高分子化學實驗教學改革的探索

汪鋼強，張光學，朱 琴

(1.湖北科技學院 非動力核技術(shù)研發(fā)中心，湖北 咸寧 437100；2.湖北科技學院 核技術(shù)與化學生物學院，湖北 咸寧 437100；3.湖北科技學院 國際學院，湖北 咸寧 437100)

高分子化學實驗教學改革的探索

汪鋼強1，張光學2，朱 琴3

(1.湖北科技學院 非動力核技術(shù)研發(fā)中心，湖北 咸寧 437100；2.湖北科技學院 核技術(shù)與化學生物學院，湖北 咸寧 437100；3.湖北科技學院 國際學院，湖北 咸寧 437100)

《高分子化學實驗》 課程是培養(yǎng)現(xiàn)代高分子專業(yè)，化工材料專業(yè)人才的重要實踐環(huán)節(jié)。本文針對目前《高分子化學實驗》 課程存在的不足提出一些富有成效的改進措施，包括優(yōu)化實驗內(nèi)容，改變教學觀念，創(chuàng)新教學方法，建設(shè)好實驗室開放制度，鼓勵學生開展探索性實驗等措施，來激發(fā)學生的學習興趣，提高學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，使實驗教學、科學研究、產(chǎn)品應(yīng)用相結(jié)合，努力培養(yǎng)出具有創(chuàng)新能力的復(fù)合型人才。

高分子化學實驗；教學改革；復(fù)合型人才

高分子材料是現(xiàn)代生活和工業(yè)生產(chǎn)中最為常見，應(yīng)用非常廣泛的材料，它被廣泛應(yīng)用于建筑、紡織服裝、電子信息、汽車工業(yè)、航空航天等各個領(lǐng)域中，對我國國民經(jīng)濟起著舉足輕重的作用[1]，因此國家對未來高分子材料專業(yè)人才需求提出了更高的要求，要求培養(yǎng)出的學生實踐能力強，創(chuàng)新能力足，所以，高校在制定高分子化學實驗課程教學大綱時，應(yīng)與時俱進，使培養(yǎng)出來的學生能夠適應(yīng)當代社會的需求，學校與老師更應(yīng)該從教學的各個方面來激發(fā)在校高分子化學相關(guān)專業(yè)的學生學習興趣，一改傳統(tǒng)上那種填鴨式的教學，努力提高學生的綜合能力，特別是其創(chuàng)新性能力，努力把他們培養(yǎng)成國家需要的復(fù)合型人才。

一、目前我?！陡叻肿踊瘜W實驗》教學的不足

《高分子化學實驗》是高分子材料專業(yè)與應(yīng)用化學專業(yè)學生的重要專業(yè)實驗課程, 通過與《高分子化學》專業(yè)基礎(chǔ)理論課程的結(jié)合, 使得學生在大學學習過程中, 做到理論與實踐有機結(jié)合, 鞏固基礎(chǔ)理論知識和基本技能的鍛煉。以目前我校現(xiàn)行的《高分子化學實驗》教學模式為例，雖然我校的應(yīng)用化學專業(yè)和輻照化工專業(yè)的高分子化學實驗教學內(nèi)容涵蓋了溶液聚合(丙烯酰胺的溶液聚合與乙酸乙烯酯的溶液聚合)、本體聚合(甲基丙烯酸甲酯本體聚合)、乳液聚合(乙酸乙烯酯的乳液聚合)、高分子化學反應(yīng)(聚乙烯醇的制備和聚乙烯醇縮甲醛的制備)等實驗，例如：聚丙烯酰胺溶液聚合和乙酸乙烯酯的乳液聚合等。雖然這一些高分子化學實驗大都能夠在規(guī)定的學時內(nèi)較好地完成高分子化學的核心內(nèi)容，但是，通過這幾年的教學觀察發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)教學方式已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)代的教學目標，與快速發(fā)展的現(xiàn)代社會需求還存在著一定的差距[2]。主要表現(xiàn)在：一是傳統(tǒng)實驗教學的內(nèi)容大多僅局限于實驗教材上的實驗內(nèi)容[2]，教材上所寫入的信息量不夠，很多教材上并沒有加入一些與生活生產(chǎn)實際相關(guān)的內(nèi)容。這樣就導致學生在整個實驗過程中幾乎完全依賴實驗教材，在進行實驗過程中學生“照方捉藥”不加以思考，這樣學生就很難深入了解與理解相關(guān)的理論知識，同時也不能全面了解所做實驗的高分子化學材料在日常生活和生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景，這樣導致學生的學習興趣不濃，實驗敷衍了事。二是傳統(tǒng)高分子化學實驗教學實驗內(nèi)容多數(shù)是一些驗證性實驗，學生缺乏主觀能動性。由于實驗原理、實驗方案、實驗流程等內(nèi)容都在教材中已經(jīng)完整的寫了出來，所以，學生在做實驗過程中馬馬虎虎，草率了事，實驗過程從不觀察實驗現(xiàn)象，上交的實驗預(yù)習和實驗報告千篇一律，全班就一個版本。這樣開設(shè)實驗課程加強學生理解所學的高分子化學理論知識的初衷得不到落實，學生基本實驗技能也得不到鍛煉。三是傳統(tǒng)的教學方式只是在強調(diào)老師的教，較少強調(diào)學生的學。通常，傳統(tǒng)教學方式都是老師一個人在講臺上唱“獨角戲”，較少有學生的互動提問或小組討論學習方式，所以很多學生在上實驗課的時候從不聽講，之后就按實驗教程“照方捉藥”進行實驗。另外，高分子化學實驗通常反應(yīng)需要的時間較長，很多學生在長時間的反應(yīng)等待時，都在玩手機，上網(wǎng)聊天、打游戲，對課堂秩序產(chǎn)生不良影響。久而久之，引發(fā)學生的實驗興趣和實驗的主動性不強，不利于學生的思考能力、分析能力和解決問題的能力以及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，因此，有效的改變課堂教學方式與內(nèi)容，是每一位教師都應(yīng)該認真思考的問題。

