拓展學生專業實踐知識，夯實高分子化學理論基礎

吳寧晶　華　靜（青島科技大學高分子科學與工程學院，山東青島266042）

拓展學生專業實踐知識，夯實高分子化學理論基礎

吳寧晶*華靜
（青島科技大學高分子科學與工程學院，山東青島266042）

以有機化學、物理化學為基礎，構建高分子化學的理論知識體系，通過將課堂教學與實驗和生產實踐相結合，拓展學生在高分子化學前沿領域的專業知識，強調發展學生的素質教育與創新精神，進而提高學生的學習興趣。

高分子化學；教學改革；素質教育；學習興趣

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高分子化學是高分子材料學科最重要的專業基礎課程之一，能否有效地學習和掌握高分子化學的理論知識，構建完善的高分子合成理論的知識體系框架，將直接關系到本科生對高分子物理、聚合反應工藝學以及材料專業等其他后續專業課程的學習［1－4］；另外，高分子化學還是研究生和博士生入學考試的專業基礎課程，在高分子材料學科的學習中占據十分重要的地位。因此，提高高分子化學課程的教學質量和課堂教學效果，有效生動地將知識傳授給學生，一直是作為主講高分子化學課程的高校教師積極追求的目標。目前，在高分子化學的教學中，需要不斷改革與嘗試，進一步提高學生學習該課程的學習興趣。下面分別從課程內容、教學與實踐、教學與科研等不同角度探索高分子化學的教學改革。

1　以有機化學、物理化學為基礎，搭建高分子化學的理論框架

有機化學和物理化學是學習高分子化學的基礎，在我們的教學中，需要將高分子化學的基礎理論知識與有機化學和物理化學的基礎知識緊密相連［5，6］。例如，高分子化合物的系統命名法是以有機小分子化合物命名方法為基礎的，掌握了有機化合物的命名規則，學生學習聚合物的命名規則就非常容易。有機化學中的電子效應和位阻效應對化合物和中間體的穩定性和活性有著重要的影響，也影響著有機化學反應的機理和反應歷程。同樣地，電子效應和位阻效應對高分子化學的連鎖聚合反應也有著重要影響（圖1）。例如，烯烴單體分子結構中取代基的電子效應（包括誘導和共軛效應）的種類和強度決定了烯烴單體對聚合機理的選擇，而取代基的位阻效應對單體的聚合能力有不同程度的影響。另外，單體和自由基的活性以及自由基活性種的穩定性均受到取代基的電子效應和位阻效應的影響，單體和自由基活性的比較依據是基于表征共軛效應度量值（Q）和極性效應度量值（e）的相對大小。阻聚劑和緩聚劑的阻聚作用機理以及烯丙基單體的自阻聚作用與電子效應中的共軛穩定性密切相關。因此，掌握有機化學中的誘導效應、共軛效應等電子效應以及位阻效應等相關概念和原理，對于系統地理解和掌握高分子化學的相關理論知識有很大的幫助［5，6］。

圖1　電子效應和位阻效應對單體、自由基以及連鎖聚合反應機理的影響

逐步聚合反應是指通過單體官能團之間的有機化學反應生成具有重復特征結構單元聚合物的反應；縮聚反應依據有機化學反應的類型進行分類，隨特征結構單元的不同分為聚醚、聚酯、聚酰胺等縮聚物。所以逐步聚合的反應過程以及縮聚物的類型與有機化學反應類型和特征基團緊密相關。

另外，高分子化學連鎖聚合反應中的熱力學問題（包括聚合上限溫度和平衡單體濃度）以及引發和聚合反應的動力學研究都涉及到物理化學的熱力學和動力學的相關知識。自由基聚合反應中，溫度對引發速率常數、鏈轉移速率常數、聚合反應速率常數以及聚合度的影響規律可以用阿累尼烏斯經驗式進行定量描述，圖2總結了阿累尼烏斯經驗式在自由基聚合反應中的反應速率和聚合度的主要應用。在高分子化學的教學中，將有機化學和物理化學的概念、原理與高分子化學中的相關知識緊密聯系起來并加以解析，有助于學生更加深入理解和掌握課程內容，構建高分子化學基礎理論知識，提高教學的質量與效果。

