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面向“卓越计划”的高分子化学教学改革研究

时间:2015-7-18栏目:化学365体育投注网站

  面向“卓越计划”的高分子化学教学改革研究

  罗建新,张春燕,丁茜,刘勇,蒋美丽

  (湖南工学院材料与化学工程学院,湖南衡阳421002)

  摘要:本文阐述了高分子化学课程教学的特点,分析了教学过程中存在的问题。针对这些问题,结合多年的课程教学实践,开展了面向卓越计划的高分子化学课程教学改革研究。结果表明,案例教学法、综合性开放式实验教学法、互动—探究式教学法、形象化教学法结合多媒体教学等传统教学方式,可以达到教学相长、理论与实践相结合的效果,为材料化工类卓越工程师的培养奠定了基础。

  关键词:高分子化学;卓越计划;教学方法

  我校是教育部“卓越工程师教育培养计划”高校,培养“重基础、重技术、重能力、高素质”(三重一高)的应用型人才是我校的人才培养目标。人才培养主要体现于专业课程的教学。因此,面向卓越计划的课程教学改革是我校教学改革的重点。高分子化学是我校高分子材料与工程、化学工程与工艺等材料化工类专业的专业基础课程,为后续高分子材料、高分子合成工艺学、聚合反应工程等专业课程的学习奠定了基础。因此,面向工程应用的高分子化学课程教学改革研究是材料化工类相关专业培养卓越工程师的基础。

  一、高分子化学课程教学特点

  高分子化学课程主要包括高分子合成和高分子化学反应等内容,重点涉及了聚合反应机理及动力学、聚合方法、高分子化学反应规律等重难点问题,该课程具有内容多、概念多、理论新、理解难度大、难以具体感知等特点;同时,高分子化学的许多理论尚不成熟,新方法和新技术不断涌现[1]。因此许多学生反映这门课程所涉及的许多内容较难掌握,学习兴趣较低。我们在分析高分子化学课程教学中存在问题的基础上,积极探索高分子化学在教学上的新模式已势在必行。

  二、在高分子化学课程教学中存在的问题在高分子化学课程传统教学过程中,发现存在以下几个主要问题[2]。

  1.教材内容不能充分满足教学要求。目前国内出版的高分子化学教材有许多种,但其内容大同小异,其中浙江大学潘祖仁主编的《高分子化学》内容较全面,实践性强,比较适合理工科院校进行教学,因此被国内广大理工科院校所选用。但是,教材中的理论讲解和公式推导相对详细,实用性的案例分析相对较少,不太适合工程应用型人才的培养。

  2.实验类型单一、与工程实践脱节且缺乏特色。高分子化学课程是一门理论与实践相结合的课程。有效的实验不但可以验证理论课所学的知识,而且可以调动学生的积极性。但在传统的《高分子化学》实验课上只开设了少数几个验证性实验,缺少“三性”实验;实验内容陈旧,与工程实践脱节;实验内容完全照搬现有教材,缺乏特色。

  3.教学方式单调,难以调动学生的积极性。在高分子化学教学上,主要以“填鸭式”教学为主,即主要是以教师在讲台上讲为主。即使有的教师使用了多媒体教学也主要是以文字为主,没有多少图片和动画。而在机理推导中主要是向学生介绍结果,没有与学生互动式的推导过程,因此教师可能会费很多力气但却收效甚微。

  三、高分子化学课程教学改革

  1.案例教学法———将课堂内容与生活实际、工程实践相结合。在教学过程中,要不时地将课堂内容与生活实际、工程实践相联系。比如讲聚合物的命名,内容枯燥单调,如果平铺直叙未必能引起学生的注意,教学效果也很一般。可以通过观察衣服的标签、矿泉水瓶底部的标注,让学生结合生活中直接接触到的高分子材料(如衣服面料、矿泉水瓶等材料),从而认识高分子材料,掌握高分子材料的命名、英文代号、单体和用途。由于课堂时间有限,还可以让学生利用课余时间去超市、商场和建材市场等,收集所见到的高分子材料的名称及用途,并了解它们的化学组成。让教学内容贴近生活,使学生觉得学有所用,提高学生的学习兴趣。

  在讲解理论公式之后,精心选取、设计一些工程应用中的实例进行讲解辅助教学。在讲基团数比对聚合度的影响时,可设计实例通过对聚合度的要求来计算设计合成高分子材料所需原料的配比。如生产尼龙-66,想获得Mn=13500的产品,采用己二酸过量的办法,若使反应程度P=0.994,试求己二胺和己二酸的配料比。首先给学生讲明本题是根据产品分子量的要求来设计原料的配比,是树脂合成工程师必备的基本技能,具有较强的实用性,一开始就提高学生的学习兴趣。然后引导学生画出尼龙-66的分子结构式,找出结构单元和重复单元,算出结构单元的平均分子量,进而计算得到题目所要求的聚合度Xn,再根据聚合度Xn和基团数比r、反应程度P的关系式计算出基团数比r,最后根据基团数比r算出己二胺和己二酸的两种单体的原料配比。

