一道自由基聚合綜合習(xí)題
——高分子化學(xué)習(xí)題形式創(chuàng)新與作業(yè)功能拓展

郭霖，隋坤艷，叢海林，張小艷，王久興，王彥欣

青島大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 青島 266071

我國著名有機化學(xué)家、化學(xué)教育家邢其毅院士認(rèn)為：習(xí)題是“訓(xùn)練學(xué)生各種能力的有效途徑”，其“基本價值在于解決問題過程的基本訓(xùn)練”，包括“思考、推理和分析”等，一道“有水平的習(xí)題，應(yīng)該既能將學(xué)生學(xué)過的各種知識巧妙地結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)的知識融會貫通；也能告訴學(xué)生理論知識是如何應(yīng)用于實際的，以提高學(xué)生解決實際問題的能力”[1,2]。

我國著名無機化學(xué)家、化學(xué)教育家王夔院士[3]認(rèn)為，好的習(xí)題，應(yīng)該能使學(xué)生從“洞察力、邏輯思維和聯(lián)想力”“創(chuàng)造性思維”“信息的收集、整理、儲存、篩選和加工能力”“解決問題的能力”等方面得到鍛煉與培養(yǎng)。

受此啟發(fā)，我們產(chǎn)生了在高分子化學(xué)教學(xué)中通過綜合習(xí)題來幫助學(xué)生高效學(xué)習(xí)、系統(tǒng)總結(jié)以及綜合運用自由基聚合知識，同時培養(yǎng)和提高其知識綜合運用能力、提出問題的能力、解決問題能力、批判性思維及查閱文獻意識等的想法。

基于該想法，我們在前期工作的基礎(chǔ)上[4]，參考現(xiàn)有教材和參考書中的習(xí)題以及相關(guān)文獻[5–32]，設(shè)計了一道涵蓋自由基聚合全章內(nèi)容及各主要問題的綜合習(xí)題，并進一步將其設(shè)計成小組作業(yè)，運用于高分子化學(xué)教學(xué)，在傳統(tǒng)習(xí)題的你問我答(“老師問，學(xué)生答”，學(xué)生被動回答、解決老師通過習(xí)題提出的問題)的基礎(chǔ)上，進一步鼓勵和啟發(fā)學(xué)生自問自答(學(xué)生“自己問，自己答”，鼓勵、啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生嘗試主動提出問題并解答問題)，以及互問互答(“自己問，同學(xué)答”，同學(xué)間通過你問我答，相互討論，合作學(xué)習(xí)，共同完成小組作業(yè))，受到學(xué)生的普遍歡迎，取得了良好效果。

1 自由基聚合綜合習(xí)題及其設(shè)計

1.1 習(xí)題的設(shè)計思路

基于上述想法，我們設(shè)計了一個盡可能真實模擬實際應(yīng)用場景的自由基聚合體系，從完成聚合任務(wù)的實際需要角度出發(fā)，基于體系及問題間固有的內(nèi)在邏輯，結(jié)合教學(xué)進程，以相互關(guān)聯(lián)、環(huán)環(huán)相扣的方式，逐個提出問題、展開內(nèi)容、建立聯(lián)系、開展討論、尋找答案，從而將自由基聚合所涉及的各主要問題、自由基聚合一章幾乎所有內(nèi)容及知識點，以及要順利完成該聚合所需關(guān)心、考慮和回答的問題等，巧妙地依次逐個提出，并討論、解決。從而使學(xué)生能通過這一道題，就把握到自由基聚合整個一章的知識，并且把自由基聚合整個一章的知識，乃至其他章節(jié)的相關(guān)知識，甚至相關(guān)課程，如高分子物理、有機化學(xué)等課程中的相關(guān)知識，通過一個個具體的問題聯(lián)系起來，“串”到一起，并綜合運用，做到“做會一道題，掌握一類聚合反應(yīng)或一章內(nèi)容，能夠解決一類問題”。

1.2 設(shè)計的習(xí)題[2–24]

