地方院校高分子化學實驗課的探索*

王瑞娟,景釔淇

(玉林師范學院化學與食品科學學院，廣西 玉林 537000)

高分子化學是本校化學與食品科學學院化學專業和材料化學專業的專業選修課程，高分子化學實驗是在學生學習高分子化學理論課的同時開展的一門獨立實驗課程。該課程是面向化學和材料化學專業學生在大三第一學期開設的課程，共32個課時，涉及到8個實驗。通過該課程的學習，使學生能夠掌握高分子的基本實驗技能；通過高分子化學實驗操作，引導學生自主思考、自我反思，提高思考和實踐能力，能正確理解實驗目的和原理，正確處理實驗數據，對實驗結果給出合理解釋；通過實驗合作和小組討論，解決實驗過程中出現的問題，使學生具備溝通交流的能力和團隊合作精神。基于我學院師范專業——化學的特色，結合學生就業去向——中學化學教師，如何提高學生的學科素養、實驗技能、反思能力，是我們每位教師的一項重要任務。尤其是近年來隨著師范認證工作的開展，所有師范專業的教師都面臨此問題。本人在高分子化學實驗課程教學過程中發現了一些問題，并對其進行了初步的探索和改進。

1 教學過程中存在的不足

(1)學生基礎薄弱。高分子化學是一門以有機化學、物理化學、高等數學等課程為基礎的課程[1]。高分子化學從第二章就涉及到物理化學課程中的動力學和熱力學相關知識，但是此部分知識學生接觸相對較晚，這是因為物理化學課程也是在大三才開展的基礎課程，在高分子化學講述到動力學和熱力學的內容時，學生在物理化學課堂上還未接觸到相關內容，導致了學生無法深入理解其相關內容；在教學過程中，通過與各年級學生交流發現，多數學生覺得有機化學較難，再加上“畏難”的心理作用，致使部分學生慢慢失去學習高分子化學的興趣，從而對其相關實驗“不感冒”。另外，學生對其所學內容覺得無法使用，因為今后的職業生涯和科研生活中涉及到內容很少，甚至沒有。

(2)實驗課的開展方式單一，實驗項目新穎性不足。目前，實驗課通常是一人一組，做同一實驗方案，并且實驗課的開展通常是教師先講解并演示實驗裝置[2]，學生再按步操作。實驗所用教材是自編教材，實驗項目涉及單體和引發劑的精制、連鎖反應，尤其是自由基聚合的四種聚合實施方法——甲基丙烯酸酯的本體聚合(有機玻璃的制備)、丙烯酰胺的水溶液聚合、苯乙烯的懸浮聚合和乳液聚合、醋酸乙烯酯的乳液聚合(白乳膠的制備)、聚乙烯醇的制備、聚乙烯醇縮甲醛(膠水)的合成等內容，這些實驗大多數是以驗證性和模仿性實驗為主，缺少了綜合性實驗和設計性實驗。實驗所用到的儀器裝置極為相似，一兩次實驗課后部分學生會覺得這些實驗是一些簡單的、機械性的重復實驗，枯燥無味，致使部分學生失去積極主動性；學生對合成有機玻璃和膠水的實驗相當感興趣，實驗結束后會頗有成就感，因為這兩個實驗的成品學生可以帶出實驗室，(有機玻璃可以作為飾品或紀念品，膠水可以日常使用)，而其他項目幾乎不能激起學生做實驗的熱情。此外，相關理論內容授課較晚，致使學生難以理解聚合反應的機理，僅有少數同學能在實驗課前查閱相關資料。

(3)考核內容涉及學生實驗操作技能較少。目前該課程采用平時成績占40%，主要包括實驗預習報告、出勤以及衛生情況，實驗報告成績占60%，導致部分學生只重視實驗結果，忽略實驗過程(實驗操作、現象)以及結果分析，甚至有少數學生為了追求高產率或轉化率而抄襲他人實驗數據，而不是尋找和分析自己實驗失敗或低產率的原因。雖然要求學生在寫預習報告時，添加上實驗中涉及的藥品的物化性能等內容，但是多數學生卻不會利用這些內容去設置實驗參數設置，思考實驗注意事項等，其工作仍處于一個簡單的 “復制粘貼”階段。

2 探索及改進的措施

(1)加強基礎知識。在實驗課開始前一兩周，布置實驗課的相關任務，督促學生充分利用學校資源和網絡教學平臺查閱實驗產物的合成方法、合成原理以及應用等內容，加強文獻檢索，閱讀和總結等能力，并通過小組討論，將其內容向其他學生進行講解與交流，在討論中對聚合方法和原理等內容加深了解。此外，理論授課教師和實驗授課教師改變傳統的教學理念，不斷改進教學方法，完善教學設計和教學內容，結合日常生活中常見的聚合物進行講解聚合機理和應用等內容，激發學生的興趣，使其化被動為主動去學習。學生對日常生活中涉及到物品或現象十分感興趣，在講解到與此相關的內容時學生會十分認真，充滿激情，課下也能主動查閱和學習相關內容。

