面向高分子學科研究生的差示掃描量熱實驗教學改革探索

耿潔婷 夏琳 華靜

摘 要：改革創新研究生實驗教學，能夠有效激發研究生的科研興趣，培養研究生的自主科研能力。文章結合教學實際，對高分子學科研究生的差示掃描量熱實驗的教學改革進行探討，提出研究生實驗教學改革的重點內容：實現研究生在實驗中的全程化參與和自主化設計，并全面提升實驗教師師資力量。

關鍵詞：差示掃描量熱實驗;研究生;實驗教學;教學改革

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A文章編號：1008-3561（2021）26-0028-02

過去由于教育資源短缺，部分研究生在本科階段只在書本上學習實驗，或者只是集體觀摩教師演示實驗，對實驗一知半解，動手能力差。這導致研究生實驗教學專注于實驗原理、儀器操作等內容的講解，教學內容與本科實驗教學內容相近。現階段，經過幾十年的教育教學改革與高校擴招，我國已成為教育大國，國家和地方財政對高校的資金投入日益增加，各項建設經費使高校的實驗室條件得到很大改善，基礎性的分析材料和表征結構的實驗儀器已基本普及，本科實驗教學質量得到了顯著提升。因此，很多面向研究生的實驗教學方法已難以適應現代高等教育的發展，實驗教學內容與本科教學內容雷同、不注重綜合性設計實驗等問題凸顯出來。

對現行研究生實驗課程的教學內容與方法進行改革，是提高研究生培養質量的有效途徑。差示掃描量熱實驗（DSC）是將試樣與參比物置于程序降溫或升溫的相同環境中，用補償器測量使兩者溫度差值為零所必需的熱量對溫度（時間）的依賴關系的一種技術。本文以筆者所在學校的DSC實驗教學為例，分三個方面探討研究生教學的改革重點。

一、實驗的全程化參與

研究生實驗教學對于培養研究生的動手操作能力、科研創新能力具有重要作用。研究生實驗教學是為讀研期間或今后的獨立科研工作打基礎。研究生相對于本科生，有著更強的自主學習和理解能力，他們對實驗課本或講義中有文字說明的實驗目的、原理、樣品制備、實驗操作步驟和注意事項等能夠較好地理解。為進一步加深他們的理解，教師可以錄制DSC操作視頻，如三維動畫原理講解、具體的實驗流程和安全規范等，并在開展實驗前讓研究生自行安排時間觀看。

開展上機實驗時，應改變由相關人員將實驗全部準備好的實驗教學模式。樣品稱量、制樣、氣體打開、開機、制冷機打開、實驗數據設定、數據處理和關機等均需學生獨立完成。指導教師從發揮主導作用變成發揮輔導作用，只在一旁提醒監督。研究生必須掌握DSC實驗的所有操作流程。

這種全程參與，能夠讓每個學生都擁有從前期準備到提交報告全程獨立完成實驗的機會，能夠加深學生對知識點的記憶。此方法可以調動學生的實驗積極性，使學生由被動接受轉變為主動學習，能夠提高學生的獨立操作能力、自學能力等。另外，此方法還能培養學生獨立思考和統籌規劃的能力，幫助學生養成嚴謹的科學態度和認真細致的科研作風，為其以后的科研工作打下基礎，進而實現培養科研人才的目標。

二、實驗的自主化設計

高分子學科科研工作要求研究生具有獨立設計實驗和操作實驗的能力，并能根據課題方向查閱相關文獻。而一般文獻中往往只給出實驗原理、樣品名稱和簡單的實驗條件，這就需要研究生獨立地鉆研探索、設計方案并統籌實驗。所以，實驗教學必須注重培養學生的實驗技能和創新思維。為此，研究生實驗教學必須改變以往驗證性實驗的教學思路，改為自主設計性實驗。

實驗項目可由學生自由選擇，學生可選擇硫化程度不同的硫化膠、組分配比不同的共混膠、熱加工歷史不同的高分子材料、結晶度不同的高分子材料、課題組自己合成出來的高分子材料等進行實驗。實驗之前，學生需要對實驗結果進行科學預測，并根據預測結果設定實驗程序，如測試溫度區間、升降溫速率、恒溫時間、氣氛選擇等。指導教師主要是幫助學生分析實驗程序設定的合理性與可行性。實驗操作分兩個部分，一是考察合成工藝或加工工藝對高分子結構的影響，二是考察儀器的設計參數對實驗結果的影響。圖1和圖2為某研究生實驗的兩部分內容，分別測試了再生料的加入量對PP熔融的影響和降溫速度對PP結晶行為的影響。實驗結束后，需自行處理數據，得出實驗結論，分析實驗成敗，并生成下次實驗的改進方案，進而構建并完善符合高分子學科研究生水平的實驗教學內容，為下一步科研工作打下基礎。

實驗的自主化設計能夠為全面推進研究生素質教育提供保障。通過實驗的自主化設計，研究生的創新精神、科研實踐能力及科學素質均能得到有效提升。研究生普遍反映參加完DSC實驗課后，學習興趣和積極性明顯提高，感覺實驗不再枯燥、機械，自己由被動接受知識變為主動索取知識。通過課前預習、查閱文獻、樣品選取、參數設定等實驗的自主化設計，學生提高了自學能力，拓展了科研視角，接觸到新的實驗技術和方法，使各學科知識得以融會貫通。

三、師資力量的配備

要完成以上教學內容，實現教學目標，需要有專門人員進行全程監管。理論課教師平時忙于授課與科研，很難有大量時間和精力用于指導實驗教學，因此，實驗教師在實驗教學中起著至關重要的作用。隨著現代技術的發展，大量高精尖設備引進高校實驗室，設備更新換代速度大大加快，實驗教師要熟練掌握這些先進儀器設備的操作技術，還要注重開發儀器設備的更多用途，為研究生全程化參與和自主化設計實驗保駕護航。為此，實驗教師不僅需要具備匹配的專業知識技能，還要具備廣博的理論基礎知識。實驗教學與理論教學應被擺在同等重要的位置，實驗教師應不斷豐富實驗內容、更新實驗手段，把新的知識第一時間補充到實驗教學中，培養研究生獨立思考問題并解決問題的能力，啟發學生的創新思維，并及時發現實驗教學環節出現的問題，有針對性地改進或改革。總之，建設一支素質優良的實驗師資隊伍，是確保實驗教學質量的保障。

筆者所在學校以DSC實驗教學為試點，每周拿出兩天時間為研究生教學實驗服務，由實驗技術好且有時間的專職實驗教師負責實驗教學及管理。想要上DSC實驗課的研究生可以在網上預約，選擇合適的時間段進行實驗。