构建“理论-实践-科研三位一体”的高分子化学教学模式

戴润英，卢丽敏，刘倩，龚磊，魏玲，邱美

（江西农业大学理学院，江西南昌 330045）

精细《高分子化学》是《高分子材料》的理论基础，是应用化工、化学工业、食品工程等专业学生必须修读的专业课程，是基于有机化学、物理化学的“第五大基础化学课程”。高分子化学是研究聚合物的合成与化学反应、反应机理、反应动力学、反应影响因素及反应的实施方法等的一门综合性学科[1]。高分子化学理论性、概念性和系统性强，传统课堂教学的“满堂灌”模式易于让学生犯困，教学效果差。若是课堂教学与科学研究、实践生产脱节，易让学生产生“学习无用论”等认知，大大降低学习兴趣。因此，在有限的学时内顺利完成教学计划并提升教学质量，激发学生对高分子化学的学习兴趣，用所学理论解决实践问题是高分子化学教学改革中亟待思考和解决的问题。

1 “理论-实践-科研三位一体”教学模式的提出

为提升学生的学习兴趣，夯实学生的理论基础，教学研究者提出了情境式[2]、Seminar研讨模式[3]、交互式[4-5]、案例式[6]等教学手段，让学生在参与高分子教学中提高学习主动性。夏薇等[3]提出在高分子化学本科教学中改变传统单向模式，采用Seminar教学模式，为本科生提供参与科研的机会，提高其创新探索能力。夏笑虹等[4]以命题式、答疑式和答辩式等互动式教学模式，调动学生的积极性，提高学生的综合实践能力。张安强等[7]将学生研究计划引入到高分子化学的课程教学中，激发学生内在的学习兴趣。现代高等教育不但要培养人才，而且要培养应用型人才，这就要求教师在课堂上从实践出发，注重应用实践能力的培养，促进教学内容与时俱进[8-10]。基于上述问题，参考了国内学者对高分子化学课程的教学模式，结合农林院校专业特色和学生特点，提出了“理论-实践-科研三位一体”的渗透式教学模式。

2 “理论-实践-科研三位一体”教学模式的设计与实施

2.1 “理论-实践-科研三位一体”教学模式的设计

高分子化学是一门理论与实践并重的课程，需要学生不但掌握内容庞杂的理论知识，还能将其运用于指导实际生产，综合科研能力得到提升[11]。“理论-实践-科研三位一体”教学模式试图改变传统理论教学模式中学习与应用脱节、理论与实践分离的状况，从理论、实践与科研三方面对应用化学专业学生进行综合性培养，把教材中的理论和操作实验、仿真实验及解决实践问题结合起来，使知识增长成为培养能力的基础，切实提高学生的实践操作技能和创新发展思维。受教学计划和教学时数限制，该教学模式压缩于第5个学期一个学期内执行完，要求学生事先牢固掌握教材理论知识；其次是高分子化学实验，包括虚拟仿真实验和动手操作实验；再次是综合科研，教师提出实际生产实践中遇到的问题，让学生们根据已学知识，设计并独立完成实验。从理论课堂、实验实践和综合科研三方面把握高分子化学课程学习的三个环节。在三个阶段中，理论课堂是基础，实验实践是核心，综合科研是升华，三者密切关联、相互影响。该教学模式示意图如图1示。

图1 “理论-实践-科研三位一体”的高分子化学教学模式示意图

2.2 “理论-实践-科研三位一体”教学模式的初步实施

笔者对2017级应用化学（以下简称“应化”）专业的高分子化学课程采取了“理论-实践-科研三位一体”的教学模式，取得了良好的教学效果，现介绍如下。

2.2.1 教学对象

应化专业2017级有3个班，以应化1701班和应化1702班作为对照班，应化1703班作为实验班。即应化1701班和应化1702班采用传统理论教学模式——根据培养计划编写的教学大纲，采用板书和多媒体教学手段相结合进行理论授课；应化1703班采用“理论-实践-科研三位一体”的教学模式。该专业所有学生均经全国高等院校统一招生考试录取，在班级人数、入学成绩和入学年龄方面相当，具有可比性。“理论-实践-科研三位一体”教学模式试验班和传统理论教学模式对照班由同一位教师进行授课。对照班全程采用传统理论教学模式，试验班全程分3个阶段进行授课。

2.2.2 教材与课件

教材选用高等教育规划教材《高分子化学》（第5版，化学工业出版社出版，潘祖仁主编）；课件为本课程组教师集体制作。

2.2.3 实施过程

（1）理论课堂

以高分子化学课程中《聚合方法》为例，这章牵涉的聚合方法种类较多，重要的有本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合。这些聚合方法在实际科学研究和生产实践中应用较多，按照传统教学计划，要在2学时内让学生掌握整章内容，有较大困难。根据应用化学专业课程设置进行适当取舍，重点讲解悬浮聚合和乳液聚合的聚合机理与聚合动力学，并及时补充最新科研成果，开阔了学生的视野。课堂中重视与学生交流，鼓励学生思考问题，进行互动式教学，激发学生学习热情，引导学生放眼于整个高分子学科的研究状况。