二、《高分子化學實驗》教學改革方法

21 世紀的大學生，大多是“90”、“00”后，個性張揚、自我另類。要想培養(yǎng)這樣的學生從了解高分子化學基礎(chǔ)理論，到了解高分子材料的應(yīng)用，再到熱愛高分子化學學科，再到學習高分子化學的主動性，再到對高分子化學實驗產(chǎn)生濃厚的學習興趣很不容易，因此，必須從源頭開始引導。

針對以上存在的問題，努力提高學生對高分子實驗的學習興趣，變“他要我學”為“我要學”，激發(fā)學生去了解、學習、探索高分子化學的學科領(lǐng)域。我們將采取以下一些有效的方法來加以改進[3]。

一是優(yōu)化實驗課程內(nèi)容，增加補充趣味性實驗與綜合設(shè)計性實驗相結(jié)合，在基礎(chǔ)性實驗內(nèi)容中增加綜合性實驗內(nèi)容，因為基礎(chǔ)性實驗通常是幫助學生了解和掌握一些基本的實驗操作技術(shù)和一些常用儀器設(shè)備的使用，在學生掌握了這一些基本操作技能和有關(guān)儀器設(shè)備的使用方法之后，我們可以適當?shù)脑黾右恍┡c實際生產(chǎn)相關(guān)的綜合性實驗。由于高分子聚合反應(yīng)時間一般比較長，所以高分子化學實驗是一個長時間等待過程，學生在長時間的等待時就會覺得無意義、興趣不高。針對這一些情況，我們把實驗內(nèi)容與生活、藝術(shù)相結(jié)合，讓實驗既具有日常生活的樂趣又有藝術(shù)美的感覺，最大限度地調(diào)動學生的興趣與積極性。

例如，學生們在學習完高分子化學理論知識之后，已經(jīng)知道了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)被稱作有機玻璃，在“甲基丙烯酸甲酯的本體聚合”實驗之前，充分預(yù)習本實驗內(nèi)容，并列舉現(xiàn)實生活中所用的PMMA材料，并告之我們隨身配戴的許多小飾品、小掛件都是PMMA材料做出來的，我們通過這個實驗也可以做出自己心愛的小飾品，所以可以提前讓學生自己準備一些小飾品與自制模具，在甲基丙烯酸甲酯預(yù)聚合完成之后，將預(yù)聚物與小飾品放入模具中，再把模具放60℃的烘箱內(nèi)聚合12小時，制得有機玻璃小掛件，既精美又有紀念意義。同時，實驗結(jié)束后可以測量PMMA透光率與抗壓測試，比較其與普通玻璃的透光率與抗壓性，并列舉PMMA材料優(yōu)勢與不足。讓學生充分掌握PMMA材料的用途與制備方法同時，了解PMMA材料的優(yōu)劣。在引入了實驗趣味性同時，又增加了材料設(shè)計理念，將有助于開拓學生的視野，有利于綜合型技術(shù)人才的培養(yǎng)。

