高分子材料与工程(6篇)
高分子材料与工程篇1
[关键词]建筑工程；智能高分子材料；应用
中图分类号：TU53；TQ317文献标识码：A文章编号：1009-914X（2017）22-0204-01
0引言
文章综述了智能高分子材料在建筑工程中的应用。自修复型高分子材料可大大降低建筑工程的生产成本，同时提高建筑物的安全性和环保性；导电高分子材料可实现光能与电能、热能与电能的相互转化，为建筑物提供能源；环境敏感型高分子材料则会根据环境变化改变自身性能，从而起到美化建筑物、保护居民隐私和保温等作用。智能高分子材料应用于建筑工程中可以在很大程度上提高建筑物的智能化和人性化，改善居民的生活环境。
1智能高分子材料概述
高分子材料具有独特的固有性能，与金属和无机材料相比，其生产成本较低，而且经过改性后无论是在强度还是在功能性上都可以与这两者相媲美。随着高分子学科近一个世纪的发展，越来越多的高分子材料种类的发现，高分子材料已经渗透到各个行业。尤其是在建筑行业，一些高分子材料具有保温、防潮、抗菌等优良的性能，可以大大改善居民的居住环境。
建筑行业是我国的一大支柱产业，据有关资料统计，在500亿平方米的既有建筑物中，大约450亿平方米左右的建筑物为非节能型建筑。建筑物的冬季供暖和夏季制冷措施造成了这些建筑的平均年能耗占我国所有产业总能耗的30%以上。节能建筑受到了广泛的关注，新增建筑物中节能建筑的比例有所提高，不过也仅有10%～20%。高分子材料的功能性使其具有良好的保温效果，将其应用于建筑工程中可以大大降低供暖和制冷的能耗，甚至一些具有储能作用的高分子材料还可以利用太阳能、风能等清洁能源为建筑物提供能源。
2智能高分子材料在建筑工程中的应用综述
2.1自修复型高分子材料
自修复型高分子材料是指材料在受到损伤后可以通过材料自身的作用完成修复，自修复材料囊括了热固性树脂、热塑性树脂、弹性体、橡胶等各类高分子材料，可满足建筑工程多方面的应用。将自修复型高分子材料应用于建筑工程，不仅可以提高材料的使用寿命和建筑施工的成本，而且还大大提高了建筑材料的环境友好性和安全性。
高分子材料基体中利用超分子作用进行自修复的过程也是一种可逆的修复过程，ChenYulin等于2012年制涑隽艘恢种Щ的聚丙烯酸酯，支链为带有酰胺基团的柔性侧链。由于柔性链段的作用，酰胺基团具有良好的动态性，而且在聚合物基体中存在着数以千计的酰胺基团，这些大量的动态氢键作用，可以在短时间内完成材料的自我修复。随后J.Hentschel等又通过可逆加成C断裂链转移聚合方法制备了苯乙烯C丙烯酸丁酯嵌段共聚物，并在链末端引入了2-脲-4-（1-氢）嘧啶酮基团（UPy）。利用末端基团UPy的超分子作用，在45℃下受损材料修复后拉伸强度可恢复到原有的90%以上，断裂伸长率可恢复到原有的75%以上。配体-金属的配合物可逆自修复体系是从根本上利用超分子作用进行自修复的。M.Burnworth等于2011年在乙烯和丁烯低聚物的末端引入含有杂原子的配体，然后利用配体与金属离子的配位作用制备出超分子聚合物。当材料受到损伤后，先利用紫外线辐射使金属和配体解离，从而将超分子聚合物还原成低聚物，使材料的裂痕均一化，然后撤掉紫外线辐射后，金属和配体重新配位，形成新的超分子聚合物。这种金属-配体的自修复体系的修复过程非常快，几分钟内便可完成修复。另外一种典型的超分子作用是离子作用，D.Mozhdehi等制备了一种侧链含有咪唑基团的无规聚苯乙烯材料，并在材料本体中添加金属锌盐。当材料受到损伤后，动态的咪唑基团和锌离子之间的超分子作用可帮助材料实现自修复，并且整个修复过程在常温下便可完成，3h内材料的力学性能可恢复到原有性能的100%。
2.2导电高分子材料
在建筑工程中应用最广泛的智能高分子材料之一便是导电高分子材料，这类材料能实现光能和电能、热能和电能的相互转化。其中，实现光能和电能相互转化的导电高分子材料常用于能源材料和发光材料，如聚合物发光二极管（PLED）和聚合物太阳能电池；能实现热能和电能的相互转化的材料则常用于室内或墙体的保温材料。
与常见无机发光二极管（LED）和有机小分子发光二极管（OLED）相比，PLED的成本较低、对环境污染较小，而且随着喷墨打印技术的发展，PLED的制备、加工变得更加容易。PLED是一种以高分子材料为基体的材料，具有较突出的耐化学腐蚀性和耐候性，并且借助高分子材料优异的柔性和加工性能，可以制备出形状各异、美观大方的发光家具、发光地板、发光墙体等。聚合物制备的PLED器件具有较高的发光效率，且发光颜色和光强可以较容易地通过改变聚合物结构来进行调节，在建筑工程领域的应用前景较广泛。另外，可应用于制备PLED的聚合物材料种类繁多，如聚苯预聚体、聚苯胺、聚芴、聚噻吩等共轭高分子材料；以高分子骨架为配体的稀土金属配合物等。
2.3环境敏感型高分子材料
环境敏感型高分子材料也是一种智能高分子材料，它们可以通过对环境改变的“感应”，来完成自身性能的变化。聚丙烯酰胺类材料是一种热致变色材料，这类材料具有两种不同的相结构，分别是高密度范德华力和高密度氢键结构，随着温度变化，这两种相结构会发生互相转换。材料会在较高的温度下呈现浅色，而较低的温度下呈深色，将这种材料应用于建筑外墙或制作窗户，在夏季或温度较高的白天则可以减少建筑物对热量的吸收，在冬季或温度较低的夜晚则提高建筑对热量的吸收程度，从而达到建筑物本身对热量和温度的智能调节的目的。聚NC异丙基丙烯酰胺便是一种热致变色的环境敏感型高分子材料，其相转变温度在人类较为舒适的体感温度范围内，约为31.5℃。当温度低于31.5℃时，其聚合物链内部氢键作用密度大，这时材料外观为黑色；当温度高于31.5℃时，聚合物内部氢键作用减小，大部分转变为范德华力，这时材料外观为白色。当将这种材料用于建筑外墙涂料时，在较低温度下显黑色，加速热量吸收，提高建筑内部温度（2℃左右）；而在较高温度下显白色，反射热量来降低建筑内部温度（1℃左右），大大缓解了建筑供暖和制冷的能耗。
3结语
智能高分子材料种类繁多，包括自修复高分子材料、导电高分子材料、环境敏感型高分子材料等。智能高分子材料不仅可以提高建筑物的智能化和人性化，还可以改善建筑的美观程度，改善居民的物质和生活环境，具有较为广泛的应用前景。
