本文關(guān)鍵詞：高分子通報雜志，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《高分子通報雜志》2016年第10期

摘要：

實驗教學(xué)是培養(yǎng)復(fù)合型創(chuàng)新人才的重要實踐環(huán)節(jié)，《高分子化學(xué)綜合實驗》是高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。本文針對目前高分子化學(xué)實驗教學(xué)體系中存在的問題探討了教學(xué)改革的途徑：通過開展多層次的教學(xué)內(nèi)容，引入綜合型、設(shè)計型和趣味型實驗，結(jié)合現(xiàn)代教育技術(shù)，靈活應(yīng)用互動式教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生對高分子科學(xué)的科研興趣，發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，并樹立嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度，培養(yǎng)其獨立的思辨能力和創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：

高分子化學(xué)實驗；教學(xué)改革；創(chuàng)新能力

高分子化學(xué)是高分子學(xué)科的重要領(lǐng)域之一，是以實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科［１，２］�！陡叻肿踊瘜W(xué)綜合實驗》是我�！陡叻肿踊瘜W(xué)》精品課程建設(shè)中重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)和材料化學(xué)專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課之一。實驗教學(xué)的目的是促進學(xué)生理解和掌握高分子化學(xué)理論知識并將其應(yīng)用于實踐，從而增強動手能力以及分析問題、解決問題的能力［３～６］。我校的《高分子化學(xué)綜合實驗》課程已開展多年，課程中開設(shè)了一系列具有代表性的實驗，但在實踐過程中也逐漸暴露出了一些問題，譬如，實驗教學(xué)體系還不夠系統(tǒng)，實驗課內(nèi)容中的驗證型實驗較多，難以提高學(xué)生的思辨能力和創(chuàng)新能力，教學(xué)方法和手段還不夠多樣化，不利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和增強教學(xué)效果。為提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力的復(fù)合型人才，推進廣東省精品開放課程———《高分子化學(xué)》的建設(shè)，對《高分子化學(xué)綜合實驗》教學(xué)體系進行改革勢在必行。改革后的《高分子化學(xué)綜合實驗》除了能使學(xué)生在有限的實踐過程中有效鞏固本學(xué)科的理論知識，掌握基本實驗技能，還應(yīng)提高其自身軟實力，通過實驗課的開展引導(dǎo)學(xué)生對科研探索產(chǎn)生興趣，發(fā)揮其主觀能動性形成創(chuàng)新思維，同時增強其發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。為建立這樣一套科學(xué)的《高分子化學(xué)綜合實驗》教學(xué)體系，應(yīng)始終貫徹以學(xué)生為本的教學(xué)理念，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)模式三方面系統(tǒng)開展教學(xué)改革。

１教學(xué)內(nèi)容層次化：合理配置驗證型、趣味型、綜合型、設(shè)計型實驗

傳統(tǒng)的高分子化學(xué)實驗教學(xué)項目以驗證型實驗為主，實驗教材中寫明實驗?zāi)康�、實驗原理、實驗注意事項等，教師在課前進行講解，課堂上學(xué)生依據(jù)講義中的操作流程進行實驗，并通過實驗結(jié)果驗證高分子化學(xué)的理論知識。目前，《高分子化學(xué)綜合實驗》中已開展的驗證型實驗包括引發(fā)劑分解速率的測定、膨脹計法測定自由基聚合動力學(xué)。盡管在進行驗證型實驗的過程中學(xué)生的基本操作技能得到了訓(xùn)練，但是因為實驗結(jié)果是明確的，實驗留給學(xué)生思考和發(fā)揮創(chuàng)造力的余地非常有限［７，８］。為提高學(xué)生的工程素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，應(yīng)以充分調(diào)動學(xué)生主觀能動性為突破口，調(diào)整高分子化學(xué)實驗課的內(nèi)容，引入設(shè)計型、綜合型、趣味型實驗項目，使教學(xué)內(nèi)容更加層次化、系統(tǒng)化。