  2.综合性开放式实验教学法。高分子化学课程是一门理论与实践相结合的课程,是有效实验必不可少的。但传统的《高分子化学》实验课只开设了少数几个验证性实验(如:甲基丙烯酸甲酯的本体聚合、醋酸乙烯酯的溶液聚合、苯乙烯的悬浮聚合等),缺少“三性”实验,与工程实践严重脱节,并缺乏自身特色。因此,在开设《高分子化学》课程的同时,开设《涂料化学与配方设计原理》等专业课程,再采用综合实验教学法,将树脂合成、涂料或胶黏剂配制等企业研发内容引入高分子化学实验课程中,让学生在实验室完成配方设计、树脂合成及性能检测、涂料(或胶黏剂)配制及其性能检测。综合实验项目设计如表1所示。

  综合实验与传统的验证性实验相比,实验工作量较大,需要的课时较多。而高分子化学实验课时有限,因此可采用课堂实验教学和课外开放实验相结合的方式。即由学生选修一定量的实验项目,在教师的指导下采取自主实验的方式按要求完成。

  3.互动—探究式教学[3]。互动—探究式教学是根据授课计划,适时选择一些章节的知识(例如重要缩聚物和其他逐步聚合物、可控“/ 活性”自由基聚合、乳液聚合技术进展等知识点),要求学生组成课程小组,通过课外查阅文献资料,写出小365体育投注网站并制作PPT,各组选派代表在课堂上进行汇报和讨论。通过这种教学模式,培养学生收集资料、分析、归纳、总结和汇报的能力。针对聚合方法这一章内容的实验特性,还可采用实验—互动—探究式教学相结合的方式。在理论课讲解之前,可布置这样的任务:比较自由基聚合四种实施方法(本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合)的配方组成、聚合场所、聚合机理、生产特征和产物特性的异同。让学生以5个人为一组,通过查阅相关书籍和文献资料,开展乙烯基单体(如甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯等)的本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合实验,让学生通过实验来总结归纳得到该问题的答案。相对于平铺直述的介绍,这种通过实验—互动—探究式教学相结合的方式获取的知识更牢固。

  4.形象化教学[4]。高分子化学的一些理论和概念比较抽象,形象化的语言可以帮助学生理解抽象的理论。高分子的分子量分布具有多分散性,这一概念往往难以理解,但可以从的角度来解释。比如用两个班级学生的平均年龄来比喻平均分子量,即使两个班级学生的平均年龄相同,其年龄段分布也不一定相同。在讲解数均分子量和重均分子量的时候,可以用小学数学中的数量百分数和质量百分数来讲解它们的区别。还可以将活性阴离子聚合比喻为“共同富裕”(所有活性链同时产生,同时增长),将自由基聚合比喻为“有条件的先富裕(形成高分子链),最后达到共同富裕(所有活性种基本都形成高分子链)。在比较逐步聚合和连锁聚合的时候,可将引发剂的作用比作爆竹的引信,一旦引信被点燃,爆竹会在引信燃尽后爆炸。只要引发剂一分解产生活性种,烯烃的聚合反应也会在瞬间进行,生成一个聚合物分子。通过形象化的比喻,可使学生加深对高分子概念的理解。

  不同的课程或同一课程的不同内容,特点不同,教学方法就不一样[5]。以上所讲述的案例教学法、综合性开放式实验教学法、互动—探究式教学法、形象化教学法等不是孤立的,而是相互联系的,将它们结合多媒体教学等传统教学方式,综合应用到高分子化学各个部分的教学中,将达到教学相长、理论与实践相结合的效果,为材料化工类“卓越工程师”的培养奠定了基础。

  参考文献:

  [1]刘巍,王静。高分子化学特色教学改革研究[J].教育教学论坛,2014,(3 ):32-34.

  [2]西鹏。互动式、开放性教学模式在高分子化学教学中的应用[J].高分子通报,2012,(6 ):111-116.

  [3]杨喜平,张玉军,苗永霞。互动———探究式教学法研究及其效果分析[J].河南教育(高教),2013,(8 ):36-37.

  [4]高建纲,张泽,宋庆平,丁玉洁,李庆海,林英。《高分子化学》形象化教学体系的设计与实践[J]. 高分子通报,2013,(2):94-98.

  [5]孟志芬。提高非高分子专业高分子化学教学效果的探讨[J].高分子通报,2012,(5 ):111-115.

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