地方院校高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的探索*

王瑞娟,景釔淇

(玉林師范學(xué)院化學(xué)與食品科學(xué)學(xué)院，廣西 玉林 537000)

高分子化學(xué)是本?；瘜W(xué)與食品科學(xué)學(xué)院化學(xué)專業(yè)和材料化學(xué)專業(yè)的專業(yè)選修課程，高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在學(xué)生學(xué)習(xí)高分子化學(xué)理論課的同時開展的一門獨(dú)立實(shí)驗(yàn)課程。該課程是面向化學(xué)和材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生在大三第一學(xué)期開設(shè)的課程，共32個課時，涉及到8個實(shí)驗(yàn)。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握高分子的基本實(shí)驗(yàn)技能；通過高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生自主思考、自我反思，提高思考和實(shí)踐能力，能正確理解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚_處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果給出合理解釋；通過實(shí)驗(yàn)合作和小組討論，解決實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題，使學(xué)生具備溝通交流的能力和團(tuán)隊(duì)合作精神?；谖覍W(xué)院師范專業(yè)——化學(xué)的特色，結(jié)合學(xué)生就業(yè)去向——中學(xué)化學(xué)教師，如何提高學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)技能、反思能力，是我們每位教師的一項(xiàng)重要任務(wù)。尤其是近年來隨著師范認(rèn)證工作的開展，所有師范專業(yè)的教師都面臨此問題。本人在高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)了一些問題，并對其進(jìn)行了初步的探索和改進(jìn)。

1 教學(xué)過程中存在的不足

(1)學(xué)生基礎(chǔ)薄弱。高分子化學(xué)是一門以有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、高等數(shù)學(xué)等課程為基礎(chǔ)的課程[1]。高分子化學(xué)從第二章就涉及到物理化學(xué)課程中的動力學(xué)和熱力學(xué)相關(guān)知識，但是此部分知識學(xué)生接觸相對較晚，這是因?yàn)槲锢砘瘜W(xué)課程也是在大三才開展的基礎(chǔ)課程，在高分子化學(xué)講述到動力學(xué)和熱力學(xué)的內(nèi)容時，學(xué)生在物理化學(xué)課堂上還未接觸到相關(guān)內(nèi)容，導(dǎo)致了學(xué)生無法深入理解其相關(guān)內(nèi)容；在教學(xué)過程中，通過與各年級學(xué)生交流發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生覺得有機(jī)化學(xué)較難，再加上“畏難”的心理作用，致使部分學(xué)生慢慢失去學(xué)習(xí)高分子化學(xué)的興趣，從而對其相關(guān)實(shí)驗(yàn)“不感冒”。另外，學(xué)生對其所學(xué)內(nèi)容覺得無法使用，因?yàn)榻窈蟮穆殬I(yè)生涯和科研生活中涉及到內(nèi)容很少，甚至沒有。

(2)實(shí)驗(yàn)課的開展方式單一，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目新穎性不足。目前，實(shí)驗(yàn)課通常是一人一組，做同一實(shí)驗(yàn)方案，并且實(shí)驗(yàn)課的開展通常是教師先講解并演示實(shí)驗(yàn)裝置[2]，學(xué)生再按步操作。實(shí)驗(yàn)所用教材是自編教材，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及單體和引發(fā)劑的精制、連鎖反應(yīng)，尤其是自由基聚合的四種聚合實(shí)施方法——甲基丙烯酸酯的本體聚合(有機(jī)玻璃的制備)、丙烯酰胺的水溶液聚合、苯乙烯的懸浮聚合和乳液聚合、醋酸乙烯酯的乳液聚合(白乳膠的制備)、聚乙烯醇的制備、聚乙烯醇縮甲醛(膠水)的合成等內(nèi)容，這些實(shí)驗(yàn)大多數(shù)是以驗(yàn)證性和模仿性實(shí)驗(yàn)為主，缺少了綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)所用到的儀器裝置極為相似，一兩次實(shí)驗(yàn)課后部分學(xué)生會覺得這些實(shí)驗(yàn)是一些簡單的、機(jī)械性的重復(fù)實(shí)驗(yàn)，枯燥無味，致使部分學(xué)生失去積極主動性；學(xué)生對合成有機(jī)玻璃和膠水的實(shí)驗(yàn)相當(dāng)感興趣，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后會頗有成就感，因?yàn)檫@兩個實(shí)驗(yàn)的成品學(xué)生可以帶出實(shí)驗(yàn)室，(有機(jī)玻璃可以作為飾品或紀(jì)念品，膠水可以日常使用)，而其他項(xiàng)目幾乎不能激起學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的熱情。此外，相關(guān)理論內(nèi)容授課較晚，致使學(xué)生難以理解聚合反應(yīng)的機(jī)理，僅有少數(shù)同學(xué)能在實(shí)驗(yàn)課前查閱相關(guān)資料。

