創(chuàng)新方法在《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)中的應(yīng)用

張 林 (營口理工學(xué)院，遼寧 營口 115000)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)過程中起著至關(guān)重要的作用。隨著高分子科學(xué)的發(fā)展，高分子材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我們的衣、食、住、行相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域，因此《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》在整個(gè)高分子化學(xué)的教學(xué)過程中扮演著至關(guān)重要的作用[1-2]。《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》是高分子專業(yè)本科生的必修課程，通過實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)不僅能加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解，培養(yǎng)學(xué)生熟練的實(shí)驗(yàn)操作，還可通過安裝實(shí)驗(yàn)裝置、觀察和記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，通過分析現(xiàn)象、解決問題，最終提高學(xué)生的科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力。

傳統(tǒng)的高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課通常開設(shè)一些驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)[3]，實(shí)驗(yàn)講義對(duì)于每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)配方和反應(yīng)條件都有詳細(xì)介紹，課前學(xué)生按照講義預(yù)習(xí)，課堂上老師講授實(shí)驗(yàn)基本內(nèi)容，然后學(xué)生按照講義“照方抓藥”完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，最后得到相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果并撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這種灌輸知識(shí)的教學(xué)模式優(yōu)點(diǎn)是使學(xué)生了解基本原理和掌握實(shí)驗(yàn)操作，但不利于發(fā)揮學(xué)生主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、分析問題和解決問題的能力。

顯然，傳統(tǒng)教學(xué)模式與十八大提出的“全面實(shí)施素質(zhì)教育”的教育方針相悖，《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》改革迫在眉睫[4]。TRIZ理論為人們創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題提供了系統(tǒng)的理論和方法工具，具有鮮明的特點(diǎn)和優(yōu)勢，依據(jù)技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化理論和最終理想解，可以有效地確定問題，然后利用各種工具去解決問題，讓解決問題變得有律可循，有術(shù)可依，讓創(chuàng)新改革不再是一句口號(hào)。因此近年來，我們把創(chuàng)新方法引進(jìn)高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中并結(jié)合本校的實(shí)際情況，對(duì)我校的《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》的教學(xué)方式和教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了初步改革和探索，改革后不僅極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，并取得了較好的教學(xué)效果。

1采用多樣化，現(xiàn)代化教學(xué)方式

傳統(tǒng)的《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》普遍采用 “講授-演示”的方式[5]，這種單一的教學(xué)方式往往使實(shí)驗(yàn)課程的講解過程與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象脫節(jié)，不易幫助學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在頭腦中建立關(guān)聯(lián)。并且教學(xué)過程中僅通過口頭表述，不能準(zhǔn)確全面的描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程中遇到一些微小的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，同學(xué)們往往會(huì)忽略。換句話說，傳統(tǒng)的教學(xué)方式導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過程缺乏可視性與直觀性。

為此，我們提倡借大力使用現(xiàn)代教育技術(shù)如視頻教學(xué)以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率并強(qiáng)化教學(xué)效果。

視頻教學(xué)相對(duì)于口頭講解的方式，其優(yōu)勢在于能夠使學(xué)生對(duì)《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》有一個(gè)直觀的視覺認(rèn)識(shí)，幫助他們學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和掌握實(shí)驗(yàn)方法，提高實(shí)驗(yàn)成功率[6]。而對(duì)于一些受限于實(shí)驗(yàn)條件難以開設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(如原子轉(zhuǎn)移自由基聚合)或具有一定危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(如高溫、高壓聚合等)我們會(huì)采用虛擬化教學(xué)方式，通過模擬仿真的實(shí)驗(yàn)過程來演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并穿插操作要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，讓學(xué)生增長知識(shí)的同時(shí)也能開拓眼界。

2優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，注重趣味性，應(yīng)用性，設(shè)計(jì)性

興趣是最好的教師，可傳統(tǒng)“照方抓藥”的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)會(huì)讓學(xué)生覺得沒有意思，對(duì)實(shí)驗(yàn)的興趣不高，為了調(diào)動(dòng)學(xué)生的主觀能動(dòng)性性，課堂上我們應(yīng)用TRIZ理論40個(gè)發(fā)明原理中的改變物理或化學(xué)參數(shù)來改變實(shí)驗(yàn)條件并開設(shè)設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)。例如，我們把《苯乙烯的懸浮聚合》作為設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)開展，不設(shè)定任何實(shí)驗(yàn)條件，只提出實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的要求即符合最終理想解的產(chǎn)品(顆粒均勻、大小適中的聚苯乙烯粒子)，讓學(xué)生從配方(包括分散劑種類與用量、單體和水的比例等)、反應(yīng)溫度和攪拌方式等方面入手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，最終獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)并判斷產(chǎn)品是否達(dá)到要求。學(xué)生們獨(dú)自參與“預(yù)習(xí)→設(shè)計(jì)→實(shí)驗(yàn)→分析→總結(jié)”的整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，充分發(fā)揮了他們的主觀能動(dòng)性，大大提高其分析問題和解決問題的能力[7～9]。

為了進(jìn)一步提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣和教學(xué)效果，我們對(duì)一些基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)。例如《甲基丙烯酸甲酯的本體聚合》的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖亲寣W(xué)生了解自由基聚合反應(yīng)的特點(diǎn)和實(shí)施方法，可具體實(shí)驗(yàn)過程會(huì)使學(xué)生覺得很枯燥。為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，根據(jù)TRIZ理論40個(gè)發(fā)明原理中的改變顏色原理，實(shí)驗(yàn)中選用小試管作為反應(yīng)器，讓學(xué)生放入一些自己感興趣且不影響反應(yīng)的小物件，比如楓葉、花瓣、紙折小星星等，最后制備出有機(jī)玻璃柱飾品，學(xué)生可以將自己的作品做成鑰匙墜隨著攜帶，這會(huì)使他們覺得特別有意義和成就感。并且在后期的熱處理過程中，為了完善自己的產(chǎn)品，學(xué)生會(huì)產(chǎn)生許多奇思妙想和設(shè)計(jì)理念，達(dá)到了提高他們學(xué)習(xí)興趣的目的。

