前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇高分子材料发展趋势范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
关键词:功能高分子材料;研究现状;发展前景
一、功能高分子材料的概念及开发意义
功能高分子材料,是指具有一定传递或存储物质、信息及能量作用的高分子和高分子复合材料。这使得功能高分子材料不仅具有原来的力学性能,同时还兼具如光敏性、导电性、化学反应活性、生物相容性、选择分离性、能量转换性等一系列其他特定性能。按照其功能划分,功能高分子材料主要可分为4类:①物理功能:具体包括超导、导电、磁化等功能;②化学功能:具体包括光的聚合、降解、分解等;③生物功能:具体来说包括生理组织及血液的适应性等;④介于化学、物理之间的功能:主要是指高吸水、吸附等功能方面。
功能高分子材料由于具备特殊的功能,受到了各个领域的广泛重视,特别是其不可替代的诸多特性都为很多领域的技术进步提供了基础和前提,甚至已经因此而诞生出了一批先进的、符合社会发展潮流的新产品。因此,当前各国都加大了对功能高分子材料的人力物力财力投入,面对时间各国的竞争,我国也需要尽快加大对功能高分子材料的研发力度,从而摆脱我国国防、电子、医药和其他尖端领域严重依赖国外功能高分子材料市场的困境。
二、功能高分子材料的研究现状分析
目前针对功能高分子材料的研究和应用现状,主要集中于功能高分子材料的光功能、电功能、生物功能以及反应型功能应用这几个方面:
1.光功能高分子材料
目前的光功能功能高分子材料的研究和应用主要体现在光固化材料、光合作用材料、光显示用材料以及太阳能光板这几个方面,这些具体的应用能通过对光的吸收、储存、传输、以及转换功能,实现对光能的有效利用。例如,目前已经能够通过光功能高分子材料的运用实现光传导来帮助植物的光合作用。此外,运用光功能高分子材料实现手机的太阳能充电也已经成为现实。
2.电功能高分子材料
电功能高分子材料,除了具备良好的导电性能外,其电导率还能根据应用状况的不同,在半导体、金属态和绝缘体的范围进行变化。此外,由于电功能高分子材料一般密度较小、易于加工,同时具备良好的耐腐蚀性,在当前的工业领域中也被广泛的应用。
3.生物功能高分子材料
生物功能高分子材料在生物领域被广泛的应用。如常见的有,由生物功能高分子材料所制成的人体植入物(视网膜植入物、脑积水引流装置等)以及人体义肢等。
4.反应型功能高分子材料
这种高分子材料是一种具备很强化学活性的高分子材料,能够有效的促进化学反应。它是通过对构建高分子骨架,并将小分子反应活性物质通过离子键、共价键、配位键或物理吸附作用进行骨架填充,以实现高分子功能才能的强化化学合成与化学反应的效果。
三、功能高分子材料的发展前景及趋势分析
功能高分子材料具备很多优势特征,这些都使得其更加符合经济发展和社会发展的需求,这也使得功能高分子材料的研究工作在各国的竞争中日益白热化。而去随着投入的不断深化,和技术的不断完善。新型功能高分子材料必然在我们的尖端科学及日常生产生活中扮演越来越重要的角色。功能高分子材料的几种发展趋势。
1.复合高分子材料
目前,功能高分子材料正逐步由均质材料向着复合高分子材料的方向发展,同时其材料的功能也向着多功能材料的方面发展。复合高分子材料往往是在一种基体材料(如金属、陶瓷、树脂等)上,加入增强或增韧作用的高聚物,再通过将多相物复合成一体,就形成了新的复合高分子材料,这种高分子材料能够充分发挥各相的性能优势,因此具有广泛的发展应用前景。在今后的发展中,航天科技、医疗卫生、生活家居、甚至汽车制造等领域,都需要各种高性能的复合高分子材料。
2.环境友好型高分子材料
经济的粗放发展,给整个地球h境都带来了深重的灾难,而随着人们对环保问题的日益重视,各国对各种材料的生态可降解性要求也日益突出。因此,环境友好型高分子材料的开发和深入研究工作,也引起了各国的重视。当前,生物降解技术和环境友好型高分子材料技术大多掌握在发到国家,我国目前还处于追赶阶段。随着世贸组织对环保观念的更加重视,环境友好型高分子材料在产品中的应用优势也将日益显著,为了把握这一趋势,我国要积极开发研究出有自主知识产权的生物降解技术和环境友好高分子材料。
