拓展學(xué)生專業(yè)實踐知識，夯實高分子化學(xué)理論基礎(chǔ)

吳寧晶　華　靜（青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266042）

拓展學(xué)生專業(yè)實踐知識，夯實高分子化學(xué)理論基礎(chǔ)

吳寧晶*華靜
（青島科技大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)院，山東青島266042）

以有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)為基礎(chǔ)，構(gòu)建高分子化學(xué)的理論知識體系，通過將課堂教學(xué)與實驗和生產(chǎn)實踐相結(jié)合，拓展學(xué)生在高分子化學(xué)前沿領(lǐng)域的專業(yè)知識，強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生的素質(zhì)教育與創(chuàng)新精神，進(jìn)而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

高分子化學(xué)；教學(xué)改革；素質(zhì)教育；學(xué)習(xí)興趣

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高分子化學(xué)是高分子材料學(xué)科最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，能否有效地學(xué)習(xí)和掌握高分子化學(xué)的理論知識，構(gòu)建完善的高分子合成理論的知識體系框架，將直接關(guān)系到本科生對高分子物理、聚合反應(yīng)工藝學(xué)以及材料專業(yè)等其他后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)［1－4］；另外，高分子化學(xué)還是研究生和博士生入學(xué)考試的專業(yè)基礎(chǔ)課程，在高分子材料學(xué)科的學(xué)習(xí)中占據(jù)十分重要的地位。因此，提高高分子化學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量和課堂教學(xué)效果，有效生動地將知識傳授給學(xué)生，一直是作為主講高分子化學(xué)課程的高校教師積極追求的目標(biāo)。目前，在高分子化學(xué)的教學(xué)中，需要不斷改革與嘗試，進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)該課程的學(xué)習(xí)興趣。下面分別從課程內(nèi)容、教學(xué)與實踐、教學(xué)與科研等不同角度探索高分子化學(xué)的教學(xué)改革。

1　以有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)為基礎(chǔ)，搭建高分子化學(xué)的理論框架

有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)是學(xué)習(xí)高分子化學(xué)的基礎(chǔ)，在我們的教學(xué)中，需要將高分子化學(xué)的基礎(chǔ)理論知識與有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)的基礎(chǔ)知識緊密相連［5，6］。例如，高分子化合物的系統(tǒng)命名法是以有機(jī)小分子化合物命名方法為基礎(chǔ)的，掌握了有機(jī)化合物的命名規(guī)則，學(xué)生學(xué)習(xí)聚合物的命名規(guī)則就非常容易。有機(jī)化學(xué)中的電子效應(yīng)和位阻效應(yīng)對化合物和中間體的穩(wěn)定性和活性有著重要的影響，也影響著有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理和反應(yīng)歷程。同樣地，電子效應(yīng)和位阻效應(yīng)對高分子化學(xué)的連鎖聚合反應(yīng)也有著重要影響（圖1）。例如，烯烴單體分子結(jié)構(gòu)中取代基的電子效應(yīng)（包括誘導(dǎo)和共軛效應(yīng)）的種類和強(qiáng)度決定了烯烴單體對聚合機(jī)理的選擇，而取代基的位阻效應(yīng)對單體的聚合能力有不同程度的影響。另外，單體和自由基的活性以及自由基活性種的穩(wěn)定性均受到取代基的電子效應(yīng)和位阻效應(yīng)的影響，單體和自由基活性的比較依據(jù)是基于表征共軛效應(yīng)度量值（Q）和極性效應(yīng)度量值（e）的相對大小。阻聚劑和緩聚劑的阻聚作用機(jī)理以及烯丙基單體的自阻聚作用與電子效應(yīng)中的共軛穩(wěn)定性密切相關(guān)。因此，掌握有機(jī)化學(xué)中的誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)等電子效應(yīng)以及位阻效應(yīng)等相關(guān)概念和原理，對于系統(tǒng)地理解和掌握高分子化學(xué)的相關(guān)理論知識有很大的幫助［5，6］。

