基于情境教學(xué)的高分子化學(xué)思政課堂探索

尹守春 黃陳辰

摘 ?要：將思政元素充分融入高分子化學(xué)課程中，可發(fā)揮專業(yè)基礎(chǔ)課程在“立德樹(shù)人”方面的重要作用。以聚合物的化學(xué)反應(yīng)章節(jié)為例，將塑料垃圾的處理作為情境進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，構(gòu)建以聚合物的化學(xué)反應(yīng)知識(shí)為主體，以塑料垃圾的處理方法、綠色化學(xué)的思想、當(dāng)前科技研究的前沿內(nèi)容等元素為主導(dǎo)的教學(xué)思路。

關(guān)鍵詞：高分子化學(xué);課程思政;情境教學(xué);聚合物的化學(xué)反應(yīng);綠色化學(xué)

中圖分類號(hào)：G641 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2022）18-0174-04

Abstract： Professional basic courses can play an important role in "establishing moral integrity in cultivation" by fully integrating ideological and political elements into polymer chemistry courses. Taking the chapter of the chemical reaction of polymers as an example， this paper takes the treatment of plastic waste as the teaching situation for teaching design， the chemical reaction knowledge of polymers as the main body， and the treatment methods of plastic waste， the discipline thoughts of green chemistry and the cutting-edge contents of scientific and technological research as teaching ideas.

Keywords： polymer chemistry; the ideological and political education in all courses; situational teaching; chemical reaction of polymers; green chemistry

“要堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人”，2016年，習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議發(fā)表重要講話。[1]為了深化教育改革，發(fā)揮好課程的育人作用，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，高校必須要做好政治思想工作。2020年5月28日教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》[2]，提出推進(jìn)高校思政建設(shè)是落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的戰(zhàn)略措施。全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，就是要寓價(jià)值觀引導(dǎo)于知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)之中，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀、價(jià)值觀。如何在講授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)融入思政元素，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，是專業(yè)課建設(shè)和發(fā)展重點(diǎn)考慮的問(wèn)題。

高分子化學(xué)是一門發(fā)展迅速的新興學(xué)科，具有理論知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合的特點(diǎn)。高分子化學(xué)是研究高分子聚合物的結(jié)構(gòu)、特征、合成方法的課程，是高分子專業(yè)的核心課程[3]。如何將課程思政元素有效地融入到高分子化學(xué)課程的教學(xué)過(guò)程，以達(dá)到價(jià)值引導(dǎo)、能力培養(yǎng)和知識(shí)傳授有機(jī)融合[4]，值得專任教師長(zhǎng)期的探索和實(shí)踐。

運(yùn)用情境教學(xué)法創(chuàng)設(shè)與教學(xué)相關(guān)的場(chǎng)景，可以提高學(xué)生的情感體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的積極性，進(jìn)而提高學(xué)生的參與度。以塑料垃圾組成的“第八大陸”作為背景，引發(fā)學(xué)生對(duì)人與自然的思考，培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)的學(xué)科思想。

一、設(shè)置教學(xué)目標(biāo)

我們從知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀三個(gè)層面設(shè)置教學(xué)目標(biāo)。

（一）知識(shí)與技能

1. 理解聚合物的化學(xué)反應(yīng)特性和影響因素。

2. 掌握重要的相似轉(zhuǎn)變、聚合度變大、聚合度變小的反應(yīng)。

（二）過(guò)程與方法

1. 通過(guò)高分子的結(jié)構(gòu)特征引導(dǎo)學(xué)生掌握高分子反應(yīng)的特性和影響因素，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)決定反應(yīng)特性的思維方法。

2. 以“如何避免光敏材料在使用過(guò)程降解”為切入點(diǎn)進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，提升學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

3. 利用課外閱讀、查找資料和PPT匯報(bào)等多種形式分享目前國(guó)內(nèi)外可降解塑料的研究進(jìn)展，提高學(xué)生歸納總結(jié)和現(xiàn)場(chǎng)表達(dá)等綜合能力。

（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀

1. 通過(guò)廢棄塑料垃圾的回收處理再利用，鞏固學(xué)生綠色化學(xué)的思想和“創(chuàng)新、綠色、環(huán)?！睘樽谥嫉母叻肿涌沙掷m(xù)發(fā)展觀。

