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关键词:高分子材料;发展;前景
一 高分子材料的发展现状与趋势
高分子材料作为一种重要的材料, 经过约半个世纪的发展巳在各个工业领域中发挥了巨大的作用。从高分子材料与国民经济、高技术和现代生活密切相关的角度说, 人类已进人了高分子时代。高分子材料工业不仅要为工农业生产和人们的衣食住行用等不断提供许多量大面广、日新月异的新产品和新材料又要为发展高技术提供更多更有效的高性能结构材料和功能性材料。鉴于此, 我国高分子材料应在进一步开发通用高分子材料品种、提高技术水平、扩大生产以满足市场需要的基础上重点发展五个方向:工程塑料,复合材料,液晶高分子材料,高分子分离材料,生物医用高分子材料。近年来,随着电气、电子、信息、汽车、航空、航天、海洋开发等尖端技术领域的发展和为了适应这一发展的需要并健进其进? 步的发展, 高分子材料在不断向高功能化高性能化转变方面日趋活跃,并取得了重大突破。
二 高分子材料各领域的应用
1高分子材料在机械工业中的应用
高分子材料在机械工业中的应用越来越广泛, “ 以塑代钢” ,“ 塑代铁” 成为目前材料科学研究的热门和重点。这类研究拓宽了材料选用范围,使机械产品从传统的安全笨重、高消耗向安全轻便、耐用和经济转变。如聚氨酉旨弹性体,聚氨醋弹性体的耐磨性尤为突出, 在某些有机溶剂 如煤油、砂浆混合液中, 其磨耗低于其它材料。聚氨醋弹性体可制成浮选机叶轮、盖板, 广泛使用在工况条件为磨粒磨损的浮选机械上。又如聚甲醛材料聚甲醛具有突出的耐磨性, 对金属的同比磨耗量比尼龙小, 用聚四氟乙烯、机油、二硫化钥、化学等改性, 其摩擦系数和磨耗量更小, 由于其良好的机械性能和耐磨性, 聚甲醛大量用于制造各种齿轮、轴承、凸轮、螺母、各种泵体以及导轨等机械设备的结构零部件。在汽车行业大量代替锌、铜、铝等有色金属, 还能取代铸铁和钢冲压件。
2 高分子材料在燃料电池中的应用
高分子电解质膜的厚度会对电池性能产生很大的影响, 减薄膜的厚度可大幅度降低电池内阻, 获得大的功率输出。全氟磺酸质子交换 膜的大分子主链骨架结构有很好的机械强度和化学耐久性, 氟素化合物具有僧水特性, 水容易排出, 但是电池运转时保水率降低, 又要影响电解质膜的导电性, 所以要对反应气体进行增湿处理。高分子电解质膜的加湿技术, 保证了膜的优良导电性, 也带来电池尺寸变大增大左右、系统复杂化以及低温环境下水的管理等问题。现在一批新的高分子材料如增强型全氟磺酸型高分子质子交换膜耐高温芳杂环磺酸基高分子电解质膜纳米级碳纤维材料新的一导电高分子材料等等, 已经得到研究工作者的关注。
3 高分子材料在现代农业种子处理中的应用及发展
高分子材料在现代农业种子处理中的应用:新一代种子化学处理一般可分为物理包裹利用干型和湿形高分子成膜剂, 包裹种子。种子表面包膜利用高分子成膜剂将农用药物和其他成分涂膜在种子表面。种子物理造粒将种子和其他高分子材料混和造粒, 以改善种子外观和形状, 便于机械播种。高分子材料在现代农业种子处理中研究开发进展:种子处理用高分子材料已经从石油型高分子材料逐步向天然型以及功能型高分子材料的方向发展。其中较为常见和重要的高分子材料类型包括多糖类天然高分子材料, 具有在低温情况下维持较好膜性能的高分子材料, 高吸水性材料, 温敏材料, 以及综合利用天然生物资源开发的天然高分子材料等, 其中利用可持续生物资源并发的种衣剂尤为引人关注。
4 高分子材料在智能隐身技术中的应用
智能隐身材料是伴随着智能材料的发展和装备隐身需求而发展起来的一种功能材料,它是一种对外界信号具有感知功能、信息处理功能。自动调节自身电磁特、自我指令并对信号作出最佳响应功能的材料/系统。区别于传统的外加式隐身和内在式雷达波隐身思路设计,为隐身材料的发展和设计提供了崭新的思路,是隐身技术发展的必然趋势 ,高分子聚合物材料以其可在微观体系即分子水平上对材料进行设计、通过化学键、氢键等组装而成具有多种智能特性而成为智能隐身领域的一个重要发展方向。