参考文献
高分子材料与工程篇2
关键词：高分子材料与工程；实验教学改革；综合能力
中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2014）19-0026-03
我国高分子类专业设置始于1953年，其专业人才培养强调“拓宽专业，打好基础，理工结合”[1]。随着社会对高分子材料需求的日益增长，社会迫切需要大量素质高、能力强的高分子材料高级技术人才，这些人才不仅要掌握必要的科技、文化知识，更要具备较强实践能力和解决工程实际问题的能力。实验教学是高校教学活动的重要组成部分，是理论与实践相结合的重要教学环节，是开展创新教育的重要课堂，是提高学生综合能力的重要手段。材料学科属于实践性较强的学科，发挥实验教学的作用对高分子材料与工程专业学生的培养更显紧迫。
一、美国高校理工科实验教学及管理的做法及经验
笔者曾作为国家公派访问学者到美国Akron大学留学访问一年，期间参观了美国其他数所理工科高校，并有幸参与了其中部分学校的理工科实验教学，了解了其实验教学特色及管理办法。
1.教学基础宽厚、扎实，教学要求很严格。美国高校理工科实验教学分三个阶段：首先，实验技术人员对学生进行仪器使用和学习的全方位指导。然后，根据学生基础阶段掌握的知识和技能，教师指导其进一步实际应用、仿真模拟实验。教师只引导、启发学生如何分析问题并找到解决方法，进而指导学生制定最优实验策略，同时给学生留下诸多开阔思路的问题。最后，布置一些设计性实验题目由学生在规定的时间内独立或以小组形式完成。学生需自行设计方案、选择仪器、分析结果、优化方案。在美国，高校和老师都十分重视把最新试验方法、技术和设备引入实验教学中，让学生及时了解、接触和掌握新事物，使学生体会到科技的进步和竞争，为其后来的学习和工作奠定坚实的基础。
2.实验教学注重能力培养，灵活教学。美国各高校实验教学课程体系相对完善且稳定，并注重将科研成果转化为实验教学内容，要求各学校每年更新实验教材，改进原有实验项目。由于实验教学是动态变化的，所以在内容、方法和技术上都有新思想和新东西产生，教师的教学方法很活，主要是提出问题、启发思路和引导争论。例如，学生通过集体讨论的方式汇报实验方案、测试和分析结果，使学生从知识运用和归纳总结等方面都得到锻炼。学生做实验时主要是靠简单的讲义和设备说明书，自己多思索，并查有关文献。教师鼓励学生在合理操作的条件下，去摸索、调试和使用各种仪器，使学生能充分发挥其科学的思维和预见性。这样，学生的动手意识和能力普遍较强。例如美国Akron大学的实验室不但全天向学生开放，且有专业人员进行指导，每个学生都有机会操纵实验室中各类仪器，并将自己的设想付诸实际，使学生的创造能力得到锻炼和提高。
3.教学方案和过程因材施教。美国高校的教学类型和过程分层次进行。理工科实验教学从博士一直延伸到本、专科层次。每个教学层次都有各自的教学大纲和模式。层次越高，设计研究和学生独立性的成分越多。在教学中，教师主要在选题和实验要求上有所区分。他们按学生的实际情况因材施教。如，笔者到美国麻省理工学院调研发现，该校大量增设选修课和实验课，充分尊重学生个性的发展。对一些新实验和综合性实验，师生一起讨论，形成一个学术自由的良好氛围，同时使学生树立自信心，在学习和训练中充分展示个人才华。课程最终成绩要根据基础知识、创新成分和实践能力来评定。
4.管理体系松中有严。美国高校实验室采取全开放式管理，以Akron大学为例，所有实验仪器都对学生无限开放，学生可以全天自由使用所有设备，每台仪器都有专人负责，学生在使用前需对相关操作规程及注意事项进行严格培训，合格后，需遵守“提前预约使用制度”及“使用过程登记制度”，即可自主操作设备。当然，每台设备有严格的安全规程，若操作不规范或恶意破坏致设备损坏，该学生将被取消所有设备的使用权。这种制度促使学生能自觉、规范地使用仪器，并保障了学生创造性、创新性的自由发挥。
二、我校高分子材料与工程专业基础实验教学存在的问题
目前，我们工科实验教学质量和水平与美国大学情况相比差距很大。我校的高分子材料实验教学存在诸多问题，主要表现在：
1.体系不合理。实验教学与理论教学是相辅相成的，既有联系，又存在相对独立性。但目前多数实验教学在内容和形式上都附属于理论教学，对实验教学的重视程度不够，未单独设课、单独考核，实验课时较少，各门实验课程、各实验之间缺少联系和配合，未形成一个有机整体，体现不出实验教学自身的连贯性和系统性。这种传统的实验教学体系，在培养学生创新精神和实践能力中发挥的作用远远不够，无法适应新世纪创新人才培养的需要[2]。
2.内容滞后。在当前专业实验教学中，传统、经典的实验内容较多，体现现代科学技术的实验少；注重实验内容与结果的实验多，培养学生实验技能的实验少；验证性实验多，培养学生创新能力的设计、研究性应用性实验少；内容单一的实验多，综合性实验少。同时实验项目统得过死，学生完全处于被动状态，实验教学质量相对不高。
3.方法单一。传统的实验教学模式是学生“照单抓药”。实验前教师把实验目的、原理、仪器使用和测试方法、实验步骤和表格及数据处理方法等进行详细的讲解，学生只需按教师的指导按部就班，很少进行独立思考和细致观察。这种教学方法使学生对教师过分依赖，也抑制了学生个性思维的发展和创新能力的培养，不能发挥学生的实验积极性，学生的动手能力和实践技能得不到应有的培养，教学效果差。
4.实验教学手段落后。在现代信息技术迅速发展的今天，虽然网络、多媒体等现代教学技术在理论教学中得到了普遍应用，但虚拟、仿真等实验技术手段未能在实验教学中推广应用，不能与实际实验有机结合[3]。这样，一些高档仪器的调试和一些耗费高、时间长、毒性大、危险性高的实验，就只能听教师讲解、演示，不能实际操作。另外，网络、多媒体等现代教学技术在教学中的应用程度还是较低，还未能与实际实验教学有机结合。
三、专业基础实验教学改革的思考
上述问题影响了教学质量，制约了学生实验技能和创新思维能力的培养。笔者认为，美国教育成功的一面就是实践教学办得活、充实、新颖，这很值得我们学习。为加快我校高分子材料与工程实验教学的改革步伐，必须遵循理论与实践相结合、整体优化、培养能力为主的原则，改革实验教学体系、实验教学内容和方法、教学考核评价体系、实验教学管理和教学条件等。
