《天然高分子材料》課程教學(xué)研究

賀 盟

（鹽城工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051）

近年來(lái)，隨著能源與環(huán)境問題的日益凸顯，在自然界中含量尤為豐富且具有可再生性的天然高分子引起了人們極大的關(guān)注。天然高分子分布極為廣泛，它主要包括纖維素、淀粉、海藻酸、甲殼素和脫乙?；讱に兀ぞ厶牵?、膠原和明膠，因此利用這些天然高分子來(lái)構(gòu)建功能材料，一方面可望解決石油等化石燃料即將枯竭所帶來(lái)的能源危機(jī)問題，另一方面，這些天然高分子具有生物可降解性，不會(huì)像通過合成方法制得的聚合物塑料那樣產(chǎn)生“白色污染”等環(huán)境問題。開設(shè)《天然高分子材料》這門課程，可以使學(xué)生認(rèn)識(shí)到這些自然界中儲(chǔ)備豐富同時(shí)未被有效開發(fā)利用的可再生資源，熟悉它們的來(lái)源、提取方法以及相關(guān)功能材料的制備過程，這為社會(huì)發(fā)展和相關(guān)人才與技術(shù)儲(chǔ)備提供必要的基礎(chǔ)?！短烊桓叻肿硬牧稀肥躯}城工學(xué)院高分子材料與工程以及復(fù)合材料與工程專業(yè)三年級(jí)本科生的一門專業(yè)選修課，本課程在拓展學(xué)生在功能材料方面基本知識(shí)尤其是功能性天然高分子材料制備與應(yīng)用方面能夠起到重要作用，因而課程教學(xué)過程中要注重拓寬相關(guān)專業(yè)學(xué)生知識(shí)體系和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維意識(shí)?！短烊桓叻肿硬牧稀分饕榻B幾種含量尤為豐富的天然高分子如纖維素、淀粉和甲殼素的相關(guān)功能材料的制備及其應(yīng)用，旨在讓學(xué)生熟悉天然高分子同時(shí)灌輸天然高分子功能材料最新制備方法。

由于《天然高分子材料》課程具有較強(qiáng)的專業(yè)性和應(yīng)用型，同時(shí)隨著國(guó)內(nèi)外企業(yè)、高校以及研究所對(duì)天然高分子功能材料重視，相關(guān)材料制備的新方法以及新用途不斷涌現(xiàn)，因此課程教學(xué)也需要不斷改革，與時(shí)俱進(jìn)，保障學(xué)生了解天然高分子材料最新前沿。此外，該課程是具有實(shí)際應(yīng)用性質(zhì)的專業(yè)課程，學(xué)生在學(xué)校圖書館或一些學(xué)術(shù)網(wǎng)站能夠較方便的獲取天然高分子材料制備方法的相關(guān)文獻(xiàn)和資料，其內(nèi)容較寬泛但難度相對(duì)低，相關(guān)知識(shí)和方法容易被學(xué)生熟悉和掌握?；诮鼇?lái)學(xué)生課堂學(xué)習(xí)情況和本院的基礎(chǔ)條件，本文從《天然高分子材料》課程教學(xué)內(nèi)容的選擇、教學(xué)方法和教學(xué)手段的革新等方面對(duì)優(yōu)化教學(xué)質(zhì)量的影響，可望拓寬相關(guān)專業(yè)學(xué)生的知識(shí)面并提高其創(chuàng)新與實(shí)踐能力。