又如，在“聚丙烯酰胺(PAM)的制備”實驗內(nèi)容中可以加入聚丙烯酰胺對污水處理等內(nèi)容，測試加入PAM后與原污水的比較，這樣加入一些實際生產(chǎn)中常常用到或者見到的實驗內(nèi)容，學生的學習的主動性、積極性和學習效果都能得到提高，那么教學效果也會得到大大的提升。

二是改變教學觀念，創(chuàng)新教學方法[4]。“授人以魚, 不如授人以漁”。教學的目的不僅僅是簡單的傳授知識, 更重要的是要讓學生養(yǎng)成主動積極的學習態(tài)度，提高其自我學習能力，激發(fā)他們的學習興趣。激發(fā)學生的學習興趣就是要注重啟發(fā)性誘導，要注重學生學習方法的指導，把學生的學習時間還給學生，把學習思考的時間還給他們，把主動提問權(quán)還給學生，把課后評議權(quán)還給學生。例如：在聚甲基丙烯酸甲酯合成(PMMA)實驗中，我們可以在合成出來的PMMA中，加入一些小飾品或小蟲子形成 “人工琥珀”等內(nèi)容，但是實踐證明產(chǎn)品中往往會有氣泡產(chǎn)生，會使學生產(chǎn)生挫敗感，如何避免學生產(chǎn)生挫敗感呢？我們可以在做實驗前開展小組討論，把學生分成幾個小組，先將已往學生實驗室遇到的實驗現(xiàn)象展現(xiàn)給大家：(1) 如何排出預(yù)聚階段產(chǎn)生氣泡；(2) 澆模時產(chǎn)生的氣泡又將如何除去；(3) 在后聚合的高溫反應(yīng)階段，可能會出現(xiàn)大量的氣泡，甚至可能出現(xiàn)爆聚現(xiàn)象，如何控制這個反應(yīng)？等等這些問題，可以先讓學生們圍繞這些實驗現(xiàn)象展開討論，通過查閱文獻或者網(wǎng)絡(luò)資料，提出自己的解決方法，再根據(jù)自己提出的改進方案進行實驗，實驗結(jié)束后老師再進行總結(jié)，總結(jié)得出一些較好的控制方法和技巧，這樣使所有學生都參與到整個教學實驗過程中來，不會讓他們在實驗進程中感到無聊沒事做，只能玩手機來打發(fā)時間，這樣極大的調(diào)動了課堂學習氛圍。

三是緊密聯(lián)系實際，開設(shè)綜合設(shè)計實驗[5]。高分子材料涉及人類生活的方方面面，學生在日常生活工作中將會越來越多的接觸和應(yīng)用到高分子化學的相關(guān)知識。因此，為了更加緊密聯(lián)系生活實際，提倡學以致用，提高學生的創(chuàng)新力和對實驗的積極性，在高分子化學實驗的過程中，我們把一些驗證性實驗內(nèi)容設(shè)置成綜合性、實用性實驗，并拓展了部分驗證性實驗產(chǎn)品的應(yīng)用價值，使學生能夠親身感受到高分子化學材料的實用意義。

例如：在原驗證性 “乙酸乙烯酯的溶液聚合” 實驗基礎(chǔ)上，我們把實驗設(shè)置成“乙酸乙烯酯的溶液聚合”—“聚乙酸乙烯酯的醇解”—“聚乙烯醇縮甲醛的制備”實驗，三個實驗綜合成一個綜合性實驗——工業(yè)膠水的制備。又如，在“乙酸乙烯酯的乳液聚合” 實驗中，在所得產(chǎn)品中添加一定量鄰苯二甲酸丁酯，制得粘合劑白乳膠，在白乳膠中加入適量顏料，可進一步制得市場上出售的各色乳膠漆。這些綜合性設(shè)計實驗有效地整合了自由基聚合、聚合方法、聚合物化學反應(yīng)相關(guān)理論知識與產(chǎn)品的用途，實驗操作簡單，產(chǎn)品非常直觀，具有很強的教學意義和應(yīng)用性。

這些與生產(chǎn)和生活實際緊密相聯(lián)的綜合性實用性實驗的開設(shè)，不僅提高了學生的學習積極性，而且還能使學生學以致用，理論聯(lián)系實際，在一定程度上促使學生對一些高分子材料的工業(yè)生產(chǎn)有所了解，深化其理論知識，堅定了本專業(yè)的信念，將有利于人才培養(yǎng)和教學活動有效進行。

