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绪论:在寻找写作灵感吗?爱发表网为您精选了8篇高分子化学论文,愿这些内容能够启迪您的思维,激发您的创作热情,欢迎您的阅读与分享!
导电高分子的发现充满了戏剧性。1967年,白川英树的研究生做实验时错用了一千倍的催化剂,加上搅拌器凑巧停止,在溶液表面生成了银色的薄膜状物。白川英树以此为切入点,进行了深入细致的研究,终于发现制备膜状聚乙炔的有效方法。1975年,美国的Macdiarmid教授偶然见到白川英树的金属光泽的膜状聚乙炔后,立即邀请他去美国与Heeger合作研究。后来,三人一起获得了2000年诺贝尔化学奖,也被传为佳话。与硝酸纤维素、炭黑增强橡胶等发现一样,聚乙炔膜的发现也是“偶然的”。这个故事也教育我们合作的重要性“。这是我的idea,说出去会不会被别人学去了?”具有知识保护意识固然重要,合作交流能够更快、更有效地促进研究的发展,科研中需要有团队精神。
二、Crothers与尼龙66
深受女士喜爱的尼龙袜无疑是引出缩聚反应的最佳例子。尼龙袜在全美首次发售时,每人限购一双,500万双当天告罄,没有买到尼龙袜的人在裸腿上画纹路冒充丝袜。那么引起如此轰动的商品是如何制造出来的?这个问题吊起了学生的胃口,他们对相应的知识特别用心。1928年,杜邦公司成立了基础化学研究所,Crothers受聘担任该所的负责人,并决心利用二元醇和二元酸的缩聚来支持当时刚刚提出的高分子学说。在实验中,同事偶然发现熔融的聚酯可以抽丝,Crothers意识到这是纺丝原料的特性,并展开了大量的研究。克服各种困难后,最终得到了尼龙66纤维。尼龙66的出现不仅有力的支持了高分子学说,也深入改变了人们的生活。尼龙的发现离不开Crothers。同样让人称道的还有杜邦公司,能够在经济大萧条时期拿出一笔巨款支持没有明确应用目的的基础研究,需要敏锐的眼光和巨大的勇气。注重基础研究,在今天也有着重要的借鉴意义。
三、塑料之父———Baekeland
作为第一种人造聚合物———酚醛树脂的发明者,Baekeland是一个传奇人物。他21岁就获得了博士学位,专利意识非常强。发明Velox相纸后,故意在专利中省略一两步。结果柯达公司不得不两次出资购买。在发明酚醛树脂后,Baekeland及时申请了专利(仅比同行早一天),也得到了塑料之父之称。Baekeland的幸运和知识产权保护意识让人感叹不已。酚醛树脂的发明也是一个成功的科研案例。Baekeland敏锐地意识到绝缘材料在刚刚兴起的电力工业中的巨大市场,将研究目标确定为寻找天然绝缘材料的替代品。他没有立即进行实验,先是充分进行了文献调研。发现早在1872年德国化学家Vaeyer曾把苯酚和甲醛混合产生一种树脂状物质,指出在实验中应防止它的产生。Baekeland反其道而行之,加热加压来加快反应,得到琥珀样的样品,并最终掌握了酚醛树脂的制备方法。他于1907年申请了专利,这年也被视为塑料元年。这个故事充分说明了科学研究的选题和文献调研的重要性,在阅读文献时要注意批判性阅读,不迷信已有的解释。
四、配位聚合和Ziegler-Natta
1953年Ziegler在用乙基铝使乙烯加成的一次偶然失败中发现,镍会抑制反应进行,其他过渡金属也有类似作用。他给博士生Breil的论文题目是“系统地实验整个周期表的元素”来对这一作用进行研究!有趣的是,最终研究得到了一种能使乙烯迅速聚合成为高分子量聚乙烯的催化剂。事实恰好与预料的相反,这充分说明,和预期不同的结果不见得是坏结果!Natta的成功无疑是跟踪世界研究前沿的结果。他在Ziegler催化剂研究之初就派人过去接受指导。在用改进后的催化剂进行了丙烯聚合后,Natta发现它含有高结晶部分,敏锐地“把新的结晶聚合物的结构归之于主链或至少相当长部分的主链上的不对称碳原子都采取了相同的构型”。Natta文章因未披露催化剂的本质这一关键问题,初审被拒稿。而作为编辑的Flory则意识到了文章不寻常的意义,更改了裁决才使得文章得以发表。与Ziegler-Natta的成功相对的是,1943年Fischer希望能找到使乙烯聚合成油的方法,发现“当三氯化铝与四氯化钛并用作催化剂时,液态产物减少而有利于生成固态物”,因此似乎是失望多于希望。另外,Ziegler的学生Wesslan制备聚丙烯后,发现物质的熔点高于聚乙烯,他肯定自己错了,他不相信支化会提高石蜡烃的熔点。他没有认识到熔点升高的意义。这两个故事也从反面再次印证了如何看待实验中的意外。高分子史上还有更多的历史故事,如“的确良”(涤纶),田中耕一发现质谱离子化新方法,聚四氟乙烯和高压聚乙烯的发现等。在高分子化学教学中适当穿插相应的历史故事,不仅可以增加课堂的趣味性,还有助于学生了解科学家思考问题的方式,学习他们成功的经验和失败的教训,培养学生思考研究的能力。
五、结语
1.1网络书本相结合,充分做好实验预习工作
