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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:
[1]冯新德.展望21世纪的高分子化学与工业[J].科学中国人,1997,(11)
现在的大学生多数为独生子女,在成长过程中,父母更多地注重他们的文化课学习,忽略了对其动手能力和责任心的培养;而中小学在这方面的重视程度也不够,导致部分学生动手能力较差,责任心不强。在实验过程中一方面表现为紧张、不敢操作;另一方面表现出对有毒有害物质的回收处理认识不够,没有环保意识,对水、电、易燃易爆等危险化学品的使用不当,安全意识淡薄。高分子化学实验过程中,必然要接触有机溶剂,易燃易爆、有毒有害物质,防火、防爆、防中毒、防止环境污染是学生时刻需要注意的问题。只有具备环保意识和安全意识,在实验过程中具有强烈的责任心,才能防止环境污染现象的出现和安全事故的发生。高分子化学实验正是培养学生这两种意识的有效途径。因此,我校教师在高分子化学实验教学中采取了多种方式对学生进行环保与安全意识培养。
2环保意识培养
2.1在实验教学中培养环保意识
北京的雾霾天气,使身在其中的人们深切体会到恶劣环境对自身的不利影响。伴随着工、农业生产的快速发展,大量化学污染物进入生态系统,对全球生态环境造成了严重危害,给人类生存带来巨大威胁。因此,环境问题越来越受到重视,对“三废”的处理提出了更高的要求。在现有条件下,与高分子化学有关的生产不可能完全避免使用有毒有害物质,因此,对学生进行环保教育至关重要。高分子化学实验教学是对学生进行环保教育的有效途径,不仅要培养学生的动手能力、分析和解决问题能力,还要重视传授环保知识,使学生有机会、有能力利用所学知识,处理实验中产生的有毒有害物质,主动参与到环境保护工作中,增强学生的环保意识。
2.2加强污染物的回收管理
在高分子化学实验中,常会用到有毒有害、易燃易爆的试剂,最大限度减少污染物排放是师生共同的责任。实验教师要对学生实验过程中产生的废弃物进行严格管理,以增强学生的环保意识。实验过程中,要求学生将所有有害物质回收到指定的回收瓶中,对不能再利用的废液进行无害化处理,对能再利用的进行提纯、重复使用,减少有害物质排放。如果在实验过程中有有害气体生成,则实验必须在通风橱中进行,并对有害气体进行无害化处理后再排放。实验教师必须对实验过程进行监控,发现问题及时解决,并提醒全体学生注意。通过一系列的措施,学生的环保意识不断增强,处理有害物质的能力也不断提高。
2.3采用小量、半微量实验
高分子化学实验使用的很多是易燃和毒性较大的药品,在实验过程中可能会产生一些对人体和环境有害的物质,因此,尽可能减少实验中的“三废”排放量至关重要。高分子化学基础实验旨在培养学生的操作能力和观察能力,要求实验现象明显。实践证明,采用小量实验完全可以满足这两方面的需要。当学生具备基本操作技能后,复杂合成实验可以采用半微量法进行。这样既达到了实验目的,又节约了药品,缩短了实验时间,减少了“三废”的产生,减轻了对环境的污染。
2.4将环保能力列为考核内容
对学生每次实验中试剂取用情况、废弃物回收处理情况、有害气体处理情况进行记录,并记入平时成绩。在学期中的实验笔试中加入废弃化学物品的无害化处理方法内容;在实验操作考试中,安排废弃物处理实验,以抽签方式确定考题,考试内容有:废弃单体和聚合物的处理,高浓度有机溶剂的处理,酸、碱废液的处理,洗涤废液的处理等。
3安全意识的培养
3.1安全教育贯穿教学始终
首先,在理论教学中进行安全意识教育。比如,讲解绪论时,在介绍高分子化合物的合成特点和物理性质后,及时举例说明一些低燃点常用物质,如烷烃、乙醚、乙醇、丙酮、过氧化物等易燃易爆物质,告知使用时要注意防火、防爆。随着教学的深入,逐步强化实验安全教育,介绍常用化合物(如苯、甲苯、二甲苯、硝基苯、甲醛、苯酚等)的毒害性及使用注意事项,为实验教学做好准备。其次,在实验教学中加强安全教育。在第一节实验课上,采用讲解、演示等教学方式,专门进行安全教育,强调水、电、易燃易爆物质、有毒有害物质的安全使用和事故处理办法。随着实验的进行,要求学生在每次实验课之前,必须弄清楚与实验有关物质的物理性质和注意事项;实验课中,实验教师检查并确认学生的实验装置没有错误后,学生方可继续进行实验;当学生的实验装置或操作方法有误时,可以请其他组的学生指出并纠正错误,以加深学生印象,有效防止类似错误的发生。
3.2利用多媒体课件辅助教学
为有效提高教学和安全教育效果,实验教师还制作了多媒体课件供学生学习。比如基本操作中的“单体的精制”,需根据被精制单体的沸点选择热源,要求蒸馏时不能将烧瓶中液体蒸干。由于实验课时有限,低沸点物质的蒸馏和高沸点物质的蒸馏不能都在课上进行。虽然教师在课上对此进行了多次强调,但还是有很多学生在蒸馏操作中习惯性选择第一次蒸馏时使用的热源,而不考虑被蒸馏组分的沸点。还有些学生不知道何时停止蒸馏,往往一直将液体蒸干。利用多媒体辅助教学可以解决以上问题。学生可以在多媒体课件上看到不同热源的选择方法和蒸馏过程,也可以看到错误操作所造成的危害。通过多媒体辅助教学,学生在这方面犯的错误明显减少了。
3.3将安全意识纳入考核范围
为引起学生对实验安全性的高度重视,我们将实验安全内容纳入考核范围,考核内容包括物质的物理、化学性质查阅,实验装置的安装,实验操作,化学试剂的安全量取,溶剂及产品的回收,实验结束后水、电关闭。此外,在学期中安排一次实验笔试考试,考试内容包含安全操作注意事项和违规操作可能产生的后果;学期末安排一次实验操作考试,考试内容包括实验装置的搭建及易燃试剂的安全使用,反应过程中产生的有毒气体的处理方法等。教师在考前将要制备的目标产物告诉学生,实验方案和制备过程完全由学生独自完成,一组学生(20人左右)由两位教师监考,最后给出操作考试成绩。通过以上改革,学生的安全意识普遍增强,实验教学进行到中期时,已经看不到学生在实验结束后不切断电源、用明火提纯易燃单体、用过的溶剂不回收等现象了。
4结语
1.1教学理念上,注重调动学生自身主动性
应用型人才培养的教学理念要求在继承传统教学优势的基础上,大力创新教育观念,坚持以学生为本,调动学生主动性[3]。作为一门实践教学活动,高分子化学实验教学要取得良好的教学效果,必然要更新教学理念。在应用型人才培养定位下,我们确立了以学生为中心地位,尊重学生意愿,充分发挥学生能动性、积极性和创新性的教学理念。在教学过程中,让学生占据课堂的主导地位,将教师的被动教变为学生的主动学,教师定位于学生实验的组织者。教师的主要作用不是讲解,而是组织学生主动思考、动手实验。课堂上,教师不再用权威性的语言告诉学生,什么时候准备实验,选择什么样的试剂,而是把自己融入学生中,和学生一起讨论和思考,学生由被动转为主动,成为实验教学的中心。鼓励学生自己制定标准,自己确定实验步骤,允许按自己设计的预习报告进行实验,如实记录实验现象和实验数据,自己分析实验过程中存在的问题及解决办法。实验结束,鼓励学生自己点评,交流实验过程,总结成功经验,分析失败原因。
1.2在教学载体上,为学生提供充实的实验材料
在教学过程中,教师工作的重点是为学生提供大量的学习资源,使学生处于一种可以选择的、能满足他们需求的自由实验环境。通过开发《高分子化学实验》课件增设多媒体教学内容,将实验项目、基本仪器操作使用等制作课件,并将课程资料上网,学生直接申请下载、预约实验。通过多媒体实验演示,让学生在较短的时间内,直观的掌握更多的实验内容,节省了课堂时间,提高了授课的实效性,为学生的个性培养和自主学习创造了有利的条件。学生也可自行拟定设计课题,学生自己查阅资料,预约教师进入实验室进行指导。对学生自己设计的或自带课题的实验,只要所设计的实验方案合理、实验条件许可,就允许进入实验室开展实验,让学生成为实验的主人。上述课程改革,《高分子化学实验》课程已被评为校级精品课程。另一方面,逐渐开放实验室和仪器设备。常用的玻璃仪器由学生自己保管。大型仪器,如红外光谱、元素分析、激光粒径测定仪、X射线衍射仪、扫描电镜等为学生全部免费开放,学生通过提前预约,可对实验中制备的化合物随时进行分析表征。
1.3改革教学内容,增设综合性和设计性实验
为了增强学生的实践能力和独立思考能力,在教学中注重理论与实践相结合,结合高分子化学的基本问题,将科研成果转化为可供学生实验的教学内容改革教学内容,重新编写《高分子化学实验》教学大纲和实验指导书,删除了部分内容陈旧的验证性和基础性实验,增设综合性、探索性和设计性实验,确保实验教学内容的先进性、新颖性。通过精选实验内容使学生加深对所学理论知识的认识,了解高分子化学领域的飞速发展和高分子材料在人们的日常生活和高科技领域中的应用,为学生将来走向工作岗位奠定基础。在教学内容上,不设置标准答案,挑选应用性和综合性强的实验。将传统的单纯“灌注式”理论教学转变为"教学-文献查找-文献综述-汇报交流-自主实验"的多环节、多方式、互动性、研究性、开放式教学。如实验内容上增选“聚乙烯醇的缩醛化制备胶水”的实验。此实验应用性很强,让学生通过实验亲身感受高分子化学的重要意义和实用价值,增强学生实际动手能力。学生在实验中表现出浓烈的兴趣,相互之间探讨实验的工艺过程和应该注意的事项,对制备的胶水质量互相比较并查找原因,收到了良好的教学效果。在"苯乙烯分散聚合的实验"中,对同一单体选用不同的分散剂,包括有机分散剂、无机分散剂及复合分散剂。通过改变引发剂用量、搅拌速度等,使不同组的学生在不同的聚合条件下进行实验,然后将实验结果进行比较、讨论和总结。对于设计性和研究性实验,教师提前一周告知实验内容,提供部分参考目录,供学生查阅。学生自己设计出可行性的实验方案,经教师批准后进行实验。目前已开设的设计性和研究性实验都是以高分子领域中的最新研究成果并结合本院教师的科研项目与科研经验开设的,如"温度和pH值敏感性水凝胶的制备及对药物的释放性能"、"无皂乳液聚合制备核-壳结构聚合物"等。设计性和研究性实验的开设,能够充分调动学生的学习积极性,发挥学生的主观能动性。使学生把自己所学的理论知识、书面知识和科学研究紧密相结合,提高了学生对于科学研究的认识,同时激发和促进了学生的科研兴趣。
1.4考核方式上,采取组合式考核,提高实验教学效果