四是建設(shè)好實驗室開放制度，鼓勵學生開展探索性實驗[6～8]。因為高分子化學實驗課程學時(4學時)有限，但是一般高分子化學反應(yīng)時間(2-5小時)都比較長，學生在規(guī)定的4學時內(nèi)一般都很難完成高分子材料的合成制備，以及其性能測試與表征實驗內(nèi)容。通過開放實驗室，一方面學生可以繼續(xù)進行性能測試實驗等，另一方面學生可根據(jù)個人的興趣，進行一些探索性高分子化學實驗研究。但是開放實驗室不是讓學生毫無目的的進行實驗，開放實驗室后更加應(yīng)該加強學生的管理與指導，應(yīng)該委派老師或?qū)W生加強實驗室安全檢查，對于實驗中可能出現(xiàn)的問題要有預(yù)見性，和對實驗過程中存在的問題進行及時的解答。鼓勵學生利用空余時間多參與老師們的科研項目，多接觸一些工業(yè)產(chǎn)業(yè)化項目研究，通過產(chǎn)學研相結(jié)合，用高水平的科研實驗來帶動和擴展實驗課教學，培養(yǎng)了學生的初步科研能力和創(chuàng)新意識。

五是改進實驗課程考核方式。為了更加客觀全面地反映學生的實驗綜合能力和實驗教學效果，必須改變以往的高分子化學實驗的考核方式，應(yīng)當注重學生技能的考核，減少學生機械記憶的負擔。在高分子化學實驗考核時，采用“平時實驗成績(占40%)+ 期末實驗操作考試(占60%)”相結(jié)合的評價考核機制，其中平時實驗成績主要包括: 平時考勤(占20%)、實驗預(yù)習(占20%)、實驗操作(占20%)、實驗紀律(占10%)、實驗報告(占30%)。期末實驗操作考試以“聚乙烯醇縮甲醛的制備”實驗進行，主要考查學生的基本實驗技能與實驗素養(yǎng)。實驗操作考試評分如表1：

表1 聚乙烯醇縮甲醛的制備實驗操作考試評分細則

通過實驗考核方式的改進和完善，嚴肅考風考紀, 對于考核不及格的學生, 必須補考或重修, 正確引導學生樹立優(yōu)良的學風, 加強學生的實驗積極性與實驗綜合素質(zhì)培養(yǎng)。

六是提高教師隊伍的專業(yè)素養(yǎng)。一名優(yōu)秀的教師應(yīng)該具備多種優(yōu)秀的品質(zhì)，但是專業(yè)素養(yǎng)無疑是教學中最重要的品質(zhì)，為了提高實驗教學效果，就必須提高教師隊伍的專業(yè)素養(yǎng)。例如，學生在開展基礎(chǔ)實驗以及研究性實驗時，需要學生查閱大量的文獻資料，然后根據(jù)文獻資料提出自己的實驗方案，再根據(jù)實驗方案進行實驗，這時就對教師的知識背景有更高的要求，學生在進步教師也必須要更進一步。另外，在學生進行實驗過程中，教師應(yīng)該融入到學生中間去，細心指導，這樣有利于教師了解學生，更有利于增進教師和學生之間的感情。課后教師應(yīng)該繼續(xù)深入研究高分子化學實驗相關(guān)內(nèi)容，收集與高分子化學實驗相關(guān)的素材，為豐富課堂內(nèi)容做好準備。還有，在鼓勵學生進行高分子化學科學研究時，應(yīng)該聘請經(jīng)驗豐富的教授等高職稱的教師進實驗室擔任學生實驗的指導教師，提高指導層次，提高教學效果。

另外，我們還可以通過開展系列與實際生產(chǎn)相關(guān)的高分子化學講座，通過改進實驗考核方式，加強實驗教材建設(shè)，更新教材內(nèi)容等措施來培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)新型人材[9，10]。

三、結(jié)語

通過優(yōu)化實驗內(nèi)容能夠完善學生的理論知識結(jié)構(gòu)，使學生系統(tǒng)地掌握高分子實驗技術(shù)、高分子材料的合成及性能表征的方法等；通過改變教學觀念、創(chuàng)新教學方法，可以促發(fā)學生的學習興趣、激發(fā)他們的創(chuàng)造性思維以及創(chuàng)新能力，為培養(yǎng)現(xiàn)代新型應(yīng)用型人才提供新的途徑；健全實驗室開放制度，鼓勵學生積極參與科研性項目，教學與科研相結(jié)合全面提高學生的創(chuàng)新能力、實踐能力；通過改進考核方式嚴把教學質(zhì)量關(guān)。總之，通過高分子化學實驗教學體系的改革，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力，符合現(xiàn)代化建設(shè)人才培養(yǎng)的需要。

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2095-4654(2017)06-0129-04

2017-08-12

湖北科技學院博士科研啟動基金和教學研究項目(Nos. BK1434，2014-XB-021，KY14039)資助項目

G642.0

A

吳惠娟