三 高分子材料的发展前景
1高性能化
进一步提高耐高温,耐磨性,耐老化,耐腐蚀性及高的机械强度等方面是高分子材料发展的重要方向,这对于航空、航天、电子信息技术、汽车工业、家用电器领域都有极其重要的作用。高分子材料高性能化的发展趋势主要有创造新的高分子聚合物,通过改变催化剂和催化体系,合成工艺及共聚,共混及交联等对高分子进行改性,通过新的加工方法改变聚合物的聚集态结构,通过微观复合方法,对高分子材料进行改性。
2高功能化
功能高分子材料是材料领域最具活力的新领域,目前已研究出了各种各样新功能的高分子材料,如可以像金属一样导热导电的高聚物,能吸收自重几千倍的高吸水性树脂,可以作为人造器官的医用高分子材料等。鉴于以上发展,高分子吸水性材料、光致抗蚀性材料、高分子分离膜、高分子催化剂等都是功能高分子的研究方向。
3复合化
复合材料可克服单一材料的缺点和不足,发挥不同材料的优点,扩大高分子材料的应用范围,提高经济效益。高性能的结构复合材料是新材料革命的一个重要方向,目前主要用于航空航天、造船、海洋工程等方面,今后复合材料的研究方向主要有高性能、高模量的纤维增强材料的研究与开发,合成具有高强度,优良成型加工性能和优良耐热性的基体树脂,界面性能,粘结性能的提高及评价技术的改进等方面。
4智能化
高分子材料的智能化是一项具有挑战性的重大课题,智能材料是使材料本身带有生物所具有的高级智能,例如预知预告性,自我诊断,自我修复,自我识别能力等特性,对环境的变化可以做出合乎要求的解答;根根据人体的状态,控制和调节药剂释放的微胶囊材料,根据生物体生长或愈合的情况或继续生长或发生分解的人造血管人工骨等医用材料。由功能材料到智能材料是材料科学的又一次飞跃,它是新材料,分子原子级工程技术、生物技术和人 工智能诸多学科相互融合的一个产物。
5绿色化
虽然高分子材料对我们的日常生活起了很大的促进作用,但是高分子材料带来的污染我们仍然不能小视。那些从生产到使用能节约能源与资源,废弃物排放少,对环境污染小,又能循环利用的高分子材料备受关注,即要求高分子材料生产的绿色化。主要有以下几个研究方向,开发原子经济的聚合反应,选用无毒无害的原料,利用可再生资源合成高分子材料,高分子材料的再循环利用。
四 结束语
高分子材料为我国的经济建设做出了重要的贡献,我国已建立了较完善的高分子材料的研究、开发和生产体系,我国虽然在高分在材料的开发和综合利用方面起步较晚,但目前来看也取得了不错的进步,我们应提高其整体技术水平,致力于创新的高分在聚合反应和方法,开发出多种绿色功能材料和智能材料,以提高人类的生活质量,并满足各项工业和新技术的需求。
参考文献:
[1]金关泰.《高分子化学的理论和应用》,中国石化出版社,1997
关键词:导热填料;热导率;绝缘高分子材料;应用
填充型导热绝缘高分子材料通常就是在普通的绝缘高分子材料当中加入适量的导热填料,借助导热填料之间相互的作用在体系当中会形成与网状或者是链状导热网对其导热的性能进行有效的改进和完善,这种材料在材料合成和加工的过程中会改变分子和链节结构,从而获得导热分子结构,当前,国外的高导热绝缘高分子下料主要是填充型的材料,能够有效的提高绝缘系统自身的导热性能。
1 氮化物填料极其应用分析