随着网络技术的发展,学生在网络上获取信息的兴趣与能力都不断增强。因此我们将传统的预习报告与网络学习相结合,充分帮助学生详细了解实验原理和意义,熟悉实验操作,增强实验意识。如在每次实验前,都要求学生利用网络自主探索该实验与实际生活的联系,比如有机玻璃的制备,学生可以了解到有机玻璃目前被广泛应用于广告装潢、铭牌制作上等等,在课堂上与其他同学就相关应用前景进行讨论,并将自己的想法融入实验过程,这增强了学生的主人翁和创新意识。同时,我们在实验中心网站上制作实验动画,展示实验仪器的使用,实验装置的装搭,帮助学生更直观的了解实验过程。并明示一些突况的处理方法,做到有备无患,例如在制备尼龙66的实验中,原料己二胺是强有机碱,强腐蚀性,我们通过动画的形式告知学生在称取过程中一定要小心,一旦沾到皮肤,应立即用大量清水冲洗,并用3%的冰醋酸或1%硼酸冷敷伤口。
1.2情景带入,边讲边做,让学生成为实验主导
实验课是将理论转化为实践,学生应该成为实验的主导。我们每次实验开始前都会先创设情境,将现实问题的解决与实验紧密联系起来,把照方抓药的实验课转变为学生发现问题、解决问题的实践课。基于充分的课前预习工作,课程中教师重点强调实验的重要环节和容易出现的意外事件。学生以小组为单位,每个小组都会接到一个实验相关的问题,如在苯乙烯的乳液聚合实验中,向学生提问乳化剂在乳液聚合中的作用等,实验结束后进行小组讨论,分析实验结果,得出问题答案。实验过程中有任何问题都可以随时跟老师交流,学生带着问题做实验,在实验中探寻答案,成为主导,教师从知识“传教者”变成“军师”,这样激发了学生的学习意愿,提高了实验课的质量。
1.3认真总结实验报告,强化实验结果与理论的联系
在传统的教学模式中,实验报告往往流于形式,学生只是简单记录实验过程。我们则要求学生对实验中遇到的问题进行记录并查阅资料予以解答,反思实验课与理论课的联系,并尽量多的列举出其他相似的应用,以此巩固学生的理论知识。
2量化考核标准,激励学生认真完成实验的各个环节
实验期末考核并不能真正说明学生的实验情况,出勤率、预习报告、实验操作、实验报告结果和卫生,也是反映学生学习态度、学习情况的重要指标。因此在实验考核中综合了平时成绩和考核成绩两部分。出勤率要求学生做到全勤,不迟到、不早退;预习报告要求书写规范,步骤详尽;实验操作要求学生在整个实验过程中操作规范,认真观察实验现象并记录;实验报告中实验现象分析是否客观,实验结果是否符合预期,课堂上的思考题是否总结到位等;实验结束后的值日工作,要求学生检查关闭仪器,整理教室卫生。期末综合考核以设计性实验为主,教师给出一个实验题目,要求学生提前搜集资料,结合本学期其他实验的操作方法,在考试现场自行选择仪器,装搭实验装置,处理实验结果,教师根据现场操作技能和解决问题的能力等进行评判。
3结语
关键词:高分子化学与物理;教学改革;科学研究;创新能力培养
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)43-0083-02
一、《高分子化学与物理》课程特点
经过高分子科学与技术的快速发展,高分子的理论发展与应用已经渗透到物理学、化学、材料学、生物学等各个学科与领域,具有鲜明的学科交叉特色。高分子化学与物理的研究成果已经进入了我们日常生活的每个方面[1-6]。作为一门多学科交叉、实用性很强的学科,高分子对各个工业部门和科技领域的渗透作用已成为不争的事实,所以在现行中国高等教育的本科专业中,如化学、应用化学、材料化学、材料物理、复合材料、轻化工程、包装工程、纺织工程、生物工程和环境工程等许多非高分子专业都将高分子相关知识作为必修课和选修课。
非本专业《高分子化学与物理》教学的侧重点在于阐述现代高分子科学已成熟的基本概念、基本知识、基本原理和基本测试方法,对涉及高分子科学研究前沿的理论、测试方法以及高分子的新产品介绍等内容点到为止,该课程的学习为轻化工程专业学生开启了一扇通往高分子科学的窗户,引导学生了解高分子化学在高分子学科中的地位,通晓课程的主要研究对象和研究内容,为后续专业基础课的学习和高分子在染整中的应用奠定基础[1,2]。通过多年的教学实践证实,对于轻化工程专业(染整方向)的本科生来说,《高分子化学与物理》课程教学呈现以下几方面的特点。
(一)基础课程,衔接不够
对于轻化工程专业(染整方向)的本科生,高分子的学习显得尤为重要,一方面后续课程(如《纤维化学与物理》、《染整工艺原理》和《染料化学》等)的学习必须以高分子为学科背景,另一方面大学生的生产实习、创新学分实验、创新训练计划和本科毕业论文等实践性环节的开展也必须要有高分子基础,因此为了让染整方向的本科生了解和掌握高分子的基本理论知识和应用,开设了《高分子化学与物理》学科平台课程。该课程的学习必须以《有机化学》、《物理化学》和《无机化学》的课程学习为基础,但江南大学轻化工程专业将《高分子化学与物理》课程设置在大二下学期,《物理化学》等课程也在此学期开设,因此课程开设时间过早,缺乏基础课程的知识,建议在大三上学期开设,以期获得较好的教学效果。
(二)内容多、学时少,课时紧张
《高分子化学与物理》课程主要包括高分子化学和高分子物理两个部分,其中高分子化学部分包括高分子科学的发展历史、发展趋势,基本概念、分类与命名、基本原理、高分子合成反应与方法等,涉及逐步聚合、自由基聚合、离子聚合、配位聚合和共聚合等;高分子物理部分则侧重于高分子的结构(如链结构、聚集态结构等)、分子运动、力学状态与转变,物理性能等。对于高分子专业的本科阶段,通常会开设《高分子化学》和《高分子物理》两门课程,分别在32至48学时不等;而对于轻化工程专业,只开设了《高分子化学与物理》一门课程,48学时,相对来说内容多、课时少。在这样的情况下,教学活动的有效开展、课程体系的完善、讲授内容的连贯与取舍等都显得非常重要,对任课老师是一种不小的挑战。