环境友好型高分子材料,通过易水解的高分子的作用在各种生物酶的作用下,能够加速材料的水解反应,帮助材料进行生物降解。这种高分子材料目前研究的重点方向在理化性能、生物相容性、降解速率的控制以及缓释性等方向。
3.隐身性能高分子材料
隐身性能高分子材料的研究应用主要在军事领域,其也是当前各国的尖端军事技术的研究方向之一。以往的隐身材料多采用超微粒子和细微粉,实践证实,通过吸收衰减层、激发变换层以及反射层等多层材料的微波吸收,能够取得一定的吸波效果,达到隐身的目的。但是,由于材料制备复杂,且雷达技术的日益发展,给隐身技术提出了更高的挑战。此后,隐身性能高分子材料必然是向着厚度更小、质量更轻、功能更多以及频带更宽的方向发展。
关键词 本科教育 课程改革 实验能力 创新意识
中图分类号:G642 文献标识码:A
高分子材料以其质轻、耐蚀、易加工等性能,正处于迅速发展时期,随着新技术、新工艺、新设备不断涌现,越来越多的企业迫切需要大量创新能力强、综合素质高的高分子材料专业人才。建立面向市场和企业,适应现代高分子材料发展要求,培养具有创新精神和竞争能力强的复合型专业人才,已成为现有高校高分子材料与工程专业所面临的重要问题。①②③④本文结合我校高分子材料与工程近年来的教学实践,提出构建新的实验实践教学体系,实验教学分层次、按模块进行,加强了实验教学的基础性、系统性、综合性和创新性,增加实践教学比重,改变实践教学模式,加强学科平台建设,强化对学生创新性实验能力的培养。
1 创新性实验教学改革的必要性
实验和实践教学不同于理论教学,在很长时间里,实验和实践教学得不到应有的重视,实验和实践教学附属于理论教学,在实际教学过程中多是验证性和认知性实验,启发式、设计性以及综合性实验偏少,不利于学生创新能力和工程化能力的培养。高分子材料与工程专业是一门应用性较强的专业,以塑料、橡胶、胶黏剂、纤维、涂料为代表的高分子材料已在国民经济建设中发挥越来越重要的作用,因此培养更多创新能力的从事高分子材料的合成、改性、共混复合、加工成型等方面的高素质人才是社会发展的必然要求。
以高分子材料与工程专业实验课程建设为核心,深化实验教学改革,通过按模块教学,强化学生实验技能,增加以新产品设计开发为导向的创新性实验,兼顾趣味性和挑战性,通过老师的引导,在实验过程中培养学生如何分析问题和解决问题,提高学生工程创新能力。我校高分子材料与工程专业成立于1994年,2005年被批准为湖北省立项建设本科品牌专业,并于2010年通过合格验收,同年被批准为国家特色专业建设点,2012年被批准为湖北省普通高等学校战略性新兴(支柱)产业人才培养计划项目,是我校首批在一本进行招生的专业。高分子材料与工程专业是与湖北省国民经济和社会发展联系紧密的应用型本科专业,在湖北省内乃至中南地区具有较大影响,为地方经济建设培养了大批高层次应用人才,并提供了大量实用型科技成果。
2 创新性实验教学的具体措施
2.1 构建创新性人才实验培养方案,改革实验课程体系
制定创新性人才实验培养方案。高分子材料与工程专业是培养高分子材料及相关学科的基础理论知识,通过理论学习及实验、实践教学训练,掌握材料的制备、加工、分析测试等基本方法,能从事高分子材料成型加工和改性以及聚合物合成与相关产品的生产设计、研究、开发和技术管理等工作的创新型高级工程技术人才。⑤坚持“夯实理论基础、拓宽专业口径、增强工程和创新能力、提高科学素质”的人才培养思路。⑥注重理论和实践相统一,重视工程创新能力的培养,加强对新材料相关产业和领域发展趋势和人才需求研究,吸纳相关产业、行业和用人部门共同研究课程计划,制定与生产实践、社会发展需要相结合的培养方案。