氮化物填料中主要由氮化铝、氮化硼和氮化硅等物质,这种物质自身具有非常高的导热率,同时,其还具备非常强的点绝缘性能,和耐高温的特性,所以这种材料也得到了十分广泛的应用。氮化铝通常是以四面体为单位结构所构成的共价键化合物,其自身具备六方晶体,此外在导热系数方面也相对较高,是一种白色或者是灰白色的晶体,这种材料本身具有非常好的力学性能,介电性能下降也不是非常的明显,此外氮化铝在吸潮之后会和水发生分解反应,水解所产生的氢氧化铝会使得导热通路出现中断的问题,这样也就对声子的传递构成了一定不利的影响,所以产品自身的导热率比较低。如果只是采用氮化铝完成填充过程,就能够体现出非常高的导热率,但是体系粘度会呈显著的上升的趋势,这样一来也对其推广和应用产生了较为不利的影响。
氮化硼在结构上是一种六方晶系的层状结构,其在结构上和石墨有着非常强的相似度,热膨胀系数也不是很高,热稳定性很好,但是其在价格上也相对比较高,虽然热导率比较高,填充之后粘度会在短时间之内上升,这样也对材料的应用构成了一定不利的影响。
氮化硅通常就是采用人工合成的方式将硅和氮元素组合到一起的新型材料,这种材料主要有α和β两种类型的晶体,都是六方晶体的形式,因为α-Si3N4的晶体颗粒当中含有晶格应力,自由能比β相更高,因此在稳定性上并不是很好,β-Si3N4结构当中不蹲在晶格应力,所以用这种物质当作填充材料能够形成颗粒网络,这样也就使得热导率有了十分显著的提升,在这样的情况下,其也具备非常好的力学性能,在生产的过程中βSi3N4应用更为广泛。研究人员将纳米氮化硅为热导材料来制作充硅橡胶。制成的橡胶具有非常好的热导性能、物理性能和加工的性能。
2 氧化物填料应用分析
氧化物填料比较常见的有氧化铝、氧化镁、氧化锌等物质。在实际的应用中,其具有非常好的导热能力,电热绝缘的性能也得到了非常显著的改善,氧化物填料主要是采用与氮化物填料相结合的方式来完成绝缘高分子材料的填充处理,这样就可以十分有效的提升材料自身的导热效率,确保电性能具有非常强的稳定性,从而是的生产的成本降到最低的水平。
针状的氧化铝在价格上存在着非常大的优势,但是其填充量不不是很大,在液体硅胶当中,普通的针状氧化铝最大的填充量是300份,所以产品的导热效率会受到一定的限制,球形的氧化铝填充量非常大没在液体硅胶当中,其填充量能够达到600-800份,同时其所得到的产品价格要比其他的方式更高。在研究中发现,采用氧化铝当作导热填充料对环氧树脂进行填充,其填充量达到9成的时候,其所制得的多层线路印制板热导率非常高。
氧化镁的价格低,在空气中易吸潮,增粘性较强,不能大量填充,且耐酸性差,很容易被酸腐蚀,限制了其在酸性环境中的应用。研究人员以MgO(40-325目)为导热填料共混填充聚苯硫醚(PPS),发现MgO填充量为80%时,PPS复合材料的热导率达到3.4W/(m・K),并保持较好的力学性能和电绝缘性能。
氧化锌的粒径及均匀性很好,适合生产导热硅脂,但其热导率偏低,不适合生产高导热产品;质轻,增粘性较强,也不适合灌封。
3 碳化物填料及其应用
碳化物填料主要是碳化硅和碳化硼填料。碳化硅(SiC)是一种共价键很强的化合物,常见的有六方晶系的α-SiC和立方晶系的β-SiC,类似金刚石结构。碳化硅具有耐腐蚀、耐高温、强度大、导热性能良好、抗冲击等特性,同时具有热导率高、抗氧化、热稳定性好等优点,在微电子工业中常用于封装材料中。但是碳化硅在合成过程中产生的碳和石墨难以去除,导致产品纯度较低,电导率高,限制了其在绝缘性能要求高的材料中的应用;而且其密度大,在有机硅类胶中易沉淀分层。
研究人员以SiC为导热填料来填充环氧,发现纳米SiC能够促进环氧树脂的固化,SiC粒子更易在树脂体系内部形成导热通路或者导热网链,减少环氧树脂内部空隙率,提高了材料的力学及导热性能。碳化硼(B4C)是一种耐火材料和超硬材料,热导率很高,但价格昂贵,在绝缘高分子材料中应用不是很广泛。还有一些研究人员以碳化硼为导热填料来填充天然橡胶材料,发现碳化硼的加入可以提高天然橡胶的热扩散系数,且天然橡胶的热扩散系数经过老化后也有所提高。
4 混杂填料的应用