我們設(shè)計的綜合習(xí)題為：

在60 °C下，以過氧化二苯甲酰(BPO)為引發(fā)劑，引發(fā)甲基丙烯酸甲酯(MMA)進行本體聚合[7]，已知：歧化終止占動力學(xué)終止的 85%[7,9]，[I] = 0.010 mol·L?1，f = 0.80，kd= 2.0 × 10?6s?1，kp= 3.67 ×102L·mol?1·s?1，kt= 9.3 × 106L·mol?1·s?1，CM= 1.8 × 10?5，CI= 2.0 × 10?2，甲基丙烯酸甲酯的密度為 0.930 g·cm?3。

(說明：鑒于不同出處的動力學(xué)數(shù)據(jù)會有出入，比如，即便是同為來自權(quán)威文獻[8]的動力學(xué)數(shù)據(jù)，也會因出處不同而有較大出入，因而，題目中所給出的相關(guān)數(shù)據(jù)，只要能做到大致準(zhǔn)確和相對合理，能保證學(xué)生進行正確的練習(xí)，并得到相對合理的計算結(jié)果，以及基于該計算結(jié)果能進一步得出正確的結(jié)論即可。)

請根據(jù)以上信息回答如下問題：

(1)寫出所得聚合物的名稱、英文縮寫及結(jié)構(gòu)式。其應(yīng)該是熱塑性的還是熱固性的？是碳鏈聚合物還是雜鏈聚合物，抑或是元素有機聚合物？為什么？其應(yīng)該是作為何種材料使用？是塑料、橡膠還是纖維？為什么？你能給出其至少一種主要用途嗎？這種用途又是主要基于其何種特性？與其結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？

延伸思考：①本實驗采取的是哪一類實施方法？是本體聚合？溶液聚合？懸浮聚合？還是乳液聚合？為什么？其中每一成分的作用又分別是什么？實際生產(chǎn)中配方會如此簡單嗎？為什么？你認(rèn)為應(yīng)該還可能會有哪些組分？為什么？②我們?yōu)槭裁匆獑栠@些問題？為什么要請大家思考和回答或者解決這些問題？這些問題可以或者應(yīng)該由誰來提出和回答或者解決？在何時來提出和回答或者解決？應(yīng)該是在實驗開始前？進行中？還是結(jié)束后？為什么？提出和回答或者解決這些問題需要哪些方面的知識？意識？或能力？以下(2)–(20)都可以問此問題，不再重復(fù)。

(2) 甲基丙烯酸甲酯除了能進行自由基聚合，是否還能進行陽離子聚合或陰離子聚合？為什么？簡要說明理由。

(3) 甲基丙烯酸甲酯與1,1-二苯乙烯都是1,1-二取代的烯類單體，為什么甲基丙烯酸甲酯可以自由基(均)聚合得到高聚物，而1,1-二苯乙烯卻不能？簡要解釋之。為什么甲基丙烯酸甲酯可以自由基(均)聚合得到高聚物，而其同分異構(gòu)體 2-丁烯酸甲酯卻不能？簡要解釋之。有人[27]認(rèn)為“對甲基肉桂酸甲酯(即對甲苯丙烯酸甲酯，圖1a)在一定條件下可以聚合生成具有圖1中結(jié)構(gòu)b的高聚物”，你對此有何看法？

