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摘要：高分子材料專業(yè)的貫通式實驗案例教學(xué)是將基礎(chǔ)知識、探索性專業(yè)實驗和工程化實踐應(yīng)用融匯貫通的新型教學(xué)模式。以高分子材料反應(yīng)共混改性瀝青加工試驗為例，介紹了該教學(xué)模式的方法、步驟與特點。學(xué)生通過查閱文獻、實驗設(shè)計、動手操作、撰寫論文及實體工程實踐等環(huán)節(jié)，深化利用已學(xué)基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識，培養(yǎng)分析問題和解決問題能力。該貫通式實驗案例教學(xué)有利于本科生、研究生盡快掌握高分子材料科學(xué)與工程的內(nèi)涵，選擇感興趣的方向，快速進入畢業(yè)設(shè)計研究，了解社會需求和優(yōu)化職業(yè)取向，加強專業(yè)體驗性和理解能力。對培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)，提高創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力有重要意義。

關(guān)鍵詞：高分子材料；貫通式教學(xué)；實驗案例；創(chuàng)新；創(chuàng)業(yè)

引言

高分子材料科學(xué)與工程是一門理論與實踐緊密結(jié)合的專業(yè)，實驗和實踐教學(xué)是高校高分子材料專業(yè)學(xué)生必修環(huán)節(jié)。但是，傳統(tǒng)教學(xué)模式下的高分子材料加工工程實驗明顯存在專業(yè)實驗“按部就班”和實踐過程“走馬觀花”等問題。此外，還有實驗教學(xué)內(nèi)容相對陳舊，與我國工業(yè)化發(fā)展程度脫軌；實驗課時間少且死板，不利于實驗的深入開展；只注重已經(jīng)成熟的實驗操作與報告書寫，不利于創(chuàng)新思維的培養(yǎng)；實驗設(shè)備陳舊，許多新的實驗無法滿足我國現(xiàn)今創(chuàng)業(yè)、創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。與歐美等先進高校的高分子材料專業(yè)實驗、實踐課程相比，我國高校學(xué)生普遍存在動手操作能力弱、安全意識不足和解決實際問題能力差等缺點。以美國阿克倫大學(xué)高分子加工實驗課程為例，實驗課時間長，且強調(diào)學(xué)生親自己動手，并鼓勵使用拍照、錄像等手段得到各種數(shù)據(jù)，實驗報告內(nèi)容豐富。即使實驗失敗，只要學(xué)生對失敗的原因分析透徹，依然可以得到完美的分數(shù)。根據(jù)學(xué)生的反饋，這樣的學(xué)習(xí)方法普遍比單純的理論灌輸和死板的實驗更加有效，實驗過程更具體驗性。他們還將試驗內(nèi)容與工程實踐緊密結(jié)合，將試驗內(nèi)容拓展到課外，加深高分子科學(xué)與工程的理解和應(yīng)用。近年來，我國對創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)型人才的培養(yǎng)日益重視，推動傳統(tǒng)實驗、實踐課程改革和激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力日益重要，增加綜合型、研究創(chuàng)新型、實踐型實驗是大勢所趨。

相對于基礎(chǔ)型和綜合型實驗的“驗證性”而言，研究型實驗具有不確定性、探索性、自主性、開放性與可操作性等“探索性”特點。作為學(xué)生由知識學(xué)習(xí)向科學(xué)研究、工程應(yīng)用轉(zhuǎn)變的銜接點，研究實踐型創(chuàng)新實驗涉及多學(xué)科知識的交叉運用，側(cè)重于運用所學(xué)知識、文獻查閱和基本技能等手段應(yīng)用，并要求實驗結(jié)果以研究論文和工程實踐報告的形式完成，其設(shè)置重在培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題和解決問題能力，更具挑戰(zhàn)性。我校高分子材料專業(yè)方向已在綜合化學(xué)實驗基礎(chǔ)上，開設(shè)了自主研究型實驗。通過學(xué)生與感興趣的導(dǎo)師聯(lián)系，共同確定實驗方向，在五周內(nèi)完成實驗設(shè)計、實驗操作、實驗分析、報告撰寫等相關(guān)內(nèi)容。收到了較好的效果。為加強該專業(yè)的工程實踐體驗，我們在此基礎(chǔ)上拓展設(shè)計了貫通式實驗．即在自主研究型實驗技術(shù)基礎(chǔ)上，進入實際生產(chǎn)一線進行工程實踐，貫通理論與實踐，建立理論研究與工程應(yīng)用的關(guān)系。具體是結(jié)合聯(lián)系導(dǎo)師的轉(zhuǎn)化成果，將研究型實驗延伸，進行三天的工程實踐，嘗試將學(xué)生基礎(chǔ)知識、專業(yè)知識和產(chǎn)業(yè)化實踐結(jié)合運用，培養(yǎng)學(xué)生的工程認知和實踐能力。本文以高分子材料反應(yīng)共混改性瀝青材料的高分子加工試驗為例，探討了該貫通式實驗教學(xué)設(shè)計思路、目的、試驗步驟、報告撰寫方法以及實驗心得等，以期促進貫通式試驗教學(xué)的開展。這對培養(yǎng)我國迫切需要科技成果轉(zhuǎn)化背景下的創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)人才有重要意義。