（2）实验实践

以生产实践中的产品要求来设计实验。在应化专业的专业课程《精细化工工艺学》中要学到涂料，高分子化学实验特意开设聚醋酸乙烯酯乳胶涂料的主要成膜物质“聚醋酸乙烯酯乳液的合成”。实验先通过虚拟仿真实验模拟操作，再在实验室付之实践，将仿真实验与动手操作结合起来，让学生对乳液聚合得到全面的掌握和应用。实验过程中鼓励学生思考并讨论下列问题：①根据涂料对主要成膜物质的需求，得到聚醋酸乙烯酯乳液的性状是什么？②乳液聚合成核时的关键影响因素有哪些？③为什么大部分的单体和引发剂要逐步滴加？④聚乙烯醇在反应中起什么作用？为什么要与乳化剂OP-10混合使用？⑤为什么实验结束前，要加入NaHCO3调节体系pH值为5～6？最后将实验中得到悬浮稳定的聚醋酸乙烯酯产品收集起来，留待用于配制聚醋酸乙烯酯乳胶涂料。通过引导和以问题为基础的教学（PBL），让学生领悟在生产实践中如何避免出现实验中的不良现象。

（3）综合科研

高分子化学是一门实践性很强的课程，生活中的众多功能材料都属于高分子材料。以解决实际生产问题为导向，鼓励学生查找文献，结合所学的理论知识，先递交设计的实验方案，然后由教师再和学生一起理清思路，最后再制备聚合物。例如某一企业要有效降低废水中重金属离子的含量，应如何优化吸附功能材料的性能？先让学生在一周内查阅文献并提交实验方案，再和学生一起梳理思路：首先聚合物结构中应该具有能和重金属离子络合的N、O、S等元素，合成一种强极性的吸附树脂；其次宏观结构要求聚合物表面积大，球形结构能提高材料的吸附性能，并进一步引导学生，采用疏水性单体发生悬浮聚合，合成氨基聚合物微球；最后强调悬浮聚合的注意事项，让学生修改并确定实验方案后再展开实验。通过综合性的设计并合成新的吸附功能材料，让学生在查阅资料、稳固基础、拓宽思路、锻炼操作、组织文字等方面得到全面提升。

2.2.4 成绩考核

传统理论教学模式下的高分子化学课程偏重于理论，成绩考核一般是“20%平时成绩+80%卷面成绩”，学生的应用能力未得到重视和体现。实际上，高分子化学课程是理论与实践并重的课程，“理论-实践-科研三位一体”的教学模式旨在提高学生的实践技能和综合素质。因此，成绩考核革新为“40%平时成绩+60%卷面成绩”，其中平时成绩包括考勤（10%）、作业（10%）、随堂测试（20%）、实验实践（30%）和综合科研（30%）。这种成绩评价模式使得考核内容多样化，增大了学生的实践机会，将理论与科学研究、实践生产挂钩，有利于激发学生学习兴趣，让学生不仅扎实掌握理论，还具有将理论应用于实践的综合能力。

3 “理论-实践-科研三位一体”教学模式的效果

所有学生均需参加同样试题的理论考试，试题由课程组集体出卷、闭卷考试、流水作业判卷。题型多样，包括名词解释、填空题、简答题、计算题和综合题，满分100分。试验班应化1703班和对照班应化1701班、应化1702班的学生理论成绩结果如表1所示。结果表明，采用“理论-实践-科研三位一体”教学模式的应化1703班在及格率、优秀率（80分以上的比例）及平均分上均显著高于采用传统理论教学模式的应化1701班和应化1702班。可见，通过“理论-实践-科研三位一体”的教学模式不但能增加学生的实践机会，还能有效夯实学生的理论基础，使教学效果显著提高。

4 “理论-实践-科研三位一体”教学模式的评价

将“理论-实践-科研三位一体”教学模式初步应用于江西农业大学理学院应用化学专业高分子化学课程的教学，旨在提升学生的学习兴趣、实践技能和综合素质。经过“理论课堂、实验实践和综合科研”三个环节的初步实施，试验班学生的理论成绩及格率、优秀率和平均分明显高于对照班。“理论-实践-科研三位一体”渗透式教学模式使培养学生的方式丰富化、内容实用化。该教学模式的成绩考核，加大了平时成绩权重，提升了实践、科研的地位，将理论与科学研究、实践生产挂钩，增强了学生的学习兴趣，提高了学生的实践技能和综合素质，教学效果得到显著提高。

表1 理论成绩考核结果