基于工程教育認證理念的《高分子材料研究方法》教學方法探索

吳 丹 賀國文 肖谷清 劉賽文

（湖南城市學院材料與化學工程學院 湖南·益陽 413000）

近年來，各大高校高度重視工程教育專業認證工作，并圍繞“以成果為導向”、“以學生為中心”和“持續改進”三大先進教育教學理念積極推進相關工作的實施和開展以提升人才培養質量。《高分子材料研究方法》主要介紹高分子材料結構和性能的現代分析方法、原理及這些研究方法在高分子材料研發和實際生產中的應用，是材料類專業學生非常重要的一門專業核心課程。該課程不僅要求學生掌握各種現代分析技術的原理和相關譜圖的分析方法，更要求學生能夠靈活運用這些材料分析技術去輔助解決材料研發及實際生產應用中的問題。從以往的教學、課程考核以及學生的反饋來看，大部分學生能夠基本掌握各種分析技術的原理并進行簡單的譜圖分析，然而當面對實際生產問題以及綜合性問題時學生往往不知所措，可見其對基礎知識的理解不夠透徹，思維能力、知識的遷移能力以及綜合問題分析能力較為薄弱。這主要源于兩個方面的原因：首先，該課程涉及的知識廣泛、概念多且抽象、實踐性強，要求學生具備廣泛的知識面和扎實的專業基礎知識，而我校學生基礎較為薄弱，學習缺乏系統性，學生感到學習難度大、興趣不足。其次，學生自主學習能力差，學習目的性不強，習慣性地被動接受學習，無法很好地將所學新知識與已學知識建立聯系并內化新知識，導致知識體系凌亂不系統。為此，本文針對學生在《高分子材料研究方法》課程學習過程中存在的問題，結合該課程的特點，基于工程教育認證理念，對該課程的教學方法進行了探索。

1 合理組織教學內容，增加教學邏輯性

對教學內容進行邏輯設計和加工是促進學生將已有知識與將要學習的知識有效關聯，內化新知識，從而進行有意義學習的關鍵。教學邏輯性要符合學生知識的認知規律和形成規律。《高分子材料研究方法》課程內容涵蓋材料組成與結構表征、分子量及其分布測定、形態形貌表征、熱分析及性能表征等多種研究方法，而不同研究方法之間又存在一定的聯系和共性。首先，可根據不同研究方法的作用機理和實際應用的相似性，遵循循序漸進的原則，將教學內容連貫起來。如紅外光譜、紫外光譜、拉曼光譜、核磁共振譜及X射線光電子能譜等波譜技術都是基于光與物質的相互作用來進行組成與結構分析。可先從學生最熟悉的紫外光譜、紅外光譜開始學習，繼而介紹與紅外光譜應用互補的拉曼光譜，最后再系統地學習較為復雜的核磁共振譜和X射線電子能譜。這樣由易到難，由淺入深入的學習可增強學生的學習信心，降低學習焦慮感。其次，在教學過程中要注意新舊知識點之間的關聯和有效銜接，找到學生的最近發展區以提高學習效果。學生在前期的專業基礎課中已接觸過紅外光譜譜圖，但對紅外光譜的原理及譜圖的規律并不清楚。可由一張學生熟悉的紅外光譜圖作為引入，引導學生對其原理及譜圖的規律進行思考，進而用雙原子的振動模型來揭露紅外光譜的本質及振動頻率大小的計算及規律。

2 將思維導圖應用到教學中，提高學生自主學習能力

思維導圖是利用文字、符號等形象直觀的載體把抽象、復雜的概念和知識點按照一定的層次結構和邏輯關系繪制成一幅脈絡清晰的圖像。《高分子材料研究方法》中的不同研究方法都是圍繞“原理—譜圖解析—應用”這一主線展開的。可在課前要求學生按照“原理—譜圖解析—應用”這一主線繪制思維導圖，并輔以少量練習題鞏固基礎知識點。然后，根據學生的作業情況以及思維導圖的繪制情況分析學生的已有知識、對新知識的掌握情況及學習的困難點，并據此設計合理的教學活動進行教學。課后，學生再根據課堂的學習情況對思維導圖進一步完善和優化。繪制思維導圖的過程是學生主動建立新舊知識聯系的過程，可將抽象知識具體化，零碎知識系統化，復雜問題簡單化，從而提高學生的學習效率、自主學習能力和思維能力。