2　將課堂教學與實驗和生產實踐相結合，提高學生感性認識

高分子化學是一門理論性較強的專業基礎課程，章節比較多，各個章節相對獨立，概念較多，公式推導多，知識點較多，導致學生在學習中感覺無規律可循。我們可以將理論知識與聚合物合成的工業化生產實際相結合，通過分析單體的聚合原理和常見聚合物的生產工藝，增加學生對高分子化學理論學習的感性認識。如聚甲基丙烯酸甲酯（有機玻璃）的制備過程，為了避免出現自加速現象，在實際生產中采用分段的本體聚合工藝，即高溫低溫再高溫的生產工藝，這是由于自由基的本體聚合特點所決定的。聚苯乙烯的工業化生產可以采用本體連續法和間歇懸浮法等不同的聚合工藝制備，由于聚合過程中溶液聚合發生易鏈轉移反應而降低相對分子質量，因此不同的聚合工藝所得到的聚苯乙烯的相對分子質量與分布和產物的性能都有所區別。由于配位的聚合理論不太成熟，在學習配位聚合這一章時，學生非常不容易理解。由于橡膠專業是青島科技大學的特色學科，掌握和理解配位聚合的內容對橡膠專業的學生學習高年級的橡膠專業課程非常重要，因此我們在配位聚合的教學過程中，以常見的輪胎為例，著重介紹一些常見的橡膠品種（如順丁橡膠、天然橡膠、合成天然橡膠、丁基橡膠等）的結構與性能特點以及橡膠的應用范圍（圖3），增加學生對配位聚合反應的感性認識。另外，在大學二年級學習高分子化學課程中，學校安排實習實訓活動環節，學生參觀塑料和橡膠產品的生產基地，這些實踐活動可進一步增加學生對高分子化學課程的學習興趣和促進學生對高分子化學理論知識的理解。

圖2　阿累尼烏斯經驗式在自由基聚合反應中的應用

圖3　不同橡膠種類在輪胎中的應用

3　了解最新科研進展與發展趨勢，拓寬高分子領域的專業知識

在高分子化學的教學過程中，學生對高分子材料的未來發展趨勢非常感興趣。高分子科學作為21世紀迅速發展的一門前沿學科，主要發展的新方向包括分子材料與分子器件、光電信息功能高分子材料、生物醫用高分子材料、敏感與傳感轉換材料、納米材料、導電高分子材料等，而這些材料發展的基礎都離不開高分子化學的合成基礎。目前，高分子化學最新的研究前沿是合成新型聚合物及精確控制聚合物的空間立體結構和聚合物的相對分子質量，發展新型的聚合方法包括酶催化、微生物催化等技術，設計與合成新型功能高分子材料。因此，在高分子化學聚合理論的講解過程中，除了介紹非常成熟的工業化聚合物產品外，向學生介紹科研發展的最新進展，包括導電高分子、感光高分子、生物高分子等相關領域的最新動態，可以開拓學生的學習思路，培養學生的科研思想與創新意識。特別是任課教師根據自己的研究方向，結合具體的研究實例進行講解，可以進一步提升學生對高分子化學的學習熱情，為學生未來在高分子領域的發展奠定理論知識的基礎。

總之，高分子化學作為高分子材料學科最重要的專業基礎課程之一，學生對這門課程理論知識的學習和掌握，對于他們建立扎實的高分子專業理論基礎是非常重要的。我們首先將高分子化學的理論與生產實踐以及應用實例相結合，激發學生的學習興趣；并在課堂教學中介紹高分子科學的最新科學進展以及發展趨勢，拓寬學生在高分子領域的專業知識，有目的地發展學生的創新意識，重視素質教育，為他們未來在專業領域的發展夯實高分子化學理論基礎。

［1］王家喜.化學試劑，2009，31（4），307.

［2］莊啟昕，唐頌超，李欣欣，錢軍，劉小云，李慧.實驗技術與管理，2011，28（6），249.

［3］高建剛，宋慶平，丁玉潔，吳之傳.高分子通報，2009，No.5，63.

［4］陳正年，杭祖圣，張聲春.南京工程學院學報，2009，9（3），62.

［5］王小龍，何乃普，王九思.高分子通報，2009，No.11，62.

［6］吳寧晶，華靜.青島科技大學學報，2009，25，75.

Expanding Professional Practice Knowledge and Reinforcing the Theoretical Basis of Polymer Chemistry for Students

WU Ning-Jing*HUAJing
（College of Polymer Science&Engineering，Qingdao University of Science&Technology，Qingdao 266042，Shandong Province，P.R.China）

In the teaching reform of polymer chemistry，the theoretical knowledge system of polymer chemistry，which is built on the study of the organic chemistry and physical chemistry，is established for students.The quality education and innovative spirit were developed by combining classroom teaching，laboratory teaching and the production practice.Meanwhile the students′professional knowledge was expanded in the frontier field of polymer chemistry.Thus，students′learning interest was further improved.

Polymer chemistry；Teaching reform；Quality education；Learning interest

O6；G64

10.3866/PKU.DXHX201509020

，Email:ningjing_wu@qust.edu.cn

山東省高分子物理與化學省級精品課程群（2013-126）