基于工程教育认证理念的《高分子材料研究方法》教学方法探索

吴 丹 贺国文 肖谷清 刘赛文

（湖南城市学院材料与化学工程学院 湖南·益阳 413000）

近年来，各大高校高度重视工程教育专业认证工作，并围绕“以成果为导向”、“以学生为中心”和“持续改进”三大先进教育教学理念积极推进相关工作的实施和开展以提升人才培养质量。《高分子材料研究方法》主要介绍高分子材料结构和性能的现代分析方法、原理及这些研究方法在高分子材料研发和实际生产中的应用，是材料类专业学生非常重要的一门专业核心课程。该课程不仅要求学生掌握各种现代分析技术的原理和相关谱图的分析方法，更要求学生能够灵活运用这些材料分析技术去辅助解决材料研发及实际生产应用中的问题。从以往的教学、课程考核以及学生的反馈来看，大部分学生能够基本掌握各种分析技术的原理并进行简单的谱图分析，然而当面对实际生产问题以及综合性问题时学生往往不知所措，可见其对基础知识的理解不够透彻，思维能力、知识的迁移能力以及综合问题分析能力较为薄弱。这主要源于两个方面的原因：首先，该课程涉及的知识广泛、概念多且抽象、实践性强，要求学生具备广泛的知识面和扎实的专业基础知识，而我校学生基础较为薄弱，学习缺乏系统性，学生感到学习难度大、兴趣不足。其次，学生自主学习能力差，学习目的性不强，习惯性地被动接受学习，无法很好地将所学新知识与已学知识建立联系并内化新知识，导致知识体系凌乱不系统。为此，本文针对学生在《高分子材料研究方法》课程学习过程中存在的问题，结合该课程的特点，基于工程教育认证理念，对该课程的教学方法进行了探索。

1 合理组织教学内容，增加教学逻辑性

对教学内容进行逻辑设计和加工是促进学生将已有知识与将要学习的知识有效关联，内化新知识，从而进行有意义学习的关键。教学逻辑性要符合学生知识的认知规律和形成规律。《高分子材料研究方法》课程内容涵盖材料组成与结构表征、分子量及其分布测定、形态形貌表征、热分析及性能表征等多种研究方法，而不同研究方法之间又存在一定的联系和共性。首先，可根据不同研究方法的作用机理和实际应用的相似性，遵循循序渐进的原则，将教学内容连贯起来。如红外光谱、紫外光谱、拉曼光谱、核磁共振谱及X射线光电子能谱等波谱技术都是基于光与物质的相互作用来进行组成与结构分析。可先从学生最熟悉的紫外光谱、红外光谱开始学习，继而介绍与红外光谱应用互补的拉曼光谱，最后再系统地学习较为复杂的核磁共振谱和X射线电子能谱。这样由易到难，由浅入深入的学习可增强学生的学习信心，降低学习焦虑感。其次，在教学过程中要注意新旧知识点之间的关联和有效衔接，找到学生的最近发展区以提高学习效果。学生在前期的专业基础课中已接触过红外光谱谱图，但对红外光谱的原理及谱图的规律并不清楚。可由一张学生熟悉的红外光谱图作为引入，引导学生对其原理及谱图的规律进行思考，进而用双原子的振动模型来揭露红外光谱的本质及振动频率大小的计算及规律。

2 将思维导图应用到教学中，提高学生自主学习能力

思维导图是利用文字、符号等形象直观的载体把抽象、复杂的概念和知识点按照一定的层次结构和逻辑关系绘制成一幅脉络清晰的图像。《高分子材料研究方法》中的不同研究方法都是围绕“原理—谱图解析—应用”这一主线展开的。可在课前要求学生按照“原理—谱图解析—应用”这一主线绘制思维导图，并辅以少量练习题巩固基础知识点。然后，根据学生的作业情况以及思维导图的绘制情况分析学生的已有知识、对新知识的掌握情况及学习的困难点，并据此设计合理的教学活动进行教学。课后，学生再根据课堂的学习情况对思维导图进一步完善和优化。绘制思维导图的过程是学生主动建立新旧知识联系的过程，可将抽象知识具体化，零碎知识系统化，复杂问题简单化，从而提高学生的学习效率、自主学习能力和思维能力。

