提高《阻燃高分子材料》課程學(xué)習(xí)興趣的探索

劉繼純

(河南科技大學(xué)化工與制藥學(xué)院，河南 洛陽 471023)

《阻燃高分子材料》是許多高等院校材料化學(xué)專業(yè)本科生的一門專業(yè)課，為學(xué)生畢業(yè)后進(jìn)一步深造和工作奠定良好的基礎(chǔ)。該門課程通常在大三下學(xué)期或大四上學(xué)期開設(shè)，教學(xué)課時(shí)少，講述內(nèi)容卻較多，許多學(xué)生在此期間要準(zhǔn)備考研或找工作，常存在出勤率低、聽課不認(rèn)真、教學(xué)效果差等問題。興趣是學(xué)習(xí)最好的老師，如果能夠采取適當(dāng)措施激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生就會(huì)積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)效率就會(huì)大大提高。因此，教師應(yīng)該想盡一切辦法提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生從內(nèi)心深處愿意學(xué)習(xí)、樂于學(xué)習(xí)，在輕松愉快的氛圍中掌握復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理、抽象的概念和各種與材料阻燃相關(guān)的知識(shí)。本文結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，從五個(gè)方面探討了如何提高《阻燃高分子材料》課程學(xué)習(xí)的趣味性。

1 通過多媒體技術(shù)提高學(xué)習(xí)興趣

隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展，利用多媒體進(jìn)行輔助課堂教學(xué)已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。通過多媒體技術(shù)可以生動(dòng)地展示聚合物材料引燃、火焰蔓延、熄滅和發(fā)煙的整個(gè)過程，同時(shí)可以形象地展示由不同的阻燃機(jī)理所表現(xiàn)出來的燃燒現(xiàn)象。例如，鹵系阻燃劑與膨脹型阻燃劑的阻燃機(jī)理完全不同，前者是通過在氣相火焰中捕獲自由基實(shí)現(xiàn)阻燃，由其阻燃的聚合物在燃燒時(shí)發(fā)煙量大，無成炭現(xiàn)象，而后者是通過在聚合物表面生成大量膨脹炭層隔絕熱量傳遞和阻止可燃?xì)怏w分子遷移實(shí)現(xiàn)阻燃。在課堂教學(xué)中如果僅使用語言講述，這些知識(shí)會(huì)顯得晦澀難懂，學(xué)生感到枯燥乏味，很難引起學(xué)生的興趣。相反，采用多媒體技術(shù)可以生動(dòng)地展示出這兩類阻燃材料在燃燒時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)視頻和燃燒結(jié)束后的殘余物形貌，尤其是膨脹炭層會(huì)給人形成強(qiáng)烈的視覺沖擊，從而能夠給學(xué)生留下深刻的印象，顯著提高教學(xué)效果。

2 通過火災(zāi)案例提高學(xué)習(xí)興趣

《阻燃高分子材料》是一門兼具理論性和實(shí)踐性的課程，學(xué)習(xí)該課程的最終目的還是為了應(yīng)用。因此，在教學(xué)過程中應(yīng)盡量結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)際中的火災(zāi)案例，使學(xué)生切身體會(huì)到學(xué)習(xí)這門課程的重要意義。筆者在教學(xué)過程中列舉了一系列近幾年由聚合物材料燃燒引起的火災(zāi)事故案例，通過多媒體技術(shù)展示了火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的照片。例如，2009年湖北省武漢市漢正街由聚苯乙烯泡沫板材燃燒引發(fā)的火災(zāi)事故現(xiàn)場(chǎng)遮天蔽日的濃煙照片和2010年導(dǎo)致58人遇難的上海市靜安區(qū)高層住宅大火現(xiàn)場(chǎng)照片均對(duì)學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的視覺沖擊。這些活生生的火災(zāi)案例使學(xué)生們充分認(rèn)識(shí)到高分子材料阻燃的極端重要性，從內(nèi)心深處認(rèn)識(shí)到了學(xué)習(xí)這門課程的價(jià)值，學(xué)習(xí)興趣得到了激發(fā)。

3 通過實(shí)踐教學(xué)提高學(xué)習(xí)興趣

如上所述，《阻燃高分子材料》是一門具有實(shí)踐性質(zhì)的課程，如果只是進(jìn)行課堂上的理論教學(xué)，很難體現(xiàn)出其實(shí)踐性和應(yīng)用性的特點(diǎn)。因此，盡管該課程的培養(yǎng)計(jì)劃學(xué)時(shí)較少(只有24個(gè)學(xué)時(shí))，筆者還是想盡一些辦法安排了4個(gè)學(xué)時(shí)的實(shí)踐教學(xué)。例如，筆者結(jié)合自身的科研工作，安排了高抗沖聚苯乙烯/氫氧化鎂/微膠囊紅磷(HIPS/Mg(OH)2/MRP)復(fù)合材料制備與阻燃性能測(cè)試和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物/不同種類石墨(EVA/EG)復(fù)合材料制備與阻燃性能測(cè)試兩組教學(xué)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生們通過在實(shí)驗(yàn)室中親自操作高速混合機(jī)、擠出機(jī)、注塑機(jī)、極限氧指數(shù)測(cè)定儀、水平/垂直燃燒性能測(cè)定儀、電子拉力機(jī)等儀器設(shè)備，不但動(dòng)手能力有了提高，而且親眼觀察到了不同種類阻燃劑對(duì)聚合物的阻燃效果和對(duì)聚合物力學(xué)性能的影響，深刻地認(rèn)識(shí)到了在阻燃研究中協(xié)同阻燃的重要性，學(xué)生們覺得學(xué)有所用，學(xué)有所值，學(xué)習(xí)興趣有了明顯提高。

