微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)與思維創(chuàng)新教育

李青山 徐明雙

(燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料科學(xué)與工程系,亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北秦皇島 066004)

微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)與思維創(chuàng)新教育

李青山 徐明雙

(燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料科學(xué)與工程系,亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北秦皇島 066004)

通過(guò)微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)本科生人手一套實(shí)驗(yàn)裝置,獨(dú)立進(jìn)行高分子材料的設(shè)計(jì)合成及改性。在此基礎(chǔ)上,組建思維創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,以發(fā)明創(chuàng)造成果、創(chuàng)業(yè)計(jì)劃、專(zhuān)利樣板等為教材,進(jìn)行思維創(chuàng)新訓(xùn)練。學(xué)生自主提出實(shí)驗(yàn)設(shè)想,把微型實(shí)驗(yàn)與思維創(chuàng)新教育結(jié)合起來(lái),探索一條有效培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的教學(xué)方法途徑。

1 微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是近 20年來(lái)興起的一種新的實(shí)驗(yàn)方法,即用最小的量、最小的裝置,獲得比較明顯、清晰的反應(yīng)結(jié)果和化學(xué)信息,以驗(yàn)證化學(xué)反應(yīng)原理[1]。1982年,美國(guó)W.Mayo博士在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)取得成功,繼而開(kāi)發(fā)出微型無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[2]。從 1984年開(kāi)始,我們首先將微型實(shí)驗(yàn)應(yīng)用到高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,并逐步創(chuàng)立具有特色的大學(xué)本科學(xué)生常規(guī)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn),開(kāi)發(fā)了一系列微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,出版了相應(yīng)的教材,并獲得若干教學(xué)研究成果[3-6]。

高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)是高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論實(shí)踐課,也是應(yīng)用化學(xué)、高分子材料等專(zhuān)業(yè)的必修課。學(xué)生在學(xué)習(xí)無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)課程的基礎(chǔ)上,學(xué)習(xí)和掌握高分子化學(xué)的理論與實(shí)踐,可為學(xué)好高分子專(zhuān)業(yè)的后續(xù)課打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。同時(shí),可進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、研究問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和自學(xué)能力。由于高分子化學(xué)課程的重要性,國(guó)內(nèi)各學(xué)校對(duì)此課程都很重視。中華人民共和國(guó)教育部高分子專(zhuān)業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)就課程的建設(shè)單獨(dú)立項(xiàng)開(kāi)展研究,我們作為委員單位參加了部分工作,主要負(fù)責(zé)微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)和高分子化學(xué)演習(xí)的部分工作。國(guó)外也很重視高分子化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué),美國(guó)與西歐各國(guó)都有專(zhuān)門(mén)的高分子專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教材,日本高分子學(xué)會(huì)還專(zhuān)門(mén)為大學(xué)生編寫(xiě)了《高分子演習(xí)》,我們翻譯了這本書(shū),并準(zhǔn)備交出版社出版。2006年,我校的高分子化學(xué)課程在學(xué)校立項(xiàng),并被評(píng)為河北省精品課。高分子化學(xué)、微型實(shí)驗(yàn)、功能高分子材料學(xué)課件已經(jīng)制作出版,并與東華大學(xué)、四川大學(xué)、華南理工大學(xué)等多所院校交流,其中已經(jīng)在網(wǎng)上交流的微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容得到的反響最大。

在多年教學(xué)實(shí)踐的基礎(chǔ)上,我們編寫(xiě)了《微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》一書(shū)[7]。為繼續(xù)推廣和促進(jìn)微型實(shí)驗(yàn)的發(fā)展,我們選取《微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》中的部分內(nèi)容,結(jié)合燕山大學(xué)的實(shí)際情況與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)及研究進(jìn)展,編寫(xiě)了《高分子材料工程實(shí)驗(yàn)教程》[8]?！段⑿透叻肿踊瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)》(第 2版)[9]作為燕山大學(xué)的特色教材,已于 2009年 7月出版。該書(shū)首先介紹了 20年來(lái)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的研究情況,然后按高分子化學(xué)的理論體系給出了連鎖聚合、逐步聚合、高分子反應(yīng)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法,包括單體、原料的微型化學(xué)制備與精制,聚合物的微型化學(xué)純化方法。該書(shū)特點(diǎn)是圖文并茂,實(shí)驗(yàn)理論與儀器設(shè)備相結(jié)合,目的是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維,倡導(dǎo)和樹(shù)立綠色環(huán)保理念。為了配合雙語(yǔ)教學(xué),將主要實(shí)驗(yàn)譯成英文附于文后。

