利用“微課”增進高分子化學理論教學有效性的研究-以乳液聚合機理為例

章翰堂，董 靜，汪 浩，張麗麗，徐 靜

(山東農業大學 化學與材料科學學院，山東 泰安 271018)

高分子目前在生物醫藥、新材料、精細化工、輕化工程等相關領域應用廣泛，而《高分子化學》更是上述相關領域高等教育的專業課程之一。高分子化學的課堂教學可為學生從事上述相關技術行業打好理論基礎。在《高分子化學》在這門課中存在大量的反應機理、反應方法、計算公式及其推導過程，也涉及高分子的化學結構與聚集態結構等與其物理性能緊密相關的內容，具有信息量大、涉及面廣、理解難度大、難以具體感知的特點[1-2]。傳統的線下教學方法缺乏生動形象的演示，使得這門課枯燥并且難懂。隨著高分子材料的進一步發展，傳統的教學方法、教學評價、教學組織等已經不能滿足當下的教學要求。

近年來，伴隨著“互聯網+”時代的到來，特別是手持移動數碼產品和無線網絡的推廣與普及，以教學視頻為主要載體的網絡視頻教學有了大力發展，即微型視頻課例，簡稱“微課”。“微課”因其教學時間短、教學內容精(針對某知識點)、資源文件小、簡單、實用、多樣等特點在這個互聯網時代作為一種新型的教學資源而備受推崇[3]。

在高分子化學實驗課程的教學中，微課的應用已經諸多教學者的重視，并取得了良好的效果[4-5]。而在高分子化學理論的教學課程中，微課的探索還處于起步階段[6-7]。結合高分子化學的課程特點與微課的優勢，我們認為，將微課應用于高分子化學的理論教學中，利用微課將“線上”與“線下”有機融合，將傳統教育與信息化技術整合,可以改善抽象的灌輸、機械的重復這一“迫不得已”的教學方式，可將抽象理論還原為形象，并以富有啟發性、引導性的生動語言、同時采取多種形象的手段，將教學內容通俗化、形象化，進一步促進學生對所學知識的深入理解，最大限度提高學生可接受的信息量，進而取得更好的教學效果。

1 微課設計及課堂效果反饋

乳液聚合是指單體在乳化劑作用和機械攪拌下，在水中分散成乳液狀態進行的聚合反應。具有水作分散介質，傳熱控溫容易；可在低溫下聚合；聚合速度快，分子量高；可直接得到聚合物乳膠的優點，是合成高分子常用的方法之一，也是高分子化學課程中，聚合方法這一章的重點講授內容。乳液聚合的組分復雜，涉及膠束、乳化劑等概念；聚合過程分為加速期、恒速期、降速期階段，每階段又伴隨著組分的變化，因此乳液聚合的機理是一個復雜又抽象的過程。傳統課堂講授的方式對于該內容的清晰講解有一定難度，學生理解起來也困難。因此，我們選取乳液聚合機理這部分內容作為實驗對象，制作微課，作為理論教學的補充，結合講授，以期增進課堂效果。

微課不是簡單的視頻展示過程，必須要與理論內容相結合。在展示視頻之前，必須要對相關的理論知識進行講解。主要包括：乳化劑、膠束、增溶膠束、單體液滴、乳膠粒、成核機理等。在理解了乳液聚合中涉及的主要概念后，我們的微課以膠束成核為例，按照乳液聚合的過程分為三部分為同學展示，即加速期、恒速期、降速期。微課視頻采用Focusky軟件制作。

在展示乳液聚合機理的微課視頻的同時，教師需要給學生講解具體的機理過程：在反應前階段，單體和乳化劑分別處在水溶液、膠束、液滴三相，其中，微量單體和乳化劑分子、引發劑分子以分散狀態溶于水中，構成水溶液的連續相，大部分乳化劑分子形成膠束，直徑大概4～5 nm，小部分單體增溶在膠束內，使其直徑增大至6～10 nm，大部分單體分散成單體液滴，直徑在1～10 μm，如圖1(a)所示。

在加速期(成核期)階段，水相中的自由基不斷經由擴散進入增溶膠束內，引發其中的單體發生聚合反應，此時增溶膠束轉化成單體-聚合物膠粒，膠束數目不斷減少，膠粒數目不斷增加，所以聚合速度不斷增加，處于加速期，如圖1a-b所示。與此同時，單體液滴中的單體分子不斷經由水相擴散進入膠粒，以保證聚合反應的單體供給，單體液滴的體積不斷減小，但數目不變。當所有增溶膠束都轉化成膠粒，表示成核期結束，膠粒數目趨向恒定，這是加速期(成核期)結束的標志，也是恒速期的開始。

進入恒速期后(圖1c)，此時體系中只有單體液滴和膠粒兩種粒子，膠粒數目恒定，單體液滴給膠粒提供單體以維持聚合反應單體的濃度，因此聚合速率不變。隨著聚合反應的不斷進行，膠粒的體積不斷變大，最終直徑可以達到50～150 nm，而單體液滴的體積和數目都不斷的縮小。單體液滴的消失是恒速期結束的標志，也是降速期的開始。

進入降速期后(圖1d)，此時體系中只有膠粒一種粒子，聚合反應只能依靠膠粒中殘留的單體進行，因此單體濃度不斷減小，聚合速率開始下降，直至膠粒中單體反應完全。最終形成直徑約為100～200 nm的聚合物粒子。

以上的乳液聚合視頻微課中，視頻的展示和教師對相關知識點的展示緊密的結合在了一起，枯燥、抽象、難理解的乳液聚合機理變得形象生動。學生普遍反應，在觀看直觀的微課視頻的基礎上，對乳液聚合的機理過程有了很形象的認識，不但可以迅速掌握重點，建立概念、穩固知識，而且學習興趣大增。

(a)，(b)加速期，(c)恒速期，(d)降速期

圖1 乳液聚合機理過程的微課視頻截圖

2 結束語

高分子化學的理論課概念多、理解難度大、且與實驗結合緊密。傳統的課堂講授方法只能抽象的灌輸，機械的重復。本文作者以乳液聚合這一重難點內容為實驗對象，基于多年來的高分子化學教學經驗，利用近年來興起的微課教學方法，對該內容進行了生動、形象、直觀的講解，促進了學生對于理論知識的深入理解，也提高了學生對于知識的接受速度，課堂反饋效果良好，證明了微課在高分子理論教學中的有效性。基于我們取得的良好的教學效果，我們有理由相信，微課可以在高分子化學理論教學，乃至其它材料化學的理論課程教學中，取得更廣泛的應用。