《阻聚和緩聚》課程教學(xué)設(shè)計(jì)

徐守芳

(臨沂大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,山東 臨沂 276005)

阻聚和緩聚這一節(jié)為高分子化學(xué)課程第三章自由基聚合的最后一部分內(nèi)容，不是本章的重點(diǎn)講授內(nèi)容，因此一般教師授課時(shí)做簡單處理，很少有老師將此節(jié)內(nèi)容參加講課比賽。但是本章節(jié)內(nèi)容通過精心的課程安排，同樣可取得良好的教學(xué)效果。同時(shí)，由于本節(jié)內(nèi)容講授前已經(jīng)把自由基聚合的重點(diǎn)內(nèi)容，如聚合機(jī)理、聚合速率、聚合度、引發(fā)劑等講解完成，本節(jié)的講授過程可以采用討論式、翻轉(zhuǎn)課堂等教學(xué)模式。筆者將本節(jié)內(nèi)容經(jīng)過精心課程設(shè)計(jì)，取得了良好的授課效果，得到了學(xué)院老師和同學(xué)的一致好評(píng)。

1 游戲式課程引入

一個(gè)精彩的課程引入可以激發(fā)學(xué)生對(duì)本節(jié)課的興趣，使學(xué)生了解本次授課的任務(wù)，起到事半功倍的作用。案例式引入[1]、復(fù)習(xí)式引入[2]、問題導(dǎo)向式引入[3]等是大家常用的引入方式。在阻聚和緩聚這一節(jié)中，考慮到阻聚和緩聚的概念在第三章前面的授課內(nèi)容如引發(fā)劑、聚合速率、聚合度中多次出現(xiàn)過，我們將阻聚劑歸為“自由基聚合中最熟悉的陌生人”，以“猜猜他是誰”這種游戲的風(fēng)格引入課程。一次給定四個(gè)條件，讓大家隨著信息的逐漸增加，猜出本節(jié)課的主角。給定的四個(gè)條件依次是：它使聚合速率降低，它使聚合度降低，它使引發(fā)效率降低，它使聚合過程出現(xiàn)誘導(dǎo)期。隨著條件的給出，同學(xué)逐漸猜出了它的真實(shí)身份為阻聚劑。但是哪些物質(zhì)是自由基聚合的阻聚劑，它的阻聚機(jī)理又是什么呢？由此引入本次課的授課內(nèi)容。這個(gè)游戲式的引入，使同學(xué)了解了阻聚劑在自由基聚合過程中的作用，又明確了本次課程的學(xué)習(xí)任務(wù)。

2 討論式講解

在簡單了解了阻聚和緩聚的概念后，進(jìn)入了本節(jié)的第一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容：阻聚劑的阻聚機(jī)理。阻聚劑按照結(jié)構(gòu)分為分子型和穩(wěn)定自由基型，按照阻聚機(jī)理分為加成型、鏈轉(zhuǎn)移型和電荷轉(zhuǎn)移型。在具體講解三種阻聚機(jī)理前，首先拋出一個(gè)問題：根據(jù)已學(xué)知識(shí)，把阻聚劑按照阻聚機(jī)理分類，并說出分類依據(jù)。讓同學(xué)分組討論后，找三組同學(xué)給出他們的答案，列于黑板上，然后進(jìn)行驗(yàn)證。通過討論式學(xué)習(xí)，讓學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)[4]。