我們還建設(shè)了高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)室,并創(chuàng)立了一系列微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn),開(kāi)發(fā)了一系列微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置,于 2001年獲得國(guó)家教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。2006年,我們?cè)谥袊?guó)微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中心、教育部高分子教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)召開(kāi)的全國(guó)微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會(huì)之后,建立了中國(guó)微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心,推廣國(guó)家級(jí)教學(xué)成果?，F(xiàn)已實(shí)現(xiàn)本科生人手一套微型實(shí)驗(yàn)裝置,學(xué)生可以獨(dú)立進(jìn)行高分子材料的設(shè)計(jì)合成及改性實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)已有多所院校及研究所應(yīng)用這些裝置開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和研究工作。

2001年,日本金子秀夫提出了創(chuàng)造熱力學(xué)的概念,我們應(yīng)用創(chuàng)造熱力學(xué)觀點(diǎn)與方法,首先將創(chuàng)造思維過(guò)程用數(shù)學(xué)模型建立起來(lái),2002年 8月參加了上海國(guó)際創(chuàng)造學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì),首先提出思維創(chuàng)新的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)、方法學(xué)、工程學(xué)、成功學(xué)等 7個(gè)理論模型,并圍繞思維創(chuàng)新構(gòu)建了一個(gè)系統(tǒng)工程,創(chuàng)建了思維創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,把微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為驗(yàn)證與制備實(shí)驗(yàn)的物質(zhì)手段,把功能高分子材料、智能材料的設(shè)計(jì)與思維創(chuàng)新系統(tǒng)工程相聯(lián)系,把思維、思考的物質(zhì)性與創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)教育相聯(lián)系[10-11]。

2 組建微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)室和思維創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室

創(chuàng)建思維創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的目的是通過(guò)微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn),為高分子材料與工程、化學(xué)、材料學(xué)等專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段;從熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)、方法學(xué)、工程學(xué)、成功學(xué)等 7個(gè)方面建立思維創(chuàng)新的理論框架;用數(shù)理方程表征思維的物質(zhì)過(guò)程,用思維創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)代儀器分析來(lái)證明思維的物質(zhì)過(guò)程,從而獲得理論知識(shí)與實(shí)踐結(jié)合的教學(xué)條件。

國(guó)內(nèi)的大學(xué)生經(jīng)過(guò)了多年的應(yīng)試教育,比較缺乏善于質(zhì)疑的態(tài)度,創(chuàng)新能力也在一定程度上受到限制。為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力,我們進(jìn)行了以下嘗試:首先,在課堂教育中始終貫穿創(chuàng)新教育,在教學(xué)中留給學(xué)生足夠的思考余地,鼓勵(lì)學(xué)生主動(dòng)參與、大膽提問(wèn),激發(fā)學(xué)生的求知欲及發(fā)散思維,以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力;其次,積極開(kāi)展多層次的科技創(chuàng)新活動(dòng),鼓勵(lì)學(xué)生建立富有活力的科技團(tuán)隊(duì),團(tuán)隊(duì)間以科學(xué)的專(zhuān)業(yè)課程體系為保障,通過(guò)交流與合作,培育和營(yíng)造良好的科技創(chuàng)新氛圍,鼓勵(lì)學(xué)生參加各種創(chuàng)新競(jìng)賽;最后,在現(xiàn)有條件的基礎(chǔ)上,通過(guò)簡(jiǎn)單的教學(xué)實(shí)例,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力,鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并實(shí)踐其創(chuàng)新結(jié)果。

我們?cè)O(shè)計(jì)的微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn),通常都對(duì)同一實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)不同的合成路線,使用不同的原料或幾個(gè)不同的用量,并在相似或是同類(lèi)物質(zhì)基礎(chǔ)上探索新的實(shí)驗(yàn),從而克服了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)要求單一的缺點(diǎn)。