4 通過理論聯(lián)系實(shí)際提高學(xué)習(xí)興趣

在《阻燃高分子材料》課程教學(xué)中，阻燃機(jī)理是理論性較強(qiáng)的一部分內(nèi)容。相關(guān)的反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜，概念比較抽象，是教學(xué)中的難點(diǎn)。為了提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，筆者把這些復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理和抽象的概念融入到生產(chǎn)生活的實(shí)例中，極大地提高了課程的趣味性和吸引力。例如，紅磷(RP)作為阻燃劑時(shí)為什么必須進(jìn)行微膠囊化處理后才能應(yīng)用？采用微膠囊紅磷(MRP)阻燃高抗沖聚苯乙烯(HIPS)時(shí)為什么加入少量MRP可使聚合物的阻燃性能提高，加入過多MRP反而會(huì)降低聚合物的阻燃性能？為了更好地闡述上述問題，筆者在學(xué)生面前把少量RP直接放在空氣中，大約兩個(gè)小時(shí)后RP表面就變得異常潮濕，用pH試紙測(cè)試后呈現(xiàn)強(qiáng)酸性。學(xué)生們感到很驚訝，他們由此直觀地認(rèn)識(shí)到RP在空氣中的極端不穩(wěn)定性，從而對(duì)微膠囊化處理的作用有了深刻的理解。關(guān)于MRP的阻燃機(jī)理，筆者采用多媒體技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)展示了自己關(guān)于HIPS/MRP復(fù)合體系阻燃性能研究的一系列實(shí)驗(yàn)結(jié)果[3]。相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入5wt%的MRP可使HIPS的極限氧指數(shù)(LOI)從18.1%增加到21.3%，MRP用量為20wt%時(shí)HIPS/MRP復(fù)合材料的LOI達(dá)到最大值23.2%，但是繼續(xù)增加MRP用量時(shí)復(fù)合材料的LOI反而開始降低。另外，加入MRP后復(fù)合材料的發(fā)煙量和一氧化碳生成量迅速增加，殘?zhí)柯室仓饾u增加。筆者對(duì)這些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了深入的分析，詳細(xì)講述了這些數(shù)據(jù)變化背后的理論知識(shí)，使學(xué)生更好地理解了MRP的阻燃機(jī)理。

5 通過介紹科研前沿進(jìn)展提高學(xué)習(xí)興趣

國內(nèi)與本門課程相關(guān)的教材或參考書大都是關(guān)于高分子材料阻燃的基礎(chǔ)理論、傳統(tǒng)的阻燃劑和阻燃性能表征方法等，與當(dāng)前國內(nèi)外阻燃高分子材料的研究熱點(diǎn)有些脫節(jié)。學(xué)生普遍感到這些教材或參考書的內(nèi)容比較陳舊，與心中感興趣的研究前沿相差甚遠(yuǎn)。因此，適時(shí)介紹一些本領(lǐng)域國內(nèi)外最新科研前沿進(jìn)展可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和熱情，不但有利于學(xué)生進(jìn)一步的學(xué)習(xí)深造，而且有助于開闊眼界，樹立遠(yuǎn)大目標(biāo)。例如，方興未艾的納米技術(shù)的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了阻燃材料的研究。在聚合物基體中加入2wt%左右的納米黏土、石墨烯、納米炭黑或碳納米管等納米粒子就可使材料的阻燃性能有顯著提高[4-6]，這與Mg(OH)2、Al(OH)3等傳統(tǒng)阻燃劑形成了鮮明的對(duì)比[7]?？梢韵?qū)W生介紹什么是納米技術(shù)和納米材料，納米材料的結(jié)構(gòu)和性能、制備方法和最新應(yīng)用情況，使學(xué)生們相信21世紀(jì)將會(huì)是一個(gè)納米技術(shù)的世紀(jì)，納米阻燃材料是阻燃高分子材料發(fā)展的重要方向之一。再如，在向?qū)W生介紹國內(nèi)外阻燃高分子材料研究前沿時(shí)著重介紹了我國學(xué)者們的工作，當(dāng)大家得知我國在該領(lǐng)域的研究隊(duì)伍龐大，研究水平已經(jīng)處于國際領(lǐng)先地位時(shí)無不充滿了自豪感，學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和愛國熱情無比高漲。

總之，興趣是最好的老師。教師應(yīng)該通過各種手段提高課程的趣味性，使學(xué)生在聽課過程中始終處于積極向上的狀態(tài)，發(fā)自內(nèi)心地愿意學(xué)習(xí)、樂于學(xué)習(xí)，而不是被動(dòng)地接受知識(shí)。寓教于樂，寓教于趣，講課就會(huì)受到學(xué)生的歡迎，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性就會(huì)被調(diào)動(dòng)起來，學(xué)習(xí)效率也會(huì)顯著提高。