圖1 題中涉及的結(jié)構(gòu)式

延伸思考及補充信息：實際情況是，經(jīng)查閱文獻[28–32]，通過基團轉(zhuǎn)移聚合(GTP)，已經(jīng)有人成功實現(xiàn)了2-丁烯酸甲酯的均聚合，并且得到了高聚物，甚至還有人成功實現(xiàn)了肉桂酸甲酯(圖1c)的均聚合，也得到了高聚物。但迄今為止，卻并沒有成功實現(xiàn)對甲苯丙烯酸甲酯均聚合的報道。教學(xué)過程中，可以啟發(fā)學(xué)生去思考、提出以及通過查閱文獻，嘗試回答這些問題。上述文獻表明，不僅可以找到辦法成功實現(xiàn) 2-丁烯酸甲酯甲基的均聚合，而且所得聚 2-丁烯酸甲酯甲基的熱穩(wěn)定性還比同樣方法得到的聚丙烯酸甲酯的要高，如同樣是通過基團轉(zhuǎn)移聚合得到的聚合物，聚2-丁烯酸甲酯的Tg為122 °C[31]，而聚丙烯酸甲酯的則只有104 °C。可以讓學(xué)生嘗試用高分子物理課程中學(xué)到的相關(guān)知識加以解釋。查閱文獻[28]還得知，用烷基鋰或格氏試劑等典型的陰離子聚合引發(fā)劑，可以使一些比2-丁烯酸甲酯空間位阻更大的同類單體(即，2-丁烯酸支鏈烷基酯類1,2-二取代烯類單體)，如2-丁烯酸特丁酯以及2-丁烯酸三苯甲酯等進行均聚合，而且還有較高得率，但卻對2-丁烯酸甲酯無效[28]，無法引發(fā)其均聚合。教學(xué)過程中，在學(xué)生查閱到相關(guān)文獻后，還可以進一步結(jié)合上述信息提出問題：對此又該如何解釋？結(jié)合這些信息，你是否覺得自己關(guān)于前面(3)中幾個問題的答案需要進行補充或修改？需做哪些補充或修改？并可根據(jù)學(xué)情，將此問題也設(shè)計成答案開放的小組作業(yè)，讓學(xué)生展開小組討論，不僅可加深對相關(guān)知識的理解，提高綜合運用本課程所學(xué)相關(guān)知識，甚至相關(guān)課程(如高分子物理)的知識解決實際問題的能力，同時培養(yǎng)批判性思維及查閱文獻的意識，更好地理解事實與觀點可能存在的差異，認(rèn)識到某些長期被視作理所當(dāng)然之事實的觀點的存在。認(rèn)識到某些看似簡單的問題，實際可能并非如此，認(rèn)識到熱力學(xué)與動力學(xué)因素的不同影響。

基于上述信息，你又有哪些新的思考和認(rèn)識？又該如何補充、修改甚至修正你之前的答案？為什么？

(4) 比較甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、乙烯、丙烯的聚合熱，按絕對值由大到小的順序排列，并簡要解釋。

(5) 該體系中發(fā)生的是何種機理的聚合反應(yīng)？寫出該聚合反應(yīng)的機理(寫出各基元反應(yīng)式)。

延伸思考：鏈增長過程中，或所得聚合物分子鏈中結(jié)構(gòu)單元間，主要會是何種鍵接方式？H－H、H－T還是 T－T？為什么？得到的聚合物會有立構(gòu)規(guī)整性嗎？為什么？(結(jié)合題目所給信息，)鏈終止方式會是怎樣的？又跟哪些因素有關(guān)？為什么？

(6) 計算該條件下引發(fā)劑BPO的半衰期 t1/2，計算該聚合體系聚合初期的引發(fā)速率 Ri、聚合速率 Rp、自由基濃度[M?]，并比較鏈增長速率常數(shù) kp與鏈終止速率常數(shù) kt、聚合速率 Rp與終止速率Rt、自由基濃度[M?]與單體濃度[M]，從鏈引發(fā)反應(yīng)、[I]、kd、t1/2、Ri、[M?]、Rp等方面比較、分析引發(fā)劑種類、濃度(用量)及活性、聚合溫度對聚合的影響。提示：注意結(jié)果的有效數(shù)字及單位。

(7) 分別計算該聚合體系單體轉(zhuǎn)化率達到 10%所需的聚合時間(假定不發(fā)生自動加速現(xiàn)象)以及聚合進行1 h時所達到的單體轉(zhuǎn)化率，并比較、分析引發(fā)劑種類、濃度(用量)及活性、聚合溫度的影響。

