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关键词:高分子化学实验;协同创新;实验教学;建设
中图分类号:G642 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2013)33-013-01
高分子化学主要包括高分子化学、高分子物理以及高分子工艺。高分子化学主要就是研究高分子化合物合成、化学反应、物理化学、加工成型以及应用等方面的一门综合性学科。
一、高分子化学实验研究
霍夫曼和库特尔在1909年第一次提出C5H8的热聚合专利。一年后1910年海利斯和麦休斯用钠实验,也得到同样的结果C5H8。长期以来,人们对高分子物质研究也取得了一定的成果。有机化学家毕克斯在1920年的《关于聚合反应》一文中,明确提出,成为环状化合物和成为共价键结构的长链高分子化合根本不是一回事。在1922年,发现橡胶“溶液”仍然具有胶体性质。又于1924年明确提出了天然橡胶分子是高分子量的大分子,同时,将其溶于任何物得到的胶体和小分子结合得来的胶体不一样。分别在1926年和1928年,斯本先、多尔(1926)以及施道丁格(1928)同样认为纤维素分子可以从一个晶胞长入另一个晶胞而成为直链形状,而施道丁格并进一步提出,纤维素和橡胶分子的晶胞的大小或晶体的大小与线形高分子的长度无关,之后又在1930年,更进一步提出了高分子稀溶液的粘度和分子量之间的关系,从而引起了定量测定高分子分子量的兴起。1932年,施丁格发表了一部关于高分子有机化合物的总结性论著,标志高分子化学的建立。在此之后,高分子化学理论迅速发展,高分子工业也蓬勃兴起。尤其是1949年之后高分子化学的系统研究大规模地开展起来。
二、协同创新影响下的实验教学项目建设
在新形势下,科学技术正在不断发展,高分子材料也被广泛应用,这为基于协同创新的高分子化学实验提供了可能,加强了其与其他科之间的联系,进行了一系列的综合性以及创新性的实验教学项目的建设。
1、有机结合高分子化学、物理实验
由于高分子材料合成后是要对分子量和其分布量测定的,同时,对于高分子的乳液、溶液镍都也要进行测定,所以必须做到有机结合高分子化学实验和高分子物理实验。通过对高分子化学实验的安排,完成这些必要性能的测定。
2、结合高分子化学实验和食品质量标准
在实验中让学生学会思考、探索,将知识结合到实践中,学会解决问题,是以获得的丰富经验。就如环氧丙烷交联淀粉的制备,考虑它的应用范围,它属于一种粘稠剂,之前还做过食品添加剂,但是,它不符合《食品安全法》,其里面含有一定的氯元素的毒。因此学生对食品添加剂中高分子材料的应用作了研究,为保证聚合物的化学实验进行做了保证,同时,也让学生掌握了这种食物添加剂的检测办法。
3、结合高分子化学实验与药剂学实验
随着新型人才培养的需要,我们结合高分子化学实验与药剂学实验并且在实验中心增设了药剂学实验室。如高分子材料中的羧甲基纤维素钠就是药剂学常用的一种,我们同时也做过很多羧甲基纤维素钠方面的合成实验,甚至在最后得到一种混悬型液体药剂。这种药及对一些皮肤炎症(湿疹、荨麻疹以及丘疹等)效果十分好。
4、高分子化学实验结合固体废弃物处置
随着社会的进步,人们生活水平也有逐步提高,但是白色污染也日益困扰这我们,因此我们对这些高分子材料的废物回收工作必须加以重视,比如生活中最常见的,我们喝过的矿泉水瓶,它们都是聚对苯二甲酸乙二醇酯的,为此我们必须重视对这种高分子材料的矿泉水瓶进行回收,同时思考解决方案(乙二醇降解法),对其加以回收再利用。
5、协同创新影响下的高分子化学实验和水处理技术的结合
自2004年起,环境工程方面的水处理实验室就已开始运行,并将高分子材料运用在其中。为此,我们还专门开设聚苯胺的制备和它对铬离子吸附性进行研究。第一步,用溶液法制备聚苯胺;第二步,把制好的聚苯胺放在有铬离子的水质中;第三步,通过单因素分析实验得出结论:PH值对铬离子的吸附性影响很大。特别是PH值等于3时,去除率是最大的。通过实验,让我们认识到高分子材料对环境和水质方面的影响,为保护环境做了巨大贡献。
6、结合高分子化学实验和塑料成型工艺
由于新型创新人才培养的需要,我们必须加强对学校中实验基地建设,对学生接触塑料成型工艺一高分子化学实验结合到一起讲授,对学生开拓视野以及提高学习兴趣有很大影响,同时加强学生对此的了解。
综上所述,结合多门科学对高分子化学实验教学内容的建设意义十分重大,为此,我们在《高分子化学实验》中,增加了其与其它学科的紧密联系,保证实验内容的全面性、创新性以及导向性。
参考文献:
[1] 李青山,徐明双.微型高分子化学实验与思维创新教育[J].大学化学,2010(12).