3 采用多元化教学方法，引导学生主动建构知识

教学过程是教与学有机统一的过程，教师应始终围绕“以学生为中心”和“以成果为导向”的理念，启发诱导学生的学习主动性和积极性，把蕴藏在学生身上的巨大学习潜能开发出来，从而不断提高教学效率和教学质量。在教学过程中，教师可根据不同现代分析方法的特征选择性采用多媒体辅助、启发式教学、案例教学等方式或多种教学模式相结合进行教学，来引导激发学生主动建构知识。

3.1 多媒体和互联网有机结合

现代化多媒体教学手段集图像、视频、声音和文字为一体，可将课程中大量的仪器原理、仪器结构以及分析测试结果形象、直观地呈现在屏幕上，使原本枯燥乏味、抽象的知识变得生动起来。这样能够吸引学生的注意力，充分激发学生的学习兴趣和求知欲。如在讲凝胶色谱（GPC）时，用flash动画演示聚合物在流动相和固定相中的分配过程，加深学生对原理的理解。而对于 GPC仪器结构则可利用虚拟仿真软件或动图向学生展示。此外，在课程教学中还可以结合互联网，将材料人微信公众号、小木虫论坛、科学网、仪器信息网等网络资源介绍给学生，使学生能够在课后根据个人需要及兴趣自主深入地学习各种现代材料分析方法，更加清楚地了解仪器结构、测试样品制备和图谱分析，了解最新的测试方法动态，学习他人宝贵实践经验，培养知识综合运用能力。

3.2 启发式教学

在课堂上，教师要适时创设情境，多提发散性问题，启发学生思考。例如在讲解激光拉曼这章节内容时，学生对拉曼散射没有概念，教师可从生活中“晴朗的天空为什么呈蓝色”的散射现象开始引入教学，可在吸引学生注意力的同时激发学生对学习拉曼光谱的兴趣，进而通过散射能级能谱的分析引导并启发学生对拉曼原理及特征的深入理解。

3.3 采用案例式教学

案例式教学法的应用，让学生能够更好地学以致用，充分提高学生学习的能动性，能够使学生在学习中提升发现问题及解决问题的能力。如热重分析技术是一种物理分析手段，其原理比较简单易懂，而当面对相关实际问题时学生又感到无从下手，不能准确分析并判断材料发生热失重的原因及机理。对于该章节的学习，可先通过填充尼龙的热失重曲线分析让学生初步了解热重的原理、谱图特点及应用等知识。进而再通过“不粘锅涂层成分分析”、“炭黑填充聚乙烯材料中的炭黑含量的分析”、“汽车油箱的成分分析”等案例让学生逐步掌握热重分析技术在实际生产中的应用及解析方法和技巧。

4 改进教学评价体系，凸出学生主体性

教学评价是持续改进的基础。一方面，教学评价体系应采用多元化评价模式，将教师评价学生和学生评价学生以及学生的自评合理地结合起来，促进学生正确的地认识自我、评价自我、提高自我，成为学习的主人。另一方面，教学考核体系应由传统的知识性考核向能力考核进行转变，采取过程性评价与总结性评价并进的方式，对学生课前、课中及课后的各方面学习情况及表现进行考核。课前主要考核思维导图绘制情况、预习任务完成情况及搜集信息补充学习情况等，要体现努力程度高于正确率。课中主要考核学生学习态度、合作互助精神、讨论发言质量、创造性等，并要体现重在参与，且质量高于数量。课后主要考察思维导图完善情况、作业完成情况、反馈、自评等。

5 结语

学生是学习的主体，培养学生思维能力及自主学习能力是提高教学效果和保障教学输出质量的关键。教师作为学生学习的促进者，要以学生为中心组织教学，并遵循学生的发展规律灵活运用各种教学方法和技巧来引导学生主动建构知识。此外，教学也是一个持续改进的过程，教师在做好教学评价的同时，更应充分利用教学评价及反馈不断调整和改进教学策略，以提高教学效果。