（１）設(shè)計型實驗的實施過程中，教師預(yù)先給定學(xué)生實驗設(shè)計要求，學(xué)生據(jù)此查閱相關(guān)文獻和資料，自主設(shè)計實驗方案并獨立完成實驗，通過觀察實驗現(xiàn)象分析實驗成功和失敗的原因以及影響實驗結(jié)果的各種因素，由此讓學(xué)生得到科學(xué)的思維訓(xùn)練。例如，苯乙烯的懸浮聚合可以作為驗證型實驗，預(yù)先給定實驗條件，讓學(xué)生“照方抓藥”地進行實驗，也可以作為設(shè)計型實驗開展，不設(shè)定實驗條件，只提出實驗產(chǎn)物的設(shè)計要求———制備顆粒均勻、大小適中的聚苯乙烯粒子，讓學(xué)生從配方（包括分散劑類型與用量、單體和水的比例等）、反應(yīng)溫度和攪拌策略等方面入手設(shè)計實驗方案，最終獨立完成實驗并評價產(chǎn)品是否達到要求。讓學(xué)生們始終帶著“如何實現(xiàn)設(shè)計要求”的問題，進行“調(diào)研→設(shè)計→實驗→分析→總結(jié)”的訓(xùn)練過程，通過這種鍛煉能夠充分發(fā)揮他們的主觀能動性，大大提高其分析問題和解決問題的能力。下圖是兩組學(xué)生采用懸浮聚合所制備出的聚苯乙烯粒子，圖１（ａ）顯示顆粒直徑在１．５ｍｍ～４ｍｍ之間，若增加有機分散劑聚乙烯醇的使用量還可以制備直徑更小、粒徑分布更均勻的聚苯乙烯粒子，如圖１（ｂ）所示。

（２）綜合型實驗的內(nèi)容和過程較為復(fù)雜，涵蓋了不同的知識點，開展此類實驗?zāi)軌蝈憻拰W(xué)生綜合運用所學(xué)知識和實驗技術(shù)的能力，并有利于學(xué)生建立正確的科研思維和培養(yǎng)嚴謹?shù)目蒲袘B(tài)度。譬如，以苯乙烯懸浮聚合為核心內(nèi)容，可以從產(chǎn)品設(shè)計的角度出發(fā)，采用“原料精制→單體聚合→產(chǎn)品性能檢測”的思路將其擴展為綜合實驗內(nèi)容。在苯乙烯懸浮聚合之前引入“苯乙烯單體和引發(fā)劑的精制”的實驗內(nèi)容，可以使學(xué)生鞏固洗滌、萃取、蒸餾、結(jié)晶等基本實驗操作。將苯乙烯懸浮聚合延伸到聚合物的下游應(yīng)用，如交聯(lián)聚苯乙烯粒子（聚苯乙烯離子交換樹脂骨架）的制備與性能的研究，可以使學(xué)生體驗一個較為完整的功能高分子材料合成的全過程�？紤]到實驗的難度和復(fù)雜度，該實驗著重考察交聯(lián)劑的用量對交聯(lián)密度的影響。由于交聯(lián)劑／單體摩爾比對產(chǎn)物的交聯(lián)密度有影響，粒子最終會表現(xiàn)出不同的溶脹性。通過測定其在良溶劑中的溶脹度，學(xué)生可以非常直觀地獲得配方設(shè)計對聚合產(chǎn)物性能影響的相關(guān)知識。以苯乙烯懸浮聚合為核心內(nèi)容，經(jīng)過一系列擴展后建立的綜合型實驗涉及原料的提純、聚合反應(yīng)、聚合物的改性以及性能評價的內(nèi)容，該綜合實驗具有很好的系統(tǒng)性和延續(xù)性，既能全面提升學(xué)生的實驗技能又能培養(yǎng)學(xué)生全局思考實驗問題的能力，具有重要的教學(xué)實踐意義。

（３）興趣是最好的教師，采用有趣的與日常生活密切相關(guān)的實驗項目，做到趣味性與知識性、實用性結(jié)合，寓教于樂激發(fā)學(xué)生們的興趣，可以顯著提高教學(xué)成效。例如，在高分子化學(xué)實驗內(nèi)容中引入甲基丙烯酸甲酯的本體聚合（有機玻璃的制備）實驗，學(xué)生可以自制有機玻璃相框或有機玻璃墜，將心愛的相片、小掛件、干花鑲嵌在自己合成出的有機玻璃中。為了讓有機玻璃制品更美觀，還可以加入不同的著色劑，制備顏色各異的有機玻璃制品，實驗過程因此而變得充滿樂趣。學(xué)生們對該實驗表現(xiàn)出了極大的興趣。為了制備出合乎自己心意的“作品”，學(xué)生們會自發(fā)對反應(yīng)條件進行優(yōu)化，密切觀察實驗現(xiàn)象，防止聚合時產(chǎn)生氣泡或溫度失控發(fā)生爆聚而制備出失敗的產(chǎn)品。在后期的熱處理過程中，有部分學(xué)生很急切地盼望看到“作品”，在課余時間也會來實驗室查看熱處理過程是否已經(jīng)完成。由于上課人數(shù)較多，實驗課都是分批次進行的，通過對比可以發(fā)現(xiàn)后批次進行該實驗的學(xué)生會比第一批學(xué)生準備更充分，制備出更多美觀和特別的“作品”，這也反映了學(xué)生們對實驗有濃厚的興趣，融入了更多的設(shè)計理念，有助于激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。圖２展示的是學(xué)生通過本體聚合制作的成功、失敗或有缺陷的有機玻璃制品。