实验考核是实验教学的重要环节,是激励学生学习和巩固知识、检查教学效果、改革教学方法的重要手段。多年来,我校沿袭的高分子化学实验考核办法是实验报告和期末理论笔试各占50%。该考核方法导致学生对实验预习、实验操作重视程度不够,考试前死记理论知识,综合实践能力薄弱。在应用型型人才培养的要求下,我们改革了传统的实验考核方法,建立了平时成绩、实验操作考核和笔试相结合的新型考核模式,使实验课的考核和评价能够更加科学化和合理化。在高分子化学实验的考核过程中,采取平时考核和实验考试考核相结合的办法。平时考核侧重于对学生平时学习情况的评价,包括实验预习、实验操作、实验记录、实验报告等内容。实验考试考核既要考查学生的实验基本操作和综合运用能力又要检验学生掌握的理论知识。考试之前教师设定合理的考核内容,包括在规定时间内完成一个完整的实验和理论抽查。实验考试时,将学生每4~5人一组进行分批考试,通过考察学生的基本实验操作,实验方案、仪器安装、结果处理以及产品质量等,考查学生掌握实验技能情况。实验结束后,教师根据实验过程的条理性、实验操作情况以及实验结果对学生实验考试进行评分。操作考试结束后,针对实验过程中的理论知识随机抽查3~5个简答题,考察学生对知识的掌握情况。通过平时考核和实验考试考核相结合的方式,能科学有效地对学生进行学习效果评定,提高学生学习的积极性。
2结语
【关键词】高分子化学;双语教学;教学改革;科研导向
随着人类文明的进步与社会经济生活的发展,能源危机、人类重大疾病相关问题、环境问题等一系列对全球造成影响的科学技术问题的出现使得化学学科、特别是高分子学科成为所有学科的中心学科。例如,基于共轭聚合物半导体材料的有机发光二极管、场效应晶体管和聚合物太阳电池等最新的科研成果将成为未来社会生活中主要的半导体元器件;高分子药物的出现将能够很大程度上对药物释放、药物靶向性等方面进行控制而不需要增加更多的临床药物试验;生物医用高分子在改善人类生活质量方面更是意义非凡。而各种塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等高分子材料更是关系到人们衣、食、住、行的方方面面。可以说,现代人的生活已经离不开高分子化学和高分子材料。因此,对高分子科学的研究越来越受到国内外学者的关注。
高分子科学的诞生源于高分子合成化学,其基本概念源自于有机化学、物理化学等化学、材料学科,这种情况导致我国现有的高分子科学领域从业人员来源多样。其中,从本科阶段即接受高分子化学教育的比例依然很低,很多从事高分子材料、高分子化学、高分子物理、高分子工程等领域研究的人员本科主修为无机化学、物理化学、有机化学、材料学等专业。一定程度上,这些研究人员存在对高分子化学体系缺乏系统认知的可能。在我国高等学校进行高分子化学教学教育活动,是提高我国现有的高分子科学领域的从业人员基本素养与技能、促进我国高分子科学发展、壮大的重要途径。
近年来,高等学校为主导的国家级或省级“协同创新中心”的设置,使我国高等学校进入新一轮的由教学型(教学科研型)大学向科研型大学转变的历程中。为快速实现这种转变,培养高层次、研究型的高分子科学领域人才愈发显得必要和重要。目前,主要的国际学术会议、顶级国际学术期刊均以英语为主。通过学术会议、、论文检索等在这些国际知名的学术舞台上进行高分子方面学术活动与信息交流,观察国际高分子学科的发展动向,无疑是我国高分子学科跟进国际学术发展步伐和超越世界学术水平的基本条件。为此,我们必须建立培养能够熟练使用英语进行高分子化学相关学科听、说、读、写应用的国际性专业人才的教育体制和培养机制,强化我国高分子方面的科技队伍建设。换言之,在本科阶段开展高分子化学双语教学,为培养具有国际化交流能力的研究生和高层次高分子科学从业者,对我国高分子学科的发展具有非常重要的意义。
在教学实践中,我们发现完善教学内容,教学方式与手段,通过激发学生学习兴趣和专业兴趣,能克服其对双语教学中英文的畏惧和排斥都有益处;制作精减的英文讲义、多媒体课件深入研制等方法和措施的实施,安排学习英文讲座视频等都有利于双语课程的讲授。
3)利用视频和录像内容辅助教学。制作教学录音和录像,给学生共享,让学生课下可以继续观摩课堂内容,培养其听和说的能力。不断构建新的新的本科双语教育模式,使本科生能从双语教学过程中分享课程教育国际化的机会,从中受益,并获得在其他场所不能获得的实践和能力锻炼,从而提高整体素质、创新意识及综合能力。安排学生参加国际学术会议,到场听取英语母语国家的专家汇报,同时录制会议报告录像和录音。
4)组织学生检索高分子化学基础理论相关英文文献、制作课件,并互相评阅,提升学生使用英文交流的能力。从科研的角度让学生体会双语教学“重点在读懂、其次在会写,然后是能听懂和能说”的含义。
5)对于课堂教学效果的考察采用按照学习内容分段考核,并以英文形式呈现。例如,逐步聚合及其原理和聚酯、聚酰胺放在一起考核;自由基聚合物及其原理和实施方法一起考核;工程塑料、天然产物、环境污染和降解与稳定化放在一起考核等。这样的做法,让授课内容的排列更加紧凑,也让学生更好的把握知识点的相关性。
6)强调背景预备知识积累,强化双语教学对其他相关化学课程的关联性,培养学生专业英语综合素养,以期对学生阅读英文文献、其他相关英文课程教科书有所裨益。
总之,在过去几年的高分子化学双语教学中,我们通过合理的教学改革措施的使用,提高教学质量和教学效果,为将来这些接受良好英语授课培养的学生进入科研岗位,从事研究生学习打下良好的基础。当然,这些方法也有继续改进的空间,我们也将继续进行深入研究与探索,总结经验,探索培养具有创新意识和创造能力的高分子科学人才的新思路和新方法。
【参考文献】
[2]许一婷,戴李宗.关于《高分子化学》课程教学的几点思考[J].广东化工,2008 (8):165-167.
[3]李丽.多媒体在高分子教学中的应用[J].高分子通报,2006(2):64-69.
[4]刘国勤,黄芳,刘天娥.《高分子材料》课程改革探讨[J].河南科技,2008(2):6-26.
[5]王家喜.高分子化学教学改革初探[J].化学试剂,2009(4):307-309.
[7]邹汉涛,刘晓洪,黄年华,等.《高分子化学》教学方法的探讨[J].武汉科技学院学报,2009(3):58~60.
关键词:高分子化学;高分子物理;多媒体教学
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)46-0053-02
随着高分子材料在日常生活和生产中的广泛应用,高分子科学作为一门交叉学科,渗透到各个领域与学科,企业和社会对高分子专业的人才需求越来越大。然而,国内开设高分子专业的高校毕竟有限,远远不能满足社会的需求。为了满足社会和企业对高分子专业人才的需求,许多非高分子专业的相关专业为了提高学生的综合能力,满足社会对高分子专业人才的需求,开设一部分高分子方面的专业课。然而,由于学时有限,非高分子专业在开设高分子方面专业课时,往往将相关的两门或多门高分子专业课糅合在一起,一方面,在不影响其他专业课学时的同时,使该专业的学生学习和掌握了一定的高分子方面的知识;另一方面,提高了学生的综合专业能力,以满足社会和企业的需求。《高分子化学与物理》课程是很多高校的非高分子专业为了满足社会需求所开设的一门综合性高分子课程,它是将高分子专业的《高分子化学》与《高分子物理》进行糅合,主要讲述高分子的基本理论和应用,内容比较抽象,概念繁多,课程的学时数又较少,这使得授课的内容和讲授方式的选择尤为重要。通过近五年的不断改革和实践,笔者积累了一定的教学经验,取得了较满意的教学效果,本论文将近年来在高分子化学与物理教学过程的体会与非高分子专业的教师进行探讨。
一、根据教学对象,安排教学内容
《高分子化学与物理》是针对非高分子专业的本科生开设的一门高分子课程,非高分子专业的本科生对高分子方面的知识完全陌生,要使他们在没有基础的情况下,理解并掌握比较抽象的链段、分子链的柔顺性、均方末端距、高斯链、等效自由连接链和液晶等概念,教学的效果很难想象。因此,如何使教学内容由简入难、由相识到陌生、由具体到形象,这就要求教师根据所讲授对象的特点,选定教学内容。东北石油大学化学化工学院应用化学专业和化学专业均开设了《高分子化学与物理》专业课,学时数均为48学时,只有理论,没有实验,安排的学期均在大学三年级下学期。由于两个专业前期学习的专业课不同,学生的基础知识掌握也不尽相同,虽然两个专业的学生均学习了《有机化学》、《物理化学》等基础课程。然而应用化学专业的学生在学习这门课程之前,还学习了《合成材料助剂》、《精细化学品化学》、《水溶性高分子》等专业课,对高分子的基本概念、合成原理及应用有一定的了解。因此,在同时对这两个专业讲授《高分子化学与物理》时,在课程内容的安排上,会存在不同。笔者通过近几年的教学实践,将两专业的所学《高分子化学与物理》课程进行了较详细的内容区分,化学专业的课程内容安排倾向于高分子的基本概念、自由基聚合机理、高分子的分子结构和高分子的性能等基本理论以及高分子的发展前景,而对于阴离子聚合、配位聚合、高分子结构与性能的构效关系只做一般性的介绍。应用化学专业的课程内容安排则倾向于逐步聚合、链式聚合、共聚合以及聚合物的化学变化,高分子化学结构与性能的关系,聚合反应的动力学,聚合方法等。同时,在教学过程中,课堂讲授与学生自学相结合,对教学内容中的重点和难点进行重点讲解,通过习题的方式将学生难以理解的内容进行系统复习,加深学生对内容的理解。通过对课程系统、有针对性的安排,使具有不同高分子基础的学生在学习《高分子化学与物理》的过程中,感到轻松、易懂,提高教学效果。
二、针对抽象内容,合理使用多媒体
《高分子化学与物理》的主要内容不仅包括《高分子化学》中的自由基聚合、逐步聚合、离子聚合、配位聚合以及共聚等聚合反应的机理、过程以及聚合反应的动力学,而且还包括《高分子物理》中的高分子的分子结构、高分子的运动、高分子的力学性能以及高分子的电学热学等性质,概念较多、公式多、内容抽象,尤其是聚合反应的动力学、聚合反应机理以及高分子的结构与各种性能之间的关系,机理的表述和公式的推导繁杂,板书费时费力,仅仅依赖“黑板+粉笔”的教学模式,很难在较少的学时内将这些抽象的重点内容讲解清楚。多媒体辅助教学具有处理信息量大、质量高、共享性好、交互性强等特点,能够形象、直观、生动地将传统教学手段难以表达的抽象教学内容有条理地表现出来,拓宽课堂教学的知识体系,提高教学质量。如《高分子化学》中的自由基聚合反应机理和聚合反应动力学理论性强,该理论是建立在增长链自由基等活性假定、稳态假设和聚合总速率等于链增长速率三个基本假设的基础上,内容抽象;又如链段、分子链的柔顺性、高斯链以及均方末端距等概念,对非高分子专业的学生,很难在短时间内理解掌握,使用多媒体可将这些抽象枯燥乏味的理论知识直观和形象化,利用多媒体中的动画过程将这些抽象的理论过程生动地展示给学生,使学生在较少的学时内更快地理解所学的内容,加大教学信息量,同时能够充分调动学生学习的积极性。然而,《高分子化学与物理》课程中概念抽象、公式繁多,多媒体课件虽然能将抽象的内容具体化,但是多媒体显示过快,学生很难在短时间内真正对多媒体中显示的概念和公式充分地理解掌握,这样会使学生失去学习的兴趣。因此,针对这门课,不能完全使用多媒体教学,应该将多媒体教学与板书教学相结合,聚合反应动力学公式的推导用板书一步一步进行推导,多媒体可将板书推导过程进行复习或重复演示,这样学生可以在板书推导过程动脑思考跟上老师的思路,同时多媒体使学生对老师板书教学过程没有真正理解掌握的内容进一步复习巩固,从而提高教学质量。