圖1　電子效應(yīng)和位阻效應(yīng)對單體、自由基以及連鎖聚合反應(yīng)機(jī)理的影響

逐步聚合反應(yīng)是指通過單體官能團(tuán)之間的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)生成具有重復(fù)特征結(jié)構(gòu)單元聚合物的反應(yīng)；縮聚反應(yīng)依據(jù)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的類型進(jìn)行分類，隨特征結(jié)構(gòu)單元的不同分為聚醚、聚酯、聚酰胺等縮聚物。所以逐步聚合的反應(yīng)過程以及縮聚物的類型與有機(jī)化學(xué)反應(yīng)類型和特征基團(tuán)緊密相關(guān)。

另外，高分子化學(xué)連鎖聚合反應(yīng)中的熱力學(xué)問題（包括聚合上限溫度和平衡單體濃度）以及引發(fā)和聚合反應(yīng)的動力學(xué)研究都涉及到物理化學(xué)的熱力學(xué)和動力學(xué)的相關(guān)知識。自由基聚合反應(yīng)中，溫度對引發(fā)速率常數(shù)、鏈轉(zhuǎn)移速率常數(shù)、聚合反應(yīng)速率常數(shù)以及聚合度的影響規(guī)律可以用阿累尼烏斯經(jīng)驗式進(jìn)行定量描述，圖2總結(jié)了阿累尼烏斯經(jīng)驗式在自由基聚合反應(yīng)中的反應(yīng)速率和聚合度的主要應(yīng)用。在高分子化學(xué)的教學(xué)中，將有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)的概念、原理與高分子化學(xué)中的相關(guān)知識緊密聯(lián)系起來并加以解析，有助于學(xué)生更加深入理解和掌握課程內(nèi)容，構(gòu)建高分子化學(xué)基礎(chǔ)理論知識，提高教學(xué)的質(zhì)量與效果。

2　將課堂教學(xué)與實驗和生產(chǎn)實踐相結(jié)合，提高學(xué)生感性認(rèn)識

高分子化學(xué)是一門理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，章節(jié)比較多，各個章節(jié)相對獨(dú)立，概念較多，公式推導(dǎo)多，知識點(diǎn)較多，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)中感覺無規(guī)律可循。我們可以將理論知識與聚合物合成的工業(yè)化生產(chǎn)實際相結(jié)合，通過分析單體的聚合原理和常見聚合物的生產(chǎn)工藝，增加學(xué)生對高分子化學(xué)理論學(xué)習(xí)的感性認(rèn)識。如聚甲基丙烯酸甲酯（有機(jī)玻璃）的制備過程，為了避免出現(xiàn)自加速現(xiàn)象，在實際生產(chǎn)中采用分段的本體聚合工藝，即高溫低溫再高溫的生產(chǎn)工藝，這是由于自由基的本體聚合特點(diǎn)所決定的。聚苯乙烯的工業(yè)化生產(chǎn)可以采用本體連續(xù)法和間歇懸浮法等不同的聚合工藝制備，由于聚合過程中溶液聚合發(fā)生易鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)而降低相對分子質(zhì)量，因此不同的聚合工藝所得到的聚苯乙烯的相對分子質(zhì)量與分布和產(chǎn)物的性能都有所區(qū)別。由于配位的聚合理論不太成熟，在學(xué)習(xí)配位聚合這一章時，學(xué)生非常不容易理解。由于橡膠專業(yè)是青島科技大學(xué)的特色學(xué)科，掌握和理解配位聚合的內(nèi)容對橡膠專業(yè)的學(xué)生學(xué)習(xí)高年級的橡膠專業(yè)課程非常重要，因此我們在配位聚合的教學(xué)過程中，以常見的輪胎為例，著重介紹一些常見的橡膠品種（如順丁橡膠、天然橡膠、合成天然橡膠、丁基橡膠等）的結(jié)構(gòu)與性能特點(diǎn)以及橡膠的應(yīng)用范圍（圖3），增加學(xué)生對配位聚合反應(yīng)的感性認(rèn)識。另外，在大學(xué)二年級學(xué)習(xí)高分子化學(xué)課程中，學(xué)校安排實習(xí)實訓(xùn)活動環(huán)節(jié)，學(xué)生參觀塑料和橡膠產(chǎn)品的生產(chǎn)基地，這些實踐活動可進(jìn)一步增加學(xué)生對高分子化學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣和促進(jìn)學(xué)生對高分子化學(xué)理論知識的理解。