1.改变实验教学体系。（1）建立独立于理论教学的实验教学体系。传统的实验教学只是理论教学的辅助手段，缺少独立的教学体系。这种体制在注重创新的时代具有很大弱势。在此体制下，高校实验室的作用受到严重制约，实验设备陈旧，师资队伍不齐、实验教学质量低下，也就谈不上创新能力的培养。另外，因原来实验室从属于教研室或系，所以实验教学的内容常从属于某一门课程；各门课程按自身需要开设实验，忽视了相关课程间的联系；且相近课程的实验内容有重复，造成仪器重复购置、利用率低、资金耗费较大等弊病。针对这种状况，为适应创新教育的要求，实验教学必须形成自己的教学体系，要打破课程间的界限，建立相互渗透的实验教学课程新体系。实验课要独立设课，有自己的教学大纲、教材，改变传统实验课单一对应理论课的做法。只有这样，才能使专业实验教学既注重纵向知识体系的系统性，又注重横向知识的相互渗透；使专业实验教学最大限度地挖掘学生的知识潜能，有利于学生创造性思维和创新能力的培养。（2）建立系统化、科学化和规范化的开放式的实验教学体系。在实验教学中，应以学生自主学习为中心，充分挖掘实验室潜力，向学生全面开放实验室，包括仪器、时间概念上的开放及实验课程、项目、研究课题的开放，“放”要以新颖有趣、科技含量高的实验项目，富有挑战性又具有实际应用的课题和先进的仪器激励和吸引学生积极参与。学生可视自己情况到实验室预约登记，安排时间进行实验，给学生提供一个充分自由学习、实验的空间和轻松的环境，激励学生的创造性和创新思维，培养学生的独立工作、实验能力。
2.改革实验教学内容。传统实验教学开设的理论验证性实验居多，常为机械、灌注式教学，这种教学方法很难达到培养学生综合解决问题的能力、开发学生智力和培养实验研究技能的目的，也体现不了学生在实验教学中的主体地位。因此，建立知识和能力并重的实验教学体系很有必要。要将培养学生科学实验的基本素质、独立思维、独立操作和综合运用知识的能力作为实验教学的目标，按照实验教学和培养创新能力的要求，优化课程体系及知识结构、更新教学内容、减少验证性实验内容，增加设计、综合、创造性实验内容等，构建以培养学生实践和创新能力为主的新型实验教学体系。我校从课程体系、教学内容、手段、方法着手改革，已初步尝试将部分课程取消、合并，调整了部分科目的实验内容。另外，我校增加了部分专业课综合实验，多途径提高学生的实践和创新能力。如由实验教师出一些实验题目，要求学生自己（或小组）去查找有关资料、选择仪器，对实验结果和问题尽可能自己分析或开讨论会解决，以促使学生自觉学习，增强他们的合作和独创意识。
3.完善实验教学质量考核评价体系。包括对教师和对学生的考核。在对学生的考核中，采取教考分离、抽测制度等，建立重心向创新能力倾斜，并利于全面素质提高的评价体系。要以提高学生的能力为观察视野，以学生主体和谐发展为目的，改变单纯以分数为评价标准的状况。对实验课程的成绩评定方法也需要进行修改，禁止只凭出席情况或实验报告确定成绩的做法。将学生平时的学习研究成果计入课程总成绩，科学性与公正性相结合、稳定性与灵活性相结合。建立并不断完善教学质量评价体系是提高实验教学质量的保证，更能促进学生深入、灵活地学习，促进学生自主、积极地学习，更有利于学生学习能力、创新能力的培养。
4.改革实验教学方法与手段。要采用灵活多样的实验教学方式。在实验教学中必须承认和强调学生在教学活动中的主体地位，重视教会学生善于学习、独立获取知识的能力。要废除注入式教学方法，切实调动学生的积极性。实验讲课中，教师只需扼要提示操作的关键和注意事项，让学生自己实践，为其留下思考的余地。要加强学生的实验主体意识，要创造条件激发学生的求知欲，开发创造性思维。随着新技术和工艺的不断涌现，教学仪器的更新周期也将缩短，陈旧的实验手段、落后的设备、呆板的实验方法与当今信息时代极不协调。学生对先进的仪器和相关领域较前沿的实验手段有浓厚的兴趣，而现代化设备都是多学科领域高技术成果的综合体，操作这些设备，除了专业知识，还需要一定的英语水平、计算机知识等，这会增加学生的危机感和紧迫感，激发他们的学习热情和积极性，并自觉学习各方面知识，提高综合素质。因此，为适应不断提高的教学要求，必须加大对实验室建设的投入，应该将现代化的仪器设备用于实验教学。
5.优化实验技术队伍建设与管理保障机制。实验技术队伍建设是保证顺利完成各项实验教学和科研任务的基础，如何发挥这支队伍的作用，还需要加强对这支队伍进行统一的管理。在管理中，必须坚持“统一培训、统一调配、统一考核”的管理模式，提高实验技术人员的整体素质，更好地为教学、科研及学生服务。实验指导教师的素质直接影响实验教学质量，为适应教学需要，我院对实验室人员进行统筹规划，力争实现理论和实践教学并重，还设立了实验教学改革实验室开放基金和实验室自制仪器等项目，以支持专业教师和实验技术人员从事教学和科研，鼓励并资助教师对一些设备进行开发利用，充分调动了实验室工作人员使用大型仪器和参与科研的积极性，既提高设备的利用率，又发挥了实验室工作人员的主观能动性。另外，为实现专业实验室的可持续发展，我校着力加强实验教学队伍建设，制定了人员培训计划及具体措施，积极支持实验室人员参加各种专业知识和大型仪器的培训，以改善其知识结构、提高人员素质和水平，逐步形成一支热爱实验教学教育理念、科研能力强、经验丰富、技术熟悉、勇于创新的实验教学队伍。
高分子材料与工程专业实验教学应立足现代教育技术平台，在教学体系、内容、考核制度和管理保障体系等方面进行改革。应始终以培养高素质的人才为宗旨，树立以生为本的思想，以培养人的创造能力为核心；尊重和焕发学生在教学过程中的主体意识和主动精神，建立以学生为中心的教学模式，给学生更多的参与机会；把教学过程作为加强多种素质训练的过程，全面提高学生分析和解决问题的能力、创造能力等，使学生在活动中增强能力并形成良好的心理品质。只要我们扎实进行改革，随着实验教学作用的充分发挥，素质教育的实施会卓有成效，就有望培养具有创新能力的高素质人才。
