高分子化学实验教学改革的探索

2018-01-04汪钢强张光学

湖北科技学院学报 2017年6期

汪钢强，张光学，朱琴

(1.湖北科技学院非动力核技术研发中心，湖北咸宁 437100；2.湖北科技学院核技术与化学生物学院，湖北咸宁 437100；3.湖北科技学院国际学院，湖北咸宁 437100)

高分子化学实验教学改革的探索

汪钢强1，张光学2，朱琴3

《高分子化学实验》课程是培养现代高分子专业，化工材料专业人才的重要实践环节。本文针对目前《高分子化学实验》课程存在的不足提出一些富有成效的改进措施，包括优化实验内容，改变教学观念，创新教学方法，建设好实验室开放制度，鼓励学生开展探索性实验等措施，来激发学生的学习兴趣，提高学生的创新能力和实践能力，使实验教学、科学研究、产品应用相结合，努力培养出具有创新能力的复合型人才。

高分子化学实验；教学改革；复合型人才

高分子材料是现代生活和工业生产中最为常见，应用非常广泛的材料，它被广泛应用于建筑、纺织服装、电子信息、汽车工业、航空航天等各个领域中，对我国国民经济起着举足轻重的作用[1]，因此国家对未来高分子材料专业人才需求提出了更高的要求，要求培养出的学生实践能力强，创新能力足，所以，高校在制定高分子化学实验课程教学大纲时，应与时俱进，使培养出来的学生能够适应当代社会的需求，学校与老师更应该从教学的各个方面来激发在校高分子化学相关专业的学生学习兴趣，一改传统上那种填鸭式的教学，努力提高学生的综合能力，特别是其创新性能力，努力把他们培养成国家需要的复合型人才。

一、目前我校《高分子化学实验》教学的不足

《高分子化学实验》是高分子材料专业与应用化学专业学生的重要专业实验课程, 通过与《高分子化学》专业基础理论课程的结合, 使得学生在大学学习过程中, 做到理论与实践有机结合, 巩固基础理论知识和基本技能的锻炼。以目前我校现行的《高分子化学实验》教学模式为例，虽然我校的应用化学专业和辐照化工专业的高分子化学实验教学内容涵盖了溶液聚合(丙烯酰胺的溶液聚合与乙酸乙烯酯的溶液聚合)、本体聚合(甲基丙烯酸甲酯本体聚合)、乳液聚合(乙酸乙烯酯的乳液聚合)、高分子化学反应(聚乙烯醇的制备和聚乙烯醇缩甲醛的制备)等实验，例如：聚丙烯酰胺溶液聚合和乙酸乙烯酯的乳液聚合等。虽然这一些高分子化学实验大都能够在规定的学时内较好地完成高分子化学的核心内容，但是，通过这几年的教学观察发现，传统教学方式已经不再适应现代的教学目标，与快速发展的现代社会需求还存在着一定的差距[2]。主要表现在：一是传统实验教学的内容大多仅局限于实验教材上的实验内容[2]，教材上所写入的信息量不够，很多教材上并没有加入一些与生活生产实际相关的内容。这样就导致学生在整个实验过程中几乎完全依赖实验教材，在进行实验过程中学生“照方捉药”不加以思考，这样学生就很难深入了解与理解相关的理论知识，同时也不能全面了解所做实验的高分子化学材料在日常生活和生产中的应用现状和前景，这样导致学生的学习兴趣不浓，实验敷衍了事。二是传统高分子化学实验教学实验内容多数是一些验证性实验，学生缺乏主观能动性。由于实验原理、实验方案、实验流程等内容都在教材中已经完整的写了出来，所以，学生在做实验过程中马马虎虎，草率了事，实验过程从不观察实验现象，上交的实验预习和实验报告千篇一律，全班就一个版本。这样开设实验课程加强学生理解所学的高分子化学理论知识的初衷得不到落实，学生基本实验技能也得不到锻炼。三是传统的教学方式只是在强调老师的教，较少强调学生的学。通常，传统教学方式都是老师一个人在讲台上唱“独角戏”，较少有学生的互动提问或小组讨论学习方式，所以很多学生在上实验课的时候从不听讲，之后就按实验教程“照方捉药”进行实验。另外，高分子化学实验通常反应需要的时间较长，很多学生在长时间的反应等待时，都在玩手机，上网聊天、打游戏，对课堂秩序产生不良影响。久而久之，引发学生的实验兴趣和实验的主动性不强，不利于学生的思考能力、分析能力和解决问题的能力以及创新思维的培养，因此，有效的改变课堂教学方式与内容，是每一位教师都应该认真思考的问题。

