利用“微课”增进高分子化学理论教学有效性的研究-以乳液聚合机理为例

章翰堂，董 静，汪 浩，张丽丽，徐 静

(山东农业大学 化学与材料科学学院，山东 泰安 271018)

高分子目前在生物医药、新材料、精细化工、轻化工程等相关领域应用广泛，而《高分子化学》更是上述相关领域高等教育的专业课程之一。高分子化学的课堂教学可为学生从事上述相关技术行业打好理论基础。在《高分子化学》在这门课中存在大量的反应机理、反应方法、计算公式及其推导过程，也涉及高分子的化学结构与聚集态结构等与其物理性能紧密相关的内容，具有信息量大、涉及面广、理解难度大、难以具体感知的特点[1-2]。传统的线下教学方法缺乏生动形象的演示，使得这门课枯燥并且难懂。随着高分子材料的进一步发展，传统的教学方法、教学评价、教学组织等已经不能满足当下的教学要求。

近年来，伴随着“互联网+”时代的到来，特别是手持移动数码产品和无线网络的推广与普及，以教学视频为主要载体的网络视频教学有了大力发展，即微型视频课例，简称“微课”。“微课”因其教学时间短、教学内容精(针对某知识点)、资源文件小、简单、实用、多样等特点在这个互联网时代作为一种新型的教学资源而备受推崇[3]。

在高分子化学实验课程的教学中，微课的应用已经诸多教学者的重视，并取得了良好的效果[4-5]。而在高分子化学理论的教学课程中，微课的探索还处于起步阶段[6-7]。结合高分子化学的课程特点与微课的优势，我们认为，将微课应用于高分子化学的理论教学中，利用微课将“线上”与“线下”有机融合，将传统教育与信息化技术整合,可以改善抽象的灌输、机械的重复这一“迫不得已”的教学方式，可将抽象理论还原为形象，并以富有启发性、引导性的生动语言、同时采取多种形象的手段，将教学内容通俗化、形象化，进一步促进学生对所学知识的深入理解，最大限度提高学生可接受的信息量，进而取得更好的教学效果。

1 微课设计及课堂效果反馈

乳液聚合是指单体在乳化剂作用和机械搅拌下，在水中分散成乳液状态进行的聚合反应。具有水作分散介质，传热控温容易；可在低温下聚合；聚合速度快，分子量高；可直接得到聚合物乳胶的优点，是合成高分子常用的方法之一，也是高分子化学课程中，聚合方法这一章的重点讲授内容。乳液聚合的组分复杂，涉及胶束、乳化剂等概念；聚合过程分为加速期、恒速期、降速期阶段，每阶段又伴随着组分的变化，因此乳液聚合的机理是一个复杂又抽象的过程。传统课堂讲授的方式对于该内容的清晰讲解有一定难度，学生理解起来也困难。因此，我们选取乳液聚合机理这部分内容作为实验对象，制作微课，作为理论教学的补充，结合讲授，以期增进课堂效果。

微课不是简单的视频展示过程，必须要与理论内容相结合。在展示视频之前，必须要对相关的理论知识进行讲解。主要包括：乳化剂、胶束、增溶胶束、单体液滴、乳胶粒、成核机理等。在理解了乳液聚合中涉及的主要概念后，我们的微课以胶束成核为例，按照乳液聚合的过程分为三部分为同学展示，即加速期、恒速期、降速期。微课视频采用Focusky软件制作。

在展示乳液聚合机理的微课视频的同时，教师需要给学生讲解具体的机理过程：在反应前阶段，单体和乳化剂分别处在水溶液、胶束、液滴三相，其中，微量单体和乳化剂分子、引发剂分子以分散状态溶于水中，构成水溶液的连续相，大部分乳化剂分子形成胶束，直径大概4～5 nm，小部分单体增溶在胶束内，使其直径增大至6～10 nm，大部分单体分散成单体液滴，直径在1～10 μm，如图1(a)所示。

在加速期(成核期)阶段，水相中的自由基不断经由扩散进入增溶胶束内，引发其中的单体发生聚合反应，此时增溶胶束转化成单体-聚合物胶粒，胶束数目不断减少，胶粒数目不断增加，所以聚合速度不断增加，处于加速期，如图1a-b所示。与此同时，单体液滴中的单体分子不断经由水相扩散进入胶粒，以保证聚合反应的单体供给，单体液滴的体积不断减小，但数目不变。当所有增溶胶束都转化成胶粒，表示成核期结束，胶粒数目趋向恒定，这是加速期(成核期)结束的标志，也是恒速期的开始。

进入恒速期后(图1c)，此时体系中只有单体液滴和胶粒两种粒子，胶粒数目恒定，单体液滴给胶粒提供单体以维持聚合反应单体的浓度，因此聚合速率不变。随着聚合反应的不断进行，胶粒的体积不断变大，最终直径可以达到50～150 nm，而单体液滴的体积和数目都不断的缩小。单体液滴的消失是恒速期结束的标志，也是降速期的开始。

进入降速期后(图1d)，此时体系中只有胶粒一种粒子，聚合反应只能依靠胶粒中残留的单体进行，因此单体浓度不断减小，聚合速率开始下降，直至胶粒中单体反应完全。最终形成直径约为100～200 nm的聚合物粒子。

以上的乳液聚合视频微课中，视频的展示和教师对相关知识点的展示紧密的结合在了一起，枯燥、抽象、难理解的乳液聚合机理变得形象生动。学生普遍反应，在观看直观的微课视频的基础上，对乳液聚合的机理过程有了很形象的认识，不但可以迅速掌握重点，建立概念、稳固知识，而且学习兴趣大增。

(a)，(b)加速期，(c)恒速期，(d)降速期

图1 乳液聚合机理过程的微课视频截图

2 结束语

高分子化学的理论课概念多、理解难度大、且与实验结合紧密。传统的课堂讲授方法只能抽象的灌输，机械的重复。本文作者以乳液聚合这一重难点内容为实验对象，基于多年来的高分子化学教学经验，利用近年来兴起的微课教学方法，对该内容进行了生动、形象、直观的讲解，促进了学生对于理论知识的深入理解，也提高了学生对于知识的接受速度，课堂反馈效果良好，证明了微课在高分子理论教学中的有效性。基于我们取得的良好的教学效果，我们有理由相信，微课可以在高分子化学理论教学，乃至其它材料化学的理论课程教学中，取得更广泛的应用。