提高《阻燃高分子材料》課程學(xué)習(xí)興趣的探索

劉繼純

(河南科技大學(xué)化工與制藥學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471023)

《阻燃高分子材料》是許多高等院校材料化學(xué)專(zhuān)業(yè)本科生的一門(mén)專(zhuān)業(yè)課，為學(xué)生畢業(yè)后進(jìn)一步深造和工作奠定良好的基礎(chǔ)。該門(mén)課程通常在大三下學(xué)期或大四上學(xué)期開(kāi)設(shè)，教學(xué)課時(shí)少，講述內(nèi)容卻較多，許多學(xué)生在此期間要準(zhǔn)備考研或找工作，常存在出勤率低、聽(tīng)課不認(rèn)真、教學(xué)效果差等問(wèn)題。興趣是學(xué)習(xí)最好的老師，如果能夠采取適當(dāng)措施激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生就會(huì)積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率就會(huì)大大提高。因此，教師應(yīng)該想盡一切辦法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生從內(nèi)心深處愿意學(xué)習(xí)、樂(lè)于學(xué)習(xí)，在輕松愉快的氛圍中掌握復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理、抽象的概念和各種與材料阻燃相關(guān)的知識(shí)。本文結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，從五個(gè)方面探討了如何提高《阻燃高分子材料》課程學(xué)習(xí)的趣味性。

1 通過(guò)多媒體技術(shù)提高學(xué)習(xí)興趣

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，利用多媒體進(jìn)行輔助課堂教學(xué)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。通過(guò)多媒體技術(shù)可以生動(dòng)地展示聚合物材料引燃、火焰蔓延、熄滅和發(fā)煙的整個(gè)過(guò)程，同時(shí)可以形象地展示由不同的阻燃機(jī)理所表現(xiàn)出來(lái)的燃燒現(xiàn)象。例如，鹵系阻燃劑與膨脹型阻燃劑的阻燃機(jī)理完全不同，前者是通過(guò)在氣相火焰中捕獲自由基實(shí)現(xiàn)阻燃，由其阻燃的聚合物在燃燒時(shí)發(fā)煙量大，無(wú)成炭現(xiàn)象，而后者是通過(guò)在聚合物表面生成大量膨脹炭層隔絕熱量傳遞和阻止可燃?xì)怏w分子遷移實(shí)現(xiàn)阻燃。在課堂教學(xué)中如果僅使用語(yǔ)言講述，這些知識(shí)會(huì)顯得晦澀難懂，學(xué)生感到枯燥乏味，很難引起學(xué)生的興趣。相反，采用多媒體技術(shù)可以生動(dòng)地展示出這兩類(lèi)阻燃材料在燃燒時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)視頻和燃燒結(jié)束后的殘余物形貌，尤其是膨脹炭層會(huì)給人形成強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊，從而能夠給學(xué)生留下深刻的印象，顯著提高教學(xué)效果。

2 通過(guò)火災(zāi)案例提高學(xué)習(xí)興趣

《阻燃高分子材料》是一門(mén)兼具理論性和實(shí)踐性的課程，學(xué)習(xí)該課程的最終目的還是為了應(yīng)用。因此，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)盡量結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際中的火災(zāi)案例，使學(xué)生切身體會(huì)到學(xué)習(xí)這門(mén)課程的重要意義。筆者在教學(xué)過(guò)程中列舉了一系列近幾年由聚合物材料燃燒引起的火災(zāi)事故案例，通過(guò)多媒體技術(shù)展示了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的照片。例如，2009年湖北省武漢市漢正街由聚苯乙烯泡沫板材燃燒引發(fā)的火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)遮天蔽日的濃煙照片和2010年導(dǎo)致58人遇難的上海市靜安區(qū)高層住宅大火現(xiàn)場(chǎng)照片均對(duì)學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊。這些活生生的火災(zāi)案例使學(xué)生們充分認(rèn)識(shí)到高分子材料阻燃的極端重要性，從內(nèi)心深處認(rèn)識(shí)到了學(xué)習(xí)這門(mén)課程的價(jià)值，學(xué)習(xí)興趣得到了激發(fā)。

3 通過(guò)實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)習(xí)興趣

如上所述，《阻燃高分子材料》是一門(mén)具有實(shí)踐性質(zhì)的課程，如果只是進(jìn)行課堂上的理論教學(xué)，很難體現(xiàn)出其實(shí)踐性和應(yīng)用性的特點(diǎn)。因此，盡管該課程的培養(yǎng)計(jì)劃學(xué)時(shí)較少(只有24個(gè)學(xué)時(shí))，筆者還是想盡一些辦法安排了4個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)踐教學(xué)。例如，筆者結(jié)合自身的科研工作，安排了高抗沖聚苯乙烯/氫氧化鎂/微膠囊紅磷(HIPS/Mg(OH)2/MRP)復(fù)合材料制備與阻燃性能測(cè)試和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/不同種類(lèi)石墨(EVA/EG)復(fù)合材料制備與阻燃性能測(cè)試兩組教學(xué)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生們通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室中親自操作高速混合機(jī)、擠出機(jī)、注塑機(jī)、極限氧指數(shù)測(cè)定儀、水平/垂直燃燒性能測(cè)定儀、電子拉力機(jī)等儀器設(shè)備，不但動(dòng)手能力有了提高，而且親眼觀察到了不同種類(lèi)阻燃劑對(duì)聚合物的阻燃效果和對(duì)聚合物力學(xué)性能的影響，深刻地認(rèn)識(shí)到了在阻燃研究中協(xié)同阻燃的重要性，學(xué)生們覺(jué)得學(xué)有所用，學(xué)有所值，學(xué)習(xí)興趣有了明顯提高。