(3)考核內(nèi)容涉及學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作技能較少。目前該課程采用平時成績占40%，主要包括實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報告、出勤以及衛(wèi)生情況，實(shí)驗(yàn)報告成績占60%，導(dǎo)致部分學(xué)生只重視實(shí)驗(yàn)結(jié)果，忽略實(shí)驗(yàn)過程(實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象)以及結(jié)果分析，甚至有少數(shù)學(xué)生為了追求高產(chǎn)率或轉(zhuǎn)化率而抄襲他人實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而不是尋找和分析自己實(shí)驗(yàn)失敗或低產(chǎn)率的原因。雖然要求學(xué)生在寫預(yù)習(xí)報告時，添加上實(shí)驗(yàn)中涉及的藥品的物化性能等內(nèi)容，但是多數(shù)學(xué)生卻不會利用這些內(nèi)容去設(shè)置實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置，思考實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等，其工作仍處于一個簡單的 “復(fù)制粘貼”階段。

2 探索及改進(jìn)的措施

(1)加強(qiáng)基礎(chǔ)知識。在實(shí)驗(yàn)課開始前一兩周，布置實(shí)驗(yàn)課的相關(guān)任務(wù)，督促學(xué)生充分利用學(xué)校資源和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺查閱實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物的合成方法、合成原理以及應(yīng)用等內(nèi)容，加強(qiáng)文獻(xiàn)檢索，閱讀和總結(jié)等能力，并通過小組討論，將其內(nèi)容向其他學(xué)生進(jìn)行講解與交流，在討論中對聚合方法和原理等內(nèi)容加深了解。此外，理論授課教師和實(shí)驗(yàn)授課教師改變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，完善教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)內(nèi)容，結(jié)合日常生活中常見的聚合物進(jìn)行講解聚合機(jī)理和應(yīng)用等內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生的興趣，使其化被動為主動去學(xué)習(xí)。學(xué)生對日常生活中涉及到物品或現(xiàn)象十分感興趣，在講解到與此相關(guān)的內(nèi)容時學(xué)生會十分認(rèn)真，充滿激情，課下也能主動查閱和學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容。

(2)開課方式多樣化，更新實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。實(shí)驗(yàn)授課教師轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的教學(xué)理念，要充分調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生的自主能動性，培養(yǎng)其創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。在實(shí)驗(yàn)課前通過播放視頻，或者分享相關(guān)的網(wǎng)站視頻使學(xué)生充分的預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，了解實(shí)驗(yàn)過程中的影響因素，注意事項(xiàng)并結(jié)合文獻(xiàn)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，或按照影響因素分組探討不同因素對其產(chǎn)物的影響，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，總結(jié)與分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，加深對實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、機(jī)理以及影響因素等的理解[3,4]。正如有機(jī)玻璃制備的實(shí)驗(yàn)，本實(shí)驗(yàn)是按照已改進(jìn)的方案進(jìn)行[5]，采用分段聚合方法在試管中直接成型，并在預(yù)聚合過程中緩緩加入小樹葉，成品為均勻透明的圓柱形玻璃制品。在開展實(shí)驗(yàn)課前兩天，讓學(xué)生尋找可以放置到實(shí)驗(yàn)中喜愛的小物品。在開展實(shí)驗(yàn)課時，同學(xué)們帶來了各種各樣的小飾品(不同顏色的鮮花，小草等)，在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生通過相互之間的對比，發(fā)現(xiàn)隨著預(yù)聚合的時間增長，反應(yīng)體系流動性減弱，且添加飾品的難度增大，這說明體系粘度隨著聚合反應(yīng)的進(jìn)行不斷增加；沒有小飾品加入時，得到了透明的玻璃制品，然而當(dāng)快速加入或使用外力加入小飾品時，成品中存在著較多氣泡，這說明小飾品的加入速度或方式直接影響了成品的質(zhì)量。又如醋酸乙烯酯的乳液聚合，本實(shí)驗(yàn)采用PVA和OP-10兩種乳化劑，起乳化效果和穩(wěn)定性比單獨(dú)使用一種要好，提前一周讓學(xué)生查閱相關(guān)文獻(xiàn)，分大組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，探討乳化劑的用量、乳化劑的種類、攪拌速度、溫度等因素對聚合產(chǎn)物的影響，在執(zhí)行實(shí)驗(yàn)方案的過程中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)同學(xué)能夠完成自己所承擔(dān)的任務(wù)，總結(jié)和分析其影響因素對產(chǎn)物的影響。