(三)注重理论,缺乏实践
《高分子化学与物理》是一门以实验为基础的自然科学,但轻化工程专业只开设理论学习课程,没有相关实验课程。为了使学生能够更好地掌握课程学习内容,同时培养学生的动手能力和分析、解决问题能力,提高学生的实验技能,相应的实验课程的开设显得非常迫切,能够让所学知识与理论在实验中得到验证,注重理论与实践的结合,让学生从最初的原料出发,选择合适的聚合方法与聚合反应,得到在实际生活中真正用得上的高分子产品。
二、教学改革举措
针对轻化工程专业《高分子化学与物理》的课程特点,结合本校的实际情况,要求学生在理解基本概念和掌握基础理论的基础上能够了解高分子的应用,重点培养他们的实践与创新能力,作者经过几年的教学实践和摸索,总结了几点教学改革举措。
(一)规划本科培养方案,合理调整课程设置
目前我校轻化工程专业的课程设置还存在一定的问题,建议对本科培养方案进行修改,在《高分子化学与物理》授课前完成《有机化学》、《物理化学》和《无机化学》等基础课程的学习,这样才能提高学生的学习效率,增强他们的学习兴趣,便于更好地掌握相关理论与知识。
(二)多媒体资源课件与传统板书有效结合
多媒体课件具有丰富表现力、良好交互性和极大共享性等特点,它可以将枯燥乏味的理论知识直观化和形象化,能够充分调动和发挥学生学习的积极性和主动性。但在运用多媒体教学的同时也出现了诸如教师几乎不写板书,学生不记笔记等问题,严重影响了教与学的质量。建议对任课教师的教学大纲、考核方式、教学难点与重点等相关教学文件进行监督,要求授课过程中课件放映与传统板书相结合,将学生上课情况、学生主动参与积极性、平时作业等与学生的最终成绩挂钩,进行综合评定。
(三)增设实验课程,提高学生实践能力
《高分子化学与物理》是一门理论与实践相结合的课程,实验课是对理论课学习的有效补充,通过直观的现象和结果验证理论学习的真实性,帮助学生理解所学理论知识,因此实验课的教学显得尤为重要,建议在轻化工程专业开设实验课程,但涉及的实验众多,要求任课老师充分考虑实验的可操作性、重复性和可行性等方面,认真编写实验讲义。此外,学校和学院应重视实验室配套设施建设,突破实验教学完全依附于理论课程教学的传统框架,增加启发式实验和创新性实验所占比例额,注重验证性实验、启发式实验和创新性实验有效结合,开动学生的思维,发挥学生的潜质,提高学生的创新意识。
(四)理论联系实际,注重启发式教学
《高分子化学与物理》是一门相对来说比较抽象、枯燥的课程,但它也是一门应用性很强的课程,高分子材料用途广泛,遍及现代社会生活中衣、食、住、行、用等各个方面,因而在课程讲授时注重理论联系实际,将抽象的概论、理论与实际应用有机结合,将对课堂教学效果起到重要的促进作用。
三、创新能力的培养
(一)培养方案中开设新生研讨课和专业导论课
为了提高学生对专业的认同感以及学生的学习兴趣和热情,可以尝试在本科培养方案中针对大学新生开设新生研讨课和专业导论课,以趣味讲座和座谈的方式进行专业介绍,了解专业背景,告知学生轻化工程这个专业是以化学与高分子为学科背景的,加强学科平台课程的学习至关重要。
(二)实施学生双导师制
全面推进学生双导师制是确保创新型人才培养的重要手段,企业导师和校内导师组成课程小组,共同确定课程教学大纲、教学内容、教材及承担教学任务,使专业理论课程与行业实际需求紧密结合。
(三)强化实验课程学习和创新能力培养
实验课程采用自主设计实验,在实验大纲的规范下完成实验要求,将验证性实验、启发式实验和创新性实验有机结合。在国家大学生创新创业计划项目、江苏省大学生创新创业计划项目和江南大学大学生创新训练计划项目等资助下,实现学生创新训练的全参与和全覆盖,指导教师从选题开始就应该注重基础理论知识在创新实验中的应用,达到学以致用的目标。
(四)强化学生的毕业论文(设计)指导
毕业论文(设计)是学生毕业离校前最后一个实践性环节,也是所学基础理论知识得到充分应用的关键环节,因此可以从课题的选择、采取的技术路线、拟采用的研究方法和达到的预期目标等方面进行合理规划与设计,充分发挥学生所学知识与理论的应用,提升学生运用知识的综合能力,强化学生的专业基础。同时,轻化工程专业的毕业生中从事与高分子相关行业的人数众多,学科交叉特色鲜明,为学生的出国深造、攻读研究生和就业奠定坚实的高分子基础。
四、结语
根据国内外行业需求和自身特色,通过教学改革与实践,围绕复合型、创新型染整专业技术人才的培养目标,通过理论与实践相结合、教学和科研相结合、校内与校外相结合、科学素养与人文情怀相结合的人才培养模式,注重理论知识的传授与学生创新能力的培养相结合,全面提高和调动学生的学习积极性和学习兴趣,为学生的学习与工作奠定坚实的基础。
参考文献:
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[4]胡建设,周爱娟,王宏光.高分子化学与物理实验教学探索与实践[J].高分子通报,2010,(5):70-73.