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高分子材料与工程篇3
关键词:高分子材料;高分子化学;实验教学
高分子化学实验是高分子化学课程教学的一种最有效的实践教学形式,它可以帮助和促进学生课堂理论知识的学习与消化,建立和巩固高分子化学基本概念和理论,获取高分子化学知识,培养科学素质和操作技能。我国著名化学家戴安邦指出:“只传授化学知识和技术的化学教育是片面的,全面的化学教育要求既传授化学知识和技巧,又训练科学方法与思维,还培养科学精神和品德,学生在化学实验中是学习的主体,在教师指导下进行实验,训练用实验解决化学问题,使各项智力皆得到发展”。这番话指出了开设化学实验课的深刻内涵和重要价值。2004年国家教育部颁布的《普通高等学校本科教学工作水平评估方案》在评估指标的二级指标“实践教学”中,从“实践教学内容与体系,综合性、设计性实验课的比例及效果,实验室开放”三个方面明确了实践教学改革和发展的方向。近几年高校的化学类实验教学改革取得了令人瞩目的成果。高分子材料科学与工程专业是很多高校在近年来新开设的专业,在实验教学与改革方面的成果积累较少,尤其高分子化学实验教学采用陈旧的教学内容和教学方法依然居多。通过调研发现,目前国内高校高分子材料科学与工程专业的高分子化学实验教学依然不同程度地存在一些问题。
一、高分子化学实验教学现状剖析
1.实验教学体系和内容欠争理
多数的实验教学附属于理论教学,没有单独设课和单独考核,实验课时相对较少虽然有些高校高分子化学实验已经独立设课,但仅作为考查课。实验教学内容中传统的、陈旧的实验较多,而体现现代科学技术发展成果的实验很少认知性、验证性实验所占的比理偏高,培养学生创新能力的综合性、设计性、应用性和创新性的实验偏少,而且实验环节偏重于理论,突出高分子材料应用性特点的实验太少,不利于培养学生的工程观念。
2.实验教学方法单一
学生按照实验讲义预习,然后进实验室。实验前教师把实验目的、实验原理、仪器使用方法、测试方法、实验步骤和数据记录表格及数据处理方法等进行详细的集中讲解。学生只需按教师指导的过程按部就班或者依照讲义“照方抓药”,就可以完成一个实验。一部分学生糊里糊涂地来到实验室,只动手不动脑地完成实验,然后又迷迷糊糊地离开实验室。实验的现象和结果没有给他们留下太深的印象,对学生观察能力、分析问题和解决问题的能力以及创新意识的培养都很不够。这种统一模式、统一要求、齐步走的教学方法,一方面造成了学生对教师的过分依赖,另一方面抑制了学生个性思维的发展和创新能力的培养。
3.实验嫩学手段落后
在现代信息技术迅速发展的今天,虽然网络技术、多媒体技术等现代教学技术在理论教学中得到了普遍应用,但虚拟、仿真等实验技术手段未能在实验教学中推广应用。这样对于一些耗费过高、时间过长、毒性过大、危险性过高的实验,只能最低限度地开设,且开设过程中费用大和危险性高,导致学生对此类重要实验缺乏足够的认知和感受的机会。
二、新教学模块的实践性探索与成效
针对目前国内高校高分子材料科学与工程专业高分子化学实验教学中存在的一些问题,借鉴其他化学实验教学改革的优秀成果,提出了基础技能实验、综合设计实验、研究创新型实验的三个高分子化学实验教学模块体系,并在每个模块中结合常熟理工学院教师的科研成果引入_些新的实验教学内容,采用开放式实验教学方法。通过实验教学实践发现新的体系和教学方法在培养学生的创新意识和工程实践能力方面起到了较好的效果。
1.基础技能实验教学模块
基础技能实验模块构建的目的着重建立高分子化学实验与相关基础理论知识之间的有机联系。培养学生的实验安全意识、清洁卫生习惯和严谨的实验态度。训练学生掌握熟练规范的实验操作技能和技巧,为后续的实验教学模块的实施打下良好的基础。
基础技能实验模块的教学内容设计在课时总量的40%～50%为宜,课时数约30学时,开设8～10个实验。教学内容设计涉及到高分子化学反应机理,如自由基、阴离子,阳离子等连锁反应机理,缩聚、基团转移聚合等逐步反应机理,开环聚合反应机理等。在实验实施方法方面涉及到本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合、熔融缩聚、界面缩聚等。如设计膨胀计发测定苯乙烯本体聚合动力学实验,让学生直观感受到了诱导期概念、聚合过程体积减小的现象以及聚合物溶液的粘性特征等非常重要的高分子化学理论知识。设计过硫酸钾引发甲基丙烯酸甲酯自乳化聚合实验,除让学生明确了乳液聚合的基本原理外,还了解到了聚合物大分子链端基的重要作用。设计己二酰氯和己二胺界面缩聚实验,让学生深入理解了界面缩聚的概念和聚合物的可纺成纤性能等主要高分子知识。通过设计一些自由基、阴离子、阳离子等连锁反应机理的实验,使学生进一步掌握了活性中心的概念,同时在实验过程中认知了这些引发剂的活性、安全使用和贮存事项。
2.综合设计实验教学模块
综合设计实验教学模块旨在培养学生较强的实际动手能力,自主设计和分析解决问题的能力。本实验模块是实验教学的较高层次,注重学生实验的自主设计性和综合性。
教学内容设计在课时总量的20%～25%为宜,课时数约15学时,开设2～3个实验。本教学模块的特点之一是实验内容的综合性,可以将同一门课的几个实验,或者是几门课的实验组合在一起,形成一个大实验。本教学模块的特点之二是实验方案的灵活性和设计性,侧重培养学生的自主实验和学习的意识和良好习惯。例如关于高分子合成实验先确定好采用的聚合机理和聚合方法,在原材料配方组成、引发剂种类及用量、合成温度等工艺条件方面给出一个大致的框架,然后让学生在所给的框架内进行自行设计和实施实验。譬如悬浮法制备聚苯乙烯珠粒实验,水的用量范围为苯乙烯质量的100%～200%、分散剂为磷酸钙或聚乙烯醇两种、引发剂过氧化二苯甲酰用量为苯乙烯质量的0.2%～1.0%、反应温度设定在75℃～85℃范围等。学生通过自行设计的方案实施实验获得了不同的实验结果,通过对不同组之间实验结果的综合分析,找到了影响悬浮法制备聚苯乙烯珠粒的一些因素,激发了学生动手实验的兴趣,发挥了学生自主实验和学习的主观能动性。
3.研究创新实验教学模块