二、《高分子化学实验》教学改革方法

21 世纪的大学生，大多是“90”、“00”后，个性张扬、自我另类。要想培养这样的学生从了解高分子化学基础理论，到了解高分子材料的应用，再到热爱高分子化学学科，再到学习高分子化学的主动性，再到对高分子化学实验产生浓厚的学习兴趣很不容易，因此，必须从源头开始引导。

针对以上存在的问题，努力提高学生对高分子实验的学习兴趣，变“他要我学”为“我要学”，激发学生去了解、学习、探索高分子化学的学科领域。我们将采取以下一些有效的方法来加以改进[3]。

一是优化实验课程内容，增加补充趣味性实验与综合设计性实验相结合，在基础性实验内容中增加综合性实验内容，因为基础性实验通常是帮助学生了解和掌握一些基本的实验操作技术和一些常用仪器设备的使用，在学生掌握了这一些基本操作技能和有关仪器设备的使用方法之后，我们可以适当的增加一些与实际生产相关的综合性实验。由于高分子聚合反应时间一般比较长，所以高分子化学实验是一个长时间等待过程，学生在长时间的等待时就会觉得无意义、兴趣不高。针对这一些情况，我们把实验内容与生活、艺术相结合，让实验既具有日常生活的乐趣又有艺术美的感觉，最大限度地调动学生的兴趣与积极性。

例如，学生们在学习完高分子化学理论知识之后，已经知道了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)被称作有机玻璃，在“甲基丙烯酸甲酯的本体聚合”实验之前，充分预习本实验内容，并列举现实生活中所用的PMMA材料，并告之我们随身配戴的许多小饰品、小挂件都是PMMA材料做出来的，我们通过这个实验也可以做出自己心爱的小饰品，所以可以提前让学生自己准备一些小饰品与自制模具，在甲基丙烯酸甲酯预聚合完成之后，将预聚物与小饰品放入模具中，再把模具放60℃的烘箱内聚合12小时，制得有机玻璃小挂件，既精美又有纪念意义。同时，实验结束后可以测量PMMA透光率与抗压测试，比较其与普通玻璃的透光率与抗压性，并列举PMMA材料优势与不足。让学生充分掌握PMMA材料的用途与制备方法同时，了解PMMA材料的优劣。在引入了实验趣味性同时，又增加了材料设计理念，将有助于开拓学生的视野，有利于综合型技术人才的培养。

又如，在“聚丙烯酰胺(PAM)的制备”实验内容中可以加入聚丙烯酰胺对污水处理等内容，测试加入PAM后与原污水的比较，这样加入一些实际生产中常常用到或者见到的实验内容，学生的学习的主动性、积极性和学习效果都能得到提高，那么教学效果也会得到大大的提升。

