《高分子化学》课程特点及教学体会

《高分子化学》课程特点及教学体会
刘法谦，李超芹
【摘要】《高分子化学》是高分子材料专业最重要的专业技术基础课之一，内容抽象，公式众多，且概念性知识繁多。

作者针对高分子化学课程的特点，从学术前沿、形象性思维、实践基地和交互式教学等方面提出了课程教学改革的一些个人见解。

【期刊名称】广州化工
【年(卷),期】2015(000)008
【总页数】2
【关键词】高分子化学；教学内容；教学手段
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，与金属材料和无机非金属材料并列为人类使用的三大类基础材料之一。

按体积计，高分子材料年产量已经超过了钢材, 成为国民经济、国防尖端科学和高科技领域不可缺少的材料。

高分子化学是高分子相关专业学生的必修课, 也是大多数材料、化学、化工等专业学生的选修课之一。

高分子化学主要论述逐步聚合、自由基聚合、离子聚合以及开环聚合的反应机理、动力学和热力学、分子量及其分布以及聚合物的结构[1]。

本文作者经过近几年的高分子化学教学，针对高分子化学的课程特点，在教学过程中采用了一些新型的教学方法和手段，在启发学生学习兴趣，增加该课程的兴趣点的同时，提高了教学效果。

1 高分子化学的课程特点
1.1 内容抽象，概念性强
高分子化学课程中包含了大量的抽象性内容。

自由基聚合、缩聚、离子聚合和开环聚合的反应机理和历程都是微观的，肉眼看不到。

而且，机理的提出以及公式的推导都是建立在大量的假设和模型的基础之上[2]。

比如为了研究自由基聚合动力学，仅在聚合初期就提出了三个假设，四个条件。

高分子化学讲授过程中，还包括大量的公式和方程，比如自由基聚合中的链引发、链增长和链终止方程，自由基共聚合中的竞聚率方程，逐步聚合中的缩聚动力学方程等。

目前高分子化学的教学过程，还主要建立在填鸭式教学的基础上，仅注重知识的传授和训练学生的推导和计算能力，而很少注意与工业中的实际应用相结合，教与学都比较吃力，所以导致的后果往往是学生学完高分子化学后，并不知道如何应用，这极大的影响了学生学习和教师教学的积极性。

1.2 概念复杂，易于混淆
高分子化学中包括了大量容易混淆的概念性内容。

比如，高分子结构单元、重复单元、单体单元、链节的区分；数均分子量、重均分子量、粘均分子量以及Z均分子量的定义及区分；自由基聚合中的阻聚和缓聚；自由基共聚合中的Q-e概念；表征聚合物结构的全同立构、间同立构以及无规立构聚合物。

学生在初次接触这些概念的时候，非常容易混淆。

2 针对高分子化学课程特点进行的教学内容和教学手段尝试
2.1 课堂教学中引入高分子领域研究热点，拓展学生的前沿视野
在最初的课堂授课阶段，首先让学生熟悉高分子研究领域获奖的8位诺贝尔获奖者，将学生直接带入高分子领域的最高殿堂。

高分子领域的8位诺贝尔奖获得者主要包括：1953年诺贝尔化学奖获得者，德国化学家施陶丁格(Hermann Staudinger)，首次把“高分子”这个概念引进科学领域；1963年，德国人齐
格勒(Karl Ziegler)与意大利人纳塔(Giulio Natta) 因在“齐格勒-纳塔催化剂”领域做出的杰出贡献获得诺贝尔化学奖；1974 Flory由于在高分子物理性质与结构方面的巨大成就获得当年度的诺贝尔化学奖；1991年法国科学家吉尼(Pierre-Gilles de Gennes)成功地将研究简单体系中有序现象的方法推广到高分子、液晶等复杂体系而被授予诺贝尔物理奖；2000年，日本筑波大学白川英树(Hideki Shirakawa)，美国加利福尼亚大学的黑格(Alan J. Hegger)和美国宾夕法尼亚大学的马克迪尔米德(Alan G. MacDiarmid)因对导电聚合物的发现和发展而获得当年的诺贝尔化学奖[3]。

由于学生普遍对诺贝尔奖感兴趣，从而也会记住相应的高分子发展史。

另外，在授课过程中，也可以随机加入近年来在高分子领域出现的许多新技术、新方法。

目前的高分子研究已经深入和渗透到纳米科学、生命科学、凝聚态物理等各个研究领域。

比如石墨烯是以sp2杂化连接的碳原子层构成的二维材料，其厚度仅为一个碳原子层的厚度。

这种“只有一层碳原子厚的碳薄片”被公认为目前世界上已知的最薄、最坚硬、最有韧性的新型材料。

近年来，高分子-石墨烯复合材料，包括石墨烯与环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯、线型低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚苯硫醚、尼龙、聚苯胺和硅橡胶的研究都有报道。

石墨烯的加入可以提高原有高分子材料的性能，产品可以应用于传感器、电致变色设备、超级电容、透明导电太阳能电池涂料和显示器等领域，高分子/石墨烯纳米复合材料还可以提供适用于电磁辐射的轻量级有效屏蔽材料。

