利用“微課”增進高分子化學理論教學有效性的研究-以乳液聚合機理為例

章翰堂，董 靜，汪 浩，張麗麗，徐 靜

(山東農(nóng)業(yè)大學 化學與材料科學學院，山東 泰安 271018)

高分子目前在生物醫(yī)藥、新材料、精細化工、輕化工程等相關(guān)領域應用廣泛，而《高分子化學》更是上述相關(guān)領域高等教育的專業(yè)課程之一。高分子化學的課堂教學可為學生從事上述相關(guān)技術(shù)行業(yè)打好理論基礎。在《高分子化學》在這門課中存在大量的反應機理、反應方法、計算公式及其推導過程，也涉及高分子的化學結(jié)構(gòu)與聚集態(tài)結(jié)構(gòu)等與其物理性能緊密相關(guān)的內(nèi)容，具有信息量大、涉及面廣、理解難度大、難以具體感知的特點[1-2]。傳統(tǒng)的線下教學方法缺乏生動形象的演示，使得這門課枯燥并且難懂。隨著高分子材料的進一步發(fā)展，傳統(tǒng)的教學方法、教學評價、教學組織等已經(jīng)不能滿足當下的教學要求。

近年來，伴隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，特別是手持移動數(shù)碼產(chǎn)品和無線網(wǎng)絡的推廣與普及，以教學視頻為主要載體的網(wǎng)絡視頻教學有了大力發(fā)展，即微型視頻課例，簡稱“微課”。“微課”因其教學時間短、教學內(nèi)容精(針對某知識點)、資源文件小、簡單、實用、多樣等特點在這個互聯(lián)網(wǎng)時代作為一種新型的教學資源而備受推崇[3]。

在高分子化學實驗課程的教學中，微課的應用已經(jīng)諸多教學者的重視，并取得了良好的效果[4-5]。而在高分子化學理論的教學課程中，微課的探索還處于起步階段[6-7]。結(jié)合高分子化學的課程特點與微課的優(yōu)勢，我們認為，將微課應用于高分子化學的理論教學中，利用微課將“線上”與“線下”有機融合，將傳統(tǒng)教育與信息化技術(shù)整合,可以改善抽象的灌輸、機械的重復這一“迫不得已”的教學方式，可將抽象理論還原為形象，并以富有啟發(fā)性、引導性的生動語言、同時采取多種形象的手段，將教學內(nèi)容通俗化、形象化，進一步促進學生對所學知識的深入理解，最大限度提高學生可接受的信息量，進而取得更好的教學效果。

1 微課設計及課堂效果反饋

乳液聚合是指單體在乳化劑作用和機械攪拌下，在水中分散成乳液狀態(tài)進行的聚合反應。具有水作分散介質(zhì)，傳熱控溫容易；可在低溫下聚合；聚合速度快，分子量高；可直接得到聚合物乳膠的優(yōu)點，是合成高分子常用的方法之一，也是高分子化學課程中，聚合方法這一章的重點講授內(nèi)容。乳液聚合的組分復雜，涉及膠束、乳化劑等概念；聚合過程分為加速期、恒速期、降速期階段，每階段又伴隨著組分的變化，因此乳液聚合的機理是一個復雜又抽象的過程。傳統(tǒng)課堂講授的方式對于該內(nèi)容的清晰講解有一定難度，學生理解起來也困難。因此，我們選取乳液聚合機理這部分內(nèi)容作為實驗對象，制作微課，作為理論教學的補充，結(jié)合講授，以期增進課堂效果。

微課不是簡單的視頻展示過程，必須要與理論內(nèi)容相結(jié)合。在展示視頻之前，必須要對相關(guān)的理論知識進行講解。主要包括：乳化劑、膠束、增溶膠束、單體液滴、乳膠粒、成核機理等。在理解了乳液聚合中涉及的主要概念后，我們的微課以膠束成核為例，按照乳液聚合的過程分為三部分為同學展示，即加速期、恒速期、降速期。微課視頻采用Focusky軟件制作。

在展示乳液聚合機理的微課視頻的同時，教師需要給學生講解具體的機理過程：在反應前階段，單體和乳化劑分別處在水溶液、膠束、液滴三相，其中，微量單體和乳化劑分子、引發(fā)劑分子以分散狀態(tài)溶于水中，構(gòu)成水溶液的連續(xù)相，大部分乳化劑分子形成膠束，直徑大概4～5 nm，小部分單體增溶在膠束內(nèi)，使其直徑增大至6～10 nm，大部分單體分散成單體液滴，直徑在1～10 μm，如圖1(a)所示。

在加速期(成核期)階段，水相中的自由基不斷經(jīng)由擴散進入增溶膠束內(nèi)，引發(fā)其中的單體發(fā)生聚合反應，此時增溶膠束轉(zhuǎn)化成單體-聚合物膠粒，膠束數(shù)目不斷減少，膠粒數(shù)目不斷增加，所以聚合速度不斷增加，處于加速期，如圖1a-b所示。與此同時，單體液滴中的單體分子不斷經(jīng)由水相擴散進入膠粒，以保證聚合反應的單體供給，單體液滴的體積不斷減小，但數(shù)目不變。當所有增溶膠束都轉(zhuǎn)化成膠粒，表示成核期結(jié)束，膠粒數(shù)目趨向恒定，這是加速期(成核期)結(jié)束的標志，也是恒速期的開始。

進入恒速期后(圖1c)，此時體系中只有單體液滴和膠粒兩種粒子，膠粒數(shù)目恒定，單體液滴給膠粒提供單體以維持聚合反應單體的濃度，因此聚合速率不變。隨著聚合反應的不斷進行，膠粒的體積不斷變大，最終直徑可以達到50～150 nm，而單體液滴的體積和數(shù)目都不斷的縮小。單體液滴的消失是恒速期結(jié)束的標志，也是降速期的開始。

進入降速期后(圖1d)，此時體系中只有膠粒一種粒子，聚合反應只能依靠膠粒中殘留的單體進行，因此單體濃度不斷減小，聚合速率開始下降，直至膠粒中單體反應完全。最終形成直徑約為100～200 nm的聚合物粒子。

以上的乳液聚合視頻微課中，視頻的展示和教師對相關(guān)知識點的展示緊密的結(jié)合在了一起，枯燥、抽象、難理解的乳液聚合機理變得形象生動。學生普遍反應，在觀看直觀的微課視頻的基礎上，對乳液聚合的機理過程有了很形象的認識，不但可以迅速掌握重點，建立概念、穩(wěn)固知識，而且學習興趣大增。

(a)，(b)加速期，(c)恒速期，(d)降速期

圖1 乳液聚合機理過程的微課視頻截圖

2 結(jié)束語

高分子化學的理論課概念多、理解難度大、且與實驗結(jié)合緊密。傳統(tǒng)的課堂講授方法只能抽象的灌輸，機械的重復。本文作者以乳液聚合這一重難點內(nèi)容為實驗對象，基于多年來的高分子化學教學經(jīng)驗，利用近年來興起的微課教學方法，對該內(nèi)容進行了生動、形象、直觀的講解，促進了學生對于理論知識的深入理解，也提高了學生對于知識的接受速度，課堂反饋效果良好，證明了微課在高分子理論教學中的有效性?；谖覀?nèi)〉玫牧己玫慕虒W效果，我們有理由相信，微課可以在高分子化學理論教學，乃至其它材料化學的理論課程教學中，取得更廣泛的應用。