2. 通過(guò)了解我國(guó)目前的科研進(jìn)展和企業(yè)成果，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)我國(guó)化學(xué)工業(yè)的自信心與自豪感，增強(qiáng)學(xué)生科技強(qiáng)國(guó)的意識(shí)。

3.通過(guò)了解徐僖先生的故事，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷，學(xué)習(xí)徐僖先生艱苦奮斗、開(kāi)拓創(chuàng)新的科研精神。

二、設(shè)置教學(xué)內(nèi)容

（一）塑料垃圾組成“第八大陸”——課程導(dǎo)入

1. 教學(xué)設(shè)計(jì)

幾百年來(lái)，海員和漁夫們從來(lái)不會(huì)去的一塊區(qū)域——第八大陸，也稱為“海洋中的沙漠”（圖1），這是在太平洋上一片由塑料垃圾組成的“島嶼”，我國(guó)“深海勇士”潛水器在海底2 000 m竟然也發(fā)現(xiàn)了大量的塑料垃圾，垃圾污染已然成為人們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。針對(duì)這些廢棄的高分子材料，如何進(jìn)行有效的處理以減少對(duì)環(huán)境的污染呢？目前有兩種具有前景的解決方案：一是廢舊塑料的回收利用;二是可降解高分子的設(shè)計(jì)。

廢棄塑料的回收利用主要包括物質(zhì)回收和能量回收兩大類。能量回收，即燃燒回收熱能。物質(zhì)回收則可細(xì)分為物理回收和化學(xué)回收。其中，物理回收在不改變塑料的化學(xué)組成的同時(shí)，只需通過(guò)簡(jiǎn)單的熔融加工即可制備再生塑料制品（俗稱“舊料”）。這種方法由于工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，是目前廢棄塑料的主要回收技術(shù)?；瘜W(xué)回收則是指利用各種塑料-塑料的再聚合技術(shù)以及塑料制燃料技術(shù)，將塑料轉(zhuǎn)變成液體或氣體后，再來(lái)制造新的塑料。

圖1 第八大陸

2. 教學(xué)思路

塑料是以單體為原料通過(guò)聚合反應(yīng)得到的高分子化合物，而塑料垃圾是一個(gè)與我們生活密切相關(guān)的話題。以塑料垃圾在海洋中的堆積作為導(dǎo)入，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，觸目驚心的同時(shí)也發(fā)人深省，激發(fā)學(xué)生的興趣，引起學(xué)生對(duì)科技發(fā)展與環(huán)境保護(hù)關(guān)系的思考[5]。同時(shí)，“熱解”“溶劑分解”和“解聚”等術(shù)語(yǔ)也用于指代塑料垃圾化學(xué)回收的不同技術(shù)。通過(guò)塑料的回收技術(shù)來(lái)學(xué)習(xí)聚合物的一些基本知識(shí)和概念，并由此衍生出許多聚合物的化學(xué)反應(yīng)。

（二）塑料垃圾回收利用的困難——總體把握

1. 教學(xué)設(shè)計(jì)

研究塑料垃圾的回收利用，首先要明確研究目標(biāo)對(duì)象。日常生活中使用的絕大多數(shù)塑料制品都由一小部分化學(xué)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的“單體”形成的高分子聚合物。這些聚合物幾乎和斯陶丁格的分子鏈結(jié)構(gòu)理論一樣古老。雖然說(shuō)單體是“古老的”，但是人們常常通過(guò)控制高分子分子量、高分子鏈拓?fù)鋵W(xué)、高分子結(jié)構(gòu)序列等方法來(lái)改變材料的熱、機(jī)械和其他重要特性，從而得到新的性能優(yōu)異的高分子材料。因此，研究塑料垃圾的回收利用，其實(shí)也就是研究高分子材料的化學(xué)反應(yīng)。

其次，要了解高分子化學(xué)反應(yīng)的分類。根據(jù)聚合度的變化可將高分子化學(xué)反應(yīng)分為聚合度基本不變的反應(yīng)、聚合度變小的反應(yīng)和聚合度變大的反應(yīng)。采用裂解技術(shù)將廢棄塑料降級(jí)回收為可再次使用的燃料（汽油、柴油等）或化工原料（乙烯、丙烯等）屬于降解，其包括熱降解、力化學(xué)降解、化學(xué)降解和生物降解等。如果降解后的產(chǎn)物多為單體，則稱之為解聚。

