高分子化学实验教学改革及创新实践

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摘要:随着新工科的不断发展，对高校人才培养质量提出了更高要求，课程的教学改革是提高人才培养质量的重要途径。《高分子化学实验》是高分子材料与工程专业开设的一门重要基础实验课程，创新性地将“互联网”技术引入到实验教学中，形成“互联网+”教学模式，探索新教学模式下高分子化学实验的教学效果和学生的学习效率，提升实验教学的教学质量。

关键词:新工科;高分子化学实验;互联网+;教学改革

《高分子化学》是高分子科学的专业基础课，课程注重培养学生系统理解和掌握高分子科学，特别是高分子合成的重要概念和基础理论的能力。《高分子化学实验》是与《高分子化学》相配套的基础实验课程，侧重于学生自己动手进行高分子合成的实验过程，目的是使学生在实践中认识并理解高分子科学理论，并运用相关理论对实验结果进行分析和讨论。郑州轻工业大学高分子材料与工程专业2009年入选国家级特色专业，2019年入选国家级一流本科专业建设点，2020年“新工科背景下高分子材料与工程专业人才培养质量提升范式探索与实践”获批河南省新工科研究与实践项目立项。《高分子化学实验》作为本专业重要专业基础实验课之一，积极探索其教学改革，研究人才创新能力培养新模式对支撑国家一流本科专业建设和新工科背景下人才培养质量提升具有十分重要的意义。同时也为其他兄弟院校在进行高分子实践教学改革和创新提供参考。

1传统实验教学存在的问题

《高分子化学实验》是培养高分子科学专门人才首要的关键实践环节［1］，通过老师与学生面对面、手把手地教和学，从而培养学生的实验观察分析能力、基本实验操作能力、遇到问题的应变和个人解决问题能力以及实验过程小组间的协作能力。通过调研分析，较多高校在开设该课程时，实验内容都包括自由基聚合的四大基本聚合方法:本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。传统实验教学模式［2］:首先学生在实验前做好预习，实验课开始后将实验预习报告交给老师检查批改，老师先讲解实验基本原理和方法以及操作过程并对学生预习情况进行提问，然后学生开始组装实验装置，称量药品，准备实验，在实验过程中，通过观察实验现象，并做记录，中间遇到问题随时可以向老师请教，同时老师也实时跟踪学生实验情况，实验结束后，学生记录实验结果，后续进行数据处理，清理好实验仪器后可以离开，老师根据实验报告完成情况，结合实验过程，做出成绩评定。而在这种传统实验教学过程中，存在以下问题:(1)课前预习效果差。由于部分学生的动手操作能力以及对实验的理解能力较弱，对实验所需了解的环境、设备、现象和注意事项感到抽象陌生，导致对实验的内容和原理掌握不到位，预习效果差。(2)实验平台搭建不规范。实验课就是动手的过程，但由于学生平常都是以理论课为主，动手操作过程相对较少，往往认为实验很简单，眼高手低现象严重，所以在仪器组装过程中，经常出现水管接口爆开，玻璃仪器破碎、装置中心不稳、搅拌棒与烧瓶不平衡等现象，而且组装实验仪器，动作都很生硬缓慢，这些问题带来的后果就是实验容易失败，浪费时间和药品。以苯乙烯的悬浮聚合为例，合成实验的产品外观和性能很大程度上取决于搅拌器的搅拌速率以及搅拌的均匀性，由于个别学生在实验装置搭建过程中不严格按照要求进行调试，出现搅拌器歪斜或是近乎触底，导致实验搅拌效果较差，在聚合反应后期，苯乙烯低聚物的黏度逐渐增大而发生黏结成团，无法分散成颗粒均匀的小单元，导致苯乙烯悬浮聚合产品尺寸不稳定，甚至实验失败。(3)教学讲解过程无留存。传统实验教学过程，学生人数多，对于基础实验，一般安排两人一组进行实验。从老师讲解到开始实验，再到实验过程和最后的实验结果分析和数据处理，老师都会在学生集中后，对大家进行统一系统讲解，而少量学生可能因讲解时开小差，或因没有预习，对老师讲解的内容理解不到位，导致实验开始后称量药品、搭建实验装置出现问题，进而实验过程中也容易出现异常现象，但又不知道如何处理，实验结果不理想，而在进行实验记录和完成实验报告时，出现学生因流于形式，抄袭实验书本步骤，而不是对自己的实验过程进行详细记录，没能起到应有的实验学习效果。