设置研究创新实验教学模块培养学生的科研和创新意识、提高学生的综合素质和应用开发能力,为实现培养高质量的应用型人才的教育目标提供重要的教学内容实体支撑。
本实验模块是实验教学的最高层次,注重学生实验的独立自主陛、综合性、应用性和创新性,教学内容设计在课时总量的20%～25%为宜,课时数约15学时,开设2～3个实验。本实验教学模块的特点之一是实验项目的独立自主性和综合性。也就是说确定好实验项目之后,让学生在实验教师指导下独立自主地进行实验项目方案的调研、设计、实施和结果分析。本实验教学模块的特点之二是实验项目的应用性和创新性,所拟定实验项目必须关联生产实践中的聚合物产品,充分体现实验项目的应用性。实验项目设计主要针对这些高分子产品生产实践中存在的共性问题和关键问题的解决来进行设计。通过研究创新实验的实施,发现学生学习积极性很高,乐此不疲,为培养学生创新意识和展示高分子化学实验的应用性特征提供了最佳学习平台,尤其是开发一些联系生活实际的应用型实验,可使学生亲身感受到高分子化学实验的实用价值,能强烈激发学生的创造动机。此外,研究创新实验往往需要多名学生共同完成,有利于培养学生的团队合作精神。例如,聚氨酯绝缘漆的制备及性能测定实验,每个学生做一个实验配方,每5名学生一组,5名学生的实验结果综合在一起可以得出高分子树脂配方组成与漆膜性能之间的关系曲线,以及固化条件与漆膜性能之间的关系曲线。在实验过程中,5名学生要共同安排实验方案,尽量保持操作的一致性,最后得出的结果要呈规律性变化。如果有一名学生操作有误,这个实验点就会落在规律性以外,影响其他学生对实验现象的观察。因此,实施研究创新实验项目对教师也提出了更高要求。在每次实验前,教师要指导学生拟定方案,并对可能出现的实验现象和各种影响因素进行分析,实验过程中,又有多种意外的实验现象出现,这势必要求师生共同分析和讨论造成这些现象的原因,帮助学生透过现象深刻理解事物的本质。这样做需要教师有相当的知识储备量,并且要求教师也不断进取,充分体现了教学相长的教育理念。
三、结论
基础技能实验、综合设计实验、研究创新实验+教学模块教学的实践证明教学效果显著,特别对提高学生综合实践能力、激发学生理论课学习兴趣、培养学生创新意识和应用开发技能取得了预期效果。基础技能实验模块的教学效果主要体现在实验现象与相关基础理论知识之间的有机联系,高分子化学实验操作技能和技巧的掌握和规范。综合设计实验的教学效果主要体现在学生自主设计和分析解决问题的能力培养。研究创新实验的教学效果主要体现在学生科研和创新意识的建立,以及学生团队意识和应用开发能力的培养。
参考文献:
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高分子材料与工程篇4
（一）优化人才培养方案，加强课程体系建设专业学位硕士研究生的人才培养方案应更加突出行业、企事业单位的职业性质和特点的要求[5]。按照行业特点或职业需要优化人才培养方案，构建课程体系。在课程设置中尽可能体现出与学术型硕士研究生的区别，在课程设置上突出实用化、工程化、技术化和职业化特点，改变课程设置僵化、强调统一、灵活性差等缺点。
1.课程体系的构建要打破原有全日制学术型研究生课程体系的框框，在重视基础理论能力培养的同时，要适度增加通用型理论课程模块，即“大学科、大平台”课程。材料工程专业学位研究生应掌握各种材料的制备技术、材料的各种分析手段和表征方法，以及工程技术与实践能力。因此，作为专业学位课，我们设置了《材料工程案例分析》、《材料制备技术》和《材料现代分析方法》三门课程。其中，《材料工程案例分析》是一门综合性工程技术性很强的课程，内容涉及金属材料、无机材料、高分子材料以及复合材料在实际工程应用中的特点及技术指标要求，例如金属材料的失效原因分析及采取的措施；电子陶瓷材料在高温烧结时颜色变黑的原因；钛酸钡本应为绝缘材料，但添加稀土元素变为半导体材料；等等。与其他基础课程相比，与企业生产实践的联系更为密切，重点在于培养学生分析和解决实际工程技术问题的能力。《材料制备技术》涉及各种材料的制备原理、制备方法与应用特点，是材料工程研究生必须掌握和了解的基础理论知识。《材料现代分析方法》是一门重要的工具课，既涉及到基础理论知识，又侧重于方法的具体实践应用，是必须掌握的专业学位课程。其内容包括X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜、能谱分析、光电子能谱、原子力显微镜、差热分析、红外光谱、核磁共振、激光粒度分析、比表面测试等各种表征和分析测试方法。这些核心课程的设立将奠定专业学位研究生解决实际工程和技术问题的理论基础。
2.根据培养方向不同，灵活设置研究生课程模块，即“小方向”课程。例如，根据材料工程方向发展的特点和结合材料学院的科研基础，材料工程专业硕士研究生的培养方向主要有材料加工成型与模具设计、电子功能材料与器件、新能源材料与电源技术、高分子材料合成与改性等四个方向。在这四个方向上可灵活设置专业方向模块课程，即每个方向设置两门任选课程。材料加工成型与模具设计方向主要课程有《材料成型技术与模具》和《材料表面工程技术》，电子功能材料与器件方向主要有《先进无机材料与物理性能》和《光电转换材料与器件》，新能源材料与电源技术方向主要有《电化学原理及测试技术》和《新型能源材料》，高分子材料合成与改性方向主要有《高分子材料选论》和《有机波谱分析》。按不同的培养方向灵活设置研究生课程，可为专业学位研究生提供更大的自主选择性，有利于培养其职业素养，提高学习效率。
3.除了专业学位课和选修课外，为了提高研究生的解决实际工程和技术问题的能力，强化专业实践能力，作为必修课程，设置了《材料科学与工程实验》和《专业实践》这两门课程，以更好地凸显专业学位研究生职业取向和过硬的专业实践的特色。同时，还设置了学术讲座、知识产权、信息检索、技术经济分析等课程，以期全面培养专业学位研究生的信息获取能力和企业技术管理等能力。总之，课程设置要联系企业实际需求，考虑专业学位硕士研究生学习工作和研究背景等实际因素，根据企业技术创新的需求，整合教学资源，开发出一套以因材施教、体现学科前沿和实践性的专业学位研究生课程体系，不断提高研究生解决实际技术问题的科研攻关能力。比如，在材料工程专业学位硕士研究生的培养过程中，我们让研究生学习典型的数据处理软件Origin和CAD、ProE等工程制图软件，而该类实用工程软件的学习无疑将提高专业学位研究生的实践技能。