【关键词】高分子化学;双语教学;教学改革;科研导向
随着人类文明的进步与社会经济生活的发展,能源危机、人类重大疾病相关问题、环境问题等一系列对全球造成影响的科学技术问题的出现使得化学学科、特别是高分子学科成为所有学科的中心学科。例如,基于共轭聚合物半导体材料的有机发光二极管、场效应晶体管和聚合物太阳电池等最新的科研成果将成为未来社会生活中主要的半导体元器件;高分子药物的出现将能够很大程度上对药物释放、药物靶向性等方面进行控制而不需要增加更多的临床药物试验;生物医用高分子在改善人类生活质量方面更是意义非凡。而各种塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等高分子材料更是关系到人们衣、食、住、行的方方面面。可以说,现代人的生活已经离不开高分子化学和高分子材料。因此,对高分子科学的研究越来越受到国内外学者的关注。高分子科学的诞生源于高分子合成化学,其基本概念源自于有机化学、物理化学等化学、材料学科,这种情况导致我国现有的高分子科学领域从业人员来源多样。其中,从本科阶段即接受高分子化学教育的比例依然很低,很多从事高分子材料、高分子化学、高分子物理、高分子工程等领域研究的人员本科主修为无机化学、物理化学、有机化学、材料学等专业。一定程度上,这些研究人员存在对高分子化学体系缺乏系统认知的可能。在我国高等学校进行高分子化学教学教育活动,是提高我国现有的高分子科学领域的从业人员基本素养与技能、促进我国高分子科学发展、壮大的重要途径。近年来,高等学校为主导的国家级或省级“协同创新中心”的设置,使我国高等学校进入新一轮的由教学型(教学科研型)大学向科研型大学转变的历程中。为快速实现这种转变,培养高层次、研究型的高分子科学领域人才愈发显得必要和重要。目前,主要的国际学术会议、顶级国际学术期刊均以英语为主。
通过学术会议、、论文检索等在这些国际知名的学术舞台上进行高分子方面学术活动与信息交流,观察国际高分子学科的发展动向,无疑是我国高分子学科跟进国际学术发展步伐和超越世界学术水平的基本条件。为此,我们必须建立培养能够熟练使用英语进行高分子化学相关学科听、说、读、写应用的国际性专业人才的教育体制和培养机制,强化我国高分子方面的科技队伍建设。换言之,在本科阶段开展高分子化学双语教学,为培养具有国际化交流能力的研究生和高层次高分子科学从业者,对我国高分子学科的发展具有非常重要的意义。在高等学校开展高分子化学双语教学存在诸多问题亟待解决。现有的双语教学限于学生专业英语基础薄弱、高分子化学本身内容庞杂、学生在以往几乎没有任何高分子化学学习经历和基础等多方面、多层次原因导致高分子化学双语教学过程中面临如下问题:1)学生的基础参差不齐,授课对象中有部分学生在高中阶段甚至从未学过化学;2)课程的知识体系中涉及较多的有机化学、物理化学理论;3)我们选用的教材是理工兼用、教材全面但缺乏系统和针对性,而英文教材价格昂贵、内容更是纷繁复杂;4)高分子化学双语课程的目标除了教给学生基本的高分子合成化学的基本原理和方法外,还需要使学生建立起英文思维的习惯和基础概念,如何实现这个目标,也是需要我们进行探索和研究的;5)高分子化学这门课程相关无论中英文教材均在理论综合性,如何将这些貌似无用的枯燥理论加以应用,同时,在教学中从工程的角度予以描述,以彰显其重要实用性作用,需要我们加以思考;6)某些高校尚不具备同时兼顾专业知识和相应英语水平的教师,学生极少有机会接触国际交流的学术活动,缺乏感性认识,无法调动学习积极性。更多情况则是双语教学流于形式,课上、课下全汉语,单纯的授课课件是英语;或者脱离了知识传递的根本目标,语言障碍导致学生不能有效的掌握高分子化学的知识。这样,双语教学的“形”与“体”脱节,成为“两张皮”。无论哪种情况的出现,对高分子化学双语教学都会产生严重影响。另外,高分子化学双语教学的执行情况的另一重要考量指标是教学质量。特别是以科学研究和国际交流为导向时,考察双语教学的教学质量和教学效果的指标也需慎重考虑,并加以确认。在教学实践中,我们发现完善教学内容,教学方式与手段,通过激发学生学习兴趣和专业兴趣,能克服其对双语教学中英文的畏惧和排斥都有益处;制作精减的英文讲义、多媒体课件深入研制等方法和措施的实施,安排学习英文讲座视频等都有利于双语课程的讲授。
1)高分子化学双语教学的核心是知识而非形式。对于知识性的内容编排,我们的做法是做了三份相互关联的辅助教材:a)专业术语的定义和解释,并针对性的配插图,方便学生理解和记忆;b)对于课程内容去芜存菁,制作一份大约5万字的全英文简明读本,内容从高分子化学历史、命名法、聚合方法、原理、典型计算、逐步聚合和链式聚合、聚烯烃、活性聚合等内容进行覆盖,完善高分子化学知识体系,使学生从整体上把握教材的主线,掌握高分子化学概念、分子量概念、各种聚合方法、聚合反应原理、高分子材料分类与理化特性等;c)收集经典英文文献14篇。此外,对于上述内容另配置各一份讲义,辅助阅读。这样做的目的包括:简明读本覆盖了经典教材核心内容并包含教材内容总体的80%,重复利用教学和课余时间,让全部学生尽可能的掌握这部分分内容而不是试图让学生学100%的内容,但只是掌握更低比例———当然,对于学有余力的同学,鼓励其在教师辅助下,完成全部教学内容的掌握。
2)在教学方法上做出努力,采用高分子理论框架、线索教学法;讲薄到讲厚教学法;关键词教学法;避免按章节步步为营的方法等。例如,理论框架、线索教学法的执行发方法是,每次课都用5分钟左右,把课程内容以简短的内容说明,并指出其与其他章节内容之间的关联性,让学生能更好的把握课程脉络。“讲薄到讲厚”是指,每学期开学以两次课分别用中文和英文分别解释全部简明教程相关讲义,让学生一开始就熟悉全部内容的关键处,这样,其阅读辅助材料和课堂学习思路更明确清晰,真正能明白课程“精要80%”的含义。“关键词教学法”是指在厘清脉络框架的基础上,对辅助教材中文献部分涉及的理论相关关键词,集中突破,让学生能理论和实践两方面都获得提高。