２教學(xué)方式多樣化：應(yīng)用多媒體、虛擬化、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等現(xiàn)代教育技術(shù)

高分子化學(xué)實驗的教學(xué)普遍采用的是“言傳身教”的方式，學(xué)生需要在有限的學(xué)時內(nèi)掌握實驗要領(lǐng)，這種單一的教學(xué)方式會限制教學(xué)質(zhì)量的提升。借力于現(xiàn)代教育技術(shù)，普及視頻教學(xué)、虛擬化教學(xué)、教學(xué)網(wǎng)站的應(yīng)用能豐富教學(xué)方式，提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率，強化教學(xué)效果。

（１）視頻教學(xué)：相對于文字講義、口頭講解的方式，視頻演示的優(yōu)勢在于能夠使學(xué)生對高分子化學(xué)實驗有一個初步的感性認識，預(yù)先從心理層面接受實驗內(nèi)容和掌握實驗方法，提高實驗成功率，增加教學(xué)質(zhì)量。譬如，根據(jù)高分子化學(xué)實驗教學(xué)大綱，可以將甲基丙烯酸甲酯本體聚合、發(fā)泡聚氨酯的制備等教學(xué)內(nèi)容拍攝成教學(xué)錄像，向?qū)W生演示基本實驗流程，突出實驗操作中的要點、難點、注意事項等，讓學(xué)生對實驗流程和儀器設(shè)備的使用方法獲得直觀地認識。須注意的是，教學(xué)視頻雖然能再現(xiàn)實驗過程，但不能替代學(xué)生親自動手操作的環(huán)節(jié)，所謂“會看不一定會做”，只有實踐才能讓學(xué)生真正掌握實驗技巧。

（２）虛擬化教學(xué)：對于一些受限于實驗條件難以開展的實驗教學(xué)項目（如原子轉(zhuǎn)移自由基聚合）或具有一定危險性的實驗項目（如高溫、高壓聚合等）可以應(yīng)用虛擬化教學(xué)方式，通過模擬仿真實驗過程，演示實驗現(xiàn)象，穿插操作要點和注意事項等，讓學(xué)生開拓眼界，學(xué)習(xí)更多的實驗技術(shù)和研究方法。原子轉(zhuǎn)移自由基聚合是“活性”自由基聚合的一種，因為具有巨大的應(yīng)用前景而受到廣發(fā)關(guān)注，引入“ＡＴＲＰ的動力學(xué)研究”的實驗內(nèi)容有助于學(xué)生們掌握“活性”自由基聚合的原理和特點。盡管如此，在本科實驗教學(xué)過程中開展ＡＴＲＰ實驗項目難度很大。ＡＴＲＰ通常以亞銅／胺絡(luò)合物作為催化組分，由于聚合所采用的催化劑量很少，即使存在微量的氧氣就能大大降低催化劑的活性，導(dǎo)致聚合難以進行。因而，除氧的效率對于聚合的成敗十分關(guān)鍵。首先，聚合之前須對反應(yīng)溶液以及反應(yīng)釜預(yù)先除氧，加料和取樣時也應(yīng)避免引入空氣，這對學(xué)生們的操作技術(shù)要求很高，相對于普通自由基聚合，該聚合方法的成功率大大降低，實踐教學(xué)效果難以收到理想效果。其次，通入反應(yīng)體系中的惰性氣體須預(yù)先經(jīng)過除氧柱才能使用，并且該除氧柱中的填料事先必須活化（用Ｈ２或ＣＯ還原），該活化過程危險性極高，存在潛在的安全隱患，因而“ＡＴＲＰ的動力學(xué)研究”不適合納入本科生的實踐教學(xué)。采用仿真技術(shù)將“ＡＴＲＰ的動力學(xué)研究”制作成虛擬的演示實驗，則能有效地化解以上問題。根據(jù)實驗流程可以將“ＡＴＲＰ的動力學(xué)研究”的演示實驗分解為惰性氣體凈化、反應(yīng)器和反應(yīng)混合物的除氧、聚合反應(yīng)（包括引發(fā)、增長、終止）、取樣和干燥稱量等步驟，可有效促進學(xué)生們對ＡＴＲＰ原理的理解。此外，聚合過程中ＡＴＲＰ催化劑的顏色會發(fā)生變化，因而該仿真實驗具有良好的指示性和演示度。

