熱分析實驗管理與教學的創新改革

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熱分析技術逐漸成為多種材料研究開發、工藝優化和質量監控的重要手段，在化學化工領域已得到廣泛應用[1]。隨著經濟的發展，越來越多的企業開始采用先進的熱分析儀器監控產品質量，提高自身競爭力[2]。因此，以培養應用型人才為導向的高分子相關專業必須將熱分析儀器用于本科和研究生的教學和相關科研實驗，使熱分析技術成為畢業生熟練掌握的基本技能。根據測試的物理量不同，熱分析儀器一般包括熱重分析儀（TGA）、差示掃描量熱分析儀（DSC）、動態熱機械分析儀（DMA）、流變分析儀（RPA）以及與其他儀器聯用的相關設備[3]。由于熱分析原理抽象、儀器價格昂貴、操作復雜，以往主要用于科研測試和演示性教學，教學效果不甚理想。筆者管理熱分析儀器多年，積累了一定的經驗，淺談兩點熱分析儀器的管理和教學體會。

一、培訓機制和預約機制的改革

近年來，培養學生的實踐操作能力，加強精密儀器的科學管理，已成為實驗室管理的首要目標。由于高校教師經常身兼數職，一人分管多臺大型儀器或者多個實驗的情況普遍存在，若由教師一人操作儀器，會嚴重影響儀器的使用效率，而且所測數據不完整的情況時有發生。最好的實驗操作者應該是樣品的制造者或者對所測材料性能指標最熟知的人，因此實驗室定期組織熱分析相關儀器的使用操作培訓，參加過培訓并考試合格的學生獲得實驗室的準入證，具備獨立操作實驗的資格。實驗室根據每臺儀器的特點，制作了相應的操作流程和操作規范，進一步保證操作者的安全準確操作。為提高儀器的使用效率，熱分析實驗室曾經多次嘗試引入專業軟件建立預約機制，但由于軟件操作過于復雜，受網絡所限等因素，遲遲得不到推廣。近幾年，我們借助師生廣泛使用的QQ社交軟件，建立熱分析討論群，具備實驗操作資格的學生可以標注好實驗日期、樣品組分和樣品個數，在QQ群里進行接龍預約，若有同學撤銷預約，其他同學可第一時間替補，預約信息公開透明。實施QQ群接龍預約后，所有儀器的使用率均達到95%以上，較之前的儀器工作時間提升了80%以上，得到廣大師生的好評。以上的管理改革措施，較大程度上緩解了實驗測試緊張的情況，但受限于熱分析儀器價格昂貴、臺套數少、單個樣品測試時間長、液氮等消耗品供應不及時等情況，學生排隊測試還是比較緊張，尤其在本科生畢業設計環節，排隊等候實驗情況時有發生，以DMA實驗和TGA實驗為例，經常出現從預約到實驗需要2周以上的時間間隔的情況，嚴重影響了科研的順利進行和學生的工作熱情。在此情況下，實驗室嘗試非工作日開放實驗，有需求的學生經導師同意后可以向實驗室和學院提出實驗申請，經審核批準后可進行實驗。為保證實驗安全，實驗室安裝遙控攝像探頭，配備值班學生，明確各種安全或管理問題和解決措施。遇到嚴重違規問題時第一時間進行安全教育和現場教育培訓，由此形成了人人安全操作、愛護實驗設備、遵章守紀的良好實驗室氛圍。

二、儀器教學方法創新

熱分析精密儀器的教學原理比較抽象，平時學生接觸這些儀器機會較少，理論教學學生往往難以理解。本人根據每臺熱分析儀的特點自制多媒體錄像，在教學過程中引入三維動畫技術，生動展示儀器的整體和局部，展現熱分析儀的工作原理和狀態，同時穿插儀器的操作視頻和實例講解，學生可以隨時打開軟件進行學習，激發對儀器的學習興趣。在實驗課和儀器操作培訓課上，因為有了前期多媒體課件的講解，只需要根據每種儀器的性能，講解少量原理，重點講解樣品制備方法、實驗條件設定依據和測試結果（曲線或圖譜）分析方法。增加設計性、綜合性、趣味性的實驗內容和項目，使實驗內容豐富多彩、新穎實用，提高學生的積極性和主動性，培養學生解決實際問題能力和創新思維能力。通過引導，使學生對材料和儀器深入了解，讀懂每條曲線或圖譜，強化學生動手和應用能力。實驗室安全工作是所有工作的重中之重，我們一直將安全教育納入實驗教學之中。在實驗課教學和培訓教學中均會重點講解實驗室所存在的危險源、樣品的安全選擇和制備、廢棄物處理、防護知識、出現安全事故的應急措施等。學生是實驗室學習和工作的主體，也是實驗室安全管理的直接受益人群，所以實驗室安全教育不僅是制度規定，更是對每一個進入實驗室學生的生命的關懷和尊重。儀器管理與教學的最終目的是為科研和實際工作服務。根據日常教學管理中積累的不同科研素材，本人從測試和安全的角度輔助操作者設定完整合理的測試條件，從分析的角度盡量挖掘表征曲線的更多信息。在QQ群上進行實時討論答疑，討論交流過程中鼓勵學生大膽表述實驗結果以及誤差分析，對于一知半解的地方，可做適當提示引導學生分析，直至得出結論。答疑過程中充分啟發學生、激活思維、加深理解，真正達到提高分析問題、解決問題能力的目標。

三、結語

熱分析實驗教學和管理的工作，使我深刻認識到只有通過教學改革，探索新的教學方法和技術，才能使教學課程更加符合教育教學規律，適應時代的發展，激發學生的學習熱情，增強其動手能力，從而培養更加符合社會發展需求的應用型創新型人才。

參考文獻：

[1]朱玲琴,高麗紅.熱分析技術在高分子材料中的應用分析[J].科技創新與應用,2017,(16):65.

[2]王永霞.熱分析—紅外/質譜聯用技術分析化學品混合物危險性的方法研究[D].北京化工大學,2012.

[3]楊銳,陳蕾,唐國平,于俊榮,諸靜,胡祖明.熱分析聯用技術在高分子材料熱性能研究中的應用[J].高分子通報,2012,(12):16-21.

作者:耿潔婷 華靜 單位:青島科技大學