高分子材料合成創新實驗課程思政教學探索與實踐

閆毅，顏靜，姚東東

西北工業大學化學與化工學院，西安 710129

2016年12月7日，習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調：要用好課堂教學這個主渠道，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學生成長發展需求和期待，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應[1]。為了把思想政治教育貫穿人才培養體系，全面推進高校課程思政建設，發揮好每門課程的育人作用及提高高校人才培養質量，教育部于2020年5月28日印發實施《高等學校課程思政建設指導綱要》（以下簡稱《綱要》）[2]。化學是一門實驗性學科，在課程的講授過程中更應該注重學生核心素養的全方面培育，落實立德樹人，實現價值引領和知識傳授的同頻共振。《綱要》明確指出：專業實驗實踐課程，要注重學思結合、知行統一，增強學生勇于探索的創新精神和善于解決問題的實踐能力。對于工學類專業課程，要注重強化學生工程倫理教育，培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當。

高分子是一門年輕的學科，其課程具有很強的理論性和實用性，在課程的講授過程中既要結合相關理論講授高分子材料的設計、合成和加工等知識，更重要的是要結合國家亟需，以“卡脖子”技術、“中國故事”甚至身邊事物中的高分子相關原理與應用等向學生傳輸“學術自信”“科技報國”“科學發展觀”和“工程倫理與專業認同”等。

本文將結合筆者及教學團隊在高分子材料合成創新實驗教學中深入挖掘思政素材（表1），開展課程思政教學的一些探索與嘗試。

表1 “高分子材料合成創新實驗”課程思政元素舉例[3]

1 高分子材料中的“卡脖子”技術與“學術自信”

十八大以來，習近平總書記曾在多個場合反復強調：“核心技術受制于人是我們最大的隱患”，“核心技術是國之重器。要下定決心、保持恒心、找準重心，加速推動信息領域核心技術突破”。

高分子材料廣泛應用于國防軍工、航空航天等國民經濟的重要領域，我國在很多關鍵高分子材料領域中仍然存在很多亟待解決的“卡脖子”難題。團隊在課程的講授過程中，緊密結合課程相關實驗內容，挖掘與高分子材料相關的“卡脖子”技術難題。一方面，從基礎理論的角度告訴學生“萬丈高樓平地起”，要解決“卡脖子”技術必需具有堅實的理論基礎；另一方面，結合我國科學家在攻克“卡脖子”技術難題中的感人事跡，向學生傳輸“專業認同”與“學術自信”。其中最典型的一個事例就是深海勇士號載人潛水器研制過程中，研究團隊實現固體浮力材料國產化的事跡。

本課程的一個重要實驗就是聚氨酯泡沫材料的合成。在合成出泡沫材料的同時，為了讓學生進一步理解泡沫材料的重要性，拓展其應用領域，我們引入了深海載人潛水器中的關鍵材料——浮力材料。早在2002年科技部就將深海載人潛水器研制列為國家高技術研究發展計劃重大專項，并啟動了“蛟龍號”載人深潛器的自行設計與研制工作。從2009年至2012年，蛟龍號接連取得1000米級、3000米級、5000米級和7000米級海試成功，并于2012年在馬里亞納海溝創造了下潛7062米的中國載人深潛紀錄和世界同類作業型潛水器最大下潛記錄。然而，其中的關鍵材料之一，即固體浮力材料始終依賴國外進口。在課程的實驗中，學生已經初步了解了聚氨酯發泡材料的主要成分及制備過程，但是對這類材料在國防軍工中的應用了解甚少。為此，教學團隊引入了發泡材料的制備及其重要應用的事例，即深海潛水器中的“卡脖子”問題之一固體浮力材料。中國科學院理化技術研究所理化技術所張敬杰研究員團隊勇于接受研制任務，于2016年開始研制國產化的固體浮力材料。在團隊多年研究的基礎上，經過半年的艱苦努力，終于實現了高性能固體浮力材料的全面國產化，并最終應用于“萬泉號”和“深海勇士號”載人潛水器，大大提升了我國在海洋，尤其是深海探測方面的國際地位[4]。

這個事例不僅僅加深了學生對于聚合物發泡材料應用的理解，增強了對高分子材料與工程專業的“職業認同”，更重要的是科學家為國鑄重器，努力拼搏，打破國外技術壟斷的使命擔當極大地增強了大家的“學術自信”和“科技報國”的決心和使命感。

2 高分子材料中的“中國故事”與“科技報國”

課程思政的一個重要舉措就是講好“中國故事”，深入挖掘身邊的思政元素，以身邊人、身邊事來潛移默化地影響學生。對于高分子材料合成創新實驗課程而言，我們主要是結合著名科學家的事跡和西北工業大學在高分子材料服務國防重要需求等方面的事例展開。