延伸思考：你認(rèn)為這兩個問題還可以以何種方式提出？為什么？你能換一種方式提出這些問題嗎？你能將它們換成等效的另一個問題嗎？后面的(8)–(20)各問也可提出類似問題。必要時，教學(xué)過程中可以給出如下參考信息：此問也可以換一種方式表述或提問，即：如果希望此聚合達到10%的單體轉(zhuǎn)化率，你能知道該聚合多長時間嗎？為什么？如果該聚合需要進行1 h，你能知道大約可以得到多少聚合物或單體轉(zhuǎn)化率能夠達到多少嗎？為什么？

(8) 如果要使相同聚合時間內(nèi)的單體轉(zhuǎn)化率由10%降至5% (假定不發(fā)生自動加速現(xiàn)象)，引發(fā)劑濃度需如何改變？改變到多少？能否通過改變單體濃度的方法使相同聚合時間內(nèi)的轉(zhuǎn)化率由10%降低到5%？為什么？結(jié)合上述計算結(jié)果，比較、分析引發(fā)劑種類、濃度(用量)及活性、聚合溫度對自由基聚合的影響。

(10) 分別示意畫出該聚合體系聚合速率(Rp)及轉(zhuǎn)化率隨聚合時間的變化曲線[5,10]。比較、分析引發(fā)劑種類、濃度(用量)及活性、聚合溫度的影響。

延伸思考：這些變化曲線有何特征？又能夠給出哪些信息？結(jié)合問題(19)思考，如果該實驗中所用單體未經(jīng)純化，含有阻聚性雜質(zhì)或被加入了阻聚劑，又會帶來哪些影響？上述變化曲線又會發(fā)生哪些改變？為什么？這些問題可以幫助你(更好地)理解哪些問題？為什么？

(11) 簡要分析分別向該體系中加入(一定量的)良溶劑苯或(少量的)分子量調(diào)節(jié)劑巰基乙酸甲酯時，可能對該體系自動加速現(xiàn)象的發(fā)生情況可能產(chǎn)生的影響。

延伸思考：苯及巰基乙酸甲酯的加入分別會對該聚合體系帶來哪些改變和影響呢？為什么？苯的加入與巰基乙酸甲酯的加入所帶來的影響又會有哪些不同呢？為什么？你認(rèn)為何種情況下，以及會出于何種考慮，決定加入苯及巰基乙酸甲酯呢？它們的加入量有影響嗎？又會有哪些可能的影響呢？有可能定量預(yù)測嗎？如何預(yù)測呢？我們需要在實驗開始前或?qū)⑵浼尤肭?，考慮這些問題嗎？為什么？又該如何回答這些問題呢？如果加入的不是良溶劑苯，而是一種與MMA不互溶的溶劑，或者是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的沉淀劑(可以是什么呢？你有答案嗎？你有找到答案的思路嗎？可能用到哪些知識？為什么？)，情況又會怎樣呢？為什么？此時溶劑的加入量不同所帶來的影響會與加入苯時相似嗎？為什么？

(12) 計算聚合初期該體系的自由基平均壽命τ，并將其與聚合時間t比較，計算動力學(xué)鏈長v及聚合物的數(shù)均聚合度、數(shù)均分子量。并比較、分析引發(fā)劑種類、濃度(用量)及活性、聚合溫度的影響。

(13) 計算雙基終止、向單體轉(zhuǎn)移、向引發(fā)劑轉(zhuǎn)移三部分在數(shù)均聚合度倒數(shù)中所占百分比，據(jù)此計算結(jié)果你可以得出什么結(jié)論？比較、分析引發(fā)劑種類、濃度(用量)及活性、聚合溫度的影響。

(14) 計算由 BPO分解產(chǎn)生的每個自由基在失去活性前的平均轉(zhuǎn)移次數(shù)。并比較、分析引發(fā)劑種類、濃度(用量)及活性、聚合溫度的影響。