3)利用视频和录像内容辅助教学。制作教学录音和录像,给学生共享,让学生课下可以继续观摩课堂内容,培养其听和说的能力。不断构建新的新的本科双语教育模式,使本科生能从双语教学过程中分享课程教育国际化的机会,从中受益,并获得在其他场所不能获得的实践和能力锻炼,从而提高整体素质、创新意识及综合能力。安排学生参加国际学术会议,到场听取英语母语国家的专家汇报,同时录制会议报告录像和录音。
4)组织学生检索高分子化学基础理论相关英文文献、制作课件,并互相评阅,提升学生使用英文交流的能力。从科研的角度让学生体会双语教学“重点在读懂、其次在会写,然后是能听懂和能说”的含义。
5)对于课堂教学效果的考察采用按照学习内容分段考核,并以英文形式呈现。例如,逐步聚合及其原理和聚酯、聚酰胺放在一起考核;自由基聚合物及其原理和实施方法一起考核;工程塑料、天然产物、环境污染和降解与稳定化放在一起考核等。这样的做法,让授课内容的排列更加紧凑,也让学生更好的把握知识点的相关性。
6)强调背景预备知识积累,强化双语教学对其他相关化学课程的关联性,培养学生专业英语综合素养,以期对学生阅读英文文献、其他相关英文课程教科书有所裨益。上述的教学思想和教学新方法的采用虽然在一定程度上大幅度增加了教师备课、授课工作量,但是从全局的角度看,能通过高分子化学单独一门功课的教授,培养学生对专业英语的掌握,甚至到一定时间,可以接受全英文教学。在实施两年后,我们大体有以下一些感受。1)教与学双方的主动性都被调动起来,让教学过程变得更丰富;教师自编教学讲义,必然会更加熟悉,更加明白其意义,在讲授过程中,看到自己的成果被学生接受,会更加有热情。2)国际会议现场交流,前言文献和研究内容引入课堂等显著增加了学生对英文感性认识,增加其学习热情,更有利于双语教学的实施。3)全局教学、富有线索和逻辑的分段教学、合理的考核内容安排让学生能更好的认识到自己学习的不足,避免学生到了期末才开始突击学习的压力和无奈,把问题发现在平时。通过阶段考核,让教师能合理的调节讲授的节奏。4)课外文献调研和互评报告能提供学生自主学习的灵活空间,让学生能主动的进行自我培养,有利于独立学习能力的提高。总之,在过去几年的高分子化学双语教学中,我们通过合理的教学改革措施的使用,提高教学质量和教学效果,为将来这些接受良好英语授课培养的学生进入科研岗位,从事研究生学习打下良好的基础。当然,这些方法也有继续改进的空间,我们也将继续进行深入研究与探索,总结经验,探索培养具有创新意识和创造能力的高分子科学人才的新思路和新方法。
【参考文献】
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论文摘要:高分子化学是研究高分子化合物的合成、化学反应、物理化学、物理、加工成型、应用等方面的一门新兴的综合性学科。那么,高分子化学具体内容及高分子与生活、高科技的发展关系如何呢?以下作简单介绍。
人类从一开始即与高分子有密切关系,自然界的动植物包括人体本身,就是以高分子为主要成分而构成的,这些高分子早已被用作原料来制造生产工具和生活资料。人类的主要食物如淀粉、蛋白质等,也都是高分子。只是到了工业上大量合成高分子并得到重要应用以后,这些人工合成的化合物,才取得高分子化合物这个名称。但提到合成高分子材料(聚合物)的应用与发展,人们在想到它们极大地方便我们的生活的同时,很多人会想到“白色污染”,甚至将水污染、大气污染等各种环境问题的产生怪罪于高分子,这说明他们对高分子并不十分了解。当今社会高分子的功用无处不在,而人们认识高分子时,往往忽略了它带给人类生活的巨大变化和种种利益,不了解它为人类文明做出的贡献是巨大的。
一、高分子化学的内涵
1.何为高分子化学
顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。
2.高相对分子质量与高强度
相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。
3.高分子科学的主要内容
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连
接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。
二、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。
第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。
三、高分子化学与高科技的结合
当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。
第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹性功能材料,如热塑性弹性体等。
第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。
第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。
四、高分子化学的可持续发展
研究高分子合成材料的环境同化,增加循环使用和再生使用,减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染,也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成,在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成,探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子来处理污水和毒物,研究合成高分子与生态的相互作用,达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。
参考文献
关键词:高分子化学实验;改革;实践
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1674-9324(2012)05-0024-02