本課程的一個重要實驗是苯乙烯的可逆加成-斷裂鏈轉移（RAFT）聚合。在以往的高分子化學實驗課程教學中，學生了解到的高分子合成方法都是國外科學家發明的，為了增強學生的“科技自信”，我們引入了華裔湯華燊博士發明、發展RAFT聚合的例子。眾所周知，RAFT聚合是一種先進的可控自由基聚合技術，是由澳大利亞聯邦科學與工業研究院的Graeme Moad、Ezio Rizzardo和湯華燊三名科學家提出的。湯華燊博士是越南華裔，其求學經歷以及RAFT技術的發現過程充滿著無數艱辛，通過講解其發明、發展RAFT聚合的事例，讓學生體會到科學背后不屈的毅力和勤奮的追求。同時，湯博士在發明RAFT技術并當選澳大利亞科學院院士之后，依然能夠回國在北京化工大學創建“北京化工大學可控活性自由基聚合前沿研究中心”，無不體現了其“科技報國”的拳拳愛國之心，這也鼓舞著學生奮發圖強、科技報國的決心[5]。

高分子材料在國民經濟主戰場和國防重要領域有著重要應用，為了讓學生了解高分子材料研制背后的科學家故事和科技研發歷程，教學團隊還深入挖掘相關的課程思政元素（表1）。比如，高分子材料合成創新實驗中我們指導學生了解并合成出了聚丙烯酸水凝膠材料。一方面，水凝膠作為一種交聯網絡結構，常見于生活中的涼粉等食品；另一方面，在國防軍工等重要領域也需要水凝膠材料。為了讓學生體會這種“貌似普通”的材料的重要應用，結合我校國防軍工特色，我們引入了我校航海學院潘光教授團隊領銜設計的我國首款滑撲一體自主變形仿生柔體潛航器的案例。為了實現仿生“魔鬼魚”的撲動、滑翔、急停、轉彎等動作，潘教授研究團隊與我校化學與化工學院合作開發了一系列高強度、高變形的水凝膠材料，并應用于“魔鬼魚”的主體結構[6]。在深刻體會科技工作者服務國防、獻身國防的高尚情操與使命擔當的同時，教學團隊更是結合“魔鬼魚”研制過程中對水凝膠材料力學性能、吸水率和可變形性等參數的要求，指導學生從水凝膠單體、網絡結構設計、交聯程度等方面展開思考，很好地實現了“課程思政”與“知識傳授”的同頻共振。

3 高分子材料中的“工程倫理”與“科學發展觀”

如《綱要》所指出：工程類專業課程思政的一個重要方面就是從哲學的角度剖析“工程倫理”，讓學生切身體會化學這把“雙刃劍”，形成責任關懷，深入理解化學工業與社會發展之間的相互制約關系，樹立和落實“科學發展觀”。為此，結合課程內容，我們挖掘了以下三個事例[7]。

第一個事例是聚甲基丙烯酸甲酯與隱形眼鏡。本課程的第一個合成實驗就是聚甲基丙烯酸甲酯的合成。為了拓展聚甲基丙烯酸甲酯的應用，我們向學生介紹了隱形眼鏡的發展歷程。眾所周知，第一代隱形眼鏡材料就是聚甲基丙烯酸甲酯，其便捷性給近視患者帶來了巨大的便利。然而由于聚甲基丙烯酸甲酯透氣性、透水性很差，容易導致眼球干澀甚至失明。Otto Wichterle等人深入挖掘聚甲基丙烯酸甲酯類材料的問題根源，成功開發出聚甲基丙烯酸羥乙酯軟性接觸鏡，為近視患者帶來了福音。這個事例很好地說明了化學工作者應有的“責任關懷”，也很好地闡述了高分子材料進步對人類健康的重大影響。

第二個事例是聚乙烯醇縮甲醛與無醛粘合劑。本課程的一個重要實驗就是聚乙烯醇縮甲醛（107膠水）的制備及其粘結性能測試。聚乙烯醇縮甲醛膠水被廣泛地應用于粘貼壁紙和塑料地板等建筑裝修領域。但是，其原料之一就是致癌性較強的甲醛，嚴重影響著人類的日常生活。在課程講授過程中，我們引導學生立足綠色環保的科學發展觀，從“人文關懷”的角度出發，思考如何制備無醛粘結劑。為了加深學生對無醛粘結劑設計的理解，教學團隊引入了我國科學家中國科學院寧波材料技術與工程研究所朱錦博士在無醛粘結劑方面的事跡。朱錦博士在研制生物基無醛木材膠粘劑的過程中，合理地處理了“人-環境-發展”三者之間的關系，所體現的綠色發展觀念和科學發展觀深刻地從專業角度影響了學生的職業定位和科技倫理觀念。