2.2 艺术与高分子科学的融合
我们都知道，科学研究是“判天地之美，析万物之理”。

但科学本身并不是枯
燥的公式，而是有着潜在的美和无穷的趣味，科学探索本身也充满了诗意。

在追求科学研究目标过程中，科学家也经常与艺术不期而遇。

科学和工程学研究是意义深远的人类活动，往往能够创造出非常美丽的事物。

比如，仿生材料是当今高分子领域的研究热点。

蝴蝶和孔雀的翅膀为什么具有靓丽的颜色呢？在教学过程中，可以通过这个问题引入光子晶体的概念。

电子显微镜揭示，孔雀的翅膀由一些周期性微结构组成(图1)。

它们之所以可以呈现美丽的色彩，正是由于在不同的方向上，有不同频率的光被散射和透射。

目前，科学家已经可以利用聚苯乙烯为模板，人工制造光子晶体。

通过在授课过程中，给学生引入更多的具有艺术性的科学图片，除了增加学生的知识面之外，还可以增加学生的艺术修养以及形象思维。

2.3 理论联系实际，从实践入手，增强教学效果
以潘祖仁的《高分子化学》为例，在第二章缩聚和逐步聚合部分，集中讲述了重要的缩聚物如聚酯，尼龙，聚酰亚胺等高分子的制备工艺。

在聚合方法这章，极其简单的叙述了苯乙烯、有机玻璃板、氯乙烯以及乙烯等产品的制备。

但由于学生并没有进过工厂，没有亲眼见过各种机械设备，对工艺流程也只能是靠书本上的描述进行想象，这对学生的理解和知识的掌握都是不利的[4]。

因此，我们针对这种情况，在高分子化学的讲述过程中，基础性概念，如自由基聚合、自由基共聚合、聚合方法和逐步聚合反应机理着手重点讲述，对离子聚合、配位聚合只做一般性介绍。

这样节省出来部分时间，一部分时间用于安排常规的高分子化学试验，包括：自由基聚合的典型案例-聚甲基丙烯酸甲酯的制备、自由基溶液聚合典型案例——聚醋酸乙烯酯的制备、线型缩聚的典型案例——尼龙66的制备、体型缩聚的典型案例——酚醛树脂的制备等，以弥补理论之不
足。

另外的时间，我们则联系相关的实习单位，以工业实例为授课内容，使学生直观形象的了解高分子化学，深入感受聚合反应工程的复杂性和实用性[5]。

青岛科技大学在城阳区、平度市以及莱西市都设有生产基地，我们以生产基地为依托，设计的工业案例主要包括：高反式-1，4-聚异戊二烯合成技术、溶聚丁苯橡胶的合成技术。

通过带领学生深入工厂实际参观或实习，并在实习前布置相关作业，使学生带着问题到生产一线了解学习，增加感性认识，学生对相关知识会更加容易理解和接受，并且印象更深刻，教学效果会更好。

2.4 实施交互教学，让学生走上讲台
为了进一步激发学生的学习兴趣, 我们安排了每个学生都有上台演讲机会，让学生参与到教学中来。

每人大概分配10分钟时间，一个学生一个命题。

题目主要分为二类：一类来源于生活，比如目前的军用头盔，防弹背心来源于哪种高分子材料？为什么采用这种高分子材料？硅橡胶是一种非常特殊的高分子材料，主要用于超低温和高温等特殊场合，怎么从分子结构角度来解释其性能？我们生活中常用的水杯，微波炉用具采用的是哪种高分子材料？2010年上海1115大火产生的主要原因及解决方案？很多装修的家庭都存在甲醛污染的问题，那么甲醛污染来源于哪里？等等……另一类命题来源于前沿领域。

即从最新的Micromoles 等国际著名期刊上寻找一种新的合成方法或新材料，让同学们完成从资料查找、到阅读，再到课堂讲授的完整流程。

通过这种交互的教学方式，学生的积极性普遍得到了提高，对所学知识的印象远比教师在课堂上讲解一下要深得多。

而且大多数的演讲图文并茂, 生动形象, 不但自己有了很大的收获，教师也能从中获益良多。

3 结语
高分子化学是一门理论性强、概念抽象难懂且较难掌握的课程。

为了提高授课水平，教师需要不断地探索新的教学方法，可以通过引入学术前沿、培养形象性思维、建立实践基地和交互式教学等方式，调动学生学习的主动性和积极性,使高分子化学的教学手段更加完善和成熟，这样才能取得令人满意的教学效果。

参考文献：
[1] 潘祖仁. 高分子化学[M]. 北京: 化学工业出版社, 2007.
[2] 徐晓冬.非高分子专业高分子化学与物理教学中的几点体会[J].高分子通报，2010(5):74-78.
[3] 王家喜.高分子化学教学改革初探[J].化学试剂, 2009, 31(4): 307-309.
[4] 范丽娟, 程丝.高分子化学选修课的教学实践与探讨[J].化工高等教育，2009(4): 73-76， 92.
[5] 许一婷，戴李宗．关于《高分子化学》课程教学的几点思考[J]．广东化工，2008,35(8)：165-167.。