改革实验课程体系。结合现代高分子材料发展状况,及时完善高分子材料与工程专业实验课程内容,补充高分子材料新技术、新工艺,参考国外知名大学的具体措施,我们在实验课程体系与教学内容等方面进行全面的改革,建立有利于学生实验创新能力培养的教学体系。根据学生认知能力的不同阶段和理论课程进度计划,按模块化设计优化实验教学内容。形成了由“化学基础实验”、“高分子化学与物理基础实验”、 “高分子工程实验” 和“高分子综合设计实验” 四个实验模块组成的高分子材料与工程专业实验教学新体系。其中化学基础实验模块不仅包括无机化学、有机化学、分析化学和物理化学四大基础化学实验,而且还涵盖仪器分析和化工原理实验,在编制新的实验课程体系时,结合高分子材料与工程专业的特点,对传统实验进行有目的的筛选、分类、整合和更新,突出学生基本技能的培养和训练。高分子化学与物理基础实验包含高分子物理和高分子化学实验内容,不仅巩固学生所学的高分子科学实验的基本理论,而且培养学生制备高分子材料、测试材料物理性能及高分子的结构表征和测试等技能。高分子工程实验模块包括橡胶、塑料、胶粘剂、涂料四大实验,从材料加工、成型、性能测试以及应用,独立设计实验内容,旨在培养学生的实际操作能力,分析和解决实际问题的能力。高分子综合设计实验模块是教学的最高层次,结合学生实际情况,有针对性选取实验内容,应体现实验的知识性、综合性和创新性。
2.2 加强实践教学建设与改革,强化学生实践创新能力
近50年来,高分子合成工业取得了很大的进展。例如,造粒用挤出机的结构有了很大的改进,产量有了极大的提高。20世纪60年代主要采用单螺杆挤出机造粒,产量约为3t/h;70年代至80年代中期,采用连续混炼机+单螺杆挤出机造粒,产量约为10t/h;80年代中期以来。采用双螺杆挤出机+齿轮泵造粒,产量可以达到40-45t/h,今后的发展方向是产量可高达60t/h。在l950年,全世界塑料的年产量为200万t。20世纪90年代。塑料产量的年均增长率为5.8%,2000年增加至1.8亿t至2010年,全世界塑料产量将达3亿t,此外。合成工业的新近避震使得易于璃确控制树脂的分子结构,加速采用大规模进行低成本的生产。随着汽车工业的发展,节能、高速、美观、环保、乘坐舒适及安全可靠等要求对汽车越来越重要.汽车规模的不断扩大和性能的提高带动了零部件及相关材料工业的发展。为降低整车成本及其自身增加汽车的有效载荷,提高塑料类材料在汽车中的使用量便成为关键。
据悉,目前汽车上100kg的塑料件可取代原先需要100-300kg的传统汽车材料(如钢铁等)。因此,汽车中越来越多的金属件由塑料件代替。此外,汽车中约90%的零部件均需依靠模具成型,例如制造一款普通轿车就需要制造1200多套模具,在美国、日本等汽车制造业发达的国家,模具产业超过50%的产品是汽车用模具。目前,高分子材料加工的主要目标是高生产率、高性能、低成本和快捷交货。制品方面向小尺寸、薄壁、轻质方向发展;成型加工方面,从大规模向较短研发周期的多品种转变,并向低能耗、全回收、零排放等方向发展。
二、现今高分子材料成型加工技术的创新研究
(一)聚合物动态反应加工技术及设备
聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。国外的Berstart公司已开发出作为连续反应和混炼的十螺杆挤出机,可以解决其它挤出机(包括双螺杆和四螺杆挤出机)作为反应器所存在的问题。国内反应成型加工技术的研究开发还处于起步阶段,但我国的经济发展强烈要求聚合物反应成型加工技术要有大的发展。指交换法聚碳酸酯(PC)连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备,我国每年还有数以千万吨计的改性聚合物及其合金材料的生产。关键技术也是反应挤出技术及设备。
