《可降解高分子材料》课程教学探讨*

黄华波，曾小平，陈 萍，张 旗，刘治田

(1 武汉工程大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430073; 2 湖北德威包装科技有限公司，湖北 安陆 432600)



《可降解高分子材料》课程教学探讨*

黄华波1,2，曾小平1，陈 萍1，张 旗1，刘治田1

(1 武汉工程大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430073; 2 湖北德威包装科技有限公司，湖北 安陆 432600)

随着社会经济的发展，环境污染问题日益严峻，可降解高分子材料领域专业技术人才的培养刻不容缓。介绍了《可降解高分子材料》课程的开设背景和课程内容。还进一步提出采用多媒体与板书相结合、专题讨论等教学方法可以提高学生的学习兴趣和主动性，突出重点，培养学生思考和自主学习的能力。为了提高《可降解高分子材料》这门新开设的专业选修课的教学质量，还需要进一步积累教学经验，提出更多创新教学方法。

可降解高分子材料；教学方法；教学质量

在过去几十年间，人们的生活水平发生了翻天覆地的进步，这与材料科学的发展是息息相关的。高分子材料是材料家族的新成员，在近20年的时间里，取得了突飞猛进的发展，越来越多的高校开始设立高分子材料与工程本科专业。武汉工程大学高分子材料与工程专业为国家特色专业立项建设、湖北省本科品牌专业，所属学科是湖北省重点学科。设有“材料科学与工程”一级学科硕士点和博士点，“高分子化学与物理”二级学科硕士点。因此，高分子材料与工程在学校的学科建设中占有举足轻重的地位。

《中国制造2025》中提出，围绕经济社会发展和国家安全重大需求，选择10大优势和战略产业作为突破点，力争到2025年达到国际领先地位或国际先进水平。这10大重点领域包括：新一代信息通信技术产业、高档数控机床和机器人、海洋工程装备及高技术船舶、航空航天装备、节能与新能源汽车、轨道交通装备、新材料、农业机械装备、生物医药及高性能医疗器械[1]。在上述10大重点领域可以发掘众多与高分子材料直接相关的研究课题，主要包括高性能纤维/聚合物复合材料及轻量化车身、特种涂料(如降阻和吸波涂层)、高性能膜材料(如分离膜和质子交换膜)、特种工程塑料和橡胶、先进纺织材料、医用生物基塑料，以及仿生智能材料、3D打印材料、石墨烯材料、聚氨酯树脂、氟硅树脂等等。这对于我们高分子材料与工程专业的从来既是挑战，更是机遇。

由此可预见，在不久的将来高分子材料工业的生产及应用规模会继续扩大，新型高性能高分子材料制品会不断涌现。然而，与此同时，环境、能源、健康等矛盾也会日益突出。因此，研究与开发环境友好型可降解的绿色高分子材料成为一项热问题。为了适应国家和社会发展的需求，遵循教育规律和人才成长规律，我校在高分子材料与工程本科专业开设了《可降解高分子材料》专业选修课程。期望通过本课程的学习，达到改善学生的知识框架、拓宽视野、提高专业素养的目的，为学生今后的发展打下良好的基础，同时也为国家培养更多复合型专业人才。

1 《可降解高分子材料》课程介绍

可降解高分子材料是相对通用高分子而言的，广义上认为，材料在使用废弃后，在一定条件下会自动分解消失掉。严格地说，是指在特定环境条件下(如光照、加热、微生物侵蚀等)，其化学结构发生显著变化并造成力学强度和分子质量下降，最终可以降解成小分子化合物(如二氧化碳、水)并被生态环境吸收的材料。近年来随着社会经济的高速发展，传统高分子塑料和纤维制品得到了极大地发展，但同时大量高分子材料废弃物也给地球带来了十分严重的污染。国际上处理塑料垃圾通常使用的手段主要有：填埋、焚烧和回收再利用三种。填埋塑料垃圾会占用大量的土地资源，也会造成土壤劣化；焚烧会造成大气污染；而回收再利用也会面临高成本的问题。使用废弃后可自然降解，对大自然无污染的可降解高分子材料可以较好的应对上述难题。此外，开发可降解高分子材料的重要意义不仅在于环保的需要，还可以利用其可降解性，开发生物医用材料，比如药物释放和组织工程等[2-3]。这类材料不仅可以达到治疗效果, 并可在生物体内分解, 参与人体的新陈代谢, 并最终排出体外。

作为高分子材料与工程的专业选修课，《可降解高分子材料》围绕着可降解高分子材料近些年研究与开发的新动向，对其原料选择，生产工艺，降解机理，以及应用领域等进行较为系统的介绍。本课程的特点是内容比较系统完整，涵盖了可降解高分子材料的理论研究与开发应用的主要领域和前沿，理论与开发并重，注意广度与深度结合。通过本课程的学习，可以丰富学生的专业知识体系，拓宽专业口径，为学生进一步学习深造和走向工作岗位打下坚实的基础。