高分子化学是嘉兴学院材料与纺织工程学院高分子材料科学与工程专业学生的核心基础课程,它是以实验为基础的自然科学。通过实验课的教学,不仅能加深学生对理论知识的理解,培养学生熟练的实验操作,还可通过安装实验装置、观察和记录实验现象,培养学生动手能力,进而分析现象、解决问题,最终提高学生的综合素质和创新能力。由于本专业设立仅有5年时间,高分子化学专业课程的开设也只有短短的3个学年,由于教学经验有限及实验室建设的延迟,所开设的实验一般都是一些典型的验证性实验(如甲基丙烯酸甲酯的本体聚合、醋酸乙烯酯的乳液聚合等),学生往往不用动脑思考,只要按照标准步骤动手完成实验即可。基础性的实验可以培养学生基本的实验技能和熟悉实验仪器的操作,但是,往往难以培养学生分析问题、解决问题的能力,更不利于学生创新能力的培养及学生的学习兴趣的提高。等到学生到大四做毕业论文时,问题也暴露出来:缺乏思考问题、解决问题的能力,实验意识没体现出来。经初步调研论证,结合本校实际情况,我们确定选择即将开展高分子化学实验课程的高材09、10级学生作为这次实践教学改革的试点,有计划、有步骤地进行高分子化学实验教学模式的改革探索与实践。
一、让学生参与实验前的准备工作,珍惜实验教学,提高学生动手能力
实验前期准备工作是实验顺利进行的保证。尤其是高分子化学实验,在实验前有大量实验准备工作,包括实验室仪器设备调试、检修工作;所需玻璃器皿的清洗工作,化学试剂的配制,如单体、引发剂的精制,溶液的配制等。这些工作都由实验老师来承担,学生不了解实验的顺利开展凝聚着实验老师的大量劳动,所以,往往不珍惜实验过程。在已开展高分子化学实验的09级同学中,我们让学生适当参与实验的准备工作,如玻璃仪器的清洗,做过高分子化学实验的人都知道,残留高分子物质的玻璃仪器难以清洗,同学在清洗玻璃仪器的过程中,既珍惜实验过程,又能初步了解高分子的性质;甲基丙烯酸甲酯单体的蒸馏,在甲基丙烯酸甲酯溶液中往往加入微量的阻聚剂,以避免溶液在储存、运输的过程中发生聚合,所以为了缩短实验时间,提高反应效率,实验前学生在实验老师的指导下采用蒸馏的方式对单体进行提纯,加深理论课程中关于阻聚剂的理解。通过参与实验前的准备工作,同学们懂得实验的成功不仅取决于实验过程,与实验前的准备工作也密不可分,从而更加珍惜实验教学过程,珍惜自己的实验成果。更重要的是,实验的准备工作又加深了对理论知识的理解。
二、结合嘉兴学院高分子材料与工程专业特点及实际情况,改革优化实验项目,着重培养学生思考问题、解决问题的能力及团队精神
高分子化学是一门以实验为基础的自然科学。传统的实验课程内容主要是验证性实验。通过无机及分析化学、有机化学及物理化学的基础实验,已使学生掌握了基本仪器设备的使用和相关实验操作。因此,在专业高分子化学实验中,过多地开设验证性实验,不利于学生思考问题和解决问题能力的培养,不利于创新能力的培养。因此,必须对高分子化学实验项目进行改革,主要包括:①基础实验项目的改进,巩固及培养学生的基础理论与操作技能。如聚甲基丙烯酸甲酯的制备,学生可根据兴趣选择悬浮聚合或本体聚合,确定实验所需仪器设备及药品。在实验过程中,不同聚合方法有不同的实验步骤及注意事项。如,本体聚合分为三阶段进行,不同阶段温度不同,关键在于第一阶段转化率的控制,避免出现爆聚,反应时间相对较长,最终的实验产品为板材;而悬浮聚合实质也是本体聚合,但由于分散介质的加入可以很好地进行传质和传热,避免爆聚现象的发生,搅拌速度是控制实验成败的关键,聚合时间相对较短,最终的实验产品为球状小珠。同学之间对各自的实验现象、产品外观、产品性状等进行热烈讨论,从而加深对于聚合方法的理解。②强化设计性、综合性实验,培养和提高学生的综合素质及创新能力。开设具有工程特色的综合性实验项目,如聚醋酸乙烯酯乳液聚合实验,扩展为一组设计性、综合性实验:从单体精制、引发剂精制、乳化剂的选择与用量、到动态光散射法测定乳胶粒尺寸、稳定性的测定,最后在将其配制成乳胶漆,测定涂层性能与乳胶粒尺寸之间的关系。学生通过对整个材料制备及使用过程的全程跟踪,掌握结构、性能与合成之间密切联系,充分发挥学生的主动性、积极性、创造性,提高学生的工程能力,有利于引导学生参加大学生创新性实验的科学研究,培养学生的工程观念。③适当增加科研性实验项目,培养学生的团队精神,增强对本专业的了解与热爱。为进一步激发学生的创新能力及参与科研的积极性,浙江省设立了大学生科技创新项目,嘉兴学院每年也设立大学生研究训练(SRT)计划,本专业大部分09级的学生都参与到科研性实验项目研究中。学生们呈现出前所未有的申报热情,他们自愿组成实验小组、每组成员3~5人,分工明确,团结合作。如作者本人就指导了一项浙江省大学生科技创新项目的研究,团队负责人由08级同学担任,主要成员为09级同学。项目开展之初,主要由08级同学设计并实验,09级同学从旁学习并辅助完成实验,项目进行中期,09级同学已掌握实验方法与手段,具备独立完成实验能力,08级同学的主要精力可放在考研复习上面,顺利完成新老接替的工作,培养了学生的团队精神。同时,学生更多地接触到高新技术和应用技术,开阔思路与视野,增强他们对于本专业的了解与热爱。
④增加经典验证性实验的趣味性,提高学生的学习兴趣。很多同学刚上大学的时候,严重缺乏对高分子材料科学与工程专业的了解,因此对于学习没有兴趣,甚至有些学生想要转专业。为了培养学生的专业素养,提高学生的学习兴趣,我们将一些经典的验证性实验与我们日常生活密切联系起来,增加实验的趣味性和实用性。如,制备有机玻璃板前,让学生们准备一些干花、干树叶或大头贴,在注模过程中放入其中,等产品成型后,美感十足的玻璃板就制成了,学生们非常有成就感,同时提高了对于高分子化学实验的兴趣。
三、完善实验考核制度,全面反映学生实验各环节中的表现
我们进一步细化与完善了实验的考核方式,使学生在实验各环节中的表现均得到不同程度的体现。以往我们只根据学生的实验报告来评定学生的实验成绩,学生在整个实验过程中的预习、实验装置的安装、实验设备的清洗、实验室的清扫等工作都不能得到体现,缺乏客观、公正、全面的实验考核机制。因此,我们借鉴比较传统的有机化学实验的考核机制,将实验成绩的评定细化:预习报告20分,实验着装10分,实验装置20分,操作规范20分,实验结果20分,卫生情况10分。将实验成绩的评定标准公布给学生,加强学生的实验规范观念,从实验预习开始直到实验结束清扫实验室的整个实验过程都能认真完成,从而改善学生不注重实验教学过程的现象,增加了学生的主观能动性。