三、讲授与答疑相结合,发挥学生的主动性
《高分子化学与物理》是一门抽象、枯燥的课程。课堂是教学过程的关键环节,在讲授的过程中,如何调动学生学习的主动性使学生将枯燥的理论教学与实际生活相结合呢?在《高分子化学与物理》的讲授过程中,尤其要时刻注意教学的趣味性。如何将高分子材料的力学性能、各种弹性数学模型、高分子的溶解过程以及高分子的电学、热学和光学性质等抽象的理论在较短的时间内让学生真正的理解掌握呢?教学的方式或方法非常重要,教师可以结合日常生活中的例子,通过多媒体动画或实验演示展示给学生,使学生在学习抽象理论的同时,了解这些理论在实际生产和生活的应用。如在讲授弹性数学模型时,可通过弹簧的形变过程形象地展示给学生,也可以利用弹性橡胶在受外力作用时的形变过程将这些模型展示给学生,激发学生的兴趣。当然,仅仅依赖课堂的讲授是远远不够的,由于大学教师上课结束后,与学生交流很少,学生对课堂中的一些重点和难点仍百思不得其解,这些会影响他们学习的兴趣、热情甚至信心。因此,教师应针对课程内容,适当地结合实际,留出一部分答疑时间,与学生交流,了解学生学习过程存在的问题,及时解决学生学习过程的难点,让学生产生学习的兴趣。《高分子化学与物理》规定的讲课课时非常有限,然而课程内容繁多,理论性又强,要想使学生真正掌握这门课程,教师就必须在以课堂教学为主的同时,安排适当的答疑时间,及时解决学生学习过程中存在的问题,激发学生学习的兴趣。东北石油大学的应用化学和化学专业开设《高分子化学与物理》这门课程时,任课教师通过课上讲授和课下答疑相结合的教学模式,使抽象、难懂的理论知识变得易懂,学生学习的主动性大大提高,也大大提高了教学质量。
《高分子化学与物理》是一门概念抽象、理论性强的课程,作为东北石油大学应用化学和化学专业的一门重要的专业基础课,讲授这门课程的教师通过多年不断的探索,采用多媒体与板书相结合、讲授与答疑相结合的教学方法,大大调动了学生学习的兴趣,使非高分专业的学生能在没有高分子专业基础的条件下,能很好地理解和掌握高分子专业知识,提高了教学的质量。同时,讲授该课程的教师从课程教授对象、课程内容、讲课方式以及师生互动等多方面进行了总结,只有认真做好每一个环节,合理地运用多媒体教学手段,不断提高自身的素质和专业知识,才能提高教学质量,成为一名合格的专业教师。
参考文献:
[1]张镭.高分子化学教学的改革与探索[J].高分子材料科学与工程,2002,18(3):202-203.
[2]张小冉,祖立武,王雅珍.高分子化学课堂教学中多媒体的应用[J].高师理科学刊,2007,27(1):99-101.
[3]徐晓东.非高分子专业《高分子化学与物理》教学中的几点体会[J].高分子通报,2010,(05):74-78.
[4]高建纲,宋庆平,丁玉洁等.工科非本专业《高分子化学》课程的教学探讨[J].高分子通报,2009,(05):63-66.
[5]刘兆丽,曹亚峰,谭凤芝.非高分子专业高分子化学与物理教学的几点探索[J].科教导刊,2013,(02):82-83.
[6]于淑娟.高分子化学教学改革的实践与探索[J].广西师范学院学报,2009,26(3):123-125.
关键词:高分子化学实验教学改革;探究式教学;绿色化学
当今环境污染问题日趋严重,对于化学化工行业“绿色化”发展的需求愈发明确、清晰[1-2]。高分子化学实验是高分子专业的一门专业必修课,在高分子化学教学中占有重要地位,可以有效地训练学生的基本技能和综合素质。但传统高分子实验中的试剂使用量很大,种类较多且大部分试剂都具有毒副作用和较强的挥发性,对环境影响很大;同时在教学过程中侧重于实验技能,对于学生的绿色化学意识、环保意识和责任意识相对较少。因此,通过高分子化学实验的绿色化学教学改革,可以加深学生对理论知识的实践理解,提高学生的创新意识和绿色意识[3-5]。为此,笔者在从事高分子化学实验教学中进行了一些有益探索。
一、探究式教学概念
探究式教学,又称发现法、研究法,是美国教育学家杜威在20世纪初提出的,他认为科学教育不仅仅要使学生掌握大量的理论知识,更重要的是学会科学研究的过程和方法[6-8]。其实古人在很多年前就提到“授人以鱼,不如授人以渔”,已经明确表明了学会方法的重要性。探究式教学方法具体是指从学科研究领域或者从现实社会中选择和确定一个主题,然后在教学中设置一个类似于科学研究的问题,以学生为主体,在教师的引导下,学生自觉、主动地探索科学知识,找出解决问题的方法,进行修改和完善,形成自己思想的学习过程。相比于传统实验教学方法,尝试让学生发现实验教学中存在的问题并主动地提出相应的解决方法,可以提高学生的参与度和积极性。探究式教学方法的实施可以促使教师教学方法和学生学习方式的转变,有利于学生创新意识和动手能力的培养。
二、高分子化学实验教学中存在的问题
传统高分子化学实验教学和有机化学实验等实验教学一样,以“验证式”实验教学为主。使用的实验教材,对每一个实验的目的、原理、操作、注意事项等都有具体描述。课前学生预习翻看一遍,上课时教师讲解一遍,最后学生按照教材上操作进行实验过程“验证”。学生对教材和教师存在着严重的依赖性,而且对实验课也不重视,认为是理论课的附属,因此无法充分发挥实验课程的作用。目前高分子化学实验教学中存在的主要弊端可以归结为:第一,“照方抓药”式传统教学方法无法有效调动学生的学习积极性、培养学生的独立思考能力和创新能力,最终导致学生无法有效地使用这些实验知识,在大四实习和毕业论文写作时就表现出明显的弱势;第二,教科书里的方法与现代化工的绿色化、可持续发展方向的要求依然跟不上,教材里描写的原理和方法无法反映当今绿色化学的迫切要求[9-10],即使是全国广泛采用的新版教科书,依然没有及时反映化工技术发展的新成果,容易给学生造成“现行技术就是如此水准”的印象,导致很多学生毕业后就放弃了本专业。
三、探究式教学的实施策略
目前高分子化学实验主要针对高分子专业三年级学生进行开课。高分子专业学生在开展高分子化学实验时,已经经过了无机化学、分析化学和有机化学等化学实验的训练,具有一定的实验操作技能,因此完全可以采用要求更高的探究式教学法来完成高分子化学实验。教师不仅要向学生详细地传授知识(原因与机理),而且要求学生在探究学习的过程中,实现知识的掌握和科研能力的培养。在实验过程中,教师根据教学内容、目标和学生实际情况,设置合适的探究性问题,并根据这些问题让学生展开相应的实验探究活动。这些问题的设置要合适,既有一定的针对性,又要有一定的难度,但是学生通过努力后可以得到解决。虽然教材上的实验步骤非常经典,但与现实生产特别是“绿色化学”要求存在一定的差距,因此我们在开展高分子化学实验的探究性实验时,主要针对教材中实验方案的“绿色性”展开探究性研究。针对这个问题,要求学生在预习过程中,通过查阅文献资料,提出实验中违反“绿色化学”的地方,然后再提出更为合理的实验方案来解决教材中实验方案存在的问题,并在教师的指导下改进实验方案;最后在开展实验过程中,将学生分成两个组分别采用改进实验方案和教材上的实验方案展开实验,在实验中进行比较分析,总结两套实验方案的优缺点。例如,《高分子化学实验》中的双酚A环氧树脂制备实验[11],该实验主要存在以下三个问题:一,该反应用到的化学试剂用量是过量的,完全可以用较少的化学试剂用量来完成整个实验,但是化学试剂的最终用量需要根据最后产品的使用量进行倒推设计;二,在该反应中用到苯作为环氧树脂的溶剂,而苯是一种剧毒性的试剂,那么有没有可能选择一种可以实现相似功能,但是无毒或者低毒性的其他试剂来替代呢?通过查阅资料,甲苯完全可以作为环氧树脂的溶剂,而且毒性低的多;三,在黏结实验中,教材中采用了挥发性很强的刺激性剧毒乙二胺作为固化剂,而事实上环氧树脂的固化剂很多,目前已经有许多低毒甚至无毒的固化剂来替代乙二胺,如多乙烯多胺,而且多乙烯多胺固化后的环氧树脂具有更好的黏结强度。采用探究式教学法,就可以让学生从这三个角度进入,通过查阅文献资料设计更为合理绿色的的实验方案,还可以进一步根据实验结果写出科研小论文,接受真正的科研锻炼,同时,对绿色化学有更深入的理解。因此,采用探究式教学法不但可以培养学生积极的科学探索精神、合作精神,有利于提高学生的实践动手能力和创新能力,同时由于学生采用的实验方案与教材多少会有一些差异,而且实验方案会有学生心理上一些期待,从而有利于学生学习积极性的提高,更加认真负责的去完成整个实验过程,避免学生在实验间隙聊天玩手机等开小差。
四、探究式教学的考核方式
实验的考核方式对学生的学习积极性具有非常重要的影响。传统实验考核主要分为两块:平时成绩(40%),主要包括实验预习(10%)和实验操作(30%);实验报告成绩(60%),主要包括考核实验结果(20%)和实验报告(40%)[12]。但探究式教学法由于采用了超越教材的实验方案,因此要求考核的重点和考核面都有所改变。比如,预习设计实验时,学生需要大量的时间查阅资料来寻找实验中有违“绿色化学”的地方,并设计合适的实验方案;完成实验后,学生需要对实验结果进行详细的对比分析讨论,总结传统和改进后实验方案的优缺点,并写出自己的实验心得。这两部分内容在以前的实验考核中比例很少,甚至没有,但探究式教学法中这两块内容可以在很大程度上反映学生的主动性和创新性,因此这两块内容在最后成绩中所占的比重需要大幅提高。为此,我们将实验预习的考核比例提高到20%;作为探究性实验,实验结果往往具有不确定性,因此实验结果比例降为10%,而传统和对比实验结果的分析讨论是探究式实验教学的重要组成部分,是在实验报告中一起上交完成,因此实验报告的比例提高到50%,其中实验对比分析讨论部分为20%,其他实验报告部分为30%,促使学生认真地对实验结果进行分析总结。
五、结语
采用探究式教学方法,通过设置合理的实验目标,在教师的指导下,让学生积极地设计合理的实验方案并实施,可以促使学生更为专注认真地去完成实验,提高学生的学习主动性和积极性,锻炼学生分析问题和解决问题的能力,取得了良好的教学效果。
作者:邵林军 齐陈泽 单位:绍兴文理学院
参考文献:
[1]王婷婷.如何在高校开展绿色化学教学的探索与分析[J].科学导报,2015(10):15.