（二）加强师资队伍建设专业学位研究生的硕士论文选题应来自于企业和科研课题，工程背景明确，应用性强。因此，专业硕士研究生导师要求双导师制。一位是校内的导师，另一位是企业导师。学校导师主要负责研究生的课程学习、开题报告、学位论文理论部分的指导等；企业导师负责专业学位研究生的选题、工作安排、专业实践能力的培养、学位论文实践部分的指导等。学校、企业导师要共同制定研究生培养方案，从而保证专业学位研究生培养的质量。在实际操作中，要注意以下问题：
1.在导师遴选上，既要对导师的学历、职称、科研成果等进行量化评定，又要从工程实践经验、基础理论和指导能力及精力等方面对导师进行全方位综合测评。只有达到要求的校内外导师才有资格被聘为专业学位研究生导师。此外，要弱化对导师学历的要求，强化对导师工程实践能力和专业技术能力的要求。
2.加强专业学位研究生导师素质建设。随着专业学位硕士生规模的不断扩大，现有校内导师有相当数量是从学校到学校的年轻导师，他们虽然学历高，但大多缺乏实际工程经验。为此我们有计划地选派年轻教师到设计院、高新技术企业去挂职锻炼。同时，通过承担企业的横向研究，使年轻教师了解工程实际，参加企业的产品开发、设计、技术改造以及企业的运行、营销和管理，从而了解企业的需求。同时，在稳定现有导师资源的同时，我们从企业聘请或引进有工程技术背景的技术人员和专家作为专任的专业学位研究生指导教师，根据学科方向相近或相似的原则，成立3～5人由校内和校外导师组成的导师指导团队，这样可有效发挥各自导师的作用。
3.聘请企业专家担任相关课程任课教师。例如，《材料工程案例分析》这门学位课，可以聘请行业技术专家以专题讲座形式讲授新技术、新工艺和新设备，分析企业面临的技术难题或企业实际发生的技术难题如何攻关解决等，强化研究生解决实际工程技术问题的意识和能力；加大实践领域专家承担专业课程教学的比例，明确实习实践导师和论文导师的职责。
（三）深化校企合作，建立研究生联合培养基地结合专业和行业的特点，选择条件好的企事业单位、科研院所等共建研究生联合培养实习实践基地，强化产学研用人才培养链条。材料学院已与行业部门共建实习实践基地十多个。2012年，桂林电子科技大学材料学院和桂林电器科学研究院有限公司共建了研究生联合培养基地，该基地被批准为省级研究生联合培养基地。上级有关部门拨专款用于该基地的建设。材料学院的专业学位研究生可方便地到该基地实习实践，企业的导师和校内导师组成导师指导团队共同指导专业学位研究生。同时，联合培养基地拿出专项资金用于改善研究生的实习实践条件以及资助专业学位研究生的科研课题。经过实践发现专业学位研究生的工程实践能力和职业技能明显提高。目前已基本形成了培养单位和行业部门良性互动的包括课堂实践、科研实践和企业实践的实践教学体系。
二、结语
高分子材料与工程篇5
关键词：教学―科研一体化；实践能力；创新精神
中图分类号：G647文献标志码：A文章编号：1674-9324（2017）15-0008-02
一、引言
高校本科实验教学是巩固理论知识、培养创新意识和高素质工程技术人员的重要环节，然而传统实验项目多以基础教学为主，即使是和专业知识最为紧密相关的专业综合实验等实践内容也仅涉及到基础的实验操作、简单合成方法和成形工艺实验，学生完全不能触及本专业发展的各个领域，更无法拓展对本专业深层次、系统地了解。实验教学缺乏引导性，无法激发学生自主探索和创新意识。为了改变实验教学现状，各个高校开展了对实验室教学模式的改革和探索，并取得了一定的成效[1-4]。
本校高分子材料与工程专业经过几十年地发展，已形成了相对稳定的科研团队，如生物医用高分子材料、光电高分子材料、3D打印材料、凝胶高分子材料等，引领着本专业的不同发展领域。如何在公共实验室资源有限的条件下，按照学校发展和人才培养的总体需求，将科研项目和科研室纳入本科实验教学环节中，建立教学―科研一体化的综合实验室教学管理体系，以科研带动教学，使大学生都能涉及本专业发展的各个领域，了解本专业最新发展动态，从而激发潜能和创新精神的培养，是解决实验教学最积极有效的途径。
二、存在的问题分析
1.教学内容设置缺乏引导性、自主性和创新性。由于实验室建设的滞后性，高校本科教学中设置的实验多以基础性和验证性为主。传统实验项目的设置总是选取固定的几个实践操作项目让学生进行实际操作，实验内容局限且简单[5-7]。传统实验教学内容缺乏引导性、自主性和创新性的培养，因此将本专业各科研实验室研究项目纳入到本科实验教学，是目前迫在眉睫的事情。
2.实验室设置缺乏系统规划。由于缺乏统一规划，目前大部分高校的公共实验室和专业教师的科研室相对分散，科研室相对独立，大部分本科生很少接触到教师的科研项目和科研实验室，无法触及专业精密仪器和设备及专业发展的前沿领域。将科研实验室纳入到本科教学中，依据科研项目设计综合性、设计性、探索性等可行的教学实验项目，提高科研实验室专业精密仪器和设备利用率，提高学生对本专业研究领域的认识，从而引导学生的创新意识。因此，系统规划基础教学实验室和科研室的布局，起到了优势互补和综合利用的最佳效果[8]。
3.实验教学缺乏有效的管理和考查机制。目前，实验实践教学以学分制作为对学生的考查机制，学生按照规定时间参加安排的实验教学环节，并完成实验指定的内容即可获得学分。实验教师往往在实验前安排好所有的实验细节，学生被动的按要求做完实验，既没有对实验内容做相关了解，也没有进行前期的查阅资料等准备工作，更无法谈及探索和创新精神。无需思考和挑战的实验考查机制无法达到自主性和创新性的培养。
三、解决措施
1.建立教学―科研一体化的综合实验室。本着以科研带动教学、教学和科研相互促进的理念，并结合本专业的研究领域采用统筹的思想规划教学和科研实验室的安排，形成教学和科研室的有利结合。学校正在筹划整体搬迁事宜，新的实验大楼已准备就绪，借搬迁的好时机系统筹建和规划的教学―科研一体化的综合实验室如图1所示。公共实验室和科研室设置在同一区域，既方便教师科研实验时高效利用公共实验室资源，又利于学生对专业研究领域的认识和了解，也解决了科研室科研项目转化为实验教学项目提供的容纳空间。