第三個事例是白色污染與可降解高分子材料。在目前的高分子材料合成創新實驗中，所合成的高分子材料基本都是難降解高分子材料，如果使用不當很容易造成白色污染。在課程教學過程中，我們引導學生從合成方法學、單體設計、催化劑設計、聚合工藝等角度展開設計環境友好型、可降解型高分子材料的思考。為了進一步說明可降解高分子材料的設計理念，教學團隊引入了我國科學家張俐娜院士和陳學思院士在該領域的突出貢獻。比如陳學思院士團隊立足吉林省的玉米產業，開展了可降解聚乳酸和聚-己內酯研究，既有效服務了國民經濟，又為解決白色污染提供了一條可行的路線，體現了“科學進步”與“社會發展”之間的和諧與統一。

以上三個事例既闡述了相關的化學原理，又蘊含著“對立統一”“否定之否定”的哲學規律；同時還涵蓋了與化學和高分子學科相關的“工程倫理”，有助于樹立和落實“科學發展觀”。

4 高分子材料中的“工匠精神”與“科學精神”

實驗類課程思政的一個重要方面就是培養學生實事求是、科學嚴謹的“工匠精神”和“科學精神”。為此，在課程講授過程中，我們引入了以下兩個重要案例。

一個案例是甲基丙烯酸甲酯本體聚合中的阻聚劑。為了培養學生實事求是的科學精神，我們在實驗中“故意設置了障礙”。在常規的甲基丙烯酸本體聚合實驗中，為了增加趣味性，一般建議學生向聚合體系中加入“小物件”，從而制備“人工琥珀”。在本課程教學中，我們建議學生向聚合體系中加入準備好的無機顏料。眾所周知，甲基丙烯酸甲酯的本體聚合是自由基過程，需要嚴格避免阻聚劑的存在。而在我們準備的無機顏料中，黃顏色的FeCl3是典型的氧化還原型阻聚劑，選用其作為添加劑將無法得到目標產物。面對“貌似失敗”的實驗，我們引導學生分析問題的根源，培養其實事求是的科學態度[8]。

第二個事例是原子轉移自由基聚合（ATRP）與王錦山博士。原子轉移自由基聚合是一類先進的可控自由基聚合技術，廣泛地應用于科學研究和高性能聚合物制備中。為了提升課程的前沿性，我們引入了苯乙烯的ATRP聚合實驗。在實驗過程中，結合部分同學制備的聚苯乙烯分子量分布較寬等問題，我們重點從實驗操作和實驗技能等方面展開分析。一方面，告訴大家高超的玻璃工操作、嚴謹而巧妙的實驗設計、縝密的邏輯思維在王錦山博士發現ATRP過程中的重要作用；另一方面，通過實驗演示向大家介紹ATRP實驗操作要點。這個事例既讓學生了解了ATRP的原理與操作，又培養了其縝密嚴謹的科學態度和“精益求精”的工匠精神[9]。

5 課程思政效果

學生的學習效果和成果產出是衡量課程思政建設效果的重要指標。在高分子材料合成創新實驗教學過程中，通過“人為引入實驗變量”“實驗環節拓展”“翻轉課堂”等形式鼓勵學生對實驗現象進行客觀分析，對實驗內容進行合理拓展，對實驗相關原理進行深入理解，培養其嚴謹認真的科學態度和縝密的邏輯思維。這些嘗試取得了如下成效：（1）學生的科研興趣和熱情得到有效提升。無論是在每年的大學生創新訓練項目、節能減排競賽還是實驗技能競賽中，本課程的學生都積極參與，近三年參與度超過80%；（2）學生的創新意識得到提高。比如在本課程中的“實驗拓展”環節中，吳亞東同學巧妙設計了聚乙烯醇縮甲醛膠水的粘結性能測試實驗，相關結果發表于《化學教育》[8]；張玉同學設計的創意水凝膠圖片入選《化學教育》封面；（3）學生的家國情懷和利用專業知識服務社會的能力得到提升。比如疫情期間，李宇琛、鐘豐璘等同學依托專業知識寫作并發表題為《“新冠肺炎”抗疫中使用的重要高分子材料》科普論文[10]，起到了很好的科普效果。

6 結語

落實立德樹人，實現價值引領和知識傳授的同頻共振是課程思政的主要任務。在課程講授過程中要緊緊圍繞課程內容，深入挖掘課程思政案例，通過講好“中國故事”，發現身邊人和事中蘊含的課程思政元素，做到“潤物無聲”地影響學生和塑造學生，讓其感受到“有溫度、有感情”的課堂。同時，作為理科教師一定要加強自身的政治修養和文學素養，善于捕捉課程知識中蘊含的思政內容。實踐出真知，在實踐類課程中融入課程思政元素，對學生進行潛移默化的思政教育，更容易實現立德樹人的根本任務。