1.何为高分子化学
顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。
2.高相对分子质量与高强度
相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。
3.高分子科学的主要内容
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连
接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。
二、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。
第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。三、高分子化学与高科技的结合
当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。
第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹材料,如热塑性弹性体等。
第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。
第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。
四、高分子化学的可持续发展
研究高分子合成材料的环境同化,增加循环使用和再生使用,减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染,也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成,在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成,探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子来处理污水和毒物,研究合成高分子与生态的相互作用,达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。
参考文献:
[1]冯新德.展望21世纪的高分子化学与工业[J].科学中国人,1997,(11)
Abstract With the continuous improvement of our demand for foreign exchange and learning, all universities across the country have offered bilingual courses of various courses for their own situations and the actual needs of training talents. School of Material Science and Engineering, Tianjin Polytechnic University has opened many bilingual courses, the "polymer chemistry" is carried out earlier, and it’s a course of more successful bilingual teaching, this paper summarizes the work of this course teaching and some experience in our school, to explore and communicate with colleagues.
Keywords bilingual teaching; Polymer Chemistry; college teaching; teaching experience
?p语教学是高校通过将英语及英文教材以不同比例加入到授课语言及教学内容中的一种授课方式,主要是为强化英语学习、提高学生素质、培养学生追踪科技前沿发展和顺利参与各方面生产、经贸等领域国际交流的能力。[1]双语教学是以提高英语学习效率为目的的,是我国融入世界经济、贸易、文化等活动必须工具;[2]是为培养高水平复合人才、与国际尽快接轨,而在展开的教学革新尝试,目前在全国各省市、各类高校均有尝试。[3]双语教学最初是素质教育和高水平人才培养探索的突破口,目前已成为很多高校走向一流大学、一流学科的必经之路,“育人为本”是双语教学的最终目标。[4]
高校双语教育模式的选择,应从本校的具体情况、学生的英语水平和接受能力几方面出发。循序渐进地增加英语的比例,合理分配中英文教学内容和重点,根据教学的具体情况调整和完善教学安排和方法。通常我国高校的双语课教学有4种开展方式:[5]
(1)渗透型。开始时将少量的适合章节和内容加入课程中,将名词和术语解释作为英文教学必备的环节;逐渐增加英文习题的练习和分析,课后布置学生进行英文原版教材的学习阅读;根据学生的学习效果逐步加大英语在课上的应用比例,最终达到全英文授课的目的。这种模式,适用于学院、系的整体教学安排朝全英文、半英文授课方向发展的高校和学院。
(2)渐进型。是在低年级主要以强化英语能力为主,在高年级逐步开设以英语作为授课语言的专业课。学院或系要统筹安排课程,低年级时加强安排英文能力的提升;高年级开设英文授课专业课。也就是一年级英文课比重大;二年级减少英文课比重,用英文专业课程进行补充;三年级进一步提高双语、英语授课比例;四年级全部采用英文授课。这种与第一种类型的操作方式相似,都是适用于学院、系的整体教学安排都朝全英文、半英文授课方向发展的高校和学院。对学生和学校整体的要求均较高,目前仅有少数高水平大学的个别学院采用了这两种方式。此外还聘请大量外籍教师,保证全英文的学习和生活氛围。
(3)穿插型。基本采用中文为主的授课方式,在掌握专业课内容要的基础上,对学科进展类、概念类的内容,进行英语讲解并布置英文阅读、自学内容;而对于需要重点掌握的知识要英文讲解,且要通过汉语认真解释,并通过习题和练习对知识的学习进行强化。此法容易操作,适应面广,不仅学习了知识,而且介绍了该知识的英文表述,有利于学生发散思维、开拓视野。有的高校以英文为主,只用中文对教学重难点进行强调和解释,这要求教师有熟练的英文口语运用能力和表达能力,也提高了对学生的要求。
(4)选修型。开设全英文授课的专业选修课或非专业选修课,对学生不做强制性要求,可以评自己的兴趣和目标进行自主选择。这种课程的开设,可由母语为英语的外籍教师负责,也可以由英文水平高的普通教师承担,适用于各种类型的高校。
双语教学不是一门课程或某一个教师凭自身的努力可以完成的任务,是需要教学管理及师生共同配合,并结合高校自身的实际情况,进行计划、安排和组织才能达到最佳效果。针对目前国内双语教学的现状,天津工业大学“高分子化学”教学团队面向我校自身特点,制定和适合我校学生的双语教学计划和方案。主要有以下的条件和特点:
1 “高分子化学”双语教学的条件
天津工业大学是以纺织及合成纤维的研究与人才培养为特色的地方性高等院校,材料科学与工程是我校的优势学科,具有很长的历史和较强的研究实力。因而面向相关专业的学生开设双语专业课程,是进一步提高我校人才培养素质和水平的需要,也是延续我校强势学科研究实力、提升研究水平的需要。因而从有机材料类专业的第一门专业课“高分子化学”开始,即开设双语课程有利于使学生及早地接触专业的英语知识,接触到学科的国际前沿,为后续课程双语教学的实施做好铺垫。我校开设“高分子化学”课程双语教学具备一些特定条件。
1.1 教师具有扎实的英语基础
首先从师资力量看,我校从事“高分子化学”课程教学的教师共有6名,全部为具有博士学历的中青年骨干教师。其中1人具有海外留学经历,其他5名教师也都有在海外学习或工作的经历,具有扎实的读写水平和很强的听说能力。教师每年都会在国际高水平期刊上发表数篇研究文献,不断提高自身的研究能力和外文使用能力,保证了“高分子化学”双语课程的教学效果。