1貫通式實驗教學(xué)思路

該貫通式試驗案例教學(xué)是以我校比較成熟的產(chǎn)業(yè)化特色項目高分子材料反應(yīng)共混改性瀝青展開。首先指導(dǎo)老師布置課題，講解貫通式實驗的目的、方法和意義等過程，實驗小組根據(jù)講解內(nèi)容選擇高等級公路用改性瀝青材料為課題展開研究。研究小組通過查閱文獻、小組內(nèi)討論和教師的共同探討，決定以苯乙烯－丁二烯－苯乙烯三嵌段共聚物（SBS）改性瀝青為主題開展本次貫通型實驗。其次，通過以SBS反應(yīng)共混瀝青改性、結(jié)構(gòu)表征、性能測試為主線的研究型實驗，旨在提高學(xué)生創(chuàng)新意識以及創(chuàng)新能力，培養(yǎng)其團隊意識，了解和熟悉開展科研工作的方法。最后，通過工程實踐和產(chǎn)學(xué)研交流，貫通試驗室研究與工程實踐的聯(lián)系與區(qū)別，建立室驗式開發(fā)研究、工程放大生產(chǎn)和工程應(yīng)用之間的關(guān)系。

2貫通式實驗教學(xué)方法及步驟

貫通式實驗教學(xué)方法是用討論式、啟發(fā)式教學(xué)方法；以學(xué)生為主，允許失敗，多次嘗試，提倡提出問題和解決問題的鍛煉模式；講究基礎(chǔ)理論、專業(yè)實驗和工程實踐相結(jié)合，融匯貫通的模式。貫通式實驗教學(xué)包括以下步驟：（1）師生雙向選擇導(dǎo)師公布課題后進行師生雙向選擇，通過與導(dǎo)師交流，達成合作關(guān)系，挑選組長并布置研究實踐內(nèi)容和任務(wù)；（2）設(shè)計課題學(xué)生通過導(dǎo)師指導(dǎo)查找課題領(lǐng)域的前沿文章，以及和老師討論，設(shè)計出切實可行的實驗方案，培養(yǎng)學(xué)生獨立設(shè)計實驗的能力；（3）實驗操作小組成員們利用已有基礎(chǔ)實驗知識結(jié)合專業(yè)知識的了解，比如通過實驗過程既熟悉了紅外光譜、光學(xué)顯微鏡等儀器的使用方法，又接觸到了傳統(tǒng)教學(xué)實驗難以接觸的新型實驗設(shè)備如高速剪切機、膠體磨和低溫延度計等設(shè)備；（4）數(shù)據(jù)總結(jié)與討論小組成員將所得試驗結(jié)果進行整理作圖，分析討論試驗結(jié)果；（5）工程實踐通過參觀學(xué)習(xí)生產(chǎn)流水線，與操作工人、車間主任和總工程師交流學(xué)習(xí)；（6）課程總結(jié)與評價與指導(dǎo)老師交流實踐過程的問題與收獲，撰寫研究報告和實踐報告。

3貫通式實驗教學(xué)效果與心得

貫通式實驗教學(xué)摒棄了傳統(tǒng)實驗機械、死板、陳舊的教學(xué)方式，為老師教學(xué)以及學(xué)生學(xué)習(xí)都帶來了創(chuàng)新的想法和創(chuàng)業(yè)的火花。貫通式實驗教學(xué)效果總結(jié)有如下四點：

（1）培養(yǎng)了研究方法和團隊協(xié)作意識實驗小組通過前期選題，查閱大量的資料，了解目前高分子科學(xué)領(lǐng)域的新的研究方向。實驗過程中，小組成員們接觸到并使用了許多傳統(tǒng)實驗教學(xué)中難覓蹤影的儀器，SBS、石油瀝青等材料的特性，開闊了他們的視野，真正體驗了科學(xué)研究的過程。分工明確，通過各成員間的協(xié)作配合，共同完成。提高了實驗操作技能以及與他人合作的能力。在實驗過程中不斷思考并對實驗方案進行改進，定期與老師見面并報告相關(guān)進展，最后完成整個實驗部分；

（2）培養(yǎng)了學(xué)生獨立思考分析問題和總結(jié)升華能力數(shù)據(jù)總結(jié)處理階段，通過分析實驗結(jié)果，學(xué)會了用統(tǒng)計方法軟件對所得數(shù)據(jù)進行處理，對實驗現(xiàn)象運用理論知識做出合理的解釋。對有疑惑的問題，小組成員之間隨時進行討論分析，并查閱相關(guān)文獻，進一步試驗驗證，最后找到了問題的根源。將所有結(jié)果整理并書寫成報告。通過對實驗結(jié)果進行分析與寫作，培養(yǎng)了他們獨立思考、清晰表達、總結(jié)升華的能力；