3 采用多元化教學方法，引導學生主動建構知識

教學過程是教與學有機統一的過程，教師應始終圍繞“以學生為中心”和“以成果為導向”的理念，啟發誘導學生的學習主動性和積極性，把蘊藏在學生身上的巨大學習潛能開發出來，從而不斷提高教學效率和教學質量。在教學過程中，教師可根據不同現代分析方法的特征選擇性采用多媒體輔助、啟發式教學、案例教學等方式或多種教學模式相結合進行教學，來引導激發學生主動建構知識。

3.1 多媒體和互聯網有機結合

現代化多媒體教學手段集圖像、視頻、聲音和文字為一體，可將課程中大量的儀器原理、儀器結構以及分析測試結果形象、直觀地呈現在屏幕上，使原本枯燥乏味、抽象的知識變得生動起來。這樣能夠吸引學生的注意力，充分激發學生的學習興趣和求知欲。如在講凝膠色譜（GPC）時，用flash動畫演示聚合物在流動相和固定相中的分配過程，加深學生對原理的理解。而對于 GPC儀器結構則可利用虛擬仿真軟件或動圖向學生展示。此外，在課程教學中還可以結合互聯網，將材料人微信公眾號、小木蟲論壇、科學網、儀器信息網等網絡資源介紹給學生，使學生能夠在課后根據個人需要及興趣自主深入地學習各種現代材料分析方法，更加清楚地了解儀器結構、測試樣品制備和圖譜分析，了解最新的測試方法動態，學習他人寶貴實踐經驗，培養知識綜合運用能力。

3.2 啟發式教學

在課堂上，教師要適時創設情境，多提發散性問題，啟發學生思考。例如在講解激光拉曼這章節內容時，學生對拉曼散射沒有概念，教師可從生活中“晴朗的天空為什么呈藍色”的散射現象開始引入教學，可在吸引學生注意力的同時激發學生對學習拉曼光譜的興趣，進而通過散射能級能譜的分析引導并啟發學生對拉曼原理及特征的深入理解。

3.3 采用案例式教學

案例式教學法的應用，讓學生能夠更好地學以致用，充分提高學生學習的能動性，能夠使學生在學習中提升發現問題及解決問題的能力。如熱重分析技術是一種物理分析手段，其原理比較簡單易懂，而當面對相關實際問題時學生又感到無從下手，不能準確分析并判斷材料發生熱失重的原因及機理。對于該章節的學習，可先通過填充尼龍的熱失重曲線分析讓學生初步了解熱重的原理、譜圖特點及應用等知識。進而再通過“不粘鍋涂層成分分析”、“炭黑填充聚乙烯材料中的炭黑含量的分析”、“汽車油箱的成分分析”等案例讓學生逐步掌握熱重分析技術在實際生產中的應用及解析方法和技巧。

4 改進教學評價體系，凸出學生主體性

教學評價是持續改進的基礎。一方面，教學評價體系應采用多元化評價模式，將教師評價學生和學生評價學生以及學生的自評合理地結合起來，促進學生正確的地認識自我、評價自我、提高自我，成為學習的主人。另一方面，教學考核體系應由傳統的知識性考核向能力考核進行轉變，采取過程性評價與總結性評價并進的方式，對學生課前、課中及課后的各方面學習情況及表現進行考核。課前主要考核思維導圖繪制情況、預習任務完成情況及搜集信息補充學習情況等，要體現努力程度高于正確率。課中主要考核學生學習態度、合作互助精神、討論發言質量、創造性等，并要體現重在參與，且質量高于數量。課后主要考察思維導圖完善情況、作業完成情況、反饋、自評等。

5 結語

學生是學習的主體，培養學生思維能力及自主學習能力是提高教學效果和保障教學輸出質量的關鍵。教師作為學生學習的促進者，要以學生為中心組織教學，并遵循學生的發展規律靈活運用各種教學方法和技巧來引導學生主動建構知識。此外，教學也是一個持續改進的過程，教師在做好教學評價的同時，更應充分利用教學評價及反饋不斷調整和改進教學策略，以提高教學效果。