1.2 教材具有广泛的认可度
我们所选取的原版参考教材是在国际上广被认可的通用教材,由George Odian编写的Principle of Polymerization,目前已更新到第四版。该教材从知识体系框架的构筑到细节概念的介绍、铺陈都与我们选用的汉语教材――潘祖仁编写的“高分子化学”,有很好的契合,二者相辅相成,因此无论教师备课,还是学生的参考学习都很容易两相对照,平顺推进。
1.3 教学成果有实际需求
天津工业大学是以化学纤维和中空纤维膜为研究侧重的院校,学校各级都很重视科研发展。每个研究室和相应的教师都需求大量的高素质的研究生和助研工作。每学年都会有相当数量的本科生进入到教师研究小组去从事科研工作。接触到实际科研工作的学生更能体会到专业英文及其系统学习的重要性,因而更能认识到双语教学的必不可少。
2 “高分子化学”双语教学的侧重点及办法措施
2.1 专业知识的传授为侧重点
双语教学是以英文为载体,传播专业知识的课程,英文中的词汇、语法等都不是教学重点。但英语能力的确成为制约学生顺利学习的最大困难。“高分子化学”是提供对专业最基本理念和认知的课程,因此学生对该课程的学习效果要求很高。因而对双语教学的感受也不尽相同,首先英语基础好的学生,虽刚开始对英文授课不适应,但经短暂调整和努力就能进入状态,以英文的思维方式理解概念和理论,这对于其后续的课程的双语教学有很大的帮助;英语基础一般的学生,不能完全跟上教学内容,课后要在预习、复习,对照英、汉教材的区别,努力赶上进度;英语基础差的学生,长时间的努力仍跟不上双语教学进程,相当的时间精力花费在自学汉语教材上,英文课程的内容基本不能理解,最终厌学、弃学。总之,问题的最关键症结是,双语“高分子化学”是专业课程而不是英语课程。如果不能够实现顺利传授专业知识的目的,则达不到改革尝试应有的效果。
因而我们提出,我校的“高分子化学”双语课程要牢牢把握专业知识传授为主线,辅助相应的英语表述;使学生尽可能地把握专业知识的前提下,全面了解“高分子化学”知识的脉络和英文描述,为扩大学生的词汇量和知识面尽最大的努力。在课堂的授课过程中,注重使?W生了解不同文化和思维模式下,相同知识和认知的获得的路径不尽相同。使学生通过英文内容的讲授,了解近现代西方创新、科研的模式和方法,从而培养学生与国际接轨的创新能力。这种专业为主、语言为辅的教学理念,使“高分子化学”双语课程成为学生了解学科发展前沿动态的一个媒介。
2.2 教学注重理论与实践相结合
为提高学生对教学内容的理解和掌握程度,我们开设了“高分子实验”和“大型综合实验”等实验课程。为进一步锻炼学生的英文专业知识运用能力,我们要求学生参加国外知名专家的英文专业报告会,并对报告内容进行总结和整理,消化专业知识。不仅提高了学生听说专业英语的能力,也检验了“高分子化学”双语教学的教学效果,另外也为学生打开国际视野提供交流平台,使其认识到双语教育的必要性。
关键词:涂料学;高分子专业;教学改革;涂料实验
近年来,随着我国对创新型人才培养问题的日益重视,大力加强素质教学,培养和激发学生的创造力的同时,进一步巩固学生的基础知识就显得尤为重要[1]。在我国,无论是在综合性院校、理工科院校,还是职业技术院校,大都开设了高分子的本科专业,包括:高分子化学与物理专业、高分子材料专业以及高分子加工专业等。在课程设置方面,基本都开设了高分子化学、高分子物理和高分子分析方法等基础课程以及高分子专业基础实验。然而我们在教学实践中发现,学生很难将之前开设的基础课程中的知识融会贯通,对生活实例不能做出相应合理的解释。高分子作为一个实用性很强的专业,各门专业课之间有着密切的联系:利用高分子化学知识合成出不同结构的高分子材料,高分子材料的结构将直接影响其性能,在对材料进行加工时又需要运用高分子物理和流变学等知识[2]。如果学生们不能将专业基础知识活学活用、融会贯通,那么他们将很难应对高分子专业相关工作中的实际问题。