最后，導(dǎo)出為什么塑料垃圾回收利用如此困難。這就要研究塑料高分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即具體講解高分子特有的結(jié)構(gòu)使得聚合物的化學(xué)反應(yīng)具有速率低、反應(yīng)復(fù)雜、反應(yīng)不完全等特點(diǎn)，并進(jìn)一步介紹基團(tuán)轉(zhuǎn)換率的概念以及反應(yīng)活性的影響因素。

2. 教學(xué)思路

結(jié)構(gòu)決定反應(yīng)特性，高分子特有的化學(xué)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致塑料垃圾化學(xué)回收困難。引導(dǎo)學(xué)生思考、討論，并結(jié)合已學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)專業(yè)知識(shí)提出解決問(wèn)題的方案。將聚合物的化學(xué)反應(yīng)章節(jié)內(nèi)容不著痕跡地帶入此過(guò)程，使得學(xué)生在思考問(wèn)題的過(guò)程中對(duì)高分子的化學(xué)反應(yīng)有一個(gè)框架的了解（圖2），促進(jìn)其在掌握專業(yè)知識(shí)的同時(shí)提高解決實(shí)踐問(wèn)題的能力。

（三）塑料垃圾降解回收和再次利用——深入學(xué)習(xí)

1. 教學(xué)設(shè)計(jì)

高分子材料常會(huì)出現(xiàn)因熱的作用發(fā)生降解的現(xiàn)象，其熱穩(wěn)定性與高分子結(jié)構(gòu)有很大關(guān)聯(lián)。在受熱時(shí)，高分子主鏈上的任一部位都可能發(fā)生斷裂，導(dǎo)致分子量迅速降低。由于高分子結(jié)構(gòu)的不同，高分子裂解成單體的難易程度有很大的不同。例如聚異丁烯等主鏈帶有季碳原子的高分子易發(fā)生解聚，而聚乙烯幾乎無(wú)單體產(chǎn)生。熱降解的應(yīng)用范圍不僅僅局限于回收單體，還可以制備芳烴類等化合物。如Miandad等人在450℃下催化熱解混合廢塑料制備芳烴[6]。由此在傳授熱降解知識(shí)的同時(shí)可以講述熱穩(wěn)定性的研究方法和聚合物的熱降解行為。

力化學(xué)降解被看作由力學(xué)應(yīng)力誘發(fā)的分子斷裂。這些應(yīng)力可能是剪切應(yīng)力或拉伸應(yīng)力，或這兩種的組合。當(dāng)作用力大于鍵能時(shí)，材料結(jié)構(gòu)的價(jià)鍵就會(huì)產(chǎn)生斷裂。經(jīng)常被用來(lái)制作各種一次性泡沫飯盒的聚苯乙烯就可以通過(guò)力化學(xué)降解。

光降解是受陽(yáng)光尤其是紫外線照射發(fā)生降解。整個(gè)光降解過(guò)程是光降解和自由基斷裂氧化反應(yīng)的結(jié)合，稱為Norrish反應(yīng)[7]。例如常見(jiàn)的可見(jiàn)光裂解物質(zhì)有鄰硝基芐酯（ONB）及其衍生物、truxillic酸衍生物（TRA）等，這些基團(tuán)可以在特定波長(zhǎng)下的照射下降解。光可降解高分子材料在使用過(guò)程中，由于易于發(fā)生的光降解行為，而會(huì)影響到高分子材料的正常使用。因此，為了延緩使用過(guò)程中的光降解行為，在光可降解高分子材料中需要加入一定量的光穩(wěn)定劑。在這里，從提高材料穩(wěn)定性和使用壽命角度展開(kāi)教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生思考光穩(wěn)定劑可以從哪些角度延緩或是防止光降解。同時(shí)，正是由于光降解高分子材料的光降解特性限制了其大規(guī)模使用，生物降解塑料[8]。

生物降解是指在自然條件下通過(guò)真菌、細(xì)菌等微生物和酶的作用而導(dǎo)致的高分子材料降解。常見(jiàn)的可生物降解的合成高分子主要有聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）、聚乙烯醇（PVA）等。以淀粉為基礎(chǔ)，通過(guò)添加交聯(lián)劑和嫁接支鏈等改性處理可得到淀粉基生化合成塑料。這些塑料可以通過(guò)生物降解的方式減少對(duì)環(huán)境的破壞。