2 《可降解高分子材料》教学内容

《可降解高分子材料》安排的教学周期相对较短，计划课时为24学时。然而课程涉及的教学内容较为丰富，包括各种可降解高分子的合成机理、生产工艺、物理化学改性和生物降解机理，此外还包括生物医学等交叉学科的专业知识。在教学过程中，教师不可能将所有全部内容全面、深入的向学生讲授。一方面，学生会感到内容纷繁复杂，无法把握重难点，而得不到较好的教学效果；另一方面，对于大四的学生，已经学习了高分子化学、高分子物理、聚合物加工原理等主要的专业课程，基本掌握了高分子科学的一些基础的理论及加工方法，具备一定的自学能力，如果再花大量时间来讲授，也会让学生感到乏味；此外，本课程的教学周期短，也没有足够的时间把所有的知识都在课堂上深入讲清楚。因此，本课程的教学还是以介绍为主，带领学生认识、了解和思考，并为学生解答疑惑。

可降解高分子材料的分类方法有很多种，其中最常用的分类方法是按照材料的生产方法及来源进行划分：天然高分子材料、微生物合成高分子、化学合成可降解性聚酯。根据上述分类，奠定本课程讲授的主体内容，故本课程的教学内容可概括如下：第一章，绪论。主要内容包括：可降解高分子材料概念的提出，生物可降解高分子材料的种类及降解机理，光降解高分子材料的概念及理论等。第二章，天然高分子材料。主要内容包括：重点讲解三种产量最高的多糖类天然高分子材料(淀粉、纤维素、甲壳素/壳聚糖)的结构与性质、化学改性、生产应用、以及降解特征，简单介绍海藻酸、蛋白质、天然橡胶等。此外，芳香多元醇类的木质素也可重点讲解，包括其结构与性质，以及在工程材料(如聚氨酯和酚醛树脂等)中的应用情况。第三章，微生物合成高分子。主要内容包括：聚羟基脂肪酸(PHAs)的结构及性质， 微生物合成工艺(发酵工艺)，提取技术，以及生物降解性质。重点讲解一种典型的微生物合成高分子，如聚羟基丁酸(PHB)。第四章，化学合成可降解性聚酯。主要内容包括：化学合成可降解性聚酯的概念、种类、合成方法及发展状况，三种最重要的化学合成可降解性聚酯(聚乙交酯PGA、聚乳酸PLA、聚已内酯PCL)的合成、结构、性质和应用。第五章，可降解高分子材料在环境领域中的应用。主要内容：可降解高分子与环境保护密切关系，可降解包装塑料、可降解地膜以及基于树皮(缩合单宁)的聚氨酯材料等材料的生产及应用情况。第六章，可降解高分子材料在医学领域中的应用。主要内容：生物医用高分子材料及相关生物医学领域的概念，发展历程及现状；详细介绍可降解高分子材料在组织工程和缓释药物领域的应用等。

3 多媒体与板书相结合

如前所述，《可降解高分子材料》课程的教学内容非常丰富，几乎覆盖了所有的研究及商品化的可降解高分子材料的合成改性(生产制备)、性质特征和应用情况。故采用信息量大、高效的多媒体技术进行教学是最主要的教学形式。多媒体的教学方法可以使课堂变得更加生动，比如说可以插入一些图片及动画效果形象、直观地反映讲授内容，提高学生的学习兴趣和主动性[4]。但是，多媒体的使用必须得恰当，否则会起到适得其反的效果。多媒体教学最大特点是教学内容信息大，但整堂课都使用多媒体教学时就会造成信息量过大，讲授节奏过快的问题。同时，过量辅助性材料(如图片和动画)的放映也会压缩主要知识点的讲解时间。学生极有可能会跟抓不住核心知识点，仅仅体验一场“视觉之旅”，带来的更严重的后果是学生失去了思考的动力。因此，在《可降解高分子材料》的课堂教学中，可以根据实验情况，对课程中的核心及重点知识进行板书教学，提示学生重点关注并做笔记，如重要的结构式/反应式的提示及相关机理和数学公式的推导[5]。此外，在讲授过程中，教师即兴想起的与教学内容相关的知识也可以板书出来。

4 专题讨论提高教学效果

传统的课堂教学中，一般存在着教师与学生的互动较少，课堂气氛不活跃，学生学习的积极性差、效率低等问题。如果依旧按照传统的方法进行教学，对于《可降解高分子材料》这样一门专业选修课来说，上述存在的问题会更加严重，必然无法取得满意的教学效果。因此，我们应该根据《可降解高分子材料》课程的特点，更新教学理念，充分利用现有的条件改变教学方法，吸引学生的注意力，使学生主动地去获取知识。