2.建立教学―科研一体化实践项目计划。科研项目纳入本科实践环节，应制订完善的科研教学实践项目计划：（1）对科研项目纳入教学环节的实践教学内容要进行科学的论证和认定，重点考察实验目的的明确性、实验装备的利用性、实验效果的显著性、能力培养的递进性和激发创新意识的能动性，尤其要考察是否代表本领域最精简、核心和是否具有完整系统性的引导项目。（2）科研教学实践项目申请，鼓励专业教师及其研究生对研究领域的科研项目进行提炼，制订适合本科教学的实验项目，对实验目的、方案、可行性和创新性等进行充分论证，由院学术委员会审核通过后进行实施。（3）根据科研项目的变化积极更新实验项目。部级、省级等纵向和校企联合的横向科研项目代表当前该学科发展的最新方向和社会的最新需求，应根据在研的科研项目及时更新科研教学实验项目。
3.完善实验室实践教学监督、管理和考核评价体系。一方面，对纳入到教学实践中的高校科研室进行考核和绩效评估，促进实验室管理体制及运行机制改革；另一方面，强化对学生能力的培养，必须整改对学生实验环节的考查机制。完善教学―科研综合实验室实践教学监督、管理和考核评价体系，应从以下三方面入手。（1）实验室实践教学监督、管理和考核体系的设计。①学校应建立合理、高效的激励机制，鼓励科研实力强的专业教师将科研项目成果浓缩为实验项目，应用于本科教学；②教务管理人员制订教学监督、管理措施，切实落实科研项目在实验教学中的实施和运行；③制订出合理的考核体系和奖励措施，实施平时常规检查与年终考核相结合的绩效评估机制。（2）科研教师的考核与绩效评估。①为了激励科研教师向本科教学的倾斜力度，把实验室建设与教师的科研方向结合起来，与实验室绩效评估结果结合起来，绩效高的研究室加大投入力度；②为了鼓励专业教师科研成果为本科实践教学服务，学校除了在工作量上考虑专业教师本科实践教学方面付出的诙外，把此项工作作为职称评审的重要方面。（3）学生实验环节的考查机制。科研实验项目对学生的综合素质要求较高，需制订合理的考查机制才能够充分调动学生的积极性。学生实验环节的考查包括前期准备、实验进展和实验完成情况三个部分。前期准备方面的考核包括对实验目的的认知、实验方案设计、实验准备等；实验进展情况方面的考核包括分析问题和解决问题的能力；实验完成方面的考查包括对实验结果的分析和处理、实验报告的撰写等。分别从实验前期准备报告、实验进展报告、实验结果报告和实验室制定的成绩考核办法四个方面进行成绩考核。
四、结语
高校科研项目和科研实验室纳入本科实践教学环节，在提升大学生实践创新能力素质培养的同时，也给实验室科学规划和实验室教学管理带来了新的问题。专业教师、教务管理人员和实验管理部门必须对教学―科研一体化综合实验室教学管理体系进行积极探索，充分整合教学、科研资源，加强科研成果向日常教学的渗透，实现实践教学质量的提高。
参考文献：
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[5]武晓峰，高晓杰.高校实验室建设发展报告[M].北京：清华大学出版社，2014.
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高分子材料与工程篇6
论文摘要：高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。那么，高分子化学具体内容及高分子与生活、高科技的发展关系如何呢？以下作简单介绍。
人类从一开始即与高分子有密切关系，自然界的动植物包括人体本身，就是以高分子为主要成分而构成的，这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等，也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后，这些人工合成的化合物，才取得高分子化合物这个名称。但提到合成高分子材料（聚合物）的应用与发展，人们在想到它们极大地方便我们的生活的同时，很多人会想到“白色污染”，甚至将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于高分子，这说明他们对高分子并不十分了解。当今社会高分子的功用无处不在，而人们认识高分子时，往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益，不了解它为人类文明做出的贡献是巨大的。
一、高分子化学的内涵
1．何为高分子化学
顾名思义，高分子就是相对分子质量很高的分子，它是高分子化合物的简称。高分子化合物，又称聚合物或高聚物，是结构上由重复单元（低分子化合物—单体）连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大，小到几千，大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支，同样也是从事制造和研究分子的科学，但其制造和研究的对象都是大分子，即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子，称为高分子、大分子或聚合物。
2．高相对分子质量与高强度
相对分子质量和物质的性质是密切相关的，是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能，才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直链的烷烃化合物，但是分子量变化很大，其机械力学性能因而也有极大的区别。
3．高分子科学的主要内容
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学，对大分子的反应和方法的研究，显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题，也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有：如何将低分子化合物连