（３）實驗教學(xué)網(wǎng)站：建設(shè)專門的實驗教學(xué)網(wǎng)站，上傳課件、講義和教學(xué)視頻，方便學(xué)生有效利用課余時間進行預(yù)習(xí)，有助于提高學(xué)習(xí)效率。此外，還可以通過網(wǎng)站開辟答疑專區(qū)，促進教師和學(xué)生們之間或者不同班級、不同專業(yè)的學(xué)生們之間的交流，營造良好的學(xué)習(xí)氣氛，互相促進和互相提高�？傊�，一切教學(xué)方式都應(yīng)以提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)效率，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果為宗旨。

３教學(xué)模式人性化：靈活應(yīng)用互動式教學(xué)

傳統(tǒng)的高分子化學(xué)實驗課主要采用教師預(yù)先講授繼而學(xué)生動手實踐的教學(xué)模式，無法達到現(xiàn)代教育以樹立學(xué)生創(chuàng)新意識和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力為宗旨的教學(xué)要求，而采用互動式教學(xué)模式能活躍課堂氣氛和促進師生之間的交流，是適應(yīng)當代教學(xué)需求的一種教學(xué)模式。例如，在實驗課堂中，授課教師可以隨機抽取平時已經(jīng)做過的實驗考察學(xué)生的掌握情況。問題歸納法也是互動式教學(xué)方式的一種。在批改完實驗報告之后，教師可組織學(xué)生們進行歸納和總結(jié)，分析各個實驗成功和失敗的原因，讓他們對實驗現(xiàn)象和結(jié)果分析得更為透徹，提升學(xué)習(xí)積極性�；邮浇虒W(xué)過程中師生互為主體，學(xué)生發(fā)言可以幫助自己整理思路，強化對實驗項目所涉及知識要點的理解以及對實驗技術(shù)的掌握。若遇到學(xué)生對實驗結(jié)果存在疑問，想通過再一次的實踐驗證自己推斷的情況，授課教師應(yīng)預(yù)留時間和提供實驗場所、試劑、器材等，有效組織二次課堂的方式，用開放和包容的心態(tài)為學(xué)生開啟探求真理的大門。

４小結(jié)

高分子化學(xué)實驗教學(xué)改革是一項系統(tǒng)工程，應(yīng)始終以學(xué)生為本，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)模式三方面進行，改革后的高分子化學(xué)實驗教學(xué)除了應(yīng)該促進學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，提高實驗技能之外，更要發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性，引導(dǎo)其產(chǎn)生科研興趣，樹立創(chuàng)新意識和培養(yǎng)創(chuàng)新能力。改革過程中教育者應(yīng)明確改革目標，不斷修正或改變教學(xué)方法，為培養(yǎng)高層次的創(chuàng)新人才不斷努力。

參考文獻：

［１］潘祖仁．高分子化學(xué)（第五版）．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，２０１１．

［２］何衛(wèi)東，高分子化學(xué)實驗，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，２００３．

［３］莊啟昕，承建軍，韓哲文．化工高等教育，，２００５，（４）：６９～７０，８３．

［４］殷勤儉，周歌，何波兵，陳弦，陳民助，江波．高分子通報，２００７，（７）：６５～６８．

［５］程捷，羅云杰，閆紅強．高分子通報，２０１２，（１）：１１７～１１９．

［６］王小丹，潘育方，劉寧，李田．化工高等教育，２０１３，３０（５）：６５～６７．

［７］王麗梅．實驗技術(shù)與管理，２０１４，３１（１）：１９～２１．

［８］袁偉忠，王國建．科技創(chuàng)新導(dǎo)報，２０１３（３５）：１７１～１７１．

作者:趙穎 羅美香 蔣智杰 姜蕾 張安強 吳水珠 單位:華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

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