2“互联网+”教学改革与创新实践

针对传统实验教学存在的不足，笔者以《高分子化学实验》课程为例，进行教学改革与创新能力培养的研究与实践。在课程改革实践中，创新性地将“互联网”技术引入到实验教学中来，形成“互联网+实验预习”、“互联网+实验操作演示”、“互联网+实验问题处理”、“互联网+实验结果处理”等“互联网+”教学模式，更好的协调老师的教和学生的学，提升高分子化学实验的教学效果和学生的学习效率。为提高实验教学效果，本教学改革实践从以下四个方面进行推进:(1)“互联网+”教学模式的建立采用视频录制的手段，对实验装置搭建、实验操作过程演示、药品称量过程和实验现象观察等实验内容进行知识点模块化设计;采用图片制作技术，对实验目的、实验原理、实验要求、实验注意事项、实验现象解析和实验结果分析和数据处理方法等知识点进行模块化设计;集成视频模块和图片模块，以实验讨论为中心，并联各知识点模块，建立“互联网+”教学模式。(2)“互联网+”教学模式的探索实践对建立好的“互联网+”知识点模块进行三个层次的实践研究。第一，在《高分子化学》教学团队中进行实践研究，通过过程的演练与展示，在专业教研室范围内进行讨论和分析，并总结经验，从“教”的角度获取建议;第二，组织专业学有余力并对高分子化学及实验有较大兴趣的学生(已经做过高分子化学实验)进行实践研究，通过学生的实际实验感受来总结“互联网+”实验教学模式的经验，从“学”的角度获取建议;第三，在实际实验教学中引入“互联网+”知识点模块进行实践研究，如实验预习、实验装置搭建、实验操作过程演示等的视频和图片［3－4］，通过钉钉群平台、微信群平台、QQ群平台等进行“互联网+”教学模式的开展，作为传统教学方法的补充，总结经验并获取学生们的意见和建议。(3)“互联网+”教学模式的效果分析与改进基于“互联网+”教学模式的三个层次的实践研究，总结经验和建议，理清“互联网+”教学模式下的“教”与“学”的关系;重点对实验教学中开展“互联网+”教学产生的问题进行分析并逐一进行改进，建立“分析－改进－反馈－实践－再分析”闭环式改进方案，使得“互联网+”教学模式完善并服务于学生，提升学生们的学习兴趣和学习效率。(4)“互联网+”教学模式的应用与推广经过改进的“互联网+”教学方法，需要进一步在实际教学中不断应用才能体现出其价值，同时也能更多反应其存在的不足，因此，在课程教学中，应逐步大范围采用“互联网+”教学模式，从传统教学方法为主逐渐转变为“互联网+”教学模式为主，最终达到学生在进行高分子化学实验过程中能够自我思考、自我动手，形成自己的问题并能提出问题，在实验讨论中，由老师进行引导思考与解决问题，达到创新学习、创新思考的目的。在此基础上，可以将这种“互联网+”教学模式进行推广，应用到更多的实践教学环节中。