[2]翟翠萍,刘学军,陈欣.高等学校绿色化学教学内容与教学方法的探讨[J].化工时刊,2015,29(5):39-41.
[3]冯海柯.高分子化学实验教学改革之探新[J].广州化工,2013,41(9):243-244.
[4]周美云,谭绍早.高分子化学实验教学改革的几点建议[J].广东化工,2012,4(39):223.
[5]王丽梅.基于创新性应用型人才培养的实验教学方法研究[J].实验技术与管理,2014,31(1):19-21.
[6]杨喜平,曹晓雨,闫向阳,等.物理化学实验的科学探究式教学研究[J].广州化工,2012,40(14):214-215.
[7]陈红梅,方小牛,周小春.探究式教学法在有机化学实验中的应用[J].时代教育,2008(8):135.
[8]崔玉,王志玲,刘志莲,等.探究式有机化学实验教学体系的研究与实践[J].化工高等教育,2010,27(1):44-45+74.
[9]朱文祥.绿色化学与绿色化学教育[J].化学教育,2001,22(1):1-4.
[10]杨冬梅,王军.物理化学实验教学的绿色化改革[J].大学教育,2016(1):90-92.
关键词:高分子化学及工艺学,教学改革,职业教育,学习兴趣培养
随着教育改革的深入与发展,中等职业教育正经受着巨大的冲击,尤其是高校的扩大招生,普高热的持续升温,致使中专招生出现滑坡,学生质量急剧下降。其中一部分学生基础较差,自卑心理强,缺乏足够的学习兴趣与信心。这一切给教学造成了很大的困难。面对无法选择适合教育的学生,只能选择适合学生的教育,笔者在高分子化学及工艺学教学中,正视教育对象的入学基础,以“求新、求变、求异”为原则,以“精选内容、淡化推导、加强应用、突出能力”为宗旨,进行了一系列的教学改革。
一、结合教学知识点进行环境与人文教育渗透
任何一个学科的发展史都是科学与人文紧密结合、共同发展的历史,通过学科发展史教育渗透人文教育不但能激发学生学习兴趣,同时还能达到教书育人的目的。笔者在高分子科学发展史的教学中,通过我国解放前后高分子学科及工业发展情况的对比比较来教育学生树立爱国精神。通过学科发展史上杰出科学家的感人事迹进行人文精神教育。如介绍高分子科学始祖---Staudinger的大分子学说以及科学史上有关高分子的概念的争论,加强学生对高分子概念的学习兴趣,同时通过科学家对真理的弃而不舍的追求精神感染学生,激发学生的学习热情。再比如介绍2000年高分子科学界诺贝尔得主白川英树等科学家在科学探索中的合作精神,让学生明白当今世界科技发展之快,社会更需要懂得合作精神的人才,借此培养学生的团结协作意识。这样的事例还很多,这儿就不一一列举了。
再者就是密切结合教学知识点进行环境教育渗透。比如结合废旧高分子材料回收利用的教学,笔者补充介绍了高分子材料废弃物的利用至少有两个基本意义,其一是解决环境污染问题,保护人类赖以生存的唯一的地球;其二是充分利用自然资源。高分子合成材料的单体主要来自石油。与其他自然资源一样,从长远看石油等资源不会“取之不尽,用之不竭”。人们必须采取积极手段,不仅必要而且可能做到“变废为宝”。在教学中结合废旧高分子材料资源利用问题,导入环境保护意识,导入生态平衡观点,导入可持续发展思想是培养学生环境意识的重要环节。免费论文。针对环境教育渗透笔者专门撰写有论文详细介绍如何与教学紧密结合,这里也就不再多废笔墨。
教学实践证明,结合教学知识点进行环境与人文教育渗透,不仅起到了教书育人的作用,还对培养学生的学习兴趣起到很好的推进作用。
二、 对课程内容进行归纳和调整
为保证在规定的学时内完成教学任务,除采用多媒体方式授课以外,还对目前教材中的内容进行归纳和调整。
首先是绪论部分,“绪论”,说白了,就是每门课的开场白,俗话说:“王婆卖瓜,自卖自夸”。这种“吹嘘”是必要的,关键在于怎样在“第一次课”中把它吹响、吹好,以便把学生的注意力、学习精力抓过来。调动起学生的学习兴趣。心理学研究表明,学生的学习成绩与学习兴趣水平有显著相关。高水平的学习兴趣,产生较大的学习动力,使学生积极朝向学习活动,为取得优异成绩创造条件。而优异的学习成绩又可提高学生的学习兴趣,在学习活动中产生积极愉快的情绪体验。学习兴趣与学习成绩是相互影响的。在教学活动中,教育者要注意培养学生的学习兴趣,使学生成绩与学习兴趣互为促进,达成良性循环。我们正处于e时代,信息来源广,如何唤起学生对课程内容的兴趣并投入时间和注意力,值得授课者思量,而笔者以为仅有丰富的内容是不够的。心理学家皮亚杰强调,在教育中应特别重视兴趣的诱发,因为认识是一种主动积极的不间断的建构活动,不断建构自己的智力与思维能力。教育的目标之一就是使学生能够去主动自发地学习,就必须创设情景和条件,诱发学生的学习兴趣,激发起求知欲和好奇心。因此,在绪论教学中,在选择教育内容上要挑选有代表性的、新颖的材料。于是笔者将教材中的绪论与第六章聚合物结构与性能的内容进行了整合,绪论课只介绍学生认识高分子与高分子材料和高分子科学发展概况,让学生对生活中的大量高分子材料有感性的认识,而将绪论中有关聚合物的基本概念、高分子链的形态结构等理论性知识与第六章的聚合物的结构与性能整合在一起作为第一章高分子基础知识进行介绍。在高分子基础知识学习章节中安排了高分子科学术语及基本概念(包括单体、高分子链的相关术语、高分子链形态的相关术语、重复单元、结构单元、单体单元、聚合度、分子量及分子量分布、聚合物结构式及聚合反应方程式的书写规范等内容)、聚合物结构与性能(主要介绍聚合物的结构层次、聚合物的宏观状态以及聚合物结构与性能的关系)以及聚合物形成反应与聚合实施方法等内容。免费论文。从而达到从感性认识上升到理性认识,从生活中来,又回到实践中去,使学生感到学得实在,学有实用。免费论文。
其次是聚合反应部分,在讲授时以聚合反应机理为主线安排各项内容,先讲连锁聚合的典型代表自由基聚合,再对比介绍逐步聚合,主要是自由基聚合与线型缩聚的对比,最后介绍聚合物的化学反应。在聚合反应教学中,有许多基本概念、原理相似或相关;许多种类聚合物的结构、性质、制法、用途也相似或相关,在学习中容易混淆。通过引导学生对这些易混淆的知识进行比较归纳,同中求异,异中求同,就能使知识的理解更准确、更全面、更深刻。同时为了节省教学时间,达到职业教育“够用、实用、会用”的要求还减去一些理论推导工作,增加一些应用知识的介绍,与生活中所了解到的大量高分子材料品种对上号。比如,在高分子的分子量控制,动力学方程的建立等章节中多处出现一些类似的数学推导,在课堂上进行讲解需要大量课时。通过多年的实践,把详细的数学推导以参考文献的方式介绍给学生让有兴趣的、数理基础好的学生去自修。这不仅满足对丰富的高分子化学理论知识内容的要求,也满足了学有余力的学生需求,同时,这对鼓励自学、培养学习的能力和素质也是有益的。
最后是工艺部分,这部分在于编写的教材中是两章的内容,一章为合成工艺,一章是加工工艺。在具体教学中为了节省学时数,笔者也进行了适度的增减和调整。在教学中抓住四种聚合方法和典型的产品进行教学,比如介绍本体聚合方法,接着就介绍乙烯高压气相本体聚合及其加工应用,以此为代表说明塑料的加工;介绍溶液聚合方法后笔者删减了教材中丁二烯的配位溶液聚合,而是增加了醋酸乙烯酯溶液聚合并醇解、再缩醛化制维尼纶的工艺,借此说明纤维的加工。再就是采用比较对比的方法介绍悬浮聚合和乳液聚合,以丁苯橡胶的生产为例说明橡胶的合成和加工工艺。教学实践证明,将原本两章的内容变为一章进行组织教学,即节省教学时数,又具体形象,使学生易于接受。
三、 采用多媒体授课
制作与教材配套的电子教案及课件,已在2002和2003级学生中试用,这样不仅可以节约大量板书的时间,而且电子课件能做到图文并茂、生动直观,大大丰富了课程的信息量,从而提高了学生的学习兴趣和注意力,使学生积极主动地获取知识。电子课件除信息量大、形象、直观、准确外,可以根据需要随时切换到化工生产现场,既延伸了课堂又增强了课堂说服力,使同学们真切地感受到理论来源于实际,又对实际有明确指导意义,认识到知识的价值和意义,因而对创新充满激情。
四、 增加教学的实验环节,建立一套合理的实验教学考核方法
高分子实验是《高分子化学及工艺学》课程的重要组成部分。它不仅是为了强化所学的理论知识,更重要的是通过实验可以训练学生科学实验的方法和技能;培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。因此,尽管教学学时数和实验条件有限,笔者仍创设条件开设了有机玻璃、酚醛树脂、尿醛树脂、乙酸乙烯酯乳液聚合及聚乙烯醇缩甲醛--胶水的制备实验。通过实验让学生比较两大类型的聚合反应的特点,感悟高分子化学反应的特征,比空洞的理论说教效果好得多。在课程实验过程中,还可利用操作间隙与同学们讨论相关原理、技术、知识、经验和安全等方面的问题,及时、有意义地了解学生对知识掌握的兴趣,准确地把握学生在理论联系实际、动手能力和创造性思维方面的能力,有的放矢地去指出他们的不足之处。
为了避免实验设备有限,一部分学生赶马混骡,还建立了一套合理的实验教学考核方法,把实验考核安排在各类实验中进行,着重考查学生基本操作与基本技能训练的效果,考核学生掌握知识和运用知识能力以及观察分析和判断实验现象的能力,具体做法可从以下四方面考核学生的实验成绩:实验预习(15% )。要求学生在实验前认真作好预习报告,了解和掌握实验原理、步骤和注意事项;实验前提问口试(15% )。及时检测学生预习实验情况,不合格不予准许实验;实验操作(40%)。要求在教师的指导下,能正确地使用仪器,正确地掌握实验操作基本技术;实验报告(20 )。要求学生做完实验后,对实验数据进行认真处理,解释实验现象,并对相关实验的思考题进行认真回答;实验作风、卫生、纪律(10 )。要求实验过程中保持安静、专心实验。其中实验报告除了考查学生所写实验报告的规范性外,还着重考查了学生的分析讨论部分。看学生能否联系已经学过的理论和已掌握的知识技能,对实验结果、实验条件、实验的方法和技术等做出综合性的分析评价。对于有独特见解或有创新思维学生的实验报告,将给予“综合分析讨论附加分”,加以鼓励;而对于分析讨论一般的报告,则不建议给予高分。实践表明,这种考核方法能有效地促进学生认真对待实验的每个环节,从而使学生的各项实验技能得到更有效的训练和提高,还有利于培养学生认真、严谨、实事求是的科学态度。这些措施也有利于学生的观察能力、独立思考能力、综合分析能力和创新思维能力的提高。同时也有利于教师全面、客观、合理地评价学生的实验成绩。
参考文献:
1.张其锦. 非本专业的“高分子化学”教学中的几点体会 [J]. 教育与现代化,1995(3):28-31