提示及延伸思考：如何用最簡單明了的方法得到本問的計算結(jié)果呢？“每個自由基在失去活性前的平均轉(zhuǎn)移次數(shù)”本質(zhì)上是什么呢？

(15) 若希望聚合初期所得聚合物的數(shù)均分子量為7.5萬，并通過加入巰基乙酸甲酯[26]的方法來實現(xiàn)，請問加入的巰基乙酸甲酯起什么作用？發(fā)生了什么反應(yīng)？你能寫出相關(guān)的反應(yīng)式嗎？若已知60 °C時，巰基乙酸甲酯對于MMA自由基聚合的Cs= 0.63[8]，計算其加入量(g·L?1)？并比較、分析引發(fā)劑種類、濃度(用量)及活性、聚合溫度的影響。

延伸思考：自由基聚合實際應(yīng)用中，用來調(diào)節(jié)聚合物分子量的分子量調(diào)節(jié)劑需要選擇嗎？為什么？如何選擇？選擇時又需要考慮哪些因素呢？為什么？如果所得聚合物的分子量不是太高了，而是太低了，或低于要求，又該如何解決呢？你能嘗試找到可能的解決思路及解決方法嗎？原理又是什么？

(16) 如果原體系中加入溶劑苯(即，使聚合由本體聚合改為溶液聚合)，并使單體的濃度變?yōu)?.0 mol·L?1，引發(fā)劑的濃度及其他條件則仍保持不變(即通過增加引發(fā)劑用量，維持[I] = 0.010 mol·L?1不變)，已知該溫度下，苯的密度為0.839 g·cm?3，CS= 4.0 × 10?6，并假定MMA與苯形成理想溶液，計算此種情況下聚合初期所得聚合物的數(shù)均聚合度。若此時仍希望聚合初期所得聚合物的數(shù)均分子量為7.5萬，并仍通過加入巰基乙酸甲酯的方法來實現(xiàn)，計算其加入量(g·L?1)。并比較、分析引發(fā)劑種類、濃度(用量)及活性、聚合溫度的影響。

(17) 如果分別向上述聚合體系中加入少量的某試劑，并觀察到了如下結(jié)果，請根據(jù)該試劑加入后所引起的變化及所起的作用，分析其所屬種類：若該試劑使聚合停止，則其應(yīng)為_______；若該試劑使 Rp及都大幅降低，則其應(yīng)為_______；若該試劑使Rp增大、降低，則其應(yīng)為_______；若該試劑使降低，但幾乎不影響 Rp，則其應(yīng)為______。如果上述四種試劑為 BPO、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、巰基乙酸甲酯以及硝基苯，請給出它們與上述各作用之間的對應(yīng)關(guān)系。

延伸問題：做完問題(17)后你有沒有想到些什么？想到了什么？你能嘗試思考一下(17)實際上是在嘗試幫你總結(jié)那一部分內(nèi)容嗎？為什么？

(18) 如果將聚合改在 70 °C進行，你預(yù)計已知條件中的哪些量會發(fā)生改變？會發(fā)生怎樣的改變？為什么？這些改變會對初期的聚合速率及聚合物分子量產(chǎn)生何種影響？這些變化能定量預(yù)測或計算嗎？為什么？計算時需做哪些必要的近似或假設(shè)？除此之外，還可能對聚合或所得到的聚合物產(chǎn)生哪些影響？為什么？

(19) 將市售的MMA單體直接用于上述聚合(特別是做動力學(xué)研究時)是否合適？為什么？如果將購得的甲基丙烯酸甲酯試劑直接用于上述聚合，你預(yù)計會發(fā)生什么現(xiàn)象？為什么？

延伸思考：問題(19)在嘗試提醒你注意什么問題？建議回答本問時結(jié)合問題(10)。

(20) 為什么丙烯和甲基丙烯酸甲酯結(jié)構(gòu)中都有α-H，而且丙烯還具有比甲基丙烯酸甲酯更高的聚合熱(指其絕對值)，但甲基丙烯酸甲酯可以自由基聚合得到高聚物，而丙烯卻不能？丙烯和甲基丙烯酸甲酯的這種聚合行為上的差異，是由兩種單體聚合熱的差異造成的嗎？為什么？