目前国内外使用的反应加工设备从原理上看都是传统混合、混炼设备的改造产品,都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题.另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同,该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程,达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。该技术首先从理论上突破了控制聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点,解决了振动力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递及平衡问题,同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点,这些优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。该项新技术使我国聚合物反应加工技术直接切人世界技术前沿,并在该领域处于技术领先地位。
(二)以动态反应加工设备为基础的新材料制备新技术
1.信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术。此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题,将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体,结合动态连续反应成型技术,研究酯交换连续化生产技术,研制开发精密光盘注射成型装备,达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。
2.聚合物/无机物复合材料物理场强化制备新技术。此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表面特性及其功能设计(粒子设计),在设计好的连续加工环境和不加或少加其它化学改性剂的情况下,利用聚合物使无机粒子进行原位表面改性、原位包覆、强制分散,实现连续化制备聚合物/无机物复合材料。
3.热塑性弹性体动态全硫化制备技术。此技术将振动力场引入混炼挤出全过程,控制硫化反直进程,实现混炼过程中橡胶相动态全硫化.解决共混加工过程共混物相态反转问题。研制开发出拥有自主知识产权的热塑性弹性体动态硫化技术与设备,提高我国TPV技术水平。
三、高分子材料成型加工技术的发展趋势
近年来,各个新型成型装备国家工程研究中心在出色完成了国家级火炬计划预备项目和国家“八五”、“九五”重点科技计划(攻关)等项目同时,非常注重科技成果转化与产业化,完成产业化工程配套项目20多项,创办了广州华新科机械有限公司和北京华新科塑料机械有限公司,使其有自主知识产权的新技术与装备在国内外推广应用。塑料电磁动态塑化挤出设备已形成了7个规格系列,近两年在国内20多个省、市、自治区推广应用近800台(套)。销售额超过1.5亿元,还有部分新设备销往荷兰、泰国、孟加拉等国家.产生了良好的经济效益和社会效益。例如PE电磁动态发泡片材生产线2000年和2001年仅在广东即为国家节约外汇近1600万美元,每条生产线一年可为制品厂节约21万k的电费。塑料电磁动态注塑机已开发完善5个规格系列,投入批量生产并推向市场;塑料电磁动态混炼挤出机的中试及产业化工作已完成,目前开发完善的4个规格正在生产试用。并逐步推向市场目前新设备的市场需求情况很好,聚合物新型成型装备国家工程研究中心正在对广州华新科机械有限公司进行重组。将技术与资本结合,引入新的管理、市场等机制,争取在两三年内实现新设备年销售额超亿。我国已加入WTO,各个行业都将面临严峻挑战。
综上所述,我国必须走具有中国特色的发展高分子材料成型加工技技术与装备的道路,打破国外的技术封锁,实现由跟踪向跨越的转变;把握技术前沿,培育自主知识产权。促进科学研究与产业界的结合,加快成果转化为生产力的进程,加快我国高分子材料成型加工高新技术及其产业的发展是必由之路。
参考文献:
[1]ChrisRauwendaal,PolymerExtrusion,CarlHanserVerlag,Munich/FkG,l999.
[2]瞿金平,聚合物动态塑化成型加工理论与技术[M].北京:科学出版社,2005427435.
[3]瞿金平,聚合物电磁动态塑化挤出方法及设备[J].中国专利9O101034.
