和科技层次的快速发展，企业的技术水平及研发要求也不断升级，特别是新工科形势下，产业技术升级成为必然，企业中新材料研发、配方解析等技术工作对高分子材料的分析能力要求也越来越高。为提高学生的材料分析能力，很多高校购置了较为先进的大型仪器设备，为培养学生分析能力提供了良好的硬件条件，并做出了多方面有益的探索。如上海交通大学对仪器分析课程的教学体系进行了重构，对课程中原有的教学内容、教学方法及教学形式进行调整和改进，提出了现场预习制度、及新增设计性实验等新教学方法[2]。合肥工业大学将不同学科研究生对分析能力的不同要求进行划分，分别构建了适应不同学科研究生分析能力要求的培养方案，探索研究生分析能力培养的新模式[3]。太原科技大学将学生带入到导师的科研项目中，进而根据相关实际工业生产中的材料测试分析要求，培养提高学生的材料分析能力[4]。本文针对学生高分子实践创新能力的培养为目标，培养学生掌握各种分析测试方法，进行了教学目标、教学内容及教学方法等方面的改革，达到了良好的学习效果。

1目前教学存在的问题

1.1理论内容理解难

高分子材料分析能力是多学科课程综合培养的结果，在学习过程中，需要掌握不同仪器的使用和分析方法，包括红外光谱、X射线衍射、电子显微镜、热分析法、力学性能等，但每种分析方法的原理、结构以及相应的分析信息结果都有区别，内容非常广泛，且各分析方法之间关联度低，逻辑性差，没有太多的内在联系，知识点基本是独立的，学生学习起来难以记忆，不易掌握。另外，课程内容涉及到物理、化学、材料、机械、计算机等多学科知识，知识覆盖面非常广，课程涉及的理论大多比较抽象、枯燥难懂，例如广角X射线衍射与小角X射线散射，二者非常相近，也都是利用X射线进行分析，但其原理及分析结果却有着很大的差别，前者是根据规则排列的原子阵列对X射线相干散射来确定物质结构的方法，后者则是利用不同物质中存在的电子密度差进行的X射线散射，分析物质长周期等结构的方法。这两种方法从基本原理、仪器结构、实际应用都有较大差别。学生在课程学习时不易理解，难以达到预期的教学目标，很多学生只能是死记硬背，无法培养学生的实践创新能力。

1.2实践教学条件不足

高分子所用的分析方法有多种，但由于客观条件限制，难以利用所有仪器设备进行实践教学，导致在课上学习的部分分析仪器，学生只能是看到相关图片，对真实的仪器构造、样品要求没有实际认识，学生不免会感觉内容枯燥抽象，难以提高学习兴趣。比如，在讲述超薄切片制样时，学生对切片方法只能看到图片，难以想象如何进行几十纳米厚度的超薄样品制样。

1.3教学方式较为单一

采用课堂式教学，即使利用了多媒体手段，但如果仅有文字、图片介绍，仍难以让学生有切身的体会和对分析方法的掌握与应用。“百闻不如一见”，一见不如亲身一练，仅依靠课上理论教学，学生容易出现理解接受困难，且记忆不深刻，不仅无法培养学生的实践创新能力，而且对课程内容的实际掌握和应用都很困难。另外，仅学会分析原理、了解仪器结构，不能必然让学生能够对材料进行分析，没有经过实际的测试分析，学生仍仅停留在纸上谈兵的地步。例如，在给学生讲授热分析方法时，实验结果一般是一条热分析曲线，学生学习结束难以有深刻的印象，实际大多不能对实际热分析曲线进行解析，更难以实现实践创新能力的培养。