(2)開課方式多樣化，更新實驗項目。實驗授課教師轉變傳統的教學理念，要充分調動和發揮學生的自主能動性，培養其創新能力和實踐能力。在實驗課前通過播放視頻，或者分享相關的網站視頻使學生充分的預習實驗，了解實驗過程中的影響因素，注意事項并結合文獻，自主設計實驗方案，或按照影響因素分組探討不同因素對其產物的影響，觀察實驗現象，總結與分析實驗結果，加深對實驗的現象、機理以及影響因素等的理解[3,4]。正如有機玻璃制備的實驗，本實驗是按照已改進的方案進行[5]，采用分段聚合方法在試管中直接成型，并在預聚合過程中緩緩加入小樹葉，成品為均勻透明的圓柱形玻璃制品。在開展實驗課前兩天，讓學生尋找可以放置到實驗中喜愛的小物品。在開展實驗課時，同學們帶來了各種各樣的小飾品(不同顏色的鮮花，小草等)，在實驗過程中，學生通過相互之間的對比，發現隨著預聚合的時間增長，反應體系流動性減弱，且添加飾品的難度增大，這說明體系粘度隨著聚合反應的進行不斷增加；沒有小飾品加入時，得到了透明的玻璃制品，然而當快速加入或使用外力加入小飾品時，成品中存在著較多氣泡，這說明小飾品的加入速度或方式直接影響了成品的質量。又如醋酸乙烯酯的乳液聚合，本實驗采用PVA和OP-10兩種乳化劑，起乳化效果和穩定性比單獨使用一種要好，提前一周讓學生查閱相關文獻，分大組設計實驗方案，探討乳化劑的用量、乳化劑的種類、攪拌速度、溫度等因素對聚合產物的影響，在執行實驗方案的過程中發現大多數同學能夠完成自己所承擔的任務，總結和分析其影響因素對產物的影響。

在接下來的教學過程中，將對實驗課的開課時間和內容應根據理論課的授課進度調整和安排，這樣能使學生能更好地把理論知識與實驗課的內容結合起來，有助于理解聚合反應的機理。與此同時，結合學生的實際需求，利用材料化學專業聚合物成型加工實驗課程中涉及到儀器設備，開設新的實驗項目，比如日常生活用品(塑料花盆、杯子、筆筒等)的聚合物混合——塑化——注塑成型實驗、聚合物的性能測試——拉伸、斷裂和彎曲性能、老化等實驗項目，使學生了解實驗中所合成聚合物如何成為日常生活用品的模樣，以及它們的性能是如何測試。學生從材料的合成到最終的成型這一系列實驗過程的操作中，加深對聚合物的合成——結構和性能表征——成型等內容的了解，使其能夠以高分子化學視角重新認識日常生活中無處不在的聚合物，從而學會利用高分子化學知識解釋日常生活中的聚合物應用、成型、老化等問題或現象。

(3)考核方式多樣化。注重預習報告，加大實驗操作技能、實驗現象以及分析問題能力比重。預習報告做出要求，實驗涉及到的藥品必須了解其等性能，思考實驗參數設置的依據，并在課堂上提問。實驗操作是學生學科素養和實驗技能的體現，無論是作為中學教師還是以后的科研生活，這是至關重要的，在實驗過程中，應加強對實驗操作的監測，并對其打分，計入最終成績。實驗現象是實驗成敗、是否異常的直接表現[6]。比如苯乙烯的懸浮聚合過程中，體系應保持其無色透明，但是在實驗過程中少數同學觀察到反應體系變藍的現象，并且隨著聚合反應的時間延長，體系逐漸變為乳白色；在苯乙烯的乳液聚合實驗過程中大多數學生都觀察到類似的實驗現象，通過對比分析有助于了解懸浮聚合和乳液聚合的特點。在懸浮聚合過程中，由于單體實在油相液滴內進行反應，采用油溶性引發劑，反應體系保持透明狀態，但是由于攪拌速度過快，使體系中的小液滴和分散劑相互作用形成了乳液，在其接下來的聚合過程中主要以乳液聚合為主，隨著反應的進行，粒子逐漸長大使整個體系變為乳白色；體系中觀察到藍色是因為引發劑與單體在較高溫度下發生反應生成了的分子處于激發態而不穩定，分子衰變為基態或低激發態時發射出藍色的熒光。實驗結果的分析體現了學生的分析問題和反思能力。結合實驗結果，對實驗中影響因素、實驗現象等分析和反思有利于提高其實驗操作、學科素養等能力。因此，對實驗報告的書寫內容增加了實驗現象，結果分析，體會與反思等內容，督促學生結合實驗現象，獨立完成實驗報告的撰寫，從而提高其分析問題和反思的能力。從其成效上來看，改善了部分學生錯以為沒有數據實驗報告就不用寫，提高了學生的分析問題的能力；另外，也能從實驗報告的體會與反思部分，了解學生對實驗課的想法或意見，從而有助于后續實驗課程的改進。

3 結 語

總之，在高分子化學實驗課程教學期間，改變傳統的授課方式和考核方式，促使學生發揮其自主能動性，夯實學生的基礎，提高其科學素養，培養其實踐能力，分析和反思能力。通過合作與討論提高其溝通能力。高分子化學實驗課的探索不僅提高了對授課老師教學能力和教學環節監測的要求，也提高了對學生能動性和知識儲備的要求。如何開展好該實驗課，是一項長期艱巨的任務，在此過程需要老師和學生們的不斷改進才能取得進步。