将不同种类的填料按一定比例配合使用,可以充分发挥单一填料的特点,由于混杂效应,不但可以提高热导率,还可降低成本。研究人员将BN、AlN、MgO按照3∶2∶5的比例混合,再与聚醚酮、聚酰亚胺的二甲基甲酰胺溶液共混,结果发现模塑物具有较高的导热性能。还有研究人员用不饱和聚酯、固化剂、玻璃纤维、A1N粉末、CaCO3、硅烷偶联剂等混合加工制备成满足电器.外壳使用要求的导热高分子材料,其热导率可提高到1.13W/(mK),且其力学性能也较好。研究人员将不饱和聚醋、固化剂、玻璃纤维、A1N粉末、MgO,CaCO3、硅烷偶联剂等混合,制得材料的热导率为1.13W/(mK),可用于电器设备和仪器外壳。
在导热绝缘高分子材料的成型过程中,温度、压力、时间等因素会影响体系的综合性能,因此需选择合适的工艺方法,使导热绝缘高分子材料的综合性能最优化。
结束语
当前我国的机械、电子和电气等领域都得到了高度的发展,这样一来也就给导热绝缘高分子材料提出了更为严格的要求,热导率高同时在综合性能上也有着上佳表现的导热绝缘高分子材料是未来发展的一个重要的趋势,这类材料的应用会使得我国的很多领域有更好的发展前景。
参考文献
关键词:合成类高分子材料 生物可降解 药物载体 生物医学
Doi:10.3969/j.issn.1671-8801.2013.08.066
【中图分类号】R-0 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801(2013)08-0070-02
生物可降解高分子材料在主链上一般含有可以水解的基团,如酯、酸酐、碳酸酐、酰胺或氨酯键等,在活体环境中,这些基团可以通过简单的化学反应或者酶催化作用而降解[1],降解产物为水、二氧化碳等小分子,从而能够被生物体代谢、吸收或排除,对人体无毒无害,而且这类材料具有良好的生物相容性和亲和性,物理化学性质可调节等优点,可用于受损生物体组织和器官的修复、重建以及药物载体材料。
1 生物可降解高分子材料的分类
生物可降解高分子材料按其来源可以分为天然的和合成的两大类。天然的可降解高分子如壳聚糖、明胶、纤维素、淀粉等,因具有良好的生物相容性和可降解特性而被广泛用作药物载体材料[2]。Hejazi等[3]用化学交联的方法制备的四环素-壳聚糖微球,研究发现,通过调节PH改变微球中谷氨酰胺带电性质,可实现药物的靶向释放。淀粉微球在鼻癌治疗中的应用也越来越引起关注[4]。明胶是动脉栓塞疗法治疗肿瘤的常用天然基质材料。近年来研制的抗肿瘤明胶微球如甲氨蝶呤明胶微球、羟基喜树碱明胶微球等,研究证明其治疗效果明显优于传统给药方法,且理化性质稳定。然而,天然高分子大多具有热塑性差、成型加工困难、耐水性差,单独使用时性能差等缺点,应用中受到很多限制。
2 合成类高分子材料的分类
2.1 生物合成类高分子材料。合成类高分子材料可分为生物合成和化学合成降解高分子。生物合成可降解高分子主要是由微生物或酶合成,如聚羟基烷酸酯(PHAs),其具有良好的生物相容性,已被应用于药物载体、手术缝合线、植入材料、骨夹等生物医学装置。但是PHAs力学强度差、降解过慢,适合长期植入材料,为了满足实际要求,往往将不同种类的PHAs按一定比例共混,调节材料的强度和降解速度。Hu等[5]制备了PHAs类聚酯的三元共聚物,研究发现其具有较粗糙的表面,亲水性优于PLA等,材料表面的骨髓基质细胞生长量和成骨性都优于其它PHAs类聚酯。然而这种材料价格较为昂贵,限制了它的临床推广。
2.2 化学合成类高分子材料。