延伸思考：你認(rèn)為烯類單體的自阻聚，本質(zhì)上是一個熱力學(xué)問題還是動力學(xué)問題？為什么？如果一個聚合反應(yīng)在給定條件下是熱力學(xué)上無法自發(fā)進行，和是動力學(xué)上不可行，有區(qū)別嗎？有何不同？要實現(xiàn)這樣的反應(yīng)，需要努力的方向，或需要改變的因素會相同嗎？會有哪些不同？為什么？

延伸思考與替換練習(xí)及小組作業(yè)(作業(yè)中無需做但要求學(xué)生思考的問題)：上述計算的意義何在？如果上述體系中的BPO換成了偶氮二異丁腈(AIBN)甚至過氧化二苯甲酰-N,N-二甲基苯胺(BPODMA)，你還能回答題目中的所有問題嗎？如果換成了能進行自由基聚合的其他單體，如乙酸乙烯酯(VAc)、苯乙烯等等，你還能回答題目中的所有問題嗎？如果上述體系中的單體換成了其他烯類單體，比如苯乙烯、異丁烯或丙烯，聚合反應(yīng)還能正常進行嗎？還能得到高聚物嗎？為什么？能否用這種方法通過烯類單體聚合直接得到聚乙烯醇？為什么？可結(jié)合本章的相關(guān)內(nèi)容以及離子聚合、配位聚合，乃至聚合物化學(xué)反應(yīng)等章的內(nèi)容思考、回答這些問題。如果單體換成了(烯類單體之外)其他類型的單體，比如ω-氨基己酸、己內(nèi)酰胺等，上述條件下，聚合還能進行嗎？如果不能的話，又該在何種條件下才能使之聚合？這些單體又該如何使之聚合？聚合條件及聚合反應(yīng)類型、聚合反應(yīng)機理又該有何不同？發(fā)生的還會是自由基聚合嗎？如果不是，又該是哪一類聚合？此時影響聚合、所得聚合物以及聚合時所需關(guān)心的主要問題會有不同嗎？會有哪些不同？為什么？得到的聚合物的結(jié)構(gòu)及性能又會有何不同？為什么？(從而引出縮聚、開環(huán)聚合、縮聚物、開環(huán)聚合物及相關(guān)問題。)如果不是簡單地將原題中的單體換成其他烯類單體，而是在此原題體系基礎(chǔ)上再增加一種烯類單體，即，在聚合前直接向其中再加入另外一種烯類單體，比如苯乙烯，聚合及所得聚合物又會有何不同？為什么？此時的聚合還會是MMA的均聚合嗎？得到的還會是 PMMA均聚物嗎？如果不是，又會是什么？為什么？此時影響聚合的主要因素、所得聚合物的結(jié)構(gòu)及性能以及聚合時所需關(guān)心的主要問題會有不同嗎？又會有哪些不同？為什么？此類聚合有何意義？可由于解決哪些問題？為什么？(從而引出共聚合、共聚物及相關(guān)問題。)

延伸思考(結(jié)合聚合方法一章的內(nèi)容，不作為本章的作業(yè))：如果將上述體系中的苯換成相同體積的去離子水，會對聚合產(chǎn)生怎樣的影響？聚合體系(聚合反應(yīng)、聚合方法及所得聚合物等)會發(fā)生怎樣的變化？若此種情況下分別保持引發(fā)劑的用量不變或(反應(yīng)區(qū)域)引發(fā)劑濃度[I]不變，上述計算的結(jié)果又會如何？此時為了保證聚合能夠順利進行/完成，還需加入哪一類物質(zhì)及采取何種措施？為什么？