0,I990;美国专利5217302,1993.
关键词:生态化工;环境友好;高分子材料;化工产业布局
中图分类号:F061.3 X3 文献标识码:A文章编号:1673-0992(2011)04-0018-01
近年来随着我国改革开放的不断深入,国内市场的国际化发展进程加快,化学工业繁荣与环境污染的矛盾日趋突出,环境保护问题给我省化工行业的发展带来严峻的挑战。保护与改善人类赖以生存的环境是世界各国共同的课题。实现可持续发展,是当今世界发展的主流。所谓“可持续发展”,是指经济发展既能满足当代人们的需要,又不危及后代的需要,即“经济发展必须与环境保护相协调”。 可持续的发展是科学发展观的基本内容,其内涵概括为“坚持以人为本,树立全面、协调、可持续的发展观,促进经济社会和人的全面发展。可持续发展,就是促进人与自然的和谐,实现经济发展和人口、资源、环境相协调,坚持走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路,保证一代接一代地永续发展。全面落实科学发展观,实现可持续发展是摆在广大化工建设者面前的重要任务。
一、我省化工行业发展及环保工作现状
化学工业与国民经济各领域及人民生活密切相关,是国民经济的基础产业之一。我省化学工业经过多年的发展,已经形成了门类齐全、品种配套、基本可满足国内需要的化学工业体系。大型煤制甲醇及醋酸、节能型尿素、联碱、高压法三聚氰胺、尼龙化工等产品技术水平国内领先。河南煤化、中平能化、洛阳石化等大型企业集团具有相当产业规模,心连心化肥、安棚碱矿、昊华宇航等行业骨干企业规模和竞争力明显提高,为我省化工产业进一步发展奠定了良好基础。
我省在为国民经济发展做出了重要贡献的同时,化学工业的各项污染也名列前茅,环境影响严重,节能减排压力加大。河南化工行业的平均能耗较高,为减少对环境的污染,化工行业做了大量的工作,取得了明显成效。尤其是在国家治理污染、限制污染排放量、达标排放的活动中,我省在集中力量治污方面取得了很大成绩。但限于历史原因和现有经济条件,化工企业的污染现状仍然相当严重,治理污染的任务仍然十分繁重。深入研究开发新型环境友好高分子材料,进一步加强化工环保工作对建设生态河南有着重要的作用和影响。化工行业治理“三废”污染,实现省政府提出的“生态省建设”目标,建立我省化学工业以低消耗、无污染或少污染、高产出、循环型为特征的生态工业,具有重要意义。
二、 全面建设“生态化工”的对策和措施
2012年我省的化工环保目标是,化学工业单位工业增加值能耗下降15%,废水、二氧化硫、粉尘等污染物排放降低8%。主要产品综合能耗进一步降低,合成氨综合能耗小于1.6吨标煤/吨氨,甲醇综合能耗低于1.8吨标煤/吨甲醇,烧碱综合能耗低于500公斤标煤/吨烧碱(以30%计)。为实现上述目标,建设生态化工应采取如下措施:
(一 )调整全省化工生产布局
建设生态化工是我省化学工业实施可持续发展战略的根本要求,是实现化工和社会、资源、环境协调发展,主动适应全球经济社会发展趋势和提高综合竞争力的需要。生态化工是按生态经济原理和知识经济规律组织起来的基于生态系统承载能力、具有高效的经济过程及和谐的生态功能的网络型进化型化学工业,它通过两个或两个以上的生产体系或环节之间的系统耦合使物质和能量多级利用、高效产出或持续利用。发展生态工业是化学工业走向新型工业化的必由之路。