2.2.1 脂肪族聚酯类。化学合成的可降解高分子材料主要有聚酯类、聚碳酸酯、聚氨酯类和聚酸酐类等。脂肪族聚酯类是目前研究最多、应用最广的生物可降解合成高分子,常见的有聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)、聚己内酯(PCL)及其共聚物,它们具有良好的生物相容性、成膜性好、化学稳定性高、降解产物无毒无害、降解速度和物理化学性能可以通过调节聚合物组分、组成比例和分子量来实现,其单体大部分来源于植物、石油、天然气等再生资源,因此成为目前应用最广泛的合成类生物降解高分子材料[6]。聚乳酸(PLA)材料韧性差且降解慢,而PGA力学强度大,加工成型难度大,降解速度快,所以两者共聚可以取长补短,通过调节两组分比例和分子量改变共聚物的特性来满足实际应用要求。有时也会加入其它的聚合物来改善共聚物的性能,如把亲水性的聚乙二醇(PEG)(B段)插入到PLGA、PCL、LA或GA(A段)的链段中,形成温度敏感型嵌段共聚物ABA或BAB类型,用于调节共聚物的亲水性和降解速度。Ruan等[7]合成了PLA-PEG-PLA嵌段共聚物,并作为水溶性抗癌药物紫杉醇的药物载体,研究表明PEG的加入提高了聚合物的亲水性和释药速率。
2.2.2 聚磷酸酯类。聚磷酸酯类最近几年报道较多,在生物医学、塑料工业、饲料行业等都有应用,但在药物控释领域研究尤为突出。主要原因有三[8],其一,聚磷酸酯中的五价磷原子结构使其更容易被修饰和功能化,可直接接枝药物分子或活性分子;其二,磷酸酯类大量存在于人体内,而且是细胞膜的主要组成之一,因此聚磷酸酯类在生物体内具有很好的细胞亲和性和细胞膜通透能力,而且易被水解和被酶分解;其三,肿瘤细胞内磷酸酯酶和磷酰胺酶等的含量和活性都高于正常细胞,聚磷酸酯载药微粒易被分解而释放药物,达到靶向释放的目的。因此,聚磷酸酯作为抗肿瘤药物的载体越来越受到重视。具有提高人体白细胞作用的茜草双酯和磷酰二氯缩聚反应合成的聚磷酸酯,可以作为抗肿瘤药物5-Fu的载体,降解释放的茜草双酯和5-Fu可达到治疗癌症放化疗引起的白细胞减少症和抗癌的双重功效[9]。Wang等人[10]用含阳离子的聚磷酸酯与其他聚合物合成三嵌段共聚物纳米胶束,作为带负电的小干扰RNA的基因载体,可较好的沉默细胞异性蛋白的表达。聚磷酸酯在组织工程领域也引起越来越多的关注。聚磷酸酯与对苯二甲酸乙酯的共聚物,可作为神经导管材料,生物相容性好,有利于神经再生长[11]。
2.2.3 聚氨基酸类。聚氨基酸具有很好的生物相容性和可降解特性,无毒无害,已广泛应用于药物载体、组织工程材料等生物医学领域。但因其降解性能难控,实际应用中常通过与其他化合物共聚,改变各组分比例、分子量等手段得到具有新特征的材料,如聚赖氨酸-聚乙二醇共聚物、聚天冬氨酸-聚乙烯醇共聚物、聚谷氨酸-氧化硅接枝共聚物、聚氨基酸-聚乳酸共聚物等。目前,研究最热的是聚氨基酸-聚乳酸共聚物。聚乳酸具有亲水性差、细胞亲和性不理想、结晶度高、降解慢的缺点,对聚乳酸的改性成为研究的重点。聚氨基酸含有羟基、氨基、羧基等多个活性官能团,可以固定蛋白质、多肽等生物活性因子,将聚氨基酸与聚乳酸共聚,不仅可以改善聚乳酸的亲水性、细胞亲和性和降解速度,还可以引入活性基团。叶瑞荣[12]等人用直接熔融法合成聚(乳酸-甘氨酸)和聚(乳酸-天冬氨酸),研究发现,改性后的聚乳酸为无定型态,结晶度降低,亲水性和降解速度均提高,可作为药物缓释材料。严琼姣等人[13]用3S-[4-(苄氧羰基氨基)丁基]-吗啉-2,5-二酮和丙交酯共聚,制备了RGD多肽接枝聚(乳酸-羟基乙酸-L-赖氨酸)共聚物,RGD修饰后的共聚物具有很好的神经细胞亲和性和亲水性,可作为神经修复支架材料。