1 教學(xué)內(nèi)容選擇

天然高分子材料課程在材料科學(xué)與工程學(xué)院屬于專業(yè)選修課，目前共有24學(xué)時(shí)，然而，天然高分子材料種類繁多且不同種類天然高分子材料制備方法大同小異，所以，在課程教學(xué)內(nèi)容的選擇上，應(yīng)結(jié)合我校學(xué)生與師資實(shí)際情況，既充分考慮高分子與復(fù)合材料專業(yè)系課程建設(shè)要求，又要完成《天然高分子材料》的教學(xué)任務(wù)?！短烊桓叻肿硬牧稀氛n程中涉及的天然高分子基本都屬于天然產(chǎn)物，這不同于《高分子化學(xué)》中通過小分子單體聚合方法得到的合成聚合物，因此在天然高分子功能材料制備過程中原材料的獲取主要是來(lái)自于自然界中動(dòng)植物，例如棉花、蘆葦、蝦蟹殼、海藻、海鞘以及廣大農(nóng)作物中。此外，大部分天然高分子例如纖維素和甲殼素很難溶解同時(shí)不能熔融，其材料加工方法亦不同于常規(guī)合成聚合物的熔融擠出成型等方法。因此，大部分高分子與復(fù)合材料專業(yè)系學(xué)生之前基本沒有接觸過天然高分子，同時(shí)對(duì)相關(guān)功能材料的制備方法了解的更少。綜上所述，在教學(xué)內(nèi)容選擇上，我們將以自然界含量最豐富的纖維素、甲殼素和淀粉為本課程主要教學(xué)內(nèi)容，系統(tǒng)介紹這三種天然高分子各類功能材料的制備方法以及相關(guān)用途，在介紹某一種普適方法的同時(shí)會(huì)拓展到其他的天然高分子，比如以環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑通過化學(xué)交聯(lián)法制備纖維素水凝膠可以拓展到甲殼素、殼聚糖和明膠等其他天然高分子水凝膠材料的制備，關(guān)于其他交聯(lián)劑如戊二醛、乙二醇二縮水甘油醚或者京尼平等交聯(lián)劑及其作用機(jī)制會(huì)一并介紹。此外，一些關(guān)于天然高分子材料制備的最新的方法和工藝以及最新制備出的產(chǎn)品例如高吸水可恢復(fù)性纖維素海綿沒有被囊括在本院所選用的華中科技大學(xué)出版的《天然高分子材料》教材內(nèi)，所以在詳細(xì)講授課程內(nèi)容的同時(shí)，需要進(jìn)行該方面知識(shí)的擴(kuò)充，通過介紹相關(guān)產(chǎn)品和工藝有深化學(xué)生對(duì)天然高分子功能材料實(shí)用性的認(rèn)識(shí)。對(duì)于那些積極主動(dòng)且學(xué)有余力的同學(xué)，可以通過學(xué)校開展的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)室開放項(xiàng)目等方式引入到實(shí)驗(yàn)室參觀或加入相關(guān)課題組進(jìn)行相關(guān)材料制備研究，同時(shí)可以推薦相關(guān)材料制備的研究論文、最新功能材料類著作等方式來(lái)滿足他們的學(xué)習(xí)需求。為保持知識(shí)的先進(jìn)性，在課堂教學(xué)中需要安排一些學(xué)時(shí)的時(shí)間專門為學(xué)生介紹天然高分子材料的前沿研究成果和實(shí)際工業(yè)最新進(jìn)展，為本專業(yè)學(xué)生將來(lái)從事天然高分子開發(fā)與材料制備方面的工作和學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