以往,河南省化工企业布局分散,导致投入产出比小、环境压力大。而集中起来,就能形成关联和互补,解决传统工业的弊端,实现发展方式的转变。《河南省化工产业调整振兴规划》中指出要依托大型企业和重点产业集聚区,大力推进与国内外大型企业的战略合作,加快重大基地建设;形成骨干企业为主体、产业基地为支撑、资源优势得到充分发挥的产业格局,进一步增强化工产业在全省经济发展中的支撑地位。坚持产业链式发展,提高可持续发展能力。按照上下游衔接关系,完善优化产业链条,提升产业竞争力和抗风险能力。大力发展循环经济,强力推进节能减排,加强资源合理循环和梯级使用,切实提高资源利用效率。
(二)推行清洁生产工艺
清洁生产是指采用先进的工艺技术与设备、不断采取改进设计、改善管理、综合利用清洁的能源和原料等措施,从源头削减污染,提高资源利用效率,减少或者避免生产、服务和产品使用过程中污染物的产生和排放,以减轻或者消除对人类健康和环境的危害。化工清洁生产涉及两个全过程控制:生产全过程和产品使用全过程,即利用无废生产技术,实现生产零排放或减少排放;在产品使用过程中,也不对环境造成破坏。
(三)重视源治理是实现与环境协调发展的主渠道
重视源治理是实现与环境协调发展的主渠道,目前高分子材料的开发应沿着:a、减量化-减少材料的用量;b、资源化-可回收利用;c、无害化-可环境消纳;d、清洁化-可进行清洁生产;e、节能化-降低成型能耗等五个方面努力,为了达到上述目的,我们必须大力研究和利用相关行业的纳米技术、原位复合技术、反应型挤出技术、动态硫化技术、超临界回收技术、辐射技术、降解技术、矿物深加工技术等。由此可见,高分子材料的研究开发、产业化应围绕着开发特种功能的高分子材料,目的在于使材料环境友好,减缓对地环生物圈的不利影响。
三、环境友好型高分子材料开发是建设“生态化工”的重要课题
传统的材料研究、开发与生产往往过多的追求良好的使用性能,而对材料的生产、使用和废弃过程中需消耗大量的能源和资源,并造成严重的环境污染,危害人类生存的严峻事实重视不够。 环境友好型高分子材料是在人类认识到生态环境保护的重要战略意义和世界各国纷纷走可持续发展道路的背景下提出来的,是国内外材料科学与工程研究发展的必然趋势。
随着高分子材料的快速发展及其应用领域的不断扩展,高分子材料已成为社会发展和人类生活不可缺少的组成部分,为国民经济的发展起到重要的作用。然而,它同时通过生产和使用的每一个步骤(如加工、使用、回收和遗弃等)对环境产生各种各样的压力和负担。因此,近年来越来越重视发展环境友好的高分子材料。广义上讲,具有耐用、好的价格性能比、易于清洁生产、可回收利用、可环境消纳等性能的高分子材料,都应属于环境友好材料研究开发和推广的范畴。环境友好型高分子材料是指在生产、使用、废弃过程中均不会对环境造成不可逆转的损害的材料,即具有高性价比、易于回收利用、采用节能环保方式生产、废弃后在环境中完全降解,对自然环境、人类、生物圈无害或相对危害较小的材料,均称为环境友好型材料。
[关键词]高分子化学实验;科研项目;人才培养
随着高分子科学的发展,高分子材料已渗透到日常生活和工业的各个部门,新的高分子聚合反应、聚合方法和新的高分子材料层出不穷。高分子化学是一门以实验为基础的学科,是学生深入理解高分子化学理论课程和进行高分子化学材料研究的必备课程,对加强学生的实践动手能力与创新能力培养等方面有着重要的作用[1-3]。传统的高分子化学实验教学模式基本是教师讲解、学生操作、学生提交实验报告、教师评分等。这种教学模式下,学生对实验课程缺乏足够的重视,往往只是按部就班地操作完,最后实验报告能够拿到合格的成绩就足够了,在实验过程中缺乏对过程和细节的深入思考,因此不利于学生综合素质的培养和创新能力的提升[4-6]。高分子化学是一门与时俱进的课程,高分子化学实验应该进一步体现这种发展趋势。因此,为了提高学生对高分子化学实验课程的热情与积极性,采用科研项目与高分子化学实验课程相结合的教学模式,不仅能够丰富实验教学内容,提高学生的实验技能和科研能力,也为培养出具有创新意识和创新思维的创新人才添砖加瓦。
