隨著高分子材料科學的迅速發展，先進的儀器分析方法在材料的研究、加工和應用過程中扮演著越來越重要的角色。在本科生和研究生教學中，高分子材料分析表征的教學研究也在不斷開展。[1-9]
通過對典型儀器分析方法的原理、儀器構成、數據處理及在高分子材料研究中的應用等方面的學習，學生能夠掌握高分子材料的常用分析表征方法，具備分析問題和解決問題的能力，為科研工作打好基礎，這也是本校高分子材料與工程專業本科生專業基礎課高分子材料儀器分析的主要教學目標。
高分子材料儀器分析與高分子化學、高分子物理、聚合物成型加工等課程的教學內容密切相關，它們共同構成了本專業的基礎教學體系。[10]
本課程主要涉及色譜法（氣相色譜、反相氣相色譜、裂解氣相色譜、凝膠滲透色譜）、質譜法、光譜法（紅外光譜、紫外光譜、拉曼光譜）、核磁共振波譜法、熱分析、顯微形貌觀察（光學顯微鏡、掃描電鏡、透射電鏡、原子力顯微鏡）和X射線衍射。課程的內容較多，教學中需緊密結合高分子材料的特點與儀器分析方法，體現出實踐性、靈活性、綜合性強的特點。
一、教學方法
（一）注重基本概念和基本原理，開展共性和個性相結合的分類教學
本課程的教學內容涉及高分子材料研究中典型的7大類15種儀器分析方法，每種方法都有其原理、儀器組成、制樣要求和應用實例，課程內容非常豐富。如果授課時面面俱到，學生一定會疲于記憶，淹沒在大量的知識碎片中。而且，隨著新材料和新表征方法的不斷涌現，學生需要了解的知識會逐年增多。這就要求課程教學必須抓住重點，主次分明。作為本科生教學，本課程的重點應放在基本概念、基本原理的講授上。我們將種類繁多的分析方法歸結為7大類，即色譜法、質譜法、光譜法、波譜法、熱分析法、顯微鏡和X射線衍射，并分類進行介紹。教學中首先著重介紹每一類方法共性的基本概念和原理，其次在共性基礎上，介紹各種方法的個性和方法之間的差異，從而突出重點，理清脈絡。
例如講授色譜法時，我們首先強調色譜最基本的分離功能原理，即依據不同組分在固定相和流動相中的分配系數不同導致保留時間不同的原理而實現分離，并介紹最基本的氣相色譜法。在此基礎上，我們再講解，由于高分子材料不能氣化，因此在氣相色譜儀前加裝裂解器，將大分子鏈在高溫下斷裂為可氣化的小分子碎片并進行分離分析，即為裂解氣相色譜；將高分子材料作為固定相，通過研究不同溫度下特定小分子在其中的保留時間變化來研究高分子材料的狀態變化，即為反相氣相色譜；如果不依賴相互作用，而僅是以分子線團尺寸為分離依據，即為凝膠滲透色譜。按照這樣的教學思路，學生在掌握了氣相色譜之后，只需了解其他各種色譜方法與氣相色譜的不同之處，以及由此引申出來的在樣品制備、數據分析和應用等方面的獨特之處即可，而無須記憶大量的知識。這樣的方法有利于學生了解同類的不同分析方法之間的相互關系，形成歸納-推理的學習模式，從而可以舉一反三。
（二）采用啟發和推理式教學
為了讓學生能夠學活學透，在介紹每一種儀器分析方法時，我們都通過三個問題串起全部內容，即why（儀器為什么能工作，即儀器工作原理）、how（儀器怎么工作，即儀器組成及各部分結構和制樣要求）和what（儀器能干什么，即可能的應用）。教師在課堂上把分析方法的原理講深講透，之后從原理出發通過一個個問題引導學生層層遞進，推 理 出 儀 器 組 成、制 樣 要 求 和 可 能 的應用。
例如紅外光譜儀的基本原理是用一定范圍的紅外光照射樣品，其中不同官能團的振動會吸收不同波長的紅外光，使得出射光在特定波長處的能量下降。從基本原理出發，學生們提出紅外光譜儀的基本組成部分應該包括紅外光源、樣品室和檢測器，然后又發現必須要有分光部分，這樣才能知道是哪個波長的光被吸收了。經過提示，他們發現這樣組成的儀器（即傳統的光柵紅外），其分辨率和測試效率相互矛盾。此時，我們再介紹從原理上實現重大革新的邁克爾遜干涉儀，即采用全波長同時照射樣品，同時檢測并通過傅里葉變換得到對單個波長的吸收情況（即現在廣泛應用的傅里葉變換紅外），從而實現分辨率和測試效率的同步提高。經過多次訓練后，學生越來越自覺地采用這樣的推理式學習方法，不僅知識掌握得很牢固，自學能力、獨立思考能力和分析問題的能力也得到了鍛煉。
（三）強調知識之間的相互聯系