四、建设实验课程网站,有助于学生的课前预习,提高学生学习的自主性
在以往的实验教学前,教师要详细地讲解实验原理、方法、步骤、仪器使用、数据记录、数据处理及实验注意事项等,甚至要把实验从头到尾演示一遍,让学生看得清清楚楚,学生完全不用预习实验,也不用思考问题,这样就造成了学生对于实验教学的忽视。在理论教学中,多采用先进的多媒体教学手段,但在嘉兴学院大部分实验教学中,还没有利用多媒体的教学模式。而多媒体的生动性、可重复性可以让学生直观感受实验操作,可以很好地进行实验的预习。因此,我们正逐步建设高分子化学实验课程网站,初步将实验课的教学大纲、讲义等内容放到网站上。编制实验教学课件,如实验过程所涉及的基本仪器、基本操作、基本装置、注意事项等。实验课程网站的建成,方便学生的课前预习,提高学生学习的自主性。为了进一步完善课程网站的建设,我们还拟采用Flash演示等手段,帮助学生掌握实验步骤,了解注意事项。目前,实验课程网络的正在逐步建设与完善中。
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英文名称:Acta Polymerica Sinica
主管单位:中国科学院
主办单位:中国化学会;中国科学院化学研究所
出版周期:月刊
出版地址:北京市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1000-3304
国内刊号:11-1857/O6
邮发代号:2-498
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1957
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
SCI 科学引文索引(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
中科双百期刊
第三届(2005)国家期刊奖获奖期刊
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传统的高分子化学实验为一些经典的验证性实验,教学内容步骤标准化、模式化,学生只能被动的接收,按方抓药,无须动脑思考、分析。这种教学方式的优点是保证了实验教学的顺利进行,培养了学生基本的实验技能和熟悉实验仪器的操作,但对于学生动手能力、思考能力、团队协作能力、研究能力的培养效果甚微。这种实验教学方式不利于培养学生的科学精神、分析解决问题的能力和创新能力,且造成学生学习兴趣下降,使得实验课程“弱化”,而把大部分的时间放在了帮助学生获取知识和记忆知识上,忽略了实验课程在整个大学教育过程中的重要性和必要性。导致学生到大四毕业论文环节,则充分暴露了学生实验操作不规范、实验技能较差、实验意识薄弱、科学研究精神欠缺等缺点。很多教师已经认识到了传统实验课程的缺点和局限性,也提出了很多的教学改革方法,其中包括了研究性高分子化学实验课程。研究性高分子化学实验课程让学生参与了实验配方设计、实验的实施,实验结果的分析讨论,突出了学生作为课堂主体,教师辅助学生完成实验课程,提高课堂上教师与学生的互动,活跃了课堂气氛,激发了学生的兴趣,有利于学生深化理论知识的理解,充分锻炼动手能力、综合分析能力、科学研究能力,为学生的综合全面发展奠定坚实的基础。现有文献虽然充分论述了研究性实验的优点和作用,但尚没有文献从备课到实施、总结、详细论述研究性实验的实验方案和实施方法。张玉琦等提出了在实验课程中增设研究性实验,并结合聚合物微球乳液实验项目提出了新的实验内容,但没有详细地叙述如何设计并实施该实验。张晓云提出了将研究性实验替代基础验证性实验,并简单的介绍了《丙烯酰胺的水溶液聚合》实验的做法,也没有详细深入的分析、研究和介绍各环节的实施方法与注意事项。胡先海等详细介绍了在高分子化学实验教学中采用研究性学习需要采用的几种研究方式,并详细解读了各种研究方式的优点。但这些研究方式可能无法在一个实验中全部应用。不同的实验采用的研究方法也不同。但文献未结合某个实验详细介绍研究性实验设计及实施方案。本文根据作者理念和文献报道的关于研究性实验的理论,结合具体的高分子化学实验《有机玻璃的制备》,详细论述了该高分子化学实验如何设计成研究性实验,介绍各环节需要做的工作及其作用。
2研究性实验设计和实施
2.1实验准备
根据对研究性实验的理念和理解,从充分调动学生学习兴趣,让学生参与每一个教学环节,体现学生学习主体的目标出发,教师从软件和硬件上准备实验。对于《有机玻璃制备》实验,教师需要根据四大聚合方法之一的本体聚合理论知识,分析该实验方案中各实验参数是否可变?可变范围为多少?变化后对实验过程其他参数、实验现象、实验结果是否有影响。各实验参数之间具有一定的关联性,例如其它条件一致,反应温度降低,反应时间则会延长,或引发剂用量越低,反应时间越长。在设计实验时,需要注意到各参数之间的相互关联性。根据实验参数是否可变,修改指导书内容,将可变的实验参数空白。在上课之前,要求学生根据已学的理论知识,并查找相关文献资料,初步确定自己的实验参数。在动手做实验之间,教师和学生讨论相关参数的可行性,学生需说明采用这个数据的理由和依据。通过上述准备工作,教师能够更好地指导学生实验参数的制定,对于学生定的不合理实验参数具有一定的预测。有利于在课程中,顺利完成实验参数的探讨和设计环节。学生通过参与上述实验参数的设计,对该实验的理论知识进一步进行了复习,对实验原理把握更加准确,充分理解各原料作用和各实验参数内在含义。同时,有利于促进学生的自主学习、自主思考、独立研究能力和查阅文献等科学研究基础功底,为后续该实验的顺利开展、大四本科毕业环节的顺利进行,以及今后工作打下良好的基础。
2.2实验预演