2.冉蓉,丁泽扬,潘固平,王跃川.轻化工程专业的“高分子化学'课程教学改革[J]. 皮革科学与工程, 2004,14(1):52-54
3.王香梅,张丽华. 关于《高分子物理》课程教学的思考 [J].华北工学院学报(社科版),2003,19(1):42-44
4.韩冬冰、王慧敏. 高分子材料概论 [M].北京: 中国石化出版社, 2003年
5.于. 高分子化学及工艺学 [M].北京: 化学工业出版社, 2000年
一、高分子化学课程特点及考试现状
高分子化学课程是高分子材料以及相关专业的基础课程,是研究高分子的合成原理及其化学反应的一门科学。通过该课程的课堂教学及与课程配套的实验课程,使学生掌握高分子的基本概念、合成高分子化合物的基本原理、聚合方法的选择、控制聚合反应速度和分子量以及分子量分布的方法、高分子化学反应的特征等。该课程需要有机化学、物理化学等为基础,是后继的专业课程———聚合物制备工程基础、聚合物合成原理及工艺学等的必备课程。该课程在整个高分子科学知识体系中起到承前启后的作用,它的基础内容如缩聚反应、自由基聚合、共聚合反应、离子聚合、聚合反应实施方法、聚合物的化学变化等对本专业的其他基础课程———聚合物制备工程基础、聚合物合成原理及工艺学、高分子前沿、功能高分子等课程奠定理论基础。[3]由于高分子化学课程本身涉及物理化学、有机化学、化工原理等学科领域,且也是高分子类专业学生接触的第一门与专业相关的课程,课程内容又涉及大量化学反应,学生对此缺乏直观的认识,因此单一的讲授常常会使学生感觉非常枯燥而难于理解,进而缺乏学习兴趣,因此学生普遍感到此课程难学。针对以上问题,结合高分子化学课程省级精品课程建设,我们尝试进行了一系列教学方法的改革:采用在授课过程中提出一些与科研生产实际相关的问题,引导学生通过运用所学的授课内容相关知识予以解决,激发学生的学习兴趣,以此加深学生对授课内容的理解;采用多媒体给学生演示一些实验、工业生产过程;采用动画方式向学生展示相关原理,这样更生动、直观地将知识传授给学生,以达到较好的教学效果;对课后的习题分类处理,对难度较大的习题进行课间解答,对于一般难度的则课外解答。但根据多年的授课经验发现,仍有学生在期末面对考试时,还存在只死记硬背书本内容的现象和“临时突击”应付期末考试的现象。考试的目的是通过对课程教学效果的检测,帮助教师和学生发现课程教学中存在的问题,进而采取适当措施予以改进,不断提高教学质量。在科技飞速发展的新形势下,传统的考试已不能满足对学生知识掌握程度的评价要求。因此,有必要对考试制度、模式、内容和方法进行改革,使之更科学、合理,并能充分发挥其积极功能。于是,从我校高分子类专业的实际出发,我们提出对高分子化学课程考试进行改革,在课程考试中引入先进理念,注重平时考核,实施全学期分散式考试、动态考核的管理方式。过程中采用“全面性一体化”考试模式。
二、“全面性一体化”考试模式的总体思路及预期目标
改变专业基础课只重视理论教学、学生只是机械记忆专业理论课的弊端。通过考试改革使学生更加牢固地掌握本课程所学基础知识。除期末考试以外,还结合课后作业、期中考试、课后专题调研报告等形式考核专业理论知识,通过分散考核的方式改变学生以往死记硬背、“临时突击”的情况,让学生把工夫下在平时,通过考核方式的改变提高学生学习效果。
1.考核内容更全面、更综合。除全面考察学生对课程基础知识、基本理论和基本技能的把握外,在考核内容方面,加重对学生查阅资料能力、运用所学知识分析问题和解决问题综合能力的考核。以前的课程考试,主要注重考查学生对知识的接收和掌握情况,而往往忽视了对其分析、综合和运用的能力。考试范围一般局限于所用教材,考试重点常常在考前由任课教师划定,结果导致部分学生考前突击,“临时抱佛脚”,也使一部分学生产生了考试作弊等侥幸的想法,考试结果学生学习成绩优劣难分,不能真实反映学生的学习情况,学和不学一个样。这严重伤害了认真学习的学生的积极性,破坏了学校的考风和学风建设。因此,我们把考核内容的全面化作为考试改革的首要方面。
2.考试形式更丰富、题型更多样。考试形式的丰富化是促进目前教育思想转变的有效手段,高分子化学课程内容多,所涉及的知识面广,用简单的一张考卷,不论开卷、闭卷都不能检测出学生对课程知识的真实掌握水平。从新的教育理念出发,结合学校本科生创新实验计划的实施,我们采取了一系列灵活多样的有效形式,如开卷考试与科技小论文形式相结合的方式,口头报告与课堂讨论相结合,模拟操作式考试,等等。尽量避免使用过分偏重于对知识的知与不知的试题,使学生必须经历一个理解、分析、比较、综合过程才能得出答案。根据不同类型试题的特点,在兼顾内容的同时,进行合理搭配与组合,尽量减少名词解释、填空等客观题的比例,增加分析、解决实际问题类型的试题比例,最真实地检测出学生对知识的掌握与应用情况,最大限度地调动学生学习和思考的兴趣。另外,提供一部分选做题给学有余力的学生,以保证他们能充分地发挥与展示自己的才华。根据具体的考试内容和目标,灵活地选择与采用不同类型的试题,充分发挥其最佳测试点。在适当的阶段,进行科学而合理的考试,引导并敦促学生不断努力;通过考试结果的比较、评讲而调动学生的积极性、主动性,促进他们对知识的进一步掌握。完善试题库,推行与实施题库考试,实现教考分离。高分子化学试题库基本包括名词解释、选择、写反应式、简答、计算、论述等题型,可根据需要利用计算机随机抽取一套完整的试题,根据实际情况进行适当修改后形成试卷,评卷时可从计算机中输出相应的标准答案进行评分,再采取集体多人流水作业的形式评卷,以保证考试分数的公平性和准确性。
3.成绩构成更多元、成绩评定更科学。对学生成绩实行综合评定,将平时的考核、考查和期末考试相结合,改变长期形成的“一考定成败”的现象,学生的最终成绩分成五个部分按如下比例计算:课后作业(15分)、课堂回答问题(5分)、出勤情况(10分)、期中考试(30分)、期末考试(40分),总计100分。充分利用平时考核,提高教育教学效果。评分是考试的最终也是重要的环节,学生的某一次考试得分,只表示他对该课程这个阶段知识的掌握程度,并不完全代表其智能水平,故应根据学生的实际情况,结合高分子化学课程的特点、目标、题型采用更加灵活的评分办法:针对主观性试题采用等级评分法、模糊评分法,对客观题型采用准确评分法,再结合学生课堂讨论、口头报告、完成作业等方面综合评价适当给予必要的权重。对不同层次的学生实施多元化的成绩评价模式,把分散式考试、动态考核的管理方式落到实处。
关键词:高分子化学;考试方法;考试改革
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1674-9324(2012)07-0117-03
考试不仅是测定和检验学校教学质量最基本、最重要的方式,也是关系教学质量的重要环节。目前,国内工科高校各专业课程考试都存在着一个普遍的问题——考试偏重于理论内容的考核,而轻视学生解决实际问题能力的考查,考试形式集中单一,常常是“一纸考卷定成绩”。这种考试模式会导致学生平时不下工夫学习,考前突击复习,毕业后重理论、轻实践,综合素质下降而不能满足社会的需要。[1,2]因此,对传统的考试内容和形式进行改革,有意识地激发学生的创新意识、创新精神,加强学生科研能力的培养,调动学生学习的积极性和主动性的考试模式势在必行。结合学校的考试改革,针对本校高分子类专业的高分子化学课程考试的现状,提出如何通过课后作业、期中考试、期末考试相结合的形式考核专业理论知识,通过分散考核、课后专题调研报告等方式来考核学生解决实际问题能力,以分散期末考试的压力,有利于学生对所学知识的巩固和掌握,达到素质教育的目的。
一、高分子化学课程特点及考试现状
高分子化学课程是高分子材料以及相关专业的基础课程,是研究高分子的合成原理及其化学反应的一门科学。通过该课程的课堂教学及与课程配套的实验课程,使学生掌握高分子的基本概念、合成高分子化合物的基本原理、聚合方法的选择、控制聚合反应速度和分子量以及分子量分布的方法、高分子化学反应的特征等。该课程需要有机化学、物理化学等为基础,是后继的专业课程——聚合物制备工程基础、聚合物合成原理及工艺学等的必备课程。该课程在整个高分子科学知识体系中起到承前启后的作用,它的基础内容如缩聚反应、自由基聚合、共聚合反应、离子聚合、聚合反应实施方法、聚合物的化学变化等对本专业的其他基础课程——聚合物制备工程基础、聚合物合成原理及工艺学、高分子前沿、功能高分子等课程奠定理论基础。[3]由于高分子化学课程本身涉及物理化学、有机化学、化工原理等学科领域,且也是高分子类专业学生接触的第一门与专业相关的课程,课程内容又涉及大量化学反应,学生对此缺乏直观的认识,因此单一的讲授常常会使学生感觉非常枯燥而难于理解,进而缺乏学习兴趣,因此学生普遍感到此课程难学。针对以上问题,结合高分子化学课程省级精品课程建设,我们尝试进行了一系列教学方法的改革:采用在授课过程中提出一些与科研生产实际相关的问题,引导学生通过运用所学的授课内容相关知识予以解决,激发学生的学习兴趣,以此加深学生对授课内容的理解;采用多媒体给学生演示一些实验、工业生产过程;采用动画方式向学生展示相关原理,这样更生动、直观地将知识传授给学生,以达到较好的教学效果;对课后的习题分类处理,对难度较大的习题进行课间解答,对于一般难度的则课外解答。但根据多年的授课经验发现,仍有学生在期末面对考试时,还存在只死记硬背书本内容的现象和“临时突击”应付期末考试的现象。考试的目的是通过对课程教学效果的检测,帮助教师和学生发现课程教学中存在的问题,进而采取适当措施予以改进,不断提高教学质量。在科技飞速发展的新形势下,传统的考试已不能满足对学生知识掌握程度的评价要求。因此,有必要对考试制度、模式、内容和方法进行改革,使之更科学、合理,并能充分发挥其积极功能。于是,从我校高分子类专业的实际出发,我们提出对高分子化学课程考试进行改革,在课程考试中引入先进理念,注重平时考核,实施全学期分散式考试、动态考核的管理方式。过程中采用“全面性一体化”考试模式。
二、“全面性一体化”考试模式的总体思路及预期目标
改变专业基础课只重视理论教学、学生只是机械记忆专业理论课的弊端。通过考试改革使学生更加牢固地掌握本课程所学基础知识。除期末考试以外,还结合课后作业、期中考试、课后专题调研报告等形式考核专业理论知识,通过分散考核的方式改变学生以往死记硬背、“临时突击”的情况,让学生把工夫下在平时,通过考核方式的改变提高学生学习效果。
一、从天然树脂到合成树脂