面对《可降解高分子材料》的教学课时少，教学内容多的客观情况。一方面，我们需要保持较快的教学节奏，将教学内容尽可能全面地向学生讲授；另一方面，我们也要意识到以快节奏讲授为主的课堂，也会抑制学生的思考、学习积极性和自我表达能力等，很难产生良好的教学效果。将专题讨论引入课堂可以较好的应对这一问题，比如笔者在教学中引入专题讨论。讨论题目如下：近年来，发展环境友好型绿色材料越来越受到人们的重视。试举例说明一种环境友好型产品，并陈述它与非环境友好型产品相比，在原料及生产技术等方面的有何区别？在第一节课，笔者即将题目布置给学生，要求他们上课认真听讲，勤于思考，并从上课所讲授内容中选取一个自己感兴趣的产品进行展开。将全班学生分成十个小组，小组成员在选定了主题后，根据课堂讲授、课本，以及查阅图书馆资料和电子资源对专题进行阐述，并制作成PPT。在最后一次课，学生登上讲台汇报各自的成果，每个小组的汇报时间为5分钟。汇报完成以后，教师带领其它同学讨论，并向汇报小组提问，讨论及提问时间为5分钟。最后，教师对各小组的综合表现进行评价打分，并计入最终的课程成绩。在教学中，加入这种创新的教学模式，可以最大限度地激发学生的学习热情，并促进他们养成思考的学习习惯。同时，学生在准备汇报内容的过程中，会更加透彻地理解课堂知识，也会学习更多课堂之外的知识，自主学习的能力得到了良好的锻炼。因此，这种教学模式预期会取得良好的教学效果[6]。

5 结 语

随着环境能源等矛盾的日益突出，可降解高分子材料逐渐成为了新型材料领域的研究热点。可降解高分子材料制品也开始进入了人们的日常生活，并展现出了良好的发展势头。因此，《可降解高分子材料》课程的开设与发展壮大具有非常重要的现实意义。本文介绍了《可降解高分子材料》课程产生的背景和教学内容，并简单探讨了相关的教学方法。目前，笔者在教学过程中遇到的困难主要来源于开设该课程的院校还相对较少，相关教学资料、教材和教学研究也是凤毛菱角。因此，在今后的《可降解高分子材料》课程的教学中，还需要广大教育工作者进一步积累和总结教学经验，提出更多创新教学方法，为国家的可持续发展培养更多优秀人才。

[1] 秦伟,陈曦.十大战略产业期待突破——新出炉《中国制造2025》重点领域技术路线图详解[J].装备制造,2015(11):38-39.

[2] 刘凤兴,程为庄.生物可降解高分子材料及其在药物释放中的应用[J].高分子通报, 2004(6):38-41.

[3] 任杰,吴志刚,潘可风.可降解高分子材料在骨、软骨组织工程中的应用[J].同济大学学报:医学版,2003,24(1):62-65.

[4] 王雅菲,陈娟.多媒体技术在教学过程中的调查探究[J].软件导刊(教育技术),2010,11:31-32.

[5] 张旗,刘治田,高翔,等.《功能高分子材料》课程教学改革探究[J].广州化工,2016,44(15):170-171.

[6] 齐民华.功能高分子材料课程教学改革的思考[J].广东化工,2011,38(5):267.

Teaching Investigation on Course of Degradable Polymer Materials*

HUANGHua-bo1,2,ZENGXiao-ping1,CHENPing1,ZHANGQi1,LIUZhi-tian1

(1 School of Material Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Hubei Wuhan 430074;2 Hubei Packing Technology Co., Ltd., Hubei Anlu 432600, China)

With the development of social economy and increasing serious problem of environmental pollution, the cultivation of the professional and technical personnel in the field of degradable polymer materials is of great urgency. The background and content of the course of Degradable Polymer Materials were introduced, it was further suggested that the teaching methods of multimedia technique combined with blackboard writing and panel discussion could help to increase the students’ learning interests and initiatives, emphasize key areas, train the ability of analysis and independent study of students. In order to improve the teaching quality of this new professional elective course of Degradable Polymer Materials, the teaching experience need to be further accumulated and more innovative teaching methods should be developed.

degradable polymer materials; teaching method; teaching quality

武汉工程大学教学研究项目：基于MOOC理念《高分子物理》课程新型教学体系的构建(X2015011)；大类培养背景下材料大类系列核心课程建设与改革探索(Z2014005)。

黄华波，博士，讲师，主要研究方向为功能高分子复合材料。

刘治田，博士，教授。

G642 4

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1001-9677(2016)024-0122-03