本課程與高分子化學、高分子物理和聚合物成型加工的課程內容密切相關。這些課程分別介紹了高分子材料的分子鏈結構、聚集態結構、各種物性及如何成型，而本課程介紹的各種儀器分析方法則是表征這些結構和性能的手段。沒有表征方法，研究人員就是聾子、瞎子，無法了解高分子材料的結構和性能，而不了解高分子材料的結構和性能特征，也就無法針對不同的材料特點進行表征方案的設計，并對表征結果進行合理的數據分析和足夠的信息挖掘。本課程的名稱也恰恰反映了既要了解高分子材料，也要掌握儀器分析方法的特點。
此外，本課程還鼓勵學生就一個問題進行分析，尋找多種解決方案，并比較這些方案得到的結果之間的差異，從而了解不同分析方法解決問題的不同角度，以此來打開學生的思路。例如高分子材料的結晶有多種研究方法，我們可以采用示差掃描量熱（DSC）、紅外光譜（IR）、X射線衍射（XRD）等來研究結晶度，也可以利用偏光顯微鏡、電子顯微鏡等來觀察結晶形貌，還可以利用XRD、光散射等方法來測定晶型和晶胞參數。同樣研究結晶度，DSC依據的是結晶/熔融過程的吸放熱，IR依據的是分子的規整排列引起的特征峰的變化，XRD依據的是晶體對X射線的衍射。
其中，DSC和XRD反映的是結晶的長程有序，而IR還可反映短程有序。因此，這三種方法得到的結晶度常常是不一致的。通過對比這些差異，學生對各種方法的特點理解得會更深入。
（四）在教學過程中灌輸工程實際的概念
本課程的實踐性很強，教學中采用了大量的實際科研工作案例，開展案例教學。實際案例的一個典型特點就是根據不同的材料特點，即使是對同樣的一個問題進行分析，也可能會形成不同的分析方案，因此需要具體問題具體分析。在對這些實例進行分析的過程中，教師要注意不斷融入工程概念，逐漸轉變學生習慣套公式、定理解題的僵化思路。在課后作業中，我們有意給出冗余條件或不提供可以通過文獻檢索得到的數據，強調有效數位等基本概念，要求學生就原始數據進行數據的有效性分析和誤差分析等。這樣能夠促使學生根據千變萬化的實際情況形成分析問題和解決問題的思路，從而具備分析問題和解決問題的能力。
（五）有挑戰性的作業
本課程的作業大多是我們根據科研實際案例自行編寫的。由于與實踐結合緊密，當材料、要求及前提條件不同時，作業就存在多條思路、多個層次、不同答案。因此，每次作業都是一次實戰演習，學生都要花很多心思去完成。由于作業沒有標準答案，因此都由任課教師自己批改，仔細訂正學生的錯誤，并在參考文獻引用、數據處理、作圖等多方面嚴格要求學生，培養學生嚴謹的科學作風。
例如一道作業題：用反相氣相色譜（IGC）分別研究聚苯乙烯（PS）和聚丙烯（PP），請描述探針分子保留值隨溫度的變化規律，并畫出分析結果的示意圖，試說明兩者的差異，并分析原因。這道題考查的內容分為5個層次：
1.一般情況下PS和PP的結晶性。要求學生知道PS一般為無定形態，而PP則可結晶，并由此畫出示意圖。
2.兩者的 特 征 轉 變 溫 度。
PS的 玻 璃 化 溫 度 約 為100℃，PP的熔點約為160~170℃,這兩個溫度應該在示意圖中標出。
3.兩者的特例。全同PS可結晶，而無規PP不結晶。
4.不同狀態下曲線的斜率。玻璃態、橡膠態及熔融態下探針分子的擴散系數不同，所以相應曲線的斜率應不同。
5.實際測定的可能性。
PP的玻璃化溫度低于零度，一般在IGC方法中無法測得。本題一般要求學生能回答前兩個層次。但是，事實上學生的能力非常強，每年都有學生答出3~4個層次，這對于訓練他們從多個角度深入考慮問題非常有益。
在教學內容之外，本課程還結合教學方法和教學內容，引導學生形成積極的世界觀和建立科學的方法論。例如本課程引導學生通過分析不同分析方法之間、不同課程之間，乃至不同學科之間的關聯，體會事物之間的普遍聯系；通過將一種分析方法在此處的局限性變成在彼處的用途，告訴學生要用辯證的眼光看待問題；通過介紹不斷發展的儀器分析方法，讓學生了解事物是處于不斷發展變化中的，不能用僵化的觀點看待問題；通過帶領學生用一條條主線來貫穿所學知識，幫助他們掌握科學的學習方法。
二、結語
高分子材料儀器分析是高分子材料與工程專業的核心課程之一，具有高度的實踐性、靈活性和綜合性。我們通過對教學內容的梳理，突出基本原理，以此為基礎通過推理式教學引導學生自發學習。教學中注重灌輸知識間普遍聯系的觀點和工程概念，并通過作業進行強化，以期為本專業培養視野開闊、基本功扎實、分析問題和解決問題能力強的學生。
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