一些树木的分泌物常会形成树脂,不过琥珀却是树脂的化石,虫胶虽然也被看成树脂,但却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。由虫胶制成的虫胶漆,最初只用作木材的防腐剂,但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后,天然产物已无法满足电气化的需要,促使人们不得不寻找新的廉价代用品。
早在1872年德国化学家拜耳(A.Bayer)首先发现苯酚与甲醛在酸性条件下加热时能迅速结成红褐色硬块或粘稠物,但因它们无法用经典方法纯化而停止实验。20世纪以后,苯酚已经能从煤焦油中大量获得,甲醛也作为防腐剂大量生产,因此二者的反应产物更加引人关注,希望开发出有用的产品,尽管先后有许多人为之花费了巨大劳动,但都没有达到预期结果。1904年,贝克兰和他的助手也开展这项研究,最初目的只是希望能制成代替天然树脂的绝缘漆,经过三年的艰苦努力,终于在1907年的夏天,不仅制出了绝缘漆,而且还制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite,它就是人们熟知的“电木”、“胶木”或酚醛树脂。
Bakelite一经问世,很快厂商发现,它不但可以制造多种电绝缘品,而且还能制日用品,爱迪生(T.Edison)用于制造唱片,不久又在广告中宣称:已经用Bakelite制出上千种产品,于是一时间把贝克兰的发明誉为20世纪的“炼金术”。
以煤焦油为原粒的酚醛树脂,在1940年以前一直居各种合成树脂产量之首,每年达20多万吨,但此后随着石油化工的发展,聚合型的合成树脂如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大,随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立,它们已成当今产量最多的四类合成树脂。合成树脂再加上添加剂,通过各种成型方法即得到塑料制品,到今天塑料的品种有几十种,世界年产量在1.2亿吨左右,我国也在500万吨以上,它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。
二、从天然纤维到合成纤维
人类使用棉、毛、丝、麻等天然纤维的历史已经有几千年,但由于全球人口的不断增加和对纺织品质量的更高要求,从19世纪起,人们就为寻求新的纺织品原料而努力。
1846年制成硝化纤维;1857年制成铜氨纤维;1865年制成醋酸纤维;1891年制成粘胶纤维。由于粘胶纤维的原料是来源丰富的木材浆粕、棉短绒及棉纱下脚料等,再加上制成的纤维性能好,以至它的产量到20世纪50年代已经超过羊毛。
尽管上述几种称为“纤维素纤维”或“人造纤维”的出现是继纺织机械发明之后的又一次纺织革命,但它仍意味着人只是用化学方法,对天然植物纤维的再加工,而通过化学方法,制取全合成的、性能更为优异的纺织纤维阶段,才迎来了第三次纺织革命。
1928年32岁的美国化学家卡罗塞斯(W.H.Carothers)博士从大学岗位上应聘到杜邦公司,负责对不久前才兴起的高分子化学的基础研究,他们研究了多种脂肪族二元酸与二醇或二元胺的缩合反应,由于保证了反应物料的严格配比,从而获得分子量很高的缩聚物,但大多数产物的熔点偏低、不耐水,虽然有的可以抽丝,但不适于用做纺织纤维。反复不断地失败使卡罗塞斯在精神上受到很大打击,以至身上经常携带着一小瓶准备自杀的氰化钾。一直到工作6年后的1934年,终于在合成的数百种产品中,找到有希望成为优良纺织纤维的聚酰胺-66,尼龙(Nylon)是它在投产时公司使用的商品名。
杜邦公司为了使它工业化,动员了230多名各方面专家,花费2200万美元,到1939年始正式投产。这一成功不仅是合成纤维的第一次重大突破,也是高分子科学的重要进展。
尼龙投产后,杜邦公司马上宣布他们生产了比蜘蛛丝还细,比钢还结实的全新有机纤维。尽管当时第二次世界大战已经开始,仍然引起各方面关注。用它织成的女丝袜,销售第一天就卖出400万双,报纸上还报道了当时许多销售店曾引起“尼龙骚动”的场面,可惜的是卡罗塞斯本人却没有看到这种情况。41岁的他,虽然知道尼龙的研究已经取得突破性进展,但却总感到心力交瘁地被失败所缠绕,终于在1937年服毒自杀,留下深深的遗憾。
1938年德国研制出聚酰胺-6,即聚己内酰胺;1941年英国制出了聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维,商品名Dacron、“的确凉”、或涤纶;1939年德国人又研制出聚丙烯腈纤维,但到1949年才在美国投产,商品名Orlon,我国称腈纶,此又出现多种新型合成纤维,满足了多种需要,但从应用范围和技术成熟等方面看,仍以上述几种为主,其产量约占总量的90%。
三、从天然橡胶到合成橡胶
自然界中虽然含有橡胶的植物很多,但能大量采胶的主要是生长在热带雨区的巴西橡胶树。从树中流出的胶乳,经过凝胶等工艺制成的生橡胶,最初只用于制造一些防水织物、手套、水壶等,但它受温度的影响很大,热时变粘,冷时变硬、变脆,因而用途很少。
1839年美国一家小型橡胶厂的厂主古德易(Goodyear)经过反复摸索,发现生橡胶与硫黄混合加热后能成为一种弹性好、不发粘的弹性体,这一发现推进了橡胶工业迅速发展。在这之前,橡胶的年产量只有388吨,但到1937年已增加到100万吨,即100年间增加了2000倍,这在天然物质利用史上是十分罕见的,尤其是1920年以后,由于汽车工业兴起,进一步扩大需求,以致世界各国开始把天然橡胶作为军用战略物资加以控制,这就迫使美、德等汽车大国,但却是天然橡胶的穷国开展合成橡胶的研究,这种研究是以制造与天然橡胶相同物质为目的开始的,因为人们已知它是由多个异戊二烯分子通过顺式加成形成的聚合体。
1914年爆发第一次世界大战,德国由于受到海上封锁,开展了强制性的合成橡胶研制和生产,终于实现了以电石为原料合成甲基橡胶的工作,到终战的1918年,共生产出2350吨。
战后,由于暂时性天然橡胶过剩,使合成橡胶的生产也告中止,但其研究工作仍在进行。先后研制成聚硫橡胶(1931年投产)、氯丁橡胶(1932年)、丁苯橡胶(1934年)、丁腈橡胶(1937年)等。
第二次世界大战期间,尤其是日本偷袭珍珠港、占领东南亚后,美国开始扩大合成橡胶生产,并纳入国防计划,1942年产量达84.5万吨,其中丁苯橡胶为70.5万吨。1950年以后,由于出现了齐格勒纳塔催化剂,在这种催化剂的作用下,生产出三种新型的定向聚合橡胶,其中的顺丁橡胶,由于它的优异性能,到20世纪80年代产量已上升到仅次于丁苯橡胶的第二位。此后又有热塑性橡胶、粉末橡胶和液体橡胶等问世,进一步满足了尖端科技发展的需要。
回顾过去,展望未来,在新世纪里新技术将更加迅猛发展,与此同时,作为技术革命物质基础的,以合成高分子为代表的新材料的研制和开发,也将越来越起着重要作用。
参考文献
一、高分子材料与工程
高分子材料与工程专业培养具备高分子材料与工程等方面的知识,能在高分子材料的合成、改性、分析测试和加工成型等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。
本专业学生主要学习高聚物化学与物理的基本理论和高分子材料的组成、结构与性能知识及高分子成型加工技术知识。
学习课程
聚合物加工原理、聚合物成型工艺、聚合物流变学、高分子物理、高分子化学、物理化学、有机化学
毕业生具备的专业知识与能力
掌握高分子材料的合成、改性的方法;
掌握高分子材料的组成、结构和性能关系;
掌握聚合物加工流变学、成型加工工艺和成型模具设计的基本理论和基本技能;
具有对高分子材料进行改性及加工工艺研究、设计和分析测试,并开发新型高分子材料及产品的初步能力;
具有应用计算机的能力;
具有对高分子材料改性及加工过程进行技术经济分析和管理的初步能力。
就业方向
该专业毕业生可到石油化工、电子电器、建材、汽车、包装、航空航天、军工、轻纺及医药等系统的科研(设计)院所、企业从事塑料、橡胶、化纤、涂料、粘合剂、复合材料的合成、加工、应用、生产技术管理和市场开发等工作,以及为高新技术领域研究开发高性能材料、功能材料、生物医用材料、光电材料、精细高分子材料和其它特种高分子材料,也可到高等院校从事教学、科研工作。
高分子材料与工程专业的20所大学
二、复合材料与工程专业
复合材料与工程专业培养具有良好的思想素质,强烈的社会责任感,健康的体魄和健全的心理素质、德、智、体全面发展,掌握新型复合材料生产原理和生产工艺、能胜任无机材料、高分子材料、新型复合材料等生产企业基层管理工作和实际岗位操作,具有较高综合素质,“用得上、留得住”的应用型人才。
专业特色
该专业既重视学生数学、力学和材料科学的基础理论培养,又重视学生的工程能力训练,并对有关专业课实行教学内容的国际接轨。课程设置注重基础理论与工程的结合、自然科学知识教育与文化素质教育结合,理论与实践相结合。学校会设有工程设计制图课程设计、工程训练、下厂实习、毕业实习、毕业设计和毕业论文等实践环节。实验有高分子物理实验、高分子化学实验、复合材料制备与加工实验、材料性能测试实验等 。
就业方向
本专业学生毕业后可毕业生可以就业于与复合材料相关的汽车、建筑、电机、电子、航空航天、国防军工、信息通讯、轻工、化工等有关企业和公司,担任工程研究 人员、工程师和营销管理人员,从事设计、研发、分析、生产、测试、评价、营销、管理等工作;也可以在高等院校、研究设计院所从事科研教学工作。
开设院校
哈尔滨工业大学、西北工业大学、华东理工大学、南京工业大学、青岛大学、青岛科技大学、长江大学、中北大学、河北工程大学等
[关键词]高分子专业 教学法 研究性教学 开放式教学
一、研究性开放式教学法的必要性和重要意义
近年来,大部分开有高分子专业的高校都进行了高分子材料课程教改的研究,但涉及到该专业中低年级学生专业能力培养以及教学和生产脱节问题的研究却鲜有报道;针对这一情况,同时考虑到高分子专业学科涉及面很广而大多数学生尤其是中低年级学生专业知识面比较窄、部分学生对专业了解比较少、兴趣未必都很浓厚的现实,为了使学生在知识广度、深度上有所突破并培养学生的专业兴趣,我们在学习研究国内外大学的教学经验基础上对研究性开放式教学法进行了初步的探索,在教学中积极引导学生结合课程内容、带着与课程相关的企业生产实践中的实际问题去广泛查找文献、进行综述并在此基础上结合课堂基本理论和文献资料来开拓性思考和创新。这种教学方法有利于培养学生的专业兴趣和研究性思维;有利于使学生学会和熟悉专业文献资料的查找及毕业论文综述的写法;有利于让学生提前熟悉将来进入企业后生产工作的流程从而顺利就业;有利于锻炼学生的综述表达能力和研究能力;有利于能够促进师生之间的交流和教学改革的进行,因此具有十分重要的意义。
二、研究性开放式教学法的基本思路和特色内容