2教学改革与探索

2.1丰富理论课堂教学

高分子现代分析综合了多学科的知识，理论多、内容广，且不断有新的分析方法加入进来，本课程在现有的分析化学、有机化学等教学内容基础上，及时补充一些新的分析方法及其应用，让学生了解更多的最新分析方法，提高学生的学习效果。在教学内容中，增加了原子力显微镜在高分子材料分析方面的教学内容，使学生能够了解在高分子分析方面的应用。另外，结合近年的科技进展，激发学生的创新意识，例如，光学显微镜是一种应用广泛的分析方法，本课程中结合最新发展前沿，给学生介绍2014年诺贝尔化学奖关于超分辨光学成像的成果，并通过介绍获奖学者不迷信权威，通过巧妙的设计突破Abbe衍射极限所限定的0.2微米，激发学生的创新意识[5]。此外，结合实际教学内容，讲解以色列科学家Shechtman发现准晶的过程，此发现在早期被很多学者质疑，甚至包括诺贝尔奖获得者，Shechtman面对质疑没有退缩，而是根据实验事实坚持自己的见解，最终准晶这种新型结构被研究学者认可，正式成为材料大家族的一员。

通过丰富教学内容，提高学生学习的主观能动性，不仅可以让学生掌握更多的分析方法，还可以在教学过程中激发学生的创新意识。通过这些课程内容的革新，使学生对高分子分析方法的学习更有兴趣，教学效果也大大提高，产生良好的教学效果，据本课程进行的课后调查，有95%以上的学生认为达到了课程的学习目标。

2.2理论学习结合实践训练

高分子材料分析能力的培养仅靠理论课程的学习难免会出现纸上谈兵的现象，只学习理论知识，并不能使学生能够对材料完成实际的分析，因此实践训练与理论知识的学习极有必要。在本课程的授课过程中，将相关课程内容与实验实际测试分析结合，通过实际的实验测试和数据处理，让学生完成本知识点学习与应用的全过程，即理论知识学习、现场实验测试、结果作图与分析。例如，在学习X射线衍射的内容中，让学生现场完成聚丙烯样品的实验测试，同时让学生对X射线衍射的实验结果进行作图、多峰拟合，并要求学生进一步分析聚丙烯微晶尺寸、结晶度等结构参数[6]。通过理论学习与实践训练的结合，使学生得到全面训练，既可以激发学生的自主学习能动性，培养严谨认真实事求是的科研态度，也激发学生了创新意识，培养了学生的创造力。

2.3引入文献学习

在学生学习高分子分析方法时，文献的学习非常有帮助。目前对于课程学习大多借助于某一教材，但很多较新的分析方法，教科书中可能未涵盖。而在相关文献中，对某一高分子分析技术则可能论述较为全面、清楚，并有实际的分析案例。通过这样的文献学习，不仅可以拓展学生的分析知识范围，同时也让学生了解了具体的分析实例，使学生能够更加认识到学习的重要性。在本课程的授课过程中，引入关于AFM在纳米结构中的分析实例，使学生能够认识到AFM的分析作用，真实感受到学习该分析方法的作用。此外，还要求学生就某一分析方法进行文献调研，变被动学习为主动学习，让学生进一步了解该分析方法的实际应用。通过以上结合文献的学习，拓展了学生的知识范围，使学生认识到了高分子分析能力提高的重要性，提高了学生的实际应用能力，同时也结合学生个人研究课题，激发了学生的创新意识。

3结论

本文从教学内容、教学方法等方面，结合课程的实际情况，针对学生高分子分析能力的培养，着眼于培养学生的实践创新能力，结合高分子发展前沿，丰富了教学内容。通过实际实验训练提高了学生的全流程知识点学习及实践动手能力，并与文献学习相结合，激发了学生的创新意识，课程教学取得了良好的效果。

参考文献

[1]国务院.国务院关于国家重大科研基础设施和大型科研仪器向社会开放的意见:国发[2014]70号[EB/OL].(2015-01-26).

[2]蔡向忠,王秀红,李银生.改革仪器分析实验教学培养学生创新能力,实验室研究与探索[J].2014,33(11),168-171.

[3]张竞成,钱刚,章天赐,等.材料科学与工程专业研究生仪器分析能力培养[J].广州化工,2020,48(4),140-141.

[4]李华英,刘二强,王效岗.基于工程应用能力培养的《材料分析测试技术》教学研究探索[J].教育现代化,2019,4(27),113-116.

[5]科学网.2014年诺贝尔化学奖揭晓[EB/OL].(2014-10-8).

[6]殷敬华,莫志深.现代高分子物理学[M].科学出版社，2001.