在接下來的教學(xué)過程中，將對實(shí)驗(yàn)課的開課時間和內(nèi)容應(yīng)根據(jù)理論課的授課進(jìn)度調(diào)整和安排，這樣能使學(xué)生能更好地把理論知識與實(shí)驗(yàn)課的內(nèi)容結(jié)合起來，有助于理解聚合反應(yīng)的機(jī)理。與此同時，結(jié)合學(xué)生的實(shí)際需求，利用材料化學(xué)專業(yè)聚合物成型加工實(shí)驗(yàn)課程中涉及到儀器設(shè)備，開設(shè)新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如日常生活用品(塑料花盆、杯子、筆筒等)的聚合物混合——塑化——注塑成型實(shí)驗(yàn)、聚合物的性能測試——拉伸、斷裂和彎曲性能、老化等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)中所合成聚合物如何成為日常生活用品的模樣，以及它們的性能是如何測試。學(xué)生從材料的合成到最終的成型這一系列實(shí)驗(yàn)過程的操作中，加深對聚合物的合成——結(jié)構(gòu)和性能表征——成型等內(nèi)容的了解，使其能夠以高分子化學(xué)視角重新認(rèn)識日常生活中無處不在的聚合物，從而學(xué)會利用高分子化學(xué)知識解釋日常生活中的聚合物應(yīng)用、成型、老化等問題或現(xiàn)象。

(3)考核方式多樣化。注重預(yù)習(xí)報告，加大實(shí)驗(yàn)操作技能、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及分析問題能力比重。預(yù)習(xí)報告做出要求，實(shí)驗(yàn)涉及到的藥品必須了解其等性能，思考實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置的依據(jù)，并在課堂上提問。實(shí)驗(yàn)操作是學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)技能的體現(xiàn)，無論是作為中學(xué)教師還是以后的科研生活，這是至關(guān)重要的，在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)操作的監(jiān)測，并對其打分，計(jì)入最終成績。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是實(shí)驗(yàn)成敗、是否異常的直接表現(xiàn)[6]。比如苯乙烯的懸浮聚合過程中，體系應(yīng)保持其無色透明，但是在實(shí)驗(yàn)過程中少數(shù)同學(xué)觀察到反應(yīng)體系變藍(lán)的現(xiàn)象，并且隨著聚合反應(yīng)的時間延長，體系逐漸變?yōu)槿榘咨?；在苯乙烯的乳液聚合?shí)驗(yàn)過程中大多數(shù)學(xué)生都觀察到類似的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過對比分析有助于了解懸浮聚合和乳液聚合的特點(diǎn)。在懸浮聚合過程中，由于單體實(shí)在油相液滴內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，采用油溶性引發(fā)劑，反應(yīng)體系保持透明狀態(tài)，但是由于攪拌速度過快，使體系中的小液滴和分散劑相互作用形成了乳液，在其接下來的聚合過程中主要以乳液聚合為主，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，粒子逐漸長大使整個體系變?yōu)槿榘咨?；體系中觀察到藍(lán)色是因?yàn)橐l(fā)劑與單體在較高溫度下發(fā)生反應(yīng)生成了的分子處于激發(fā)態(tài)而不穩(wěn)定，分子衰變?yōu)榛鶓B(tài)或低激發(fā)態(tài)時發(fā)射出藍(lán)色的熒光。實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析體現(xiàn)了學(xué)生的分析問題和反思能力。結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對實(shí)驗(yàn)中影響因素、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等分析和反思有利于提高其實(shí)驗(yàn)操作、學(xué)科素養(yǎng)等能力。因此，對實(shí)驗(yàn)報告的書寫內(nèi)容增加了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)果分析，體會與反思等內(nèi)容，督促學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報告的撰寫，從而提高其分析問題和反思的能力。從其成效上來看，改善了部分學(xué)生錯以為沒有數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)報告就不用寫，提高了學(xué)生的分析問題的能力；另外，也能從實(shí)驗(yàn)報告的體會與反思部分，了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的想法或意見，從而有助于后續(xù)實(shí)驗(yàn)課程的改進(jìn)。

3 結(jié) 語

總之，在高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)期間，改變傳統(tǒng)的授課方式和考核方式，促使學(xué)生發(fā)揮其自主能動性，夯實(shí)學(xué)生的基礎(chǔ)，提高其科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)其實(shí)踐能力，分析和反思能力。通過合作與討論提高其溝通能力。高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的探索不僅提高了對授課老師教學(xué)能力和教學(xué)環(huán)節(jié)監(jiān)測的要求，也提高了對學(xué)生能動性和知識儲備的要求。如何開展好該實(shí)驗(yàn)課，是一項(xiàng)長期艱巨的任務(wù)，在此過程需要老師和學(xué)生們的不斷改進(jìn)才能取得進(jìn)步。