延伸思考：有人想從回收的PMMA制備單體，從而實現(xiàn)循環(huán)再利用，減少白色污染，你認(rèn)為此想法是否可行？為什么？簡要說明理由。

實際教學(xué)過程中，還可以視學(xué)情，進一步拓展，提出一些進一步延伸的、更加開放、更具挑戰(zhàn)性的問題供學(xué)生思考、討論，比如，本聚合體系所得聚合物會是單分散的嗎？為什么？為什么通常自由基聚合得到的聚合物不會是單分散的？主要原因是什么？有可能做到嗎？你能嘗試找到解決的思路及方法嗎？現(xiàn)在已經(jīng)有人想到方法了嗎？實現(xiàn)了嗎？是何種方法呢？其原理是什么呢？又是如何想到和找到的呢？或，本聚合體系所得聚合物是否為單分散的？或，本聚合體系能否得到單分散的PMMA？為什么？據(jù)你所知，通過自由基聚合能得到單分散的PMMA嗎？是什么方法？要想得到單分散的 PMMA還可以有哪些方法？本聚合體系所得聚合物是否為立構(gòu)規(guī)整聚合物？或，本聚合體系能否得到立構(gòu)規(guī)整的 PMMA？要想得到立構(gòu)規(guī)整的 PMMA，可以采取哪些方法？從哪些方面入手？解決什么問題？你認(rèn)為該用何種方法或手段來得到有關(guān)該聚合體系所得聚合物分子量分布及立構(gòu)規(guī)整性方面的信息呢？它們的原理有是什么呢？可以用哪些儀器呢？為理解這些，你又需要學(xué)習(xí)、掌握哪些知識、通過哪些課程來學(xué)到？如果該體系中同時加入了諸如丁二烯、苯乙烯等另外一種烯類單體，聚合過程及所得聚合物會發(fā)生變化嗎？又會發(fā)生哪些變化呢？所得聚合物會出現(xiàn)哪些新的結(jié)構(gòu)問題？這些新出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)問題對所得聚合物性能、用途會帶來哪些改變？產(chǎn)生哪些影響？可以如何加以利用？等等。從而讓學(xué)生聯(lián)系、思考可控/“活性”自由基聚合、基團轉(zhuǎn)移聚合相關(guān)問題，以及在復(fù)習(xí)階段將自由基聚合與后面學(xué)到的離子聚合、配位聚合、共聚合等章的知識，甚至高分子物理課程學(xué)到的知識相聯(lián)系。

2 習(xí)題的應(yīng)用

2.1 小組作業(yè)及其設(shè)計

高分子化學(xué)教學(xué)過程中，通常作業(yè)是要求學(xué)生獨立完成的，這雖然有利于學(xué)生鍛煉和提高獨立思考問題、解決問題的能力，但也同時在一定程度上限制，甚至抑制了學(xué)生進行討論交流及通過合作，共同完成復(fù)雜問題的愿望與能力，無助于，甚至不利于培養(yǎng)、提高學(xué)生的合作能力、溝通能力及表達能力。如果所設(shè)計的習(xí)題作為作業(yè)布置給學(xué)生時，還能同時于此方面有所裨益，無疑能進一步拓展高分子化學(xué)教學(xué)中作業(yè)的功能，擴大課程作業(yè)之于高分子化學(xué)教學(xué)乃至相關(guān)專業(yè)人才培養(yǎng)的作用，并可通過具體的教學(xué)環(huán)節(jié)，將工程教育認(rèn)證所倡導(dǎo)和要求的相關(guān)培養(yǎng)目標(biāo)要求切實落到實處。

為此，我們通過引入幾種變化，如引發(fā)劑濃度、引發(fā)劑種類、聚合溫度等，進一步將上述綜合習(xí)題設(shè)計成小組作業(yè)，通過改變引發(fā)劑濃度、引發(fā)劑種類、聚合溫度等，引入幾種不同情形，每個學(xué)生按照組內(nèi)分工，只需回答一種情況下的相關(guān)問題，使每一位學(xué)生在完成作業(yè)所需時間基本沒有增加的前提下，所能從完成作業(yè)獲得的信息、受到的訓(xùn)練等成倍增加，使每一位學(xué)生能在獨立思考并完成自己所承擔(dān)的具體任務(wù)的基礎(chǔ)上，通過小組合理分工、合作學(xué)習(xí)，共同解決更復(fù)雜的綜合問題，進一步拓展、加深對相關(guān)問題的思考、理解、綜合及把握，并在更全面、深入掌握相關(guān)知識、得出進一步結(jié)論的同時，培養(yǎng)、提高合作能力、溝通能力及表達能力。