廢棄塑料除了還原成油品、單體和化學(xué)原料，還可改性加工成高科技復(fù)合材料、人造木材等。通過(guò)接枝、共聚、交聯(lián)等聚合度變大的方式，或者采用氯化等化學(xué)手段引入新的具有一定功能的官能團(tuán)或者將官能團(tuán)進(jìn)行相似轉(zhuǎn)變，從而對(duì)聚合物進(jìn)行化學(xué)改性和功能化，使得廢舊塑料獲得優(yōu)良的性能。由此可以具體講述一些重要的相似轉(zhuǎn)變反應(yīng)。例如以二烯烴為基礎(chǔ)的橡膠。由于分子鏈中存在雙鍵，具有易氧化和老化的特性，通過(guò)加氫成飽和橡膠或是氯化則可以使其玻璃化溫度和結(jié)晶度有所改變。聚苯乙烯由于側(cè)鏈上具有多活性位點(diǎn)的苯環(huán)，可以通過(guò)一系列的化學(xué)改性獲得各種產(chǎn)物。如通過(guò)與液溴反應(yīng)制得溴化聚苯乙烯制的阻燃劑;用順丁烯二酸酐接枝改性、酚醛樹(shù)脂共混改性和乳化后制得乳液型膠粘劑。

2. 教學(xué)思路

以塑料垃圾降解回收和再次利用的方法為主線，講解高分子材料幾種重要的降解方法和改性利用的方法;由塑料垃圾的處理出發(fā)講解聚合物的幾種重要的化學(xué)反應(yīng)（圖3），充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。在講述“光降解”的同時(shí)，從核心素養(yǎng)發(fā)展的角度引導(dǎo)學(xué)生思考如何避免光敏材料在使用過(guò)程中降解的問(wèn)題，深化“實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的目的，學(xué)習(xí)掌握知識(shí)，是為了更好地指導(dǎo)實(shí)踐”的認(rèn)識(shí)，培育學(xué)生思考問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。在整體知識(shí)傳授的同時(shí)展示高分子科學(xué)與高分子材料領(lǐng)域近年來(lái)的研究成果和發(fā)展趨勢(shì)，將“創(chuàng)新、綠色、環(huán)?！睘樽谥嫉母叻肿涌沙掷m(xù)發(fā)展觀潛移默化地融入教學(xué)過(guò)程中，引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)關(guān)注相關(guān)專業(yè)前沿研究動(dòng)態(tài)和進(jìn)展，緊跟時(shí)代潮流、與時(shí)俱進(jìn)。

（四）可降解塑料垃圾設(shè)計(jì)——思維拓展

既然可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的思路降解塑料垃圾，那也可以通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的思路設(shè)計(jì)可降解塑料。引導(dǎo)學(xué)生思考可降解塑料的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生自行查閱資料、分享匯報(bào)目前可降解塑料的研究進(jìn)展，聯(lián)系課本前幾章的基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)某一可降解塑料的合成方法進(jìn)行學(xué)習(xí)整理歸納，在思維拓展的同時(shí)鞏固前面章節(jié)的知識(shí)內(nèi)容。與此同時(shí)，教師可以通過(guò)學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)價(jià)其“理論聯(lián)系實(shí)際”“運(yùn)用所學(xué)解決問(wèn)題”的能力和課堂思維參與度。

三、補(bǔ)充材料

（一）我國(guó)部分產(chǎn)業(yè)化的塑料垃圾回收技術(shù)以及實(shí)

驗(yàn)室研究進(jìn)展

變廢為寶、循環(huán)利用是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，垃圾是放錯(cuò)位置的資源，把垃圾資源化，化腐朽為神奇，既科學(xué)，也是藝術(shù)。目前處理塑料的綠色高值化解決方案不斷持續(xù)創(chuàng)新。例如北京福海藍(lán)天公司研究開(kāi)發(fā)了廢棄塑料熱裂解“柔性油化技術(shù)”，這項(xiàng)技術(shù)相比國(guó)際同類“油化”技術(shù)更加綠色環(huán)保，更具有商業(yè)價(jià)值，既能避免二次污染，具有顯著的可持續(xù)發(fā)展的綠色社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。除了已經(jīng)進(jìn)行工業(yè)化生成的方法，科研人員還在不斷研究更高效、成本更低、適用范圍更廣的的塑料處理方法。如中國(guó)航天科工集團(tuán)公司二院23所已經(jīng)研制出利用微波技術(shù)裂解垃圾的裝置[9]。