二是改变教学观念，创新教学方法[4]。“授人以鱼, 不如授人以渔”。教学的目的不仅仅是简单的传授知识, 更重要的是要让学生养成主动积极的学习态度，提高其自我学习能力，激发他们的学习兴趣。激发学生的学习兴趣就是要注重启发性诱导，要注重学生学习方法的指导，把学生的学习时间还给学生，把学习思考的时间还给他们，把主动提问权还给学生，把课后评议权还给学生。例如：在聚甲基丙烯酸甲酯合成(PMMA)实验中，我们可以在合成出来的PMMA中，加入一些小饰品或小虫子形成 “人工琥珀”等内容，但是实践证明产品中往往会有气泡产生，会使学生产生挫败感，如何避免学生产生挫败感呢？我们可以在做实验前开展小组讨论，把学生分成几个小组，先将已往学生实验室遇到的实验现象展现给大家：(1) 如何排出预聚阶段产生气泡；(2) 浇模时产生的气泡又将如何除去；(3) 在后聚合的高温反应阶段，可能会出现大量的气泡，甚至可能出现爆聚现象，如何控制这个反应？等等这些问题，可以先让学生们围绕这些实验现象展开讨论，通过查阅文献或者网络资料，提出自己的解决方法，再根据自己提出的改进方案进行实验，实验结束后老师再进行总结，总结得出一些较好的控制方法和技巧，这样使所有学生都参与到整个教学实验过程中来，不会让他们在实验进程中感到无聊没事做，只能玩手机来打发时间，这样极大的调动了课堂学习氛围。

三是紧密联系实际，开设综合设计实验[5]。高分子材料涉及人类生活的方方面面，学生在日常生活工作中将会越来越多的接触和应用到高分子化学的相关知识。因此，为了更加紧密联系生活实际，提倡学以致用，提高学生的创新力和对实验的积极性，在高分子化学实验的过程中，我们把一些验证性实验内容设置成综合性、实用性实验，并拓展了部分验证性实验产品的应用价值，使学生能够亲身感受到高分子化学材料的实用意义。

例如：在原验证性 “乙酸乙烯酯的溶液聚合” 实验基础上，我们把实验设置成“乙酸乙烯酯的溶液聚合”—“聚乙酸乙烯酯的醇解”—“聚乙烯醇缩甲醛的制备”实验，三个实验综合成一个综合性实验——工业胶水的制备。又如，在“乙酸乙烯酯的乳液聚合” 实验中，在所得产品中添加一定量邻苯二甲酸丁酯，制得粘合剂白乳胶，在白乳胶中加入适量颜料，可进一步制得市场上出售的各色乳胶漆。这些综合性设计实验有效地整合了自由基聚合、聚合方法、聚合物化学反应相关理论知识与产品的用途，实验操作简单，产品非常直观，具有很强的教学意义和应用性。

这些与生产和生活实际紧密相联的综合性实用性实验的开设，不仅提高了学生的学习积极性，而且还能使学生学以致用，理论联系实际，在一定程度上促使学生对一些高分子材料的工业生产有所了解，深化其理论知识，坚定了本专业的信念，将有利于人才培养和教学活动有效进行。

四是建设好实验室开放制度，鼓励学生开展探索性实验[6～8]。因为高分子化学实验课程学时(4学时)有限，但是一般高分子化学反应时间(2-5小时)都比较长，学生在规定的4学时内一般都很难完成高分子材料的合成制备，以及其性能测试与表征实验内容。通过开放实验室，一方面学生可以继续进行性能测试实验等，另一方面学生可根据个人的兴趣，进行一些探索性高分子化学实验研究。但是开放实验室不是让学生毫无目的的进行实验，开放实验室后更加应该加强学生的管理与指导，应该委派老师或学生加强实验室安全检查，对于实验中可能出现的问题要有预见性，和对实验过程中存在的问题进行及时的解答。鼓励学生利用空余时间多参与老师们的科研项目，多接触一些工业产业化项目研究，通过产学研相结合，用高水平的科研实验来带动和扩展实验课教学，培养了学生的初步科研能力和创新意识。

五是改进实验课程考核方式。为了更加客观全面地反映学生的实验综合能力和实验教学效果，必须改变以往的高分子化学实验的考核方式，应当注重学生技能的考核，减少学生机械记忆的负担。在高分子化学实验考核时，采用“平时实验成绩(占40%)+ 期末实验操作考试(占60%)”相结合的评价考核机制，其中平时实验成绩主要包括: 平时考勤(占20%)、实验预习(占20%)、实验操作(占20%)、实验纪律(占10%)、实验报告(占30%)。期末实验操作考试以“聚乙烯醇缩甲醛的制备”实验进行，主要考查学生的基本实验技能与实验素养。实验操作考试评分如表1：