圖2　阿累尼烏斯經(jīng)驗式在自由基聚合反應(yīng)中的應(yīng)用

圖3　不同橡膠種類在輪胎中的應(yīng)用

3　了解最新科研進(jìn)展與發(fā)展趨勢，拓寬高分子領(lǐng)域的專業(yè)知識

在高分子化學(xué)的教學(xué)過程中，學(xué)生對高分子材料的未來發(fā)展趨勢非常感興趣。高分子科學(xué)作為21世紀(jì)迅速發(fā)展的一門前沿學(xué)科，主要發(fā)展的新方向包括分子材料與分子器件、光電信息功能高分子材料、生物醫(yī)用高分子材料、敏感與傳感轉(zhuǎn)換材料、納米材料、導(dǎo)電高分子材料等，而這些材料發(fā)展的基礎(chǔ)都離不開高分子化學(xué)的合成基礎(chǔ)。目前，高分子化學(xué)最新的研究前沿是合成新型聚合物及精確控制聚合物的空間立體結(jié)構(gòu)和聚合物的相對分子質(zhì)量，發(fā)展新型的聚合方法包括酶催化、微生物催化等技術(shù)，設(shè)計與合成新型功能高分子材料。因此，在高分子化學(xué)聚合理論的講解過程中，除了介紹非常成熟的工業(yè)化聚合物產(chǎn)品外，向?qū)W生介紹科研發(fā)展的最新進(jìn)展，包括導(dǎo)電高分子、感光高分子、生物高分子等相關(guān)領(lǐng)域的最新動態(tài)，可以開拓學(xué)生的學(xué)習(xí)思路，培養(yǎng)學(xué)生的科研思想與創(chuàng)新意識。特別是任課教師根據(jù)自己的研究方向，結(jié)合具體的研究實例進(jìn)行講解，可以進(jìn)一步提升學(xué)生對高分子化學(xué)的學(xué)習(xí)熱情，為學(xué)生未來在高分子領(lǐng)域的發(fā)展奠定理論知識的基礎(chǔ)。

總之，高分子化學(xué)作為高分子材料學(xué)科最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，學(xué)生對這門課程理論知識的學(xué)習(xí)和掌握，對于他們建立扎實的高分子專業(yè)理論基礎(chǔ)是非常重要的。我們首先將高分子化學(xué)的理論與生產(chǎn)實踐以及應(yīng)用實例相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；并在課堂教學(xué)中介紹高分子科學(xué)的最新科學(xué)進(jìn)展以及發(fā)展趨勢，拓寬學(xué)生在高分子領(lǐng)域的專業(yè)知識，有目的地發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識，重視素質(zhì)教育，為他們未來在專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展夯實高分子化學(xué)理論基礎(chǔ)。

［1］王家喜.化學(xué)試劑，2009，31（4），307.

［2］莊啟昕，唐頌超，李欣欣，錢軍，劉小云，李慧.實驗技術(shù)與管理，2011，28（6），249.

［3］高建剛，宋慶平，丁玉潔，吳之傳.高分子通報，2009，No.5，63.

［4］陳正年，杭祖圣，張聲春.南京工程學(xué)院學(xué)報，2009，9（3），62.

［5］王小龍，何乃普，王九思.高分子通報，2009，No.11，62.

［6］吳寧晶，華靜.青島科技大學(xué)學(xué)報，2009，25，75.

Expanding Professional Practice Knowledge and Reinforcing the Theoretical Basis of Polymer Chemistry for Students

WU Ning-Jing*HUAJing
（College of Polymer Science&Engineering，Qingdao University of Science&Technology，Qingdao 266042，Shandong Province，P.R.China）

In the teaching reform of polymer chemistry，the theoretical knowledge system of polymer chemistry，which is built on the study of the organic chemistry and physical chemistry，is established for students.The quality education and innovative spirit were developed by combining classroom teaching，laboratory teaching and the production practice.Meanwhile the students′professional knowledge was expanded in the frontier field of polymer chemistry.Thus，students′learning interest was further improved.

Polymer chemistry；Teaching reform；Quality education；Learning interest

O6；G64

10.3866/PKU.DXHX201509020

，Email:ningjing_wu@qust.edu.cn

山東省高分子物理與化學(xué)省級精品課程群（2013-126）