1传统高分子化学实验教学中的问题
传统的高分子化学实验教学模式一般是固定的,即教师讲解理论知识与实验操作示范、学生根据教材的实验目的和老师的要求进行程序化操作、学生课后撰写实验报告并交给老师、教师根据实验结果的优劣进行实验报告评分等。学生在这种教学模式下很少会对实验设计、实验过程和细节等进行思考与讨论。对大部分学生来说,只要最后的实验考核是合格的就足够了,因此学生们往往是抱着完成任务的态度做实验。这种实验教学模式虽然实现了对学生动手能力的锻炼,但是难以督促学生学以致用,导致理论课和实验课是完全分离开来的,难以结合在一起。另外,这种固定模式和程序化的实验课程,难以锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,更难以培养出具有创新意识和创新能力的人才。高分子化学的发展与变化日新月异,高分子化学实验也应该进一步体现这种变化趋势,从而使得学生们更加深入地理解高分子化学的与时俱进。然而,由于实验室资源与资金的缺乏,传统的高分子化学实验课程内容经常是几年都固定不变的,对学科的新发展、新知识、新变化没有吸收与提升。这种内容固定、操作按部就班的实验课程很难调动学生的积极主动性,更难以引起学生对高分子化学的热爱与兴趣。
2科研项目与高分子化学实验相结合
高校教师一般会以自己的研究领域为基础,进行相关科研项目的申报。这些科研项目相对于高分子化学实验来说,都是一些具有前瞻性和创新性的研究。因此,将高校教师的科研项目融入高分子化学实验教学,对高分子化学实验传统教学模式进行改革,具有重要的意义。
2.1科研项目融入高分子化学实验课堂的意义
高分子化学是一门与时俱进的课程。传统的高分子化学主要以传统高分子材料如塑料、橡胶、纤维素、涂料等为主,相应的高分子化学实验也是以合成或改性传统高分子材料为主。随着高分子科学的发展,高分子化学领域的新材料层出不穷,这不仅体现在生活、军事、工业等领域的新型功能材料。在科研项目中,高分子化学材料的应用也得到了广泛的关注与认可,高分子化学领域的科研项目在化学领域的教师中占有较大的比重。在教师的科研项目中,涉及到的高分子化学材料通常具有较好的新颖性。因此,将科研项目的内容融入高分子化学实验课堂,不仅能够丰富高分子化学实验的教学内容,提高学生对实验的兴趣和积极主动性,而且能够培养学生的科研能力和科研思维。同时,教师也可能从学生们的思考与讨论中,获得新的想法。
2.2科研项目融入高分子化学实验课堂的方法
高分子化学实验的时间一般比较长。在等待的过程中,学生基本是在聊天,有的学生甚至在打游戏,很少有同学利用这个时间对实验进行思考或者讨论。这不仅浪费了宝贵的学习时间,而且不利于实验的开展。即使后面实验出现了问题,学生也不会花费过多的时间去寻找原因。因此,老师可以利用学生在等待实验的过程中,将科研项目中较为简单且与实验有联系的部分拿出来与学生讨论。首先,将教师科研项目中与实验相关的内容拿给学生分组讨论,通过与自己的实验比较分析,并结合理论课程和实验课程知识,让学生提出问题。进一步,根据提出的问题,让学生先自己进行分析,得出结论后与老师进行讨论。然后,老师根据学生的讨论情况,引导学生提出解决问题的方法。最后,根据以上讨论的内容,鼓励学生进行进一步的创新,并鼓励感兴趣的学生利用课后时间进入教师所在实验室进行深入的探索与研究。例如,传统高分子化学实验中,有一部分实验内容是“甲基丙烯酸甲酯的本体聚合”,如果老师的科研项目中有涉及到甲基丙烯酸甲酯或者本体聚合的内容,就可以拿出来与学生进行讨论,引导学生进行实验课堂之外的新思考。通过“提出问题-分析问题-解决问题-创新实践”这一过程,锻炼学生的创新思维和科研意识,为将来进入实验室进行毕业论文课题研究或科研项目研究打下良好的基础。