3教学实践的主要特色和解决的关键问题

基于“互联网+”《高分子化学实验》教学改革实践的特色主要有两方面:第一，将互联网技术引入到高分子化学实验传统教学过程中，基于当前计算机和移动通信工具的快速发展和普及，实现知识模块移动化学习，不仅提高了实验课堂教学的效率，同时可以打破实验室集中学习和讨论的局限，进而提高学生学习的效果;第二，基于“互联网+”教学模式的开展方式多样化，可以是视频的、图片的内容，可以在网络共享平台、微信平台、QQ平台等进行展示和讨论，这些不仅容易操作，而且不需额外成本，这种教学模式可以拓展到其他的实验课程和理论课程，根据不同课程性质做特定改进，具有普适性。在教学改革实践中，有三方面的问题需要教学改革实施者综合考虑并在过程中予以解决。第一，如何对实验装置搭建、实验操作过程演示、药品称量过程和实验现象观察等实验内容进行知识点模块化设计，再通过视频录制、图片制作等手段，形成逻辑性强、层次清晰、内容明确的“互联网+”教学模块，这是“互联网+”教学模式开展的前提和必要条件。第二，如何合理化调控“互联网+”教学模式与传统“老师讲学生做”教学模式有机配合的教学过程，实现课堂效果最优化和学生学习效率最高化的教学目标，这是开展“互联网+”教学过程的关键条件;第三，开展“互联网+”教学与传统教学相结合，如何跟踪和评价学生的学习效果，从教与学的角度来综合考虑，如何建立一套学习效果评价体系［5］，是开展“互联网+”教学过程取得良好教学效果的重要保障。

4实验教学效果的提升与抗击疫情教学反思

《高分子化学实验》自开展“互联网+”教学改革以来，形成了一套较完备的模块化教学资料，按照新工科建设要求，重在提升业人才培养质量，经过调查反馈和分析，实验教学效果有了明显提升。第一，新实验提前通过互联网下发学习资料，学生利用自己的课余时间进行实验预习，带着一定的学习基础和问题来进行实验动手操作，同时能够更快的理解老师的讲解内容;第二，实验操作方面，能够快速准确搭建实验装置，能够注意到特强调的关键点;第三，能够快速调整实验过程出现的不合理之处，尽量减少由于实验操作不当或是考虑不周带来的影响;第四，能够较好的记录实验效果和实验过程现象，得到实验数据，并根据数据处理结果得到合理结论;第五，能够就实验结果进行有效分析。2020年病毒疫情给我们全国上下带来了重大经济损失和生活影响，在全国上下齐抗疫的大形势下，各级学校积极响应教育部的“停课不停学”的方针政策，居家学习成为了学生们的日常。老师们都通过一些网络课程平台与学生通过各种方式进行交流和互动，这些课程主要是理论课程。那么，对于实验课程，该如何开展线上教学呢，这是值得我们教育工作者进行思考的。疫情防护期间，学生居家学习和上课，无法参加室内集中的实验教学，因此只能从网上想办法，于是全面开展“互联网+”实验教学，将实验课堂搬到屏幕上，成为实验课程教学的新方法，虽每个人都无法动手操作仪器，但是却都可以系统地学习实验过程，并且在遇到问题时可以随时回放。

5结语

新工科以培养具备可持续竞争力的人才为目标，以应对新经济形势下产业人才需求的改变，本文提出实验课程“互联网+”教学模式，解决了传统实验教学方法存在的课前预习效果差、实验平台搭建不规范、教学讲解过程无留存等问题，有效提高了学生的学习兴趣和学习效率。结合2020年病毒疫情防控需要，推广“互联网+”实验课程教学模式，不断满足人才培养过程的理论与实践相结合的更高要求，进一步提升人才培养质量。

参考文献

［1］杨金燕，赖俐超.基于应用型人才培养的高分子化学实验教学改革［J］．高分子通报，2019(9):87－91.

［2］王佳佳.长治学院高分子化学实验教学改革初探［J］．广州化工，2020，48(13):136－137，170.

［3］吕文晏，陈修敏，李又兵.“校园APP+延时拍摄技术”在高分子化学实验微课教学中的应用［J］．广州化工，2018，46(19):129－130，132.

［4］杨敏.实验微课及模拟动画在高分子化学理论教学中的应用［J］．中国现代教育装备，2018(09):14－15，22.

［5］张源源.高校高分子化学实验教学改革探讨［J］．山东化工，2018，47(6):147－148.

作者：陈荣源 张晓静 何领好 张忠厚 韩琳 杨皓然 周立明 单位：郑州轻工业大学材料与化学工程学院