2 教學(xué)方法和手段革新

課堂教學(xué)是大學(xué)生獲取知識(shí)和技能的一種非常重要的方式，這有助于增進(jìn)學(xué)生智力發(fā)展和提升創(chuàng)造性，同時(shí)是高等教育的主要途徑。因此在《天然高分子材料》教學(xué)過程中，教學(xué)方法和手段也應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求不斷革新，進(jìn)而有效地幫助學(xué)生更好地理解和掌握天然高分子功能材料制備方式與用途，使其具備相關(guān)材料制備的基本技能，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。首先，我們將會(huì)充分利用學(xué)校先進(jìn)的多媒體技術(shù)，通過動(dòng)畫或工廠生產(chǎn)視頻等方式向?qū)W生更直觀的呈現(xiàn)相關(guān)制備方法，打破以往簡(jiǎn)單的幻燈片放映與板書結(jié)合方式，同時(shí)結(jié)合當(dāng)前天然高分子材料發(fā)展和一些具體的、有趣的且應(yīng)用性很強(qiáng)的實(shí)例和技術(shù)比如利用天然高分子海綿制備的油水分離材料，不斷地更新和豐富相關(guān)教學(xué)課件，盡可能最大限度的調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣和激情，在輕松愉快的環(huán)境中，把天然高分子方面的知識(shí)自然地傳授給學(xué)生。其次，材料類專業(yè)近年獲批為江蘇省品牌專業(yè)，本院所培養(yǎng)人才應(yīng)具備獨(dú)當(dāng)一面的能力，因而教學(xué)過程中注重啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)造性思維即采用啟發(fā)式教學(xué)方式，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力同時(shí)盡可能的培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問題的能力。

3 理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)相結(jié)合

最近，學(xué)校工程碩士單位獲批，作為工程點(diǎn)碩士所在學(xué)院，材料科學(xué)與工程學(xué)院所培養(yǎng)本科生會(huì)不斷地強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)操作和研究能力，注重材料方面的工程能力。在此大環(huán)境下學(xué)，我們?cè)谡n堂教學(xué)中更應(yīng)該注意培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力。學(xué)生在進(jìn)行相關(guān)功能材料制備實(shí)驗(yàn)過程中不僅能夠更好地理解和驗(yàn)證課堂教學(xué)中的基礎(chǔ)知識(shí)與理論，同時(shí)和還能培養(yǎng)他們的應(yīng)用課堂所學(xué)的知識(shí)去分析解決實(shí)驗(yàn)操作過程所遇到問題的能力?！短烊桓叻肿硬牧稀肥且婚T具有較強(qiáng)專業(yè)性和注重實(shí)踐性的課程，安排天然高分子功能材料課程實(shí)驗(yàn)對(duì)本專業(yè)學(xué)生理解和掌握天然高分子的基礎(chǔ)知識(shí)具有重要的作用，同時(shí)可鍛煉他們實(shí)驗(yàn)?zāi)芰蛻?yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)能力。為了讓學(xué)生更加深刻地掌握天然高分子的知識(shí)，應(yīng)該做到把教學(xué)內(nèi)容中的理論知識(shí)反饋到材料制備方面的實(shí)驗(yàn)中?；谝陨?，我們準(zhǔn)備了一些功能材料制備方面的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如纖維素（甲殼素）的低溫溶解與相關(guān)水凝膠材料的制備以及應(yīng)用等課題。學(xué)生在任課老師的指導(dǎo)下，可以根據(jù)實(shí)際人數(shù)分成幾個(gè)小組（例如7人一組），然后根據(jù)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室條件進(jìn)行自主選題或任課教師安排課題等方式完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)練習(xí)，既可以激發(fā)學(xué)生的好奇心，又能夠增強(qiáng)學(xué)生對(duì)《天然高分子材料》課程內(nèi)容的理解，為后面 《高分子專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)》和本科畢業(yè)論文的進(jìn)行提供良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著時(shí)代不斷發(fā)展以及人們對(duì)能源和環(huán)境問題的關(guān)注，在理工科類院校尤其是注重工程能力培養(yǎng)的院校開設(shè)《天然高分子材料》課程是必然趨勢(shì)。在《天然高分子材料》課程的教學(xué)過程中，教學(xué)內(nèi)容選擇、教學(xué)方法和手段的革新等教學(xué)改革符合我院高分子與復(fù)合材料類專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)與方案，可望為社會(huì)培養(yǎng)出知識(shí)儲(chǔ)備豐富，能力突出的工程研究型人才。

［1］段久芳.天然高分子材料[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社,2016.

［2］鄧萌，程捷，羅云杰.能力導(dǎo)向教學(xué)模式在《天然高分子材料》課程中的應(yīng)用[J].高分子通報(bào)，2015(6):80-84.