因此,我们尝试针对高分子专业的培养方案,在开设高分子化学、高分子物理、高分子成型加工以及高分子结构分析方法这些专业课程的基础上,新增了一门《涂料学》课程,安排在第7学期进行,计划学时为32学时。力求通过本课程的学习,巩固之前学到的专业知识并将其融会贯通,同时拓宽学生的知识面,提高其实践能力。为了达到教学目标,培养出基础扎实、有创新思维、创新能力的高素质人才,《涂料学》课程的本科教学内容和教学方法的设计就是必须考虑的首要问题。为此,笔者结合从事涂料课程教学与科研的经验,参考接收本科生进行涂料实习单位的反馈意见,同时结合《涂料学》课程自身特点,做了一些初步的探讨。
一、《涂料学》课程的特点和意义
高分子的主要应用领域集中在涂料、塑料、粘合剂和助剂四方面。进入21世纪以来,我国涂料行业发展迅速,对涂料行业科研技术人才的需求量大大增加[3]。为此,在国内一部分高校中的高分子相关专业开设了涂料相关课程。《涂料学》课程是建立在高分子化学、有机化学、无机化学、胶体化学、表面化学与表面物理、流变学、材料力学、光学和颜色学科基础上的一门综合性学科,但又不是这些学科的简单加和而有其自身理论。对于高分子专业的学生而言,如何能将其学到的无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学、高分子物理等基础知识贯穿统一起来,《涂料学》无疑是一个不二选择。开设涂料课程,一方面使今后从事涂料行业的学生进入工作岗位后,尽快成为行业技术骨干;另一方面对于今后从事非涂料领域的高分子学生而言,课程的学习过程也是对之前学到的化学和材料学基础知识巩固、加强和提高的过程。
二、《涂料学》教学的主要内容
涂料学课程的内容多,课时少,教师难以在短时间内将涂料行业所需的内容讲深、讲透。在课程教学的过程中,教师应该坚持理论结合实际的教学方针,对知识结构优化调整,做到简单而不浅显,深奥而不枯燥。在教学内容上,要注重两方面的统一:一方面注意《涂料学》课程章节间的联系和统一,这门课程涉及到涂料概述、颜料、溶剂、树脂等内容,各部分内容既相对独立,又相互联系;另一方面,要把握《涂料学》课程与无机化学、有机化学、物理化学、高分子化学、高分子物理等基础知识贯穿统一。教师在教学中应该重点介绍以下内容。
1.涂料的基本知识。这部分内容主要介绍涂料概念、组成、类别、功能以及发展概况。结合日常生活所接触的涂料,使学生掌握涂料的基本概念、分类和作用。让学生们了解到,现代涂料学的发展是以化学,特别是高分子科学为基础,结合界面科学和流变学发展起来的。了解涂料的发展背景和面临的挑战,懂得涂料的发展趋势。通过对目前报道较新的,具有特殊功能的涂料的介绍来激发学生对涂料的兴趣,并为以后进行涂料的科学研究开好头。
2.颜料相关理论。颜料和填料是涂料生产不可缺少的成分之一。其作用不仅是色彩和装饰性,更重要的是改善涂料的物理化学性能,提高涂层的机械强度、附着力、防腐性能、耐光性和耐候性。让学生了解遮盖力、着色力和吸油值等基本概念。在授课过程中,这部分知识与物理化学中的双电层理论联系紧密,可以对以前的基础知识巩固提高。关于颜料的分散是教学的重点。
3.溶剂知识。溶剂是不包括无溶剂涂料在内的,各种液态涂料中所含有的,为使得液态涂料完成施工过程的必要的一类物质。原则上不构成涂膜,也不存留在涂膜中。在授课过程中,这部分知识与有机化学和高分子物理中的极性、溶解力、粘度等相关知识联系紧密,可以对以前的基础知识巩固提高。在教学中,使学生掌握根据溶剂理论选用溶剂和改善涂料性能,了解有机溶剂对环境的危害,开发绿色水性涂料和高固体份涂料是涂料行业的趋势。
4.树脂知识。成膜物质是组成涂料的基础,它具有粘结涂料中其他组分形成涂膜的功能,对涂料和涂膜的性能起到决定性的作用。例如,在丙烯酸树脂章节中的内容与高分子化学基础课中自由基聚合和聚合方法的相关知识密切联系。不饱和聚酯树脂、醇酸树脂和聚氨酯章节中内容与高分子化学基础课中的缩聚和逐步聚合相关内容联系紧密。因此,授课的过程也是对以前的知识复习,深入体会和提高的过程,将这些基本知识与涂料制备技术相互渗透,相得益彰,这也正是开设《涂料学》课程的特色。