研究性开放式教学法的基本思路是在专业课程教学的同时指导学生结合课程理论对企业生产中的现实专业问题进行研究,在此过程中先指导学生自行查找阅读大量与本课程和与需解决的问题密切相关的科技论文、专利等文献,然后再进行文献综述并提出自己解决该问题的思路,所写综述经过老师的评阅和指导交流后再让学生走上讲台进行介绍和推广,对其中部分具有可行性且与校外企业生产实践相关的项目由老师连线企业展开进一步的实验与工程研究。本教学法的特色在于变传统的单纯“填鸭式”理论教学为“教学-文献查找—文献综述—师生互动-汇报交流-生产实践”的多环节、多方式、互动性、研究性、开放式教学。
高分子实验教学的改革和重新设计也是高分子专业研究性开放式教学法探索改革的重要领域,针对这一模块我们主要探索了以下三方面的特色内容:
1.改“验证性实验”为“探索性实验”,增加学生自主性:传统的实验课程基本上都是验证型的,学生只需要按实验教材(讲义)照方抓药依样画葫芦做一遍就行,这使实验课成了一个简单的复制过程,学生也因为不用动脑筋而容易疲劳和敷衍了事。而研究性开放式教学法在实验教学中强调探索型实验,要求先引导学生提出问题,再指导学生去设计、探索解决问题的方法,然后由学生自行设计实验方案、准备实验原料器材,教师指导完成实验,这样充分调动了学生的积极性和思维能力,效果要好得多。
2.大力开发能联系生活实际和工业生产实际的应用型实用实验项目,使学生亲身感受到高分子科学实验的实用价值从而强烈激发学生的专业兴趣和创造动机。如将以前的“醋酸乙烯酯乳液聚合”实验改为“环保型纸张粘接剂的制备”;将有机玻璃制备实验中单纯的以玻璃试管为模型做玻璃棒改为指导和鼓励学生做各种形状的有纪念意义的有机玻璃工艺品并嵌入自己的照片等;同时提倡“让每一台实验设备都成为一座现实的小型加工厂”,每一项高分子工程实验如挤出水管,注塑瓶盖,压制密封圈、手糊玻璃钢贮槽、静电喷涂对钢铁制品进行彩喷防腐等都是一种实用的高分子制品的生产。
3.加大实验室对学生的开放力度,让一些能结合本课程学习自行提出科研创新项目的优秀学生在课外尤其是寒暑假也能在主讲教师的指导下开展实验研究并取得良好的效果。
三、研究性开放式教学法的实践和实效
通过对2004级和2005级两个年级高分子专业的教学实践来看,研究性开放式教学法已经收到了较好的效果。2004级高分子专业学生在教学互动中高质量地完成高分子化学类文献综述90多篇,高分子物理类文献综述90多篇;2005级高分子专业学生完成高分子化学类文献综述90多篇,高分子物理类文献综述70多篇。这种研究性开放式教学法除了提高学生专业文献检索和信息情报综述处理能力、扩大学生的专业视野外还积极有效地培养了学生的专业兴趣和创新能力,比如说在2006年、2007年的课外科技创新大赛中本专业学生曾连续获得学校和衡阳赛区的一、二、三等奖,2008年在研究性开放式教学法的影响和培养下,本专业06级仅一个班(45人)就申报了科技创新课题十余项并全部获得立项甚至资助。
这种研究性开放式教学法在培养了学生的专业兴趣和能力的同时也促进了学生的深造、就业并给校外企业带来了一定的收益!在当前应届毕业生就业普遍不容乐观的情况下,做为一个地方师范院校的非师范专业,该专业04年入学的第一届毕业生却异军突起就业率(含上研)高达100%,其中被更高档次高校录取上研的也超过20%;该专业学生付立夏在接受体验这种研究性开放式教学的过程中通过文献检索和文献综述,结合江西一个企业利用废对苯酸二甲酸回收精对苯二甲酸的课题进行了较深入的研究,给企业提出了较好的建议,并解决了一些生产实际问题,为企业取得了一定的经济效益,受到了企业的好评,并在还未毕业的情况下即被华硕化工提前录用准备派往河南平顶山独立主持一企业的改造与设计工作。
研究性开放式教学在培养了学生、服务了企业的同时也大大提高了教师的教学能力、学习能力和科研创新能力,近几年来,高分子教研室团队的授课多次受到学生们的好评,同时发表研究论文多篇并申请和获批多项国家专利,获得省市级科技进步奖多次,设计改造了季戊四醇、小氮肥废气生产甲酸的企业多家并已使之成功获得逾千万的利润和效益。
参考文献
[1]殷勤俭.高分子科学实验教学改革初探[J].高分子通报,2007,(7):65-68.
[2]徐道荣,陈翌庆,程和法.关于材料成型及控制工程专业教学改革的探索与实践[J].合肥工业大学学报,2005,(6):18-21.
关键词: 民族院校 《高分子材料进展》 教学方法
《高分子材料进展》课程是高分子材料专业的一门知识全面且内容丰富的专业限选课程。该课程以高分子物理、有机化学、聚合物材料研究方法、高分子化学、聚合物合成工艺等课程为基础,涉及面极为广泛[1]。课程总学时为32学时,参考教材为化学工业出版社出版的《高分子材料进展》,为研究生规划教材,全书共分为5章,分别简要地介绍高分子材料合成反应、高分子合成反应实施技术、多组分高分子材料、液晶高分子材料及功能高分子材料方面的研究进展。[2]考虑到《高分子材料进展》课程是高分子专业在大三的上学期开设,而且民族院校学生的专业基础较为薄弱,课程学时短的特点,因此重点讲解高分子材料领域中的发展重点和热点。本课程的教学目的是帮助学生对异彩纷呈的高分子材料发展的热点领域有一个相对完整的了解,达到开阔视野的目的。针对《高分子材料进展》课程涉及知识面广、学生基础差及对考查课不重视的特点,有必要在教学过程中不断改进教学方法和考试模式,以期获得较好的教学效果。[3]
一、本民族院校《高分子材料进展》课程的基本情况
针对我校民族学生基础知识薄弱,而《高分子材料进展》课程“内容多、范围广、课时少”的特点,我们重点介绍高分子材料中发展迅速、发展前景广阔的功能高分子材料,推荐的教材有《高分子材料进展》和《功能高分子材料》[4]等。该课程总学时为32学时,学分为2学分,课程类型为专业限选课,课程以高分子材料的合成方法进展、吸附分离功能高分子材料、高分子分离膜与膜分离技术、导电高分子、感光性高分子和医用高分子材料等功能高分子材料的进展为重点学习内容,同时穿插一些国内外近几年新发表的文献和专利,以及国内相关会议等。本教学采用多媒体教学方式,采用课堂提问和讨论等多种形式进行学习,期末通过考查的方式考核学生,采用写论文与平时成绩相结合的方法,平时成绩包括上课出勤和课堂讨论情况,论文成绩与平时成绩各占70%和30%。表1为《高分子材料进展》教学内容的设置及学时分配情况。
表1 《高分子材料进展》教学内容的设置及学时分配
二、强化基础,突出重点
首先,《高分子材料进展》授课内容看似丰富多彩,千变万化,但是万变不离其宗,归根到底都是由高分子专业的基础知识衍生出来的,比如《高分子物理》、《高分子化学》中的经典理论和概念等。从另一个角度看这些材料的出现印证了基础知识的重要性,它们的诞生是经得起检验的理论和概念的应用和发展的。因此通过介绍高分子材料的前沿进展,既使学生对异彩纷呈的高分子材料世界有一定宽度的了解,又从深度上加强学生对基础知识的理解和掌握,使学生知道这些材料是如何得到的,自己又能通过什么途径得到想要的材料。
其次,因为《高分子材料进展》这门课的每一章都是高分子材料领域中发展迅速、成果颇丰的较大分支,独立出来都能独立设课,而在本课程中必须在几个课时内讲完,所以在授课过程中,什么该讲,什么略过,讲的这些内容是否能激发学生的兴趣,是该课程的一个教学难点,要求教师对这些前沿分支有全面而深入的理解,对它们所涉及的基础知识熟练掌握,这对教师的专业知识和教学方法提出了更高要求。
三、调动学生的学习积极性,启发式教学
《高分子材料进展》是学生在已经掌握高分子化学、高分子物理基础知识的前提下进行的学习。内容除了基本概念之外,有很多设计路线、研究方法,可以引导学生运用已学知识进行思考。比如第3章吸附分离高分子材料和第4章高分子分离膜及膜分离技术中涉及自由体积和渗透压的概念,这些都是《高分子物理》中学过的内容,通过回忆这些知识,使学生加深对这些基础知识的理解,并对基础知识的应用有一定的了解。其次,要注意生活中的实际例子或新闻报道中的最新科技进展中与所讲述内容相关的部分,通过联系生活实际,引出将要介绍的高分子材料。这样既能让学生认识到这类高分子材料的重要性,提高学习的积极性,又能让学生了解到这类材料的最新的研究成果,提高对科学研究的兴趣。如从全球都非常关注的环保问题出发,引出废水和废气处理方面的高分子吸附材料或高分子膜材料,介绍这些高分子材料的设计路线和原理,让学生从理论和实际相结合的角度深入理解所学的功能高分子知识。同时可以提出一些生活中材料的不足,让学生发挥主观能动性,提出解决这些材料不足之处的方法或设计新的功能高分子材料的想法。这样,学生的学习兴趣会大大提高,教学效果也会得到显著增强。
另外,还要有效利用网络资源,紧跟最新研究进展,适当补充新的教学内容。高分子材料进展课程是综述高分子材料领域发展热点的一门课程,所介绍的内容每隔一段时间可能都有新的研究成果诞生,我们应根据情况适当补充那些热门和重要的研究成果到教学内容中。比如该课的学时少,可以在课程快结束的几周时间重点介绍一些最新的前沿进展和相关会议,让学生了解到高分子材料的发展趋势,提高学生对高分子材料的兴趣。互联网资源丰富,内容更新快,是老师补充教学内容的最佳途径。目前,利用网络资源作为课堂教学的辅助手段,是学生喜闻乐见的形式。老师可以提供一些高分子专业的权威网页,方便学生浏览查阅。同时,可以鼓励学生在网上搜索最新的研究成果,再在课堂上以口头报告的形式传达给学生。这样,既能让学生对高分子材料进行全面的了解,又能让学生主动地参与教学,达到较好的教学效果。
四、科研与教学相结合,以科研促进教学
把科研引入本科教学是培养大学生创新能力的重要措施,也是高等教育的显著特点。在《高分子材料进展》课程本科教学过程中,正确有效地将教学与科研相结合,有利于提高教学效率,丰富教学内容,营造学术氛围并提高创新能力,全面提高教学质量。教师在课堂教学中可以介绍自己的科研成果,介绍本专业课题组正在研究探索的科研项目,引导学生参观实验室和课题组,鼓励学生积极参与到教师的科研中。例如,作者介绍自己硕士和博士期间所从事的科学研究,以及科研小组的一些趣闻趣事,激发学生的学习热情和学习兴趣。
总之,在高分子材料进展课程的教学过程中,教师首先应进行教材分析和学情分析,再采用比较适合的教学方法,在知识和技能的传授中针对民族学生基础差的弱点,采取强化基础、突出重点的教学方式,了解学生的情感态度与价值观,做到教学方法灵活多样,教学内容及时更新,这样才能调动学生的学习积极性和主动性。教师还应继续努力提高业务能力,理论联系实际,使学生在这门课程的学习中得到切实的收获。
参考文献:
[1]周立,孙荣欣.科技信息.2010,21,151.