2.2 討論

本綜合習(xí)題實現(xiàn)了通過一道綜合習(xí)題來歸納、總結(jié)高分子化學(xué)中一章(自由基聚合)或一種聚合反應(yīng)(自由基聚合反應(yīng))的所有內(nèi)容，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握對應(yīng)的一類聚合反應(yīng)所涉及的，或高分子化學(xué)中一章所涵蓋的所有內(nèi)容，內(nèi)容展開時，既像“剝洋蔥”一樣逐層深入(對待具體問題，探究)，又像“樹枝生長”一樣不斷發(fā)散(學(xué)生打開思路、發(fā)散思維、學(xué)習(xí)及構(gòu)建知識的過程)，還會像“蜘蛛結(jié)網(wǎng)”一樣形成網(wǎng)絡(luò)，不僅相互聯(lián)系，而且觸及其中任何一點都能迅速作出準(zhǔn)確響應(yīng)(知識間建立聯(lián)系，學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)及應(yīng)用能力)。從而幫助學(xué)生更容易、更高效地學(xué)習(xí)、建構(gòu)、總結(jié)和掌握相關(guān)知識的思路和方法，創(chuàng)新了高分子化學(xué)中習(xí)題的形式。

本綜合習(xí)題及基于其進一步設(shè)計的小組作業(yè)，在傳統(tǒng)習(xí)題的老師問、學(xué)生答的基礎(chǔ)上，進一步鼓勵和啟發(fā)學(xué)生自己問、自己答(讓學(xué)生學(xué)會提問題)，學(xué)生自己問、同學(xué)答(小組討論，小組作業(yè))，拓展了高分子化學(xué)中習(xí)題及作業(yè)的功能[1,2]，使高分子化學(xué)中習(xí)題的功能，由單純的方法學(xué)習(xí)、知識鞏固、成果檢驗、實際應(yīng)用等，進一步擴展到了知識的探究、建構(gòu)、總結(jié)、聯(lián)系、遷移、綜合與歸納，復(fù)雜實際應(yīng)用問題的全面考慮與綜合解決，以及分工合作與溝通交流能力的鍛煉與培養(yǎng)等等。也集中體現(xiàn)了我們稱之為通過高分子化學(xué)教學(xué)中的“十萬個”是什么？為什么？做什么？何以做？怎么做？做到哪？以及誰來做？何時做？也就是所謂的“5W2H”來組織和展開教學(xué)內(nèi)容的課程設(shè)計方法與設(shè)計理念。使學(xué)生不僅能知其然(知道是什么，該做什么，該怎么做)，知其所以然(知道為什么是這樣，為什么該做這個，為什么該這么做)，更要能有“何以知其然”(怎樣知道是什么，怎樣知道該做什么，怎樣知道該這么做)、“何以知其所以然”(怎樣知道為什么是這樣，怎樣知道為什么該做這個，怎樣知道為什么該這么做)的意識及能力，即，不僅能解決問題，回答別人提出的問題，給出自己的答案及理由，更要能自己發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，以及找到解決問題的思路和方法，知道如何找到解決問題的思路和方法，對于遇到的問題，不僅有答案，而且會思考。

基于同樣的想法，我們還為高分子化學(xué)中其他重要的章節(jié)，如逐步聚合、自由基共聚合編寫了綜合習(xí)題，并且也在教學(xué)實際應(yīng)用中取得了比較明顯的效果。

作者提供部分計算問題的答案及小組作業(yè)的設(shè)計，若有需要，可向作者索取。