2.2.4 聚碳酸酯。聚碳酸酯是一类环境友好型和生物相容性较好的高分子材料,因主链和侧基的不同而种类繁多,可通过引入功能化侧基(如羧基、羟基、氨基、双键等)和化学设计分子主链等方式,改变其亲水性、降解速度和热力学性能,同时还可以接入多肽、抗体等活性基团。近年来在药物控释系统、手术缝合线、骨固定材料等领域应用越来越广泛。聚碳酸酯根据主链结构的不同,可分为脂肪族聚碳酸酯和含芳香族主链的聚碳酸酯。聚碳酸三亚甲基酯(PTMC)是最常见、研究最多的线型脂肪族聚碳酸酯,在体内生物酶的作用下可加速其降解[14]。聚碳酸酯可通过引入功能化侧基、物理共混和化学共聚的方法进行改性。Zhuo等[15]以甘油为起始原料合成了主链含有羟基的聚碳酸酯,研究证明该聚合物具有较好的生物相容性,羟基的引入改善了聚合物的亲水性和降解特性。Albert-stson等[16]制备了以PTMC为载体的阿米替林释药模,但是药物释放速度很慢,通过PTMC与一定量的聚酸酐共混,可明显提高阿米替林的释放速度。商品名为Maxon的生物可吸收手术缝合线就是由32.5%(摩尔比)的TMC与GA共聚得到的Poly(GA-co-TMC),该聚合物具有很好的弹性,弥补了PTMC降解速度慢的缺点[17]。
2.2.5 聚酸酐类。聚酸酐类最早由Bucher和Slade在1909年合成。直到八十年代,人们发现它的易水解特性才将其应用到药物缓释体系中。聚酸酐具有以下特点:①表面溶蚀的降解特性。其在人体内的药物释放接近零级释放,且无药物暴释现象。②降解速度可调节。可以通过调节共聚物的组成、组分比例和分子量等调节降解速度和药物释放速度。③具有良好的生物相容性,对人体无毒害作用。④在药物释放领域具有良好的药物稳定作用。目前,用聚酸酐局部控制给药体系治疗实体瘤癌症已引起高度重视,成为研究的热点。美国FDA已批准其用于复发恶性脑瘤的辅助化疗。
3 应用和发展趋势
目前,合成类生物可降解高分子材料在药物控释体系、组织工程、手术缝合线、超声造影等领域已经得到广泛的关注和应用。在药物控释领域,根据作用部位不同,可加工成微球、纤维、片剂、膜、棒、纳米乳和亚纳米乳等。为了提高药物的靶向性,纳米颗粒和磁性纳米颗粒成为研究的热点。单个的聚合物材料因自身缺点往往不能满足生物医学的要求,常与其他高分子共聚、共混或引入活性官能团,通过改变各组分配比、分子量、制备方法和条件等因素,或对侧基进行功能化修饰,制备出符合现实要求的、兼顾各自优点的新型高分子材料。当然,新型材料制备的经济成本和工艺实现工业化等问题也应引起重视。未来,合成类生物可降解高分子材料在生物医学领域的应用会越来越广阔。
参考文献
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关键词 高分子科学导论 案例教学 考核机制
包装材料对包装的发展起到巨大的推动作用,有时甚至引起发展上质的飞跃。①高分子材料作为现代包装材料的一个极为重要的组成部分,是包装工程专业学生必须掌握的知识。高分子科学导论主要包括高分子的合成与化学反应、高分子结构与性能的关系、高分子的分析与表征、典型高分子材料的性质与应用,以及高分子科学的发展历程和研究前沿。②知识点多,内容繁杂,而教学时数只有48学时。如何安排好教学的内容、教学重点,按照包装工程专业是需求进行课程建设,成为一个非常有意义的课题。课程内容丰富、实用性强,是包装工程专业学生的必修课程。如何强化学生的参与意识,提高教学效果,本文从以下三个方面进行了探索和总结。
1 教学内容上,突出以专业特点为导向
教学大纲的完善和更新是教学内容建设的基本骨架。现代教学理念认为,教学大纲不是教学内容的堆砌,而是教学的指导性文件。③④课程大纲的完善是以创新教育理念为指导,传授知识和培养能力为主线,并要充分地展示课程教学设计思想。根据我校高分子科学导论教学时数少,同时专业方向又是以包装材料和包装工艺为主要方向,以食品、药品及化妆品包装为主要应用领域,如何选择甚至编写合适的教材,如何确定本课程包含的各部分内容,合理分配学时,成为提升高分子科学导论教学效果的一个非常重要的因素。在本课程的教学中,在对第一部分高分子合成化学部分的学习中,主要精力集中在对于反应基本原理的认识和各种高分子化合物的命名及分子量的影响因素。