加成型阻聚劑以苯醌、硝基苯和氧氣為代表進(jìn)行講解，講解時(shí)阻聚的加成反應(yīng)式不是重點(diǎn)內(nèi)容，而重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)加成型阻聚的特點(diǎn)，如阻聚效率高，電子效應(yīng)的影響。氧氣因兼具高溫的引發(fā)作用，作為一類特殊的阻聚劑，做重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)。此外可以聯(lián)系文獻(xiàn)中聚合物的制備步驟中常出現(xiàn)的通氮除氧這一環(huán)節(jié)，了解氧氣的阻聚作用。鏈轉(zhuǎn)移型的阻聚劑發(fā)生的為鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，此前在自由基聚合基元反應(yīng)和聚合度這二節(jié)中均出現(xiàn)過鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)，同學(xué)對(duì)發(fā)生鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)的條件比較熟悉，因此可以準(zhǔn)確的匹配阻聚劑和鏈轉(zhuǎn)移機(jī)理。如芳胺、酚等具有活潑氫的分子。具有自由基捕捉劑之稱的DPPH (1,1-二苯基-2-三硝基苯肼) 做重點(diǎn)講授。對(duì)電荷轉(zhuǎn)移型了解其阻聚機(jī)理，解釋為什么工業(yè)上應(yīng)避免使用碳鋼或銅質(zhì)的反應(yīng)釜和管道就可以。

至此完成了本章第一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容的講授，如何過渡到第二個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容“烯丙基單體的自阻聚作用”呢？在此，我們通過了情景引入式進(jìn)行了知識(shí)點(diǎn)的過渡。“醋酸烯丙酯在進(jìn)行自由基聚合，聚合過程發(fā)現(xiàn)聚合速率很低，無法得到高聚物，原因是什么”？由于剛學(xué)過了阻聚和緩聚，同學(xué)們大多數(shù)猜測(cè)為體系不純潔，內(nèi)含阻聚劑等雜質(zhì)，應(yīng)將體系提純等操作。教師接著引導(dǎo)：在對(duì)體系經(jīng)過除雜后，仍無法提高聚合度，又是什么原因呢？測(cè)定了該反應(yīng)的聚合速率、鏈轉(zhuǎn)移速率，發(fā)現(xiàn)它具有衰減鏈轉(zhuǎn)移的特征，至此揭示該現(xiàn)象的本質(zhì)。

3 課程延伸

在完成了本次授課的主要內(nèi)容后，可以讓學(xué)生討論阻聚劑的利與弊，可以如何對(duì)阻聚劑的機(jī)理加以合理使用？如可以利率阻聚劑存儲(chǔ)單體，測(cè)定引發(fā)劑的引發(fā)速率，終止聚合反應(yīng)等。由此將課程延伸至常用單體的精制方法。將理論課與實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。

課程最后，為學(xué)生講授一個(gè)自己和阻聚劑發(fā)生的真實(shí)故事，教育學(xué)生活學(xué)活用知識(shí)，不自滿，要謙遜。筆者實(shí)驗(yàn)需用到丙烯酸甲酯，花“重金”從Sigma公司購買一瓶丙烯酸甲酯，拿到貨后發(fā)現(xiàn)瓶內(nèi)試劑為固體。遂認(rèn)為“由于未人為添加阻聚劑，單體已經(jīng)通過熱聚合等方式聚合在瓶內(nèi)”，對(duì)持“單體結(jié)冰凝固”意見的老師“嗤之以鼻”。后來證明確實(shí)由于氣溫低(飄雪的冬天)導(dǎo)致單體結(jié)冰凝固。

最后給學(xué)生留一個(gè)思考題。有阻聚劑存在會(huì)使聚合過程出現(xiàn)誘導(dǎo)期，那聚合反應(yīng)過程出現(xiàn)誘導(dǎo)期均是阻聚劑存在引起的嗎？如三氧六環(huán)的陽離子開環(huán)聚合、己內(nèi)酰胺的陰離子開環(huán)聚合均存在誘導(dǎo)期，產(chǎn)生的原因是什么呢？通過這樣一個(gè)問題，讓學(xué)生有探索問題答案的欲望，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

本次課程設(shè)計(jì)，有激發(fā)學(xué)生興趣的游戲式引入，有一波三折、高潮迭起的課程講授，有對(duì)學(xué)生進(jìn)行人文教育的課程小結(jié)。整個(gè)課程設(shè)計(jì)緊張有序，可以為相關(guān)授課老師提供參考。