我們以微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心為基礎(chǔ),經(jīng)多年探索,創(chuàng)建了思維創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室,其主要工作是以發(fā)明創(chuàng)造成果、創(chuàng)業(yè)計(jì)劃、專(zhuān)利樣板等為教材,開(kāi)展頭腦運(yùn)動(dòng)會(huì),組織學(xué)術(shù)交流,科學(xué)與實(shí)驗(yàn)討論;學(xué)生可以自由提出實(shí)驗(yàn)研究設(shè)想,通過(guò)審批、立項(xiàng)、實(shí)驗(yàn),學(xué)術(shù)交流及分析總結(jié)等環(huán)節(jié),把課內(nèi)外知識(shí)有機(jī)結(jié)合起來(lái),把微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)與思維創(chuàng)新教育結(jié)合起來(lái)。借此探索一條培養(yǎng)大學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的教學(xué)方法與途徑,以解決理論與實(shí)踐脫節(jié),課內(nèi)課外脫節(jié),學(xué)校與社會(huì)脫節(jié)等問(wèn)題。

為了驗(yàn)證思維創(chuàng)新理論與過(guò)程機(jī)理,我們還建立了思維創(chuàng)新與發(fā)明創(chuàng)造實(shí)踐基地。包括:文獻(xiàn)資料、示范樣本、專(zhuān)利代理、測(cè)試儀器、評(píng)價(jià)系統(tǒng)等,我們總結(jié)開(kāi)發(fā)的應(yīng)用大學(xué)本科生創(chuàng)造力開(kāi)發(fā)三階段三層次模式,獲得 2003年度黑龍江省優(yōu)秀教學(xué)成果一等獎(jiǎng)。思維創(chuàng)新教育的 3種方式是:①開(kāi)設(shè)思維創(chuàng)新學(xué)課程(如創(chuàng)造與開(kāi)發(fā)、思維創(chuàng)新心理學(xué)等),進(jìn)行高層次的思維創(chuàng)新學(xué)專(zhuān)業(yè)培訓(xùn);②在其他文化課、基礎(chǔ)課、專(zhuān)業(yè)課的教學(xué)中,滲透創(chuàng)新性人格,創(chuàng)造性思維、思維創(chuàng)新技法的培訓(xùn)內(nèi)容;③開(kāi)展社會(huì)調(diào)查、科技競(jìng)賽、科技成果展覽等活動(dòng),擴(kuò)大思維創(chuàng)新成果。我們的思維創(chuàng)新教育是一個(gè)新的教學(xué)模式,正在不斷地實(shí)踐探索中,我們將不斷分析總結(jié)、改進(jìn)完善,使其進(jìn)一步健康發(fā)展。

3 微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)的發(fā)展前景

高分子微型實(shí)驗(yàn)裝置是我們自己的專(zhuān)利技術(shù),可長(zhǎng)時(shí)間大轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn),適合有機(jī)高分子高黏性、長(zhǎng)時(shí)間反應(yīng),可以應(yīng)用于很多高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)中;用機(jī)械鎖定機(jī)構(gòu),可方便地拆卸、裝配;有專(zhuān)門(mén)的玻璃儀器裝置,以保證快速、準(zhǔn)確和實(shí)驗(yàn)安全。

現(xiàn)在我國(guó)每年有 150余所院校招收高分子材料專(zhuān)業(yè) 8000多名學(xué)生。微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置的開(kāi)發(fā),有助于推動(dòng)各高校特別是師范院校及地方院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革,同時(shí)也可由畢業(yè)生帶到社會(huì),形成每人一套的“流動(dòng)實(shí)驗(yàn)室”。

[1] 周寧懷.微型化學(xué)實(shí)驗(yàn).杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社,1992

[2] 錢(qián)貴晴.化學(xué)通報(bào),1999(5):2

[3] 李青山,李蔭常,葉大鏗.高分子材料科學(xué)與工程,1990,6(5):83

[4] 李青山.1999全國(guó)高分子學(xué)術(shù)年會(huì)預(yù)印集.上海:上海交通大學(xué),1999,17～20

[5] 馬立群,張曉輝,王雅珍.微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù).北京:中國(guó)紡織出版社,1999

[6] 李青山,富彥珍,聞全意.微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置.ZL 00266050.4,2002.8.14

[7] 李青山,王雅珍,周寧懷.微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn).北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009

[8] 沈新元,李青山.高分子材料工程實(shí)驗(yàn)教程.北京:中國(guó)紡織出版社,2010

[9] 李青山.微型高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn).第 2版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2009

[10] 楊德治,常成,李青山,等.廣西師范大學(xué)學(xué)報(bào),2002,1(5):14

[11] Jin J X F.J of Scorety of Non-Traditional Technology,2001,15(2):1