[2]张留成,闫卫东,王家喜.高分子材料进展[M].北京:化学工业出版社,2005.
英文名称:Synthetic Materials Aging and Application
主管单位:广州合成材料研究院
主办单位:广州合成材料研究院
出版周期:双月刊
出版地址:广东省广州市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1671-5381
国内刊号:44-1402/TQ
邮发代号:46-306
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1972
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关键词:高分子化学;高分子科技发展史;历史故事
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)37-0063-02
高分子发展过程中众多的趣闻轶事构成了高分子科技发展史的重要内容。我们在高分子化学教学过程中注意穿插相应的历史故事,并加以分析评价,帮助学生了解历史,让学生掌握科学的智慧,取得了较好的教学效果。以下就有关故事进行简单的介绍。
一、Staudinger与高分子学说的创立
1920年Staudinger发表了划时代的《论聚合》,首次提出了“长链大分子”的概念。共价长链分子的概念在今天不难理解。然而历史上高分子学说的确立却颇费周折,一些科学家已测到聚合物的高分子量,却拒绝接受这一实验结果。一方面,当时盛行的胶体说能解释部分实验现象;另一方面,个人认为可能还与化学史有关。1861年,格雷阿姆提出“胶体”这个名词时,近代的原子―分子论为人们接受不久。高分子长链假说的提出,无疑有悖于物质是由“简单分子”构成这一惯性思维。这个故事教育我们不仅要学习Staudinger坚持真理,不懈努力的精神,还要学会转变思维方式。“Think different”是一个科技工作者必备的素质。一个新学科的诞生、新研究方向的确立,往往都伴随着新思维的产生。
二、导电高分子的发现
导电高分子的发现充满了戏剧性。1967年,白川英树的研究生做实验时错用了一千倍的催化剂,加上搅拌器凑巧停止,在溶液表面生成了银色的薄膜状物。白川英树以此为切入点,进行了深入细致的研究,终于发现制备膜状聚乙炔的有效方法。1975年,美国的Macdiarmid教授偶然见到白川英树的金属光泽的膜状聚乙炔后,立即邀请他去美国与Heeger合作研究。后来,三人一起获得了2000年诺贝尔化学奖,也被传为佳话。与硝酸纤维素、炭黑增强橡胶等发现一样,聚乙炔膜的发现也是“偶然的”。这个故事也教育我们合作的重要性。“这是我的idea,说出去会不会被别人学去了?”具有知识保护意识固然重要,合作交流能够更快、更有效地促进研究的发展,科研中需要有团队精神。
三、Crothers与尼龙66
深受女士喜爱的尼龙袜无疑是引出缩聚反应的最佳例子。尼龙袜在全美首次发售时,每人限购一双,500万双当天告罄,没有买到尼龙袜的人在裸腿上画纹路冒充丝袜。那么引起如此轰动的商品是如何制造出来的?这个问题吊起了学生的胃口,他们对相应的知识特别用心。1928年,杜邦公司成立了基础化学研究所,Crothers受聘担任该所的负责人,并决心利用二元醇和二元酸的缩聚来支持当时刚刚提出的高分子学说。在实验中,同事偶然发现熔融的聚酯可以抽丝,Crothers意识到这是纺丝原料的特性,并展开了大量的研究。克服各种困难后,最终得到了尼龙66纤维。尼龙66的出现不仅有力的支持了高分子学说,也深入改变了人们的生活。尼龙的发现离不开Crothers。同样让人称道的还有杜邦公司,能够在经济大萧条时期拿出一笔巨款支持没有明确应用目的的基础研究,需要敏锐的眼光和巨大的勇气。注重基础研究,在今天也有着重要的借鉴意义。
四、塑料之父――Baekeland
作为第一种人造聚合物――酚醛树脂的发明者,Baekeland是一个传奇人物。他21岁就获得了博士学位,专利意识非常强。发明Velox相纸后,故意在专利中省略一两步。结果柯达公司不得不两次出资购买。在发明酚醛树脂后,Baekeland及时申请了专利(仅比同行早一天),也得到了塑料之父之称。Baekeland的幸运和知识产权保护意识让人感叹不已。酚醛树脂的发明也是一个成功的科研案例。Baekeland敏锐地意识到绝缘材料在刚刚兴起的电力工业中的巨大市场,将研究目标确定为寻找天然绝缘材料的替代品。他没有立即进行实验,先是充分进行了文献调研。发现早在1872年德国化学家Vaeyer曾把苯酚和甲醛混合产生一种树脂状物质,指出在实验中应防止它的产生。Baekeland反其道而行之,加热加压来加快反应,得到琥珀样的样品,并最终掌握了酚醛树脂的制备方法。他于1907年申请了专利,这年也被视为塑料元年。这个故事充分说明了科学研究的选题和文献调研的重要性,在阅读文献时要注意批判性阅读,不迷信已有的解释。
五、配位聚合和Ziegler-Natta
1953年Ziegler在用乙基铝使乙烯加成的一次偶然失败中发现,镍会抑制反应进行,其他过渡金属也有类似作用。他给博士生Breil的论文题目是“系统地实验整个周期表的元素”来对这一作用进行研究!有趣的是,最终研究得到了一种能使乙烯迅速聚合成为高分子量聚乙烯的催化剂。事实恰好与预料的相反,这充分说明,和预期不同的结果不见得是坏结果!Natta的成功无疑是跟踪世界研究前沿的结果。他在Ziegler催化剂研究之初就派人过去接受指导。在用改进后的催化剂进行了丙烯聚合后,Natta发现它含有高结晶部分,敏锐地“把新的结晶聚合物的结构归之于主链或至少相当长部分的主链上的不对称碳原子都采取了相同的构型”。Natta文章因未披露催化剂的本质这一关键问题,初审被拒稿。而作为编辑的Flory则意识到了文章不寻常的意义,更改了裁决才使得文章得以发表。与Ziegler-Natta的成功相对的是,1943年Fischer希望能找到使乙烯聚合成油的方法,发现“当三氯化铝与四氯化钛并用作催化剂时,液态产物减少而有利于生成固态物”,因此似乎是失望多于希望。另外,Ziegler的学生Wesslan制备聚丙烯后,发现物质的熔点高于聚乙烯,他肯定自己错了,他不相信支化会提高石蜡烃的熔点。他没有认识到熔点升高的意义。这两个故事也从反面再次印证了如何看待实验中的意外。高分子史上还有更多的历史故事,如“的确良”(涤纶),田中耕一发现质谱离子化新方法,聚四氟乙烯和高压聚乙烯的发现等。在高分子化学教学中适当穿插相应的历史故事,不仅可以增加课堂的趣味性,还有助于学生了解科学家思考问题的方式,学习他们成功的经验和失败的教训,培养学生思考研究的能力。
最后要强调的是,故事可以有适当的艺术处理,但不应违背历史和科学常识。如有文章这样介绍导电高分子“楼道角落里的一堆既像塑料又闪着银光的薄膜吸引了艾伦教授的注意了。当他好奇地询问陪同的白川教授时,对方不以为然地回答:这只是一堆废品,毫无科学价值”。该描述对百川英树有失公允,引用后会给学生错误的印象。充分利用网络资源对故事进行甄别,可以避免这种事情的发生。
致谢:本文获教育部本科教学工程与专业综合改革试点建设项目;广西专业课程一体化建设项目;广西紧缺专业建设项目;广西高等教育教学改革工程立项项目资助。
参考文献:
[1]董炎明.奇妙的高分子世界[M].北京:化学工业出版社,2011.
[2]姚金水,李梅,等.高分子科技发展史上几个重要事件给我们的启示――兼谈高分子物理概论部分的讲授[J].高分子通报,2012,(8):101.
[3]P.J.Flory,Principles of Polymer Chemistry,Cornell University Press,Ithaca,New York,1953.