3提倡綠色化學(xué)理念

化學(xué)發(fā)展的最終理想狀態(tài)包含“綠色化學(xué)”理念，國內(nèi)部分大學(xué)也都在綠色化學(xué)領(lǐng)域做了相關(guān)嘗試[10]。隨著高分子相關(guān)材料應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，需要加深學(xué)生對(duì)高分子化學(xué)的認(rèn)識(shí)。但高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)使用的試劑很多都有毒性，實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中會(huì)產(chǎn)生許多廢棄物，這樣不但會(huì)造成環(huán)境危害而且會(huì)影響實(shí)驗(yàn)過程中師生的身體健康。因此，《高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教學(xué)中我們采取了三項(xiàng)改革。

首先，改良現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)方案，將實(shí)驗(yàn)方案綠色化。目前縮聚實(shí)驗(yàn)通常采用苯酚和甲醛的反應(yīng)，甲醛與過量苯酚在酸性條件下生成酚醛樹脂，但苯酚和甲醛均具有較大毒性，同時(shí)縮聚的產(chǎn)物還容易有甲醛殘余，這和綠色化學(xué)理念相違背。于是我們改用無毒性的丁二酸和丁二醇制備醇酸樹脂來替代甲醛和苯酚制備的酚醛樹脂，且產(chǎn)物聚丁二酸丁二醇酯可生物降解[11]。

其次，減少試劑用量，降低實(shí)驗(yàn)過程中異?，F(xiàn)象發(fā)生的機(jī)率。高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)中過多的試劑消耗易造成污染和浪費(fèi)，甚至能影響實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。例如在進(jìn)行甲基丙烯酸甲酯本體聚合時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)化率超過20%時(shí)，聚合速度顯著加快容易產(chǎn)生爆聚，為此實(shí)驗(yàn)前將反應(yīng)物用量控制在最低范圍內(nèi)，且不影響該反應(yīng)的發(fā)生保證學(xué)生能夠觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并能順利制備出有機(jī)玻璃板[12]。

第三，科學(xué)利用實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物，使產(chǎn)物處理綠色化。以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)于量少的產(chǎn)物的處理方法通常是直接廢棄。這樣即使產(chǎn)物沒有毒性，不易降解的高分子材料也會(huì)造成環(huán)境污染[13]。因此，我們轉(zhuǎn)變思路依據(jù)TRIZ理論40個(gè)發(fā)明原理中“變害為利”原理科學(xué)的利用實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物。如《乙酸乙烯酯的乳液聚合》實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的產(chǎn)物是一種水溶性膠粘劑-白乳膠，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后我們會(huì)將產(chǎn)物收集應(yīng)用于日常辦公中，這樣從根本上實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的綠色化。

4完善考核制度

以往高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)成績的考核辦法重實(shí)驗(yàn)報(bào)告、輕操作技能及創(chuàng)新能力，缺乏對(duì)學(xué)生全面、客觀的考察[14]。為此，我們建立一套符合高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，并有利于培養(yǎng)學(xué)生基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能和創(chuàng)新能力的考核方法?？己藘?nèi)容包括實(shí)驗(yàn)相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)、實(shí)驗(yàn)操作技能和綜合創(chuàng)新能力，在此基礎(chǔ)上將學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作也納入考核范圍。

讓學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作，是為了讓學(xué)生全面了解整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程，珍惜實(shí)驗(yàn)教學(xué)，提高自身實(shí)驗(yàn)技能。高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)前有大量的準(zhǔn)備工作，包括儀器設(shè)備調(diào)試、檢修；所需玻璃器皿的清洗，溶液的配制等。以往這些工作全部由實(shí)驗(yàn)老師來承擔(dān)，對(duì)于學(xué)生來說不了解實(shí)驗(yàn)的順利開展凝聚著實(shí)驗(yàn)老師的大量勞動(dòng)，往往會(huì)不珍惜實(shí)驗(yàn)過程，易造成資源浪費(fèi)，且不易幫助學(xué)生養(yǎng)成良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。改革后，我們讓學(xué)生根據(jù)自己課時(shí)量適當(dāng)參與實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作，如玻璃儀器的清洗，同學(xué)在清洗過程中發(fā)現(xiàn)殘留在玻璃儀器的物質(zhì)難以清洗，會(huì)進(jìn)一步了解高分子的性質(zhì)并在以后的實(shí)驗(yàn)中謹(jǐn)慎仔細(xì)使用玻璃儀器。又如為避免溶液在儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)倪^程中發(fā)生聚合，甲基丙烯酸甲酯溶液中往往加入微量的阻聚劑，所以在《甲基丙烯酸甲酯單體的蒸餾》實(shí)驗(yàn)前讓學(xué)生在老師的指導(dǎo)下采用蒸餾的方式對(duì)單體進(jìn)行提純，這樣既加深理論課程中關(guān)于阻聚劑的理解，又能節(jié)省課堂時(shí)間提高實(shí)驗(yàn)效率。

實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備工作幫助學(xué)生加深了對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解，使他們懂得了實(shí)驗(yàn)的成功不僅取決于實(shí)驗(yàn)過程，與實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作也密不可分，從而更加珍惜實(shí)驗(yàn)過程，珍惜自己的實(shí)驗(yàn)成果。

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