而不对聚合理论做深入探讨。在第二部分,高分子材料结构与性能的相关知识中,对材料的力学性能进行了着重介绍。作为包装容器的设计、加工和使用,这是考察材料的关键点,同时还需要介绍相关的耐热、耐化学性及其他一些基本性能。使得学生在课程学习后,对材料的基本理化性能有一个初步认识。第三部分是将材料的加工,对于包装材料而言,如何将粒料通过注射、吹塑、模压等方式制备成包装容器,这是一个能激发学生学习兴趣的部分,也是与学生将来从事包装职业联系最紧密的部分。因此,从内容上、从学时上予以加强。尤其是针对我校包装专业比较偏重的食品包装,各种液状货品的包装容器(如各种瓶、壶、桶)以及各种薄膜的主要原材料( PE、PP、PET、PA 等)和主要加工工艺(挤出吹塑成型、注塑吹塑成型、注塑成型、单/双向拉伸等)进行了较为详细的展开。
2 在教学方法上,辅助以案例教学
掌握和运用好的教学方法是提高教学质量的重要手段,也是课程建设的重要内容。⑤案例教学是一种非常行之有效的教学方式,能更加直观地让学生理解书本知识,联系实际。例如在讲高分子材料的应用的内容时,对身边的包装产品进行举例,例如牙膏是我们生活中不可或缺的日用品,因此市场竞争十分激烈。国际牙膏巨头美国高露洁公司在进入我国牙膏市场以前,曾做过大量的市场调查发现,牙膏包装的同质化竞争严重。针对这些特点,高露洁采用了创新的复合管塑料内包装。结果大获成功,在短短的几年时间内,迅速占领了我国1/3的牙膏市场份额。这个例子,充分让学生认识到,高分子材料对于传统材料的替代作用及其适用范围十分广阔,从而激发了学生的学习兴趣。在讲述高分子注射成型工艺时候,拿出在工厂收集的残次样品,对气眼、流痕、欠注、银纹/水花、缩痕、熔接痕等常见问题进行分析。以气眼为例,是由于困在型腔内气体不能被及时排出,易导致出现表面起泡,制件内部夹气,注塑不满等现象。其改进方法,从产品结构设计上,减少厚度的不一致,尽量保证壁厚均匀。这些处理手段,又都可以通过前期所学的高分子化学和高分子物理相关的链段运动、熔体流动、聚集态变化等相关知识进行解释。从而使所学知识得到综合体现,提高了学生的联想、归纳能力,深化了对理论知识的理解,同时有助于其将来在工作中分析并解决一些实际问题。
3 优化考核模式,多重手段调动学生学习积极性
构建课堂教学模式时,主要采用教师引导,充分地调动学生的主动性教学方法,而考核方式的优化,则是对学生一种非常有效的激励方式。为了提高学生的学习兴趣,将考核方式改为论文+PPT讲述+期末考试的模式,其中平时考勤、作业占二十分,论文占二十分,PPT讲述占二十分,期末考试占四十分。考虑到学生还处于大二阶段,尚未接触到文献调研等课程,经过简单教授学生如何使用百度等网络搜索引擎以及初步学习使用中国知网,重庆维普等中文数据库,武装了学生的文献调研手段,同时也充分调动学生的积极性,促使学生发挥主观能动性去查阅文献资料和标准,并按照正规的综述论文格式规范进行撰写。学生虽然还比较稚嫩,在专业领域几乎尚无法真正领会,但初步的锻炼,拓展了专业视野,深化了对本专业的认识,提高了用所学知识去发现问题、分析问题并进行归纳的能力。虽然还不能提出和解决较为复杂的问题,但这种锻炼已经起到了非常显著的效果。大二第二学期,包装专业学生就可以以高分子材料为出发点,申请大学生创新的科技项目,其申请数每年都占到本专业的很大部分。另一个考核内容是将学生按四人一组进行分组,每组做个PPT并请一位同学进行讲述,考核成绩作为该组四位同学的成绩。通过做PPT讲述,学生需要自行组织图片和说明,并进行PPT的设计,直至最后讲述。十分钟的讲述和五分钟的提问,有助于并在一定程度上能集思广益,学生之间相互交流和讨论。再经过最后的考试,学生需要对所学课程进行一个全面的复习和总结,三者结合,使得学生对整个学习内容都有较为直观、详尽的认识。