4 通過(guò)理論聯(lián)系實(shí)際提高學(xué)習(xí)興趣

在《阻燃高分子材料》課程教學(xué)中，阻燃機(jī)理是理論性較強(qiáng)的一部分內(nèi)容。相關(guān)的反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，概念比較抽象，是教學(xué)中的難點(diǎn)。為了提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，筆者把這些復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理和抽象的概念融入到生產(chǎn)生活的實(shí)例中，極大地提高了課程的趣味性和吸引力。例如，紅磷(RP)作為阻燃劑時(shí)為什么必須進(jìn)行微膠囊化處理后才能應(yīng)用？采用微膠囊紅磷(MRP)阻燃高抗沖聚苯乙烯(HIPS)時(shí)為什么加入少量MRP可使聚合物的阻燃性能提高，加入過(guò)多MRP反而會(huì)降低聚合物的阻燃性能？為了更好地闡述上述問(wèn)題，筆者在學(xué)生面前把少量RP直接放在空氣中，大約兩個(gè)小時(shí)后RP表面就變得異常潮濕，用pH試紙測(cè)試后呈現(xiàn)強(qiáng)酸性。學(xué)生們感到很驚訝，他們由此直觀地認(rèn)識(shí)到RP在空氣中的極端不穩(wěn)定性，從而對(duì)微膠囊化處理的作用有了深刻的理解。關(guān)于MRP的阻燃機(jī)理，筆者采用多媒體技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)展示了自己關(guān)于HIPS/MRP復(fù)合體系阻燃性能研究的一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果[3]。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入5wt%的MRP可使HIPS的極限氧指數(shù)(LOI)從18.1%增加到21.3%，MRP用量為20wt%時(shí)HIPS/MRP復(fù)合材料的LOI達(dá)到最大值23.2%，但是繼續(xù)增加MRP用量時(shí)復(fù)合材料的LOI反而開(kāi)始降低。另外，加入MRP后復(fù)合材料的發(fā)煙量和一氧化碳生成量迅速增加，殘?zhí)柯室仓饾u增加。筆者對(duì)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入的分析，詳細(xì)講述了這些數(shù)據(jù)變化背后的理論知識(shí)，使學(xué)生更好地理解了MRP的阻燃機(jī)理。

5 通過(guò)介紹科研前沿進(jìn)展提高學(xué)習(xí)興趣

國(guó)內(nèi)與本門(mén)課程相關(guān)的教材或參考書(shū)大都是關(guān)于高分子材料阻燃的基礎(chǔ)理論、傳統(tǒng)的阻燃劑和阻燃性能表征方法等，與當(dāng)前國(guó)內(nèi)外阻燃高分子材料的研究熱點(diǎn)有些脫節(jié)。學(xué)生普遍感到這些教材或參考書(shū)的內(nèi)容比較陳舊，與心中感興趣的研究前沿相差甚遠(yuǎn)。因此，適時(shí)介紹一些本領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外最新科研前沿進(jìn)展可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，不但有利于學(xué)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)深造，而且有助于開(kāi)闊眼界，樹(shù)立遠(yuǎn)大目標(biāo)。例如，方興未艾的納米技術(shù)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了阻燃材料的研究。在聚合物基體中加入2wt%左右的納米黏土、石墨烯、納米炭黑或碳納米管等納米粒子就可使材料的阻燃性能有顯著提高[4-6]，這與Mg(OH)2、Al(OH)3等傳統(tǒng)阻燃劑形成了鮮明的對(duì)比[7]?？梢韵?qū)W生介紹什么是納米技術(shù)和納米材料，納米材料的結(jié)構(gòu)和性能、制備方法和最新應(yīng)用情況，使學(xué)生們相信21世紀(jì)將會(huì)是一個(gè)納米技術(shù)的世紀(jì)，納米阻燃材料是阻燃高分子材料發(fā)展的重要方向之一。再如，在向?qū)W生介紹國(guó)內(nèi)外阻燃高分子材料研究前沿時(shí)著重介紹了我國(guó)學(xué)者們的工作，當(dāng)大家得知我國(guó)在該領(lǐng)域的研究隊(duì)伍龐大，研究水平已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先地位時(shí)無(wú)不充滿(mǎn)了自豪感，學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和愛(ài)國(guó)熱情無(wú)比高漲。

總之，興趣是最好的老師。教師應(yīng)該通過(guò)各種手段提高課程的趣味性，使學(xué)生在聽(tīng)課過(guò)程中始終處于積極向上的狀態(tài)，發(fā)自?xún)?nèi)心地愿意學(xué)習(xí)、樂(lè)于學(xué)習(xí)，而不是被動(dòng)地接受知識(shí)。寓教于樂(lè)，寓教于趣，講課就會(huì)受到學(xué)生的歡迎，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性就會(huì)被調(diào)動(dòng)起來(lái)，學(xué)習(xí)效率也會(huì)顯著提高。