三、教学方法
1.教学与生活、生产相结合,注重理论联系实际。涂料是一门理论性和应用性都很强的交叉学科。理论知识比较晦涩,但大多数基本理论知识都已经在本科基础课教学阶段涉及,在涂料课程中只是有针对性的学习,必须与实际结合才能使学得的知识深化和牢固,也才能引起学生的兴趣。在教学的初期阶段,为了使得学生尽快入门,熟悉涂料学,就要将日常生活、生产与涂料结合,介绍生活和生产中涂料的应用,提高学生从心理上对课程的接受程度。众所周知,涂料学的特点是“入门易、学懂难”。为了提高教学效率,改善教学效果,必须要注重理论联系实际。这种联系实际上是基础知识与涂料学的联系;涂料学与实际应用的联系。把涂料学作为有机化学、高分子化学、高分子物理等基础知识实践的对象,会使学生对所学过的基础知识巩固提高,为今后打下坚实的理论基础。在涂料学理论实践过程中,学生可以去涂料生产厂和研究院所参观学习。学习涂料生产方法和检测方法,了解生产设备和检测仪器设备。学生往往很有兴致,注意力高度集中,因此将理论知识寓于合适的实际背景中进行讲授效果明显。
2.开设涂料实验。在高分子化学实验的基础上,开设涂料实验课程[4]。高分子化学实验中,一般开设甲基丙烯酸甲酯(或苯乙烯)的乳液聚合、聚酯合成实验等,可以在这些实验的基础上,进一步开设丙烯酸乳液合成、低分子量聚酯合成以及低分子量聚酯与异氰酸酯固化等,并且可以进一步开设乳胶漆的制造、涂料性能检测等系列实验,让学生自己合成树脂,自己配制涂料,自己对涂料和涂层进行检测。通过实验,不但将课堂所学到的理论知识通过实验巩固提高,而且训练学生进行涂料生产和科学研究的方法,培养学生的动手能力,分析和解决问题的能力。
四、结语
总之,笔者对在高分子专业本科教学中开设《涂料学》课程的必要性、优化教学内容、改进教学方法进行了初探,提出开设《涂料学》课程的必要性:一方面,对于处于专业知识学习的学生而言,通过本课程的学习,加强他们对高分子专业基础知识的巩固,为今后从事高分子相关专业的工作打好坚实的理论基础;另一方面,针对今后从事涂料行业的学生,涂料行业快速发展,科技含量越来越高,涂料学课程的开设正好可以满足涂料行业对大批高层次科研技术人员的需求。
参考文献:
[1]徐光宪.我对素质教育的认识[J].大学化学,2004,19(3):1-8.
[2]陈立贵,袁新强,李雷权,等.构建符合学校定位的高分子专业人才培养方案的研究[J].科技资讯,2009,(22),161-162.
[3]涂料工艺编委会.涂料工艺[M].北京:化学工业出版社,1997.
关键词 翻转课堂 高分子合成工艺学 实施 效果
“高分子合成工艺学”是高分子材料与工程专业的一门重要的专业课。学生在学习了“化工原理”、“高分子化学”和“高分子物理”等专业理论基础课程后,进一步研究高分子化合物生产工艺的重要课程。高分子合成工艺学承担着如何将理论运用到实践中去,并进一步提高学生实际应用能力和技术创新能力的任务,是培养高素质应用型人才的关键因素。要求学生掌握高分子合成的具体实施方法,重要品种的生产工艺,各种聚合方法进行工业化生产的特点、配方原理、流程组织原理。加深对于生产工艺观点的认识,将理论与实际相结合,提高处理和解决实际问题的能力,为今后从事的科研和生产工作打下坚实的基础。通过该门课的学习,培养学生的工程意识,使其掌握高分子合成的基础技能并初步具备从事高分子材料的研究和开发能力。具备分析问题和解决工程技术实际问题的能力,培养学生的工程素养和创新能力。