接成高分子化合物，即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子，其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子，就要去合成具有特殊结构的高分子。
二、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志，是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工，具有一定结构、组分和性能，并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用，把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用，往往会引起人类社会的重大变革，材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料，家家离不开高分子材料，处处离不开高分子材料，是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的，高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料，另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一，塑料：一类是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等；另一类叫工程塑料，其强度大，如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二，纤维：人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物，通过不同的加工，生产出了各种纤维制品，极大地满足着人类的需要。
第三，橡胶：天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制，于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶，如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
第四，精细化工：比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品，如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油，使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂，以及各种吸水树脂等都是高分子产品。三、高分子化学与高科技的结合
当今社会，人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起，人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料，来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展，出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
随着生产和科学技术的发展，许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来，如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域，下面简单介绍特种高分子材料：功能高分子是指当有外部刺激时，能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料；高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴；特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料（化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂）的范畴。
第一，力学功能材料：强化功能材料，如超高强材料、高结晶材料等；)弹性功能材料，如热塑性弹性体等。
第二，化学功能材料：分离功能材料，如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等；反应功能材料，如高分子催化剂、高分子试剂；生物功能材料，如固定化酶、生物反应器等。
第三，生物化学功能材料：人工脏器用材料，如人工肾、人工心肺等；高分子药物，如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
可以预计，在今后很长的历史时期中，特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。
四、高分子化学的可持续发展
研究高分子合成材料的环境同化，增加循环使用和再生使用，减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染，也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成，在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成，探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子来处理污水和毒物，研究合成高分子与生态的相互作用，达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。
参考文献：