关键词:新课标;教育价值;基本策略
一、高中化学新教材的价值价值取向
(一)化学与新材料、新技术。材料是当今社会三大支柱产业之一,也是人类赖以生存和发展的物质基础,是人类进步的一个重要里程碑。新教材在高一教材中介绍了高温结构陶瓷、光导纤维、C60等新型无机非金属材料;在高二教材中介绍了金属陶瓷、超导材料等金属材料,功能高分子材料、复合高分子材料等新型有机高分子材料;高三教材中氯碱工业里新型的离子交换膜等。材料是科学技术的先导,没有新材料的发展,不可能使新的科学技术成为现实生产力。通过对新材料的学习,使学生明确学习化学的目的,提高学习兴趣。
新教材在“绪言”中首先介绍中科院北京真空物理实验室研究院人员以超真空扫描隧道显微镜(STM)为手段在Si晶体表面开展原子操纵研究,取得了世界水平的成果;李远哲教授与交叉分子束方法的研究等新科技的介绍。这既是很好的爱国主义教育,又把化学科学的进步与人类物质文明、精神文明的关系讲明,使学生理解学习化学的重要性,激发学生学好化学的社会责任感。
(二)化学与能源。能源也是现代社会三大支柱产业之一。随着人类经济活动的日益增大,人们对能源的需求急剧增加。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一,研究化学反应中能量变化具有非常现实的意义。高中化学新教材首次在化学教学中渗透了能量观点,如,在高一化学
第一章里提出如何提高燃料的利用率,开发新能源等与社会相关的问题。在卤素中新增了“海水资源及其综合利用”,在几种重要金属中增加了“金属的回收和资源保护”,在原电池一节介绍了化学电源和新型电池等。化学与能量、能源观点的建立,不仅仅是为了教育学生节约能源,树立环境保护意识,更侧重培养学生创新意识和创新能力,增强社会进步责任感。尤其是在第二轮新教材改革中增加了一些开放性问题的研究,有利于培养学生的创新能力、实践能力、团结协作能力等。
(三)化学与环境。保护环境已成为当前和未来的一项全球性的重大课题。新教材中介绍了臭氧层的破坏、酸雨、温室效应、光化学烟雾、白色垃圾、土壤以及水污染等环境污染问题及其防治。并将“居室中化学污染及防治”、“生活中常见污染物和防治污染”放在选学教材中。在治理这些环境污染问题中,化学已经并将继续发挥重大作用,大幅度地增强了学生的社会环保责任感,增强了学习化学的兴趣。与化学和能源一样,化学与环境从可持续发展的角度来看,在化学教育中增强了化学与社会的联系部分,因为环境科学是一门综合性的学科,而环境化学是解决环境问题的“钥匙”,环境教育与能源问题的提出对提高学生的创新意识和实践能力,培养公民综合素养有着重要的作用。这正是现代化学教育的蓝图规划,现代化学教育价值观的一种重要体现。
二、化学教育价值实现的基本策略
(一)主题型教学策略。“化学―人类进步的关键”是高中化学新课程的总主题,在整个高中化学教学过程中应该尽可能体现这一主题。如“糖类、蛋白质、油脂”可以“人类重要的营养物质”为主题;氮族元素结合生物圈中氮的循环以固氮为主题;硅和硅酸盐工业、金属和合成材料以材料为主题;化学反应与能量、原电池原理以开发新能源为主题;烃以石油化工为主题。主体型教学策略可以使学生认识到自己所学内容的社会价值及其实用性,有利于学生学习兴趣的激发和保持。
(二)用途联系型策略。在元素化合物教学中应该将现代最新的有价值的有关元素化合物用途纳入教学之中。如在学习NO的性质时,可联系医学新成就,介绍NO对人体某些疾病的治疗作用,然后提出问题:为什么大量NO吸入人体有害,而少量的NO吸入却能治疗某些疾病?在学习有机高分子材料时,可联系智能高分子材料、导点高分子材料、医用高分子材料、可降解高分子材料、高吸水性高分子材料等;在卤素学习时,可联系海水化学资源的开发、利用和饮水与消毒化学;在硅和硅酸盐学习时,可联系新型无机高分子材料等。