该门课程内容不仅涵盖大量高分子化学、高分子物理等较难理解的理论知识,还包括了许多具体产品品种在工业生产中有关具体实施方法。如自由基聚合包括本体聚合、悬浮聚合、溶液聚及乳液聚合四种实施方法。四种方法聚合原料组成、设备的选择、条件控制及影响因素各有区别。同一品种可用不同的方法去生产,但所得产品性能差别较大。如聚氯乙烯的生产,可用自由基本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合及乳液聚合进行生产,但产品最终状态不同,性能不同。一具体的聚合物如何去选择实施方法,需要同学掌握较多的知识,每种聚合实施方法特点要了然于心。这就要求学生需掌握的内容较多,故无论对学生还是教师都有较高要求,在具体教学中存在较多问题。若以传统教学方法进行实施,其教学效果往往不尽理想。
翻转课堂(Flipping Classroom,颠倒课堂、颠倒教室)是近年来出现的一种新的课堂教学组织形式,不同于老师课堂教,学生被动听课、课后做作业的传统教学方法。该教学形式完全颠倒,学生先课前学,师生在课堂上共同完成答疑、探究和互动交流等活动的一种新型的教学模式。该教学理念起源于美国科罗拉多州落基山林地公园高中两位化学老师Jon Bergmann和AaronSam。他们将各种讲解视频上传到网络,学生随时随地可以进行学习,这种新的教学形式故此引起广泛关注。
翻转课堂的出现,为教学提供了一种新的教学理念和方法。本研究通过在高分子合成工艺学教学中进行教学实践,力图以学生为中心,从而提升学生的学习积极性、主动性及各项综合能力,并探索翻转课堂在高分子合成工艺学课程中较合适的教学流程。
韦军等主编的《高分子合成工艺学》,华东理工大学出版社。该书共包括十二章内容,第一章绪论,第十一章特种高分子合成工艺,第十二章是聚合反应设备,其余章节是自由基聚合、缩合聚合、阴阳离子聚合及配位聚合,该门课共计48学时。各部分按照先理论后以具体产品的工业实施方法进行讲解。理论部分较抽象,学生不易理解;而实际的生产,同学们又没有参与过,对于大的生产设备学生又没有概念。如自由基聚合实施方法包括本体聚合、乳液聚合、悬浮聚合及溶液聚合,四种实施方法相近学生易于混淆。若采用传统的教学方法,学生掌握较困难。基于@四种实施方法的理论知识在高分子化学中已涉及,故以自由基聚合的讲解为例,一班采用传统教学,另一班进行翻转课堂,两种教学方法进行对比教学。
传统教学班级按照“简单预习-教师课堂讲授-课后作业”的流程进行。而在翻转课堂的班级,基本教学流程采用,“老师提前按照内容提出问题-布置学生提前看材料-准备讲解材料-课堂学生讲解-教师答疑-互动讨论-做练习-总结提升”。在此过程中,以学生为中心,学生占主导地位,教师起辅助作用。教师提前将有关视频及PPT资料上网到网络课程教学平台,并预设几个问题。学生通过查看网上资料及查阅有关文献,把有关问题解答,并准备好课堂将要讲解的PPT、资料等。在课堂上主要内容由学生进行讲解,有疑惑的地方由老师进一步讲解,师生之间进行讨论,而后通过做作业,进一步巩固、提升。
在高分子化学课程中己涉及到自由基聚合的四种实施方法定义、机理等有关基础知识,在讲解高分子合成工艺学的有关章节时,就可以翻转课堂的教学方法进行。如在讲解自由基悬浮聚合工艺时,提前布置给学习,复习悬浮聚合与自由基聚合的其它三种方法在定义、组成、特点、机理等方面的异同,并准备有关发言材料。学生讲完后,老师及时抓住问题,提问悬浮聚合与溶液聚合和乳液聚合的主要区别,悬浮聚合的分散体系如何保持稳定,一步步让学生深入思考分散剂的分散稳定机理,不同种类分散剂的稳定机理是否相同。而后,进一步强调搅拌在悬浮聚合中的必要性。搅拌使单体分散为小液滴,是悬浮聚合反应的先决条件,而分散剂不能自动将单体分散为微小的液滴,使分散的液滴稳定――后决条件。采用传统教学与翻转课堂相结合的教学方法,使同学们轻而易举地就理解掌握原本难免懂的理论知识了。
通过用传统教学及翻转课堂两种教学方法的实施,发现传统教学的班级,学生处于被动学习,积极性不高,知识掌握有限,综合能力提高有限,期末成绩差于另一班级。而实施翻转课堂教学的班级,学生配合老师主动思维,而不是被动听课。从而使学生自主学习的积极性明显提高,获取知识的动力较大,掌握的知识较多,同时通过课堂展示自己的机会,使学生的综合能力大大提高,且期末成绩明显高于另一班级。