2.3将科研项目内容融入高分子化学实验教学中
高分子化学实验教学,一般会有多个老师负责。每位老师都有自己的研究领域或专技特长。高分子学科之所以发展如此迅速,其中很重要的一个原因是其具有比较强的应用性。因此,根据带教老师的研究领域,可以对现有的一些高分子实验进行改进。例如,在“双酚A环氧树脂的制备”实验中,主要内容是环氧树脂的制备和环氧值的测定,而没有涉及到环氧树脂的应用。如果带教老师的研究领域和科研项目与环氧树脂相关,可以根据自己的科研项目内容,在与其他带教老师及实验中心讨论后,适当增加实验内容及应用。例如,可以增加不同制备时间下环氧树脂的制备实验,研究不同反应时间对环氧值的影响。同时,将具有不同环氧值的环氧树脂进行粘结实验,研究反应时间对环氧树脂粘结性能的影响。这种将科研项目内容与高分子实验课程相结合的方式,不仅保留了经典高分子化学实验的内容,同时丰富了实验课程的内容和方式,改变了传统高分子化学实验内容一层不变的局面。此外,这种目的导向性的高分子化学实验内容,容易引起学生的思考与兴趣,对于培养学生的科研思维和创新意识具有重要意义。
2.4将科研项目的资源与高分子化学实验共享
由于资金或平台的限制,大学生的高分子化学实验课程往往只进行最基础的研究,学生缺少进一步深入探索的机会与平台。而许多高校教师一般都有自己的科研资源或平台,因此,可以利用高校教师的实验室资源和平台,为那些对课程实验内容感兴趣的学生提供进一步研究的机会。例如,在“线性酚醛树脂的制备”实验中,主要内容是线性酚醛树脂的制备和固化,没有涉及到酚醛树脂的物理化学性能。众所周知,酚醛树脂的耐热性、拉伸性能、耐压性等影响了酚醛树脂的应用。尽管这些性质属于高分子物理领域范畴,但却是研究酚醛树脂必不可少的内容。因此,该实验课程结束后,可以带领对酚醛树脂感兴趣的同学,进入研究酚醛树脂教师的实验室。将学生实验得到的产品进行进一步的分析与研究,并要求学生提交相关的实验报告和心得体会。通过这种方式,不仅能够丰富实验教学内容、增强学生对实验的理解与认识、激发学生对实验的兴趣,还能够帮助对科研感兴趣的同学提前了解和掌握一些实验内容与技术,为将来进入实验室开展科研项目工作打下基础。
2.5鼓励学生将高分子化学实验内容拓展为大学生创新研究项目
目前贵州多所高校面向本科生开展了多种大学生创新研究项目,例如大学生开放性实验、“互联网+”项目、创新创业项目、创新计划等。这些项目的开展,离不开教师科研项目与平台的支持。在高分子化学实验课堂上,教师通过将科研项目与高分子化学实验相结合,鼓励学生对自己的实验进行思考与创新,提出自己的想法与观点。由于大学生专业知识和专业技能尚有不足,他们提出的想法往往还有所欠缺。教师可以通过上述提出的“提出问题-分析问题-解决问题-创新实践”模式,与学生进行深入讨论,直至最终确定出比较可行的思路和方案。大学生创新项目,一般要求学生具有一定的实验基础和创新能力,且申请的项目要有一定的新颖性,这就要求在培养学生的实验技能和创新思维方面下功夫。将大学教师的科研项目与高分子化学实验结合起来,可以更好地培养学生的科研素养与科研思维,有助于学生将实验内容拓展为创新研究项目。