表1 聚乙烯醇缩甲醛的制备实验操作考试评分细则

通过实验考核方式的改进和完善，严肃考风考纪, 对于考核不及格的学生, 必须补考或重修, 正确引导学生树立优良的学风, 加强学生的实验积极性与实验综合素质培养。

六是提高教师队伍的专业素养。一名优秀的教师应该具备多种优秀的品质，但是专业素养无疑是教学中最重要的品质，为了提高实验教学效果，就必须提高教师队伍的专业素养。例如，学生在开展基础实验以及研究性实验时，需要学生查阅大量的文献资料，然后根据文献资料提出自己的实验方案，再根据实验方案进行实验，这时就对教师的知识背景有更高的要求，学生在进步教师也必须要更进一步。另外，在学生进行实验过程中，教师应该融入到学生中间去，细心指导，这样有利于教师了解学生，更有利于增进教师和学生之间的感情。课后教师应该继续深入研究高分子化学实验相关内容，收集与高分子化学实验相关的素材，为丰富课堂内容做好准备。还有，在鼓励学生进行高分子化学科学研究时，应该聘请经验丰富的教授等高职称的教师进实验室担任学生实验的指导教师，提高指导层次，提高教学效果。

另外，我们还可以通过开展系列与实际生产相关的高分子化学讲座，通过改进实验考核方式，加强实验教材建设，更新教材内容等措施来培养现代化建设新型人材[9，10]。

三、结语

通过优化实验内容能够完善学生的理论知识结构，使学生系统地掌握高分子实验技术、高分子材料的合成及性能表征的方法等；通过改变教学观念、创新教学方法，可以促发学生的学习兴趣、激发他们的创造性思维以及创新能力，为培养现代新型应用型人才提供新的途径；健全实验室开放制度，鼓励学生积极参与科研性项目，教学与科研相结合全面提高学生的创新能力、实践能力；通过改进考核方式严把教学质量关。总之，通过高分子化学实验教学体系的改革，培养学生的创新能力和实践能力，符合现代化建设人才培养的需要。

[1] 王丽梅. 基于创新性应用型人才培养的高分子化学实验教学体系建设[J].高分子化学通报, 2012, (9)： 97～100.

[2] 魏玮, 李治全, 刘晓亚. 智能手机在《高分子化学实验》教学中应用的构想与探讨[J].教育教学论坛, 2015,(24)： 253～254.

[3] 程捷, 罗云杰, 闫红强. 《高分子化学实验》课程的教学改革与学生实践能力培养[J].高分子化学通报, 2012,(1)： 117～119.

[4] 程文喜, 陈金身, 苗蔚, 等. 高分子材料科学与工程专业综合实验教学改革与探索[J].广州化工, 2015,(43)： 206～207.

[5] 张欣茜，景伟文，王英，杨再磊. 《高分子化学实验》教学内容的选取与整合优化[J].广东化工, 2012,(39)： 137～138.

[6] 张晓云, 孙晓丽. 高分子化学教学中科学发展史教育的功效[J].广州化工, 2015,(43)：237～240.

[7] 李新娟, 徐桂清, 胡志国. 高分子化学开放性实验开设初探[J].高分子化学通报, 2011,(7)： 113～115.

[8] 覃忠琼，李真. 提高高分子化学实验教学效果的几点思考[J].安徽理工大学学报( 社会科学版), 2011,(13)： 85～87.

[9] 沈清明, 卢晓梅, 宇文力辉. 高分子化学实验教学改革实践与大学生创新能力的培养[J].江苏教育学院学报( 自然科学), 2013,(29)： 28～30.

[10] 余梅芳, 李敬芬, 姚建萍. 高分子化学实验教学教改模式的探索[J].湖州职业技术学院学报, 2008,(1)： 34～35.

2095-4654(2017)06-0129-04

2017-08-12