（3）培養(yǎng)了學(xué)生工程化思維在工業(yè)實際生產(chǎn)階段，進一步考察工廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)，書寫工程實習(xí)報告，豐富學(xué)生的社會適應(yīng)能力，并為迅速進入企業(yè)工作奠定良好的基礎(chǔ)。例如，在工廠實踐階段，認識了實驗室實驗與工程試驗的差別，深化了化學(xué)工程中原材料、操作單元選擇原則，化工原理中“三傳一反”的理解。以攪拌裝置的設(shè)計為例，大型攪拌槳根據(jù)物料粘度設(shè)計的原理，SBS與瀝青混合加料時的弱攪拌與反應(yīng)后的強攪拌槳葉的不同；以我國早期SBS改性瀝青生產(chǎn)時，為解決高熔體粘度的SBS與低粘度瀝青的分散性通過膠體磨等特殊設(shè)備強化剪切變形實現(xiàn)分散；還可以通過選擇SBS的嵌段比例、分子量等手段提高其在瀝青中的分散性；

（4）培養(yǎng)了創(chuàng)業(yè)思維通過與市場、采購和財務(wù)部門人員的交流，了解到企業(yè)的市場信息是生產(chǎn)的前提，市場信息是基于大量使用數(shù)據(jù)和與用戶溝通相結(jié)合而得到的。市場原材料信息、市場銷售信息反饋到研發(fā)部門進行開發(fā)，形成原材料進入、加工制造和產(chǎn)品銷售與服務(wù)一體化的運轉(zhuǎn)格局，為以后創(chuàng)業(yè)思維的培養(yǎng)打下基礎(chǔ)。工程化思維對促進學(xué)生校內(nèi)培養(yǎng)有積極的影響。通過工程化實踐鍛煉了學(xué)生將高分子專業(yè)理論知識用于實踐，并通過實踐加深了對理論知識的學(xué)習(xí)。例如，深入了解了高分子材料工程的共同點，是解決高性能與易加工、經(jīng)濟性三者的矛盾，環(huán)境污染治理與經(jīng)濟性的矛盾。學(xué)習(xí)了公司治理結(jié)構(gòu)，了解公司的發(fā)展核心，一是靠管理，二是靠科技。團隊協(xié)作是公司高效運轉(zhuǎn)的保障，注重團隊建設(shè)。在此過程中，也培養(yǎng)了團隊協(xié)作能力，更快融入將來的工作融合貫通，認識平時所學(xué)知識的重要性，促進專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。

在基礎(chǔ)理論與工程化生產(chǎn)方面，還認識到室內(nèi)基礎(chǔ)研究試驗與工程化生產(chǎn)相輔相成，工程化提出問題必須通過基礎(chǔ)研究指導(dǎo)才能獲得突破。基礎(chǔ)理論指導(dǎo)工程化實踐，工程化實踐又不能局限于基礎(chǔ)理論，還需考慮社會因素、市場因素和環(huán)境因素等。在生產(chǎn)應(yīng)用方面，深刻理會了“安全第一”是一切生產(chǎn)的根本。工廠的安全教育，為以后試驗室及工程化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。工程化放大生產(chǎn)是無數(shù)實驗室試驗的總結(jié)，也是指導(dǎo)實驗室小試、中試和放大生產(chǎn)的根本。穩(wěn)定化、規(guī)模化生產(chǎn)是市場化應(yīng)用的根本保障，標(biāo)準(zhǔn)的試驗方法和嚴格的產(chǎn)品檢測是市場應(yīng)用的根基。市場是科研的主要推動力，基礎(chǔ)研究是推動科研進行的源動力。

4貫通式教學(xué)總結(jié)

貫通式實驗教學(xué)通過自主探索實驗和工程實踐體驗的方式，增強了高分子材料專業(yè)教學(xué)的趣味性、探索性和創(chuàng)造性，不但對培養(yǎng)學(xué)生提出問題和解決問題的能力有積極作用，而且還有利于高校和企業(yè)培養(yǎng)創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)人才。貫通式實驗教學(xué)的難點在于，建立良好的產(chǎn)學(xué)研信任關(guān)系和學(xué)生的積極主動性的配合。此外，指導(dǎo)教師的精細設(shè)計和企業(yè)、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的大力支持也必不可少，有必要進一步深入挖掘適合貫通式實驗教學(xué)的課題，深化與企業(yè)的合作關(guān)系，協(xié)同培養(yǎng)發(fā)掘創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)人才。當(dāng)然，該貫通式實驗教學(xué)仍處于探索之中，在培養(yǎng)時間、培養(yǎng)模式、培養(yǎng)效果等方面還值得商榷。總之，貫通式實驗教學(xué)的不確定性、探索性、自主性、開放性與體驗性更契合當(dāng)前學(xué)生對實驗課的需求以及國家對創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)能力人才的培養(yǎng)，值得進一步推廣和完善。

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作者：王仕峰1;潘三水1;張勇1;李嘉曦2;李航3 單位：1．上海交通大學(xué)