为了使教师对不同参数下的实验进程和实验现象有一个整体的把握,教师需要对不同参数下的实验进行预演,把握各参数之间的关系,更好的指导学生实验参数的设定,并进行理论指导。但是,由于高分子化学的特殊性,实验条件存在一定的变化范围,加上可变的实验参数较多,因此,可设计出的配方数较多。在预演环节,教师不可能对所有参数的实验进行预演,为了对实验进行具有一个清晰、整体的把握,对预期的上下限参数实验进行预演,并根据实验能否进行、实验现象是否明显、实验所需时间是否在课时内,实验是否存在一定的危险性等,调整各参数的上下限范围,防止实验的不可进行和危险性实验的发生。在《有机玻璃制备》实验中,从理论分析来说,反应温度越低,引发剂用量越低,聚合反应速率越慢,当低至一定程度时,反应有可能无法进行,因此需要对低温、低引发剂条件下的实验进行预演,掌握该条件下,各步反应所需的时间和实验现象。相反,当反应温度较高,引发剂用量较多时,反应速率越快。由于该实验为放热反应,反应速率过快,会导致爆聚现象的发生,因此需要对高温、高引发剂含量的实验条件进行预演。为了对不同条件下的实验进程和实验参数有良好的把握,需要对中等条件的实验进行预演,比较低温、低引发剂,高温、高引发剂和中温、中等含量引发剂的实验进程和实验现象有何不同。根据实验预演结果、实验课时的安排、硬件条件等客观因素,修改实验参数范围,以便于更好的指导学生实验参数的设定。经过实验预演步骤,教师对各实验参数下的实验进程和实验步骤做到了心中有数,对整个实验进行能够起到良好的指导作用。
2.3学生预习
作为学习的主体,需要对整个实验内容进行预习,联系理论知识,对整个实验的操作过程和基础理论知识有一个基础的了解。并罗列操作和理论问题,方便在课堂上解决,加深对知识的理解和掌握。在提高动手能力的同时,实现理论与实践的结合。教师的一切努力,只为学生能够掌握知识,提高动手能力,锻炼学生理论联系实际,提高解决问题的科研能力。教师在力所能及的范围内,提高学生的学习积极性,但如果学生不配合,教师努力的效果就会大打折扣。因此,学生预习实验内容是非常重要的,为后续实验课程的开展奠定基础。对于《有机玻璃制备》实验,学生在预习过程中,需要做好以下几方面的内容:
(1)该实验的基本原理;
(2)实验的操作过程;
(3)操作和理论上存在的问题;
(4)根据理论知识和查阅文献,初步确定本组实验参数。这一步需要小组学生团结协作,共同确定。经过预习,学生复习了理论知识,初步掌握了实验的操作。并通过团队合作,提高了学生的协作精神,小组互通有无,共同提高。
2.4实验实施
实验的实施是整个实验课程的中心环节。优秀的实验方案设计,需要良好的实验实施才能实现最终的目的。因此,教师需要根据课时对每个环节进行细致的安排,确保实验的顺利进行以及学生对知识的掌握。根据前期的实验设计、准备、预演,实验的实施可按照以下步骤开展:
(1)教师介绍本次实验的内容,以及该实验设计的基础理论知识;
(2)从基础理论知识引出实验参数的设定,小组汇报本组实验参数及其设定理由,由同学讨论是否合适,教师引导,并最终确定参数;
(3)教师根据各组参数设定情况,有目的的引导各组学生参数的分布。尽量使各组实验参数具有一定的差异性,并具有不同的实验现象和实验结果;
(4)教师演示实验操作。对于特别需要注意的环节,则着重说明;
(5)学生操作实验;
(6)在实验实施过程中,由学生或教师提出问题,学生观察实验现象,通过理论与实际的结合,教师与学生互动探讨问题。对于《有机玻璃制备》实验过程中,可能出现的问题如下:
(1)在预聚过程中,锥形瓶为什么需要晃动?晃动频率不同,对结果是否有差异?措施:可以让一组学生尝试不晃动锥形瓶,观察现象。现象:出现爆聚。学生观察有机玻璃制备过程中的爆聚现象。解释:甲基丙烯酸甲酯聚合是一个放热反应,晃动锥形瓶主要是为了将反应热释放,并让单体流动,各处单体均匀聚合。晃动频率不同,主要影响散热及不同位置单体聚合程度的差异。晃动过慢也会出现爆聚。
(2)达到预聚的时间存在差异的原因是什么?解释:主要取决于引发剂的用量及预聚合温度。引发剂用量较多、聚合温度越高,完成预聚时间就越短。反之,时间越长。
(3)在灌模时,产生气泡的原因是什么?如何防止气泡产生?解释:由于模具三面封闭,一端开口,里面存有空气。如果竖直模具直接倒入液体,液体充满开口端,里面的空气无法排出,则容易产生气泡。措施:将模具倾斜,从模具的较低处缓慢注入,将模具里的空气从无液体的开口处缓慢赶出,液体充满模具,则无气泡。
(4)灌模后,为什么还是需要低温聚合后,再高温聚合?措施:将一组样品直接置于高温下聚合过夜,观察现象。现象:模具中的预聚体也会出现爆聚的现象,出现大量的气泡,并溢出模具。解释:预聚后体系中聚合物分子量较小,如果直接高温聚合,仍会产生爆聚。通过实验课程的实施,学生能够系统的掌握整个实验的操作及其注意事项,对不同参数带来的影响也有了感观的认识,加深了对理论知识的理解,提高了动手能力,并养成了研究比较的良好科研精神,为后续的本科毕业论文提前做好训练。
2.5总结报告
总结报告是实验课程的成果总结,反应了学生对实验操作和理论知识的掌握,是教师考察课堂教学效果的重要手段。对于研究性实验,其报告需要充分体现研究性。实验的总结报告需要包含以下几方面的内容:
(1)全班实验参数和实验数据汇总;
(2)根据各小组实验现象和实验结果差异,教师引导学生讨论,探讨差异存在的原因;
(3)以小论文的形式提交实验总结报告。锻炼学生科研写作能力,为后续的本科毕业论文和工作奠定基础。对于《有机玻璃制备》实验,可能出现的问题如下:
(1)预聚程度的控制。温度越低,引发剂越少,预聚合的时间越长;
(2)预聚程度的把握。预聚程度对后续的操作和实验具有一定的影响,预聚程度过低,倒进模具时容易漏液,预聚程度过高,太粘稠,不易倒入模具,且容易爆聚;
(3)产品出现气泡。产品出现气泡的原因可能有:a.倒入模具时未赶出气泡;b.预聚程度过低,小分子单体残留过多,小分子挥发导致气泡;
(4)产品透明度。气泡、表面光洁度对有机玻璃的透明性具有较大的影响。通过上述总结,学生学会了有机玻璃的制备,并掌握了其中的基础理论知识。并深刻理解如何控制有机玻璃产品质量,学到了理论课堂上学不到的知识,深化了理论知识,锻炼了科学研究能力。
3小结