人心齊泰山移，通過(guò)對(duì)我國(guó)目前的科研進(jìn)展和企業(yè)成功的展示，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)我國(guó)化學(xué)工業(yè)的自信心與自豪感，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)“綠色”“創(chuàng)新”發(fā)展理念的理解，增強(qiáng)學(xué)生科技強(qiáng)國(guó)的意識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)，為國(guó)家的建設(shè)添磚加瓦。

（二）“中國(guó)塑料之父”——徐僖

徐僖先生是我國(guó)高分子材料事業(yè)的奠基人[10]。徐僖先生在祖國(guó)石油缺乏、石油化工一片空白的背景下，他別開(kāi)蹊徑，放棄傳統(tǒng)以石油為原料制備塑料的方法，通過(guò)數(shù)年堅(jiān)持不懈地努力成功開(kāi)發(fā)五棓子塑料，并創(chuàng)建了我國(guó)第一家塑料廠。后來(lái)徐僖先生將全部精力投入我國(guó)高分子材料的建設(shè)和教學(xué)工作，他創(chuàng)建了我國(guó)第一個(gè)塑料專業(yè)，并撰寫(xiě)了我國(guó)第一本高分子專業(yè)教科書(shū)。

徐僖先生的事跡充分體現(xiàn)了以愛(ài)國(guó)主義為核心的民族精神，結(jié)合徐僖先生的事跡激發(fā)學(xué)生的家國(guó)情懷，鼓勵(lì)學(xué)生勤于思考、不斷探索。

四、結(jié)束語(yǔ)

20世紀(jì)以來(lái)，高分子材料迅速發(fā)展，如今高分子材料已經(jīng)是材料科學(xué)發(fā)展研究的重要領(lǐng)域。高分子塑料作為我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見(jiàn)的高分子材料，是教學(xué)的重要素材。源于這些真實(shí)素材情境，通過(guò)學(xué)科化地處理，表現(xiàn)“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生“運(yùn)用所學(xué)解決問(wèn)題”的能力。通過(guò)將思政課程和專業(yè)課程相結(jié)合，將課本知識(shí)教學(xué)與實(shí)際生活緊密結(jié)合[11]，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鼓勵(lì)學(xué)生不斷鉆研，開(kāi)拓創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]新華社評(píng)論員：立德樹(shù)人，為民族復(fù)興提供人才支撐——學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議重要講話[EB/OL].http：//www.xinhuanet.com//politics/2016-12/08/c_1120083340.htm.

[2]教育部關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的通知.[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[3]王明存，王紅山，陳貽熾，等.高分子化學(xué)理論課與實(shí)驗(yàn)課的融合教學(xué)模式探索[J].化學(xué)教育（中英文），2021，42（4）：31-35.

[4]劉括，宋永忠.論高分子化學(xué)“課程思政”的思想價(jià)值與精神內(nèi)涵[J].廣東化工，2021，48（8）：306-307.

[5]李寧.情景式教學(xué)在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用探究[J].化學(xué)教學(xué)，2012（4）：11-13.

[6]孫鍇.廢塑料催化熱解制備芳香烴的研究大學(xué)化學(xué)[D].杭州：浙江大學(xué)，2021：26.

[7]胡曉倩.可光、化學(xué)降解聚苯乙烯的合成與性能研究[D].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2017：16-18.

[8]張芮菡.可降解塑料的種類與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].當(dāng)代化工研究，2019（1）：20.

[9]張友根.廢棄塑料包裝資源綠色高值化解決方案的持續(xù)創(chuàng)新（一）[J].橡塑技術(shù)與裝備，2018，44（24）：23-31.

[10]柴玉田.我國(guó)高分子材料事業(yè)的奠基人和開(kāi)拓者——記中國(guó)科學(xué)院院士徐僖[J].化工管理，2014（13）：62-67.

[11]葉依叢，邵傳強(qiáng).基于發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的有機(jī)高分子單元教學(xué)設(shè)計(jì)——以“防病毒口罩濾芯材料的設(shè)計(jì)與發(fā)展”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2021（1）：52-58.