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新工科背景下高分子化学实验教学模式的探索与实践

尚成新, 郝俊生, 王松柏

应用化学 2024, 41 (3): 452-458. DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.230370

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随着高等学校面临的教学形势的变化，“课程思政”、“新工科”和“三全育人”的教学理念被相继提出。在这些政策的引导下，高校实验教学的教学体系必将发生转变，充分发挥实践育人的作用。山西大学化学实验教学示范中心开设的高分子化学实验课程，经过多年的教学实践，构建了实验教学的新模式：树立正确的实验观念，实验内容多样化，探寻实验的兴趣点，注重能力的多层次培养，即“观念-内容-兴趣-能力”模式。

实验项目	实验类型	兴趣点
Ⅰ脂肪二胺与二元酰氯的界面缩聚	验证性	聚合界面
Ⅱ悬浮法聚苯乙烯的合成	验证性	树脂颗粒
Ⅲ乙酸乙烯酯的乳液聚合	验证性	白乳胶
Ⅳ乙酸乙烯酯的种子乳液聚合	验证性	乳液粒径
Ⅴ苯丙乳液的合成	验证性	水性漆
Ⅵ吸水树脂的溶液聚合及吸水性能测试	综合性	吸水性能
Ⅶ乙酸乙烯酯聚合、醇解制备聚乙烯醇缩甲醛	综合性	107胶水
Ⅷ苯乙烯和甲基丙烯酸甲酯（MMA）悬浮共聚研究	综合性	共聚速率
Ⅸ膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率	研究性	聚合速率
Ⅹ甲基丙烯酸甲酯的本体聚合研究	研究性	有机玻璃

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表1 高分子化学实验项目的类型和兴趣点

正文中引用本图/表的段落

新工科建设倡导知识体系的交叉融合，我们在设置教学项目时要注意经典内容与工程师培养思维的结合。近年来，随着高校教学改革的不断深入，教学改革的形式日益丰富，比如教学与科研相结合、倡导绿色化微量反应、开设开放式实验和设置综合设计性实验等，取得了越来越多的教学成果。但是在改革的过程中，要避免过激的情况，不能搞一刀切，抛弃所有的教学传统和经典实验内容。因此，在提倡教学改革的同时，要注重丰富实验内容和项目［7-8］，做到经典实验项目、综合性实验和研究性实验的比例协调。基于此本文选择了一些高分子化学实验项目的类型和兴趣点（表1）。

在教学过程中，我们选择了5个经典的高分子合成实验（表1?Ⅰ-Ⅴ）：脂肪二胺与二元酰氯的界面缩聚、悬浮法聚苯乙烯的合成、乙酸乙烯酯的乳液聚合、乙酸乙烯酯的种子乳液聚合和苯丙乳液的合成。通过这些经典实验，学生可以更好地理解聚合机理、实施方法和反应速率等理论知识，使专业基础更加扎实，提高基础实验操作技能。

在教学中，我们设计了3个综合性实验项目（表1Ⅵ-Ⅷ）：吸水树脂的溶液聚合及吸水性能测试、乙酸乙烯酯聚合醇解制备聚乙烯醇缩甲醛、苯乙烯和MMA悬浮共聚研究。经过精心设计的综合实验，可以将聚合物吸水树脂合成和材料吸水性能测试结合起来；也可以将多个传统实验项目如乙酸乙烯酯的溶液聚合、聚乙酸乙烯酯的醇解和聚乙烯醇的缩醛化反应串联成一个综合性实验；还可以根据学生的要求，设计成开放性的探索实验，例如从单体比例、自由基共聚物的组成和分散剂类型等不同维度对苯乙烯和MMA悬浮共聚实验进行探索。

在设置研究性实验时，要注意项目数量不能过多，否则在教学中很难实现，也与学生的能力不相符。因此，设置了膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率和甲基丙烯酸甲酯的本体聚合研究2个项目（表1Ⅸ-Ⅹ）。这2个实验项目，均是由经典实验项目改进得到。膨胀计法测定苯乙烯聚合反应速率的实验，是利用膨胀计测定苯乙烯本体聚合的反应速率，设计了2种方法将其改造成研究性实验，一是将苯乙烯的聚合与可逆加成断裂链转移（RAFT）相结合，具有活性聚合的特点；二是选择多种溶剂，测定不同溶液中聚合的反应速率。甲基丙烯酸甲酯的本体聚合实验，制备出预聚物后，多选择在45 ℃长时间反应，直到聚合完成。做了两项改进，一是预聚中增加了对照试验，添加除气泡的操作；二是采用了梯度升温的方法，来研究温度对聚合的影响，同时缩短了反应时间。其次，项目难度要适中，根据学生的知识水平和实验能力来设置，让学生“跳一跳就能摘到桃子”。再次，任课教师要起到指导作用，帮助学生把握实验方案的科学性和可行性，引导学生完成实验后的总结。

为使实验课程能够激发学生的学习兴趣，在设置实验内容时就具有针对性。第一，高分子化学实验课的内容与理论课程相一致，逐个去验证缩聚、自由基聚合、自由基共聚和聚合物的化学反应。实验课作为理论课知识点的再现和验证，相比高分子化学课本上那些抽象的知识点，学生更愿意去实验课上验证。第二，设置实验项目时要有选择性，注重加强高分子化学与现实生活的关联性，设计合成一些日常能见到的高分子材料，比如有机玻璃制品、涂料和胶水，提高学生上课的积极性。第三，提炼每个实验项目的兴趣点，保证每个实验项目都具有吸引力，能提高学生的积极性。因此，在开设的高分子实验项目里，尽可能满足这些要求，把每一个实验项目吸引学生的知识点均提炼出来（表1Ⅰ?-Ⅹ），从教学效果来看，基本能达到预期。比如，在制备胶水的实验过程中，学生会兴致勃勃地去测试胶水的粘性，拿不同的纸张去试验，同学之间还会进行比较，相互讨论提高粘性的方法，既加深了对理论知识的理解、掌握了实验技能，又提高了学习主动性。

本文的其它图/表

图1 实验教学模式