學科教育論文-高分子化學實驗教學改革的探索【摘要】高分子化學實驗是高分子化學課程教學的重要環(huán)節(jié)和實踐基礎(chǔ)。本文主要闡述了作者結(jié)合本校實際情況,通過改進基礎(chǔ)性實驗并開設探索性實驗,結(jié)合課題組科研方向開設研究性實驗,以及結(jié)合地方能源特色開設應用性實驗,對高分子化學實驗教學進行了初步的改革和探索,取得了良好的教學效果?！娟P(guān)鍵詞】高分子化學實驗教學改革探索高分子化學是高分子材料與工程專業(yè)、應用化學專業(yè)理論教學課程的重要部分,是一門實踐性很強的自然科學,與之相配套的高分子化學實驗是這門學科的實踐基礎(chǔ)。高校實驗教學的主要目標是培養(yǎng)學生的應用能力和創(chuàng)新能力。因此,高分子化學的實驗教學環(huán)節(jié)不僅對建立和鞏固高分子化學基本概念和基本理論,獲取高分子化學知識具有重要作用,而且有利于培養(yǎng)學生的觀察分析能力、研究動手能力、綜合設計能力、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。由于目前教育模式和辦學條件的限制,所開設的實驗一般都是一些經(jīng)典的驗證性實驗,教學內(nèi)容步驟標準化、模式化,學生只能被動地接受,照方抓藥,無須動腦思考、分析。這種方式固然能培養(yǎng)學生基本的實驗技能和熟悉實驗儀器的操作,但是這種灌輸性的知識只能是死知識,難以培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力,更談不上對學生科學精神、科學方法的培養(yǎng),造成了學生創(chuàng)新能力的普遍不足,同時也不利于提高學生的學習興趣。結(jié)果使本科生教育中實驗課比較“弱化”,我們把更多的時間用在幫助學生獲取知識,識記知識。學生到大四做畢業(yè)論文的時候,問題也就暴露出來:實驗操作不規(guī)范,操作技能比較差,實驗意識也沒有體現(xiàn)出來。針對這一問題,華東理工大學韓哲文教授、中國石油大學張曉云、武漢工程大學曾小平、四川大學江波等人對于高分子化學實驗根據(jù)本校實際情況提出改“驗證性”實驗為“探索性”實驗,并開發(fā)應用性實驗。1-4錢浩等人提出實驗教學增加網(wǎng)絡化環(huán)節(jié),使學生主動參與到教學的各個環(huán)節(jié),以培養(yǎng)學生的科學思維習慣和動手能力。5祖立武等人提出了設計性實驗,以啟發(fā)學生的思維和創(chuàng)新意識,充分調(diào)動和發(fā)揮學生的主觀能動性。6此外,高分子化學實驗也已向微型化方向發(fā)展。7-9作者結(jié)合本校實際情況,結(jié)合本課題組科研方向,結(jié)合地方能源優(yōu)勢,對本校應用化學專業(yè)的高分子化學實驗進行了初步的改革、探索、創(chuàng)新與實踐。創(chuàng)建新的實驗教學模式,革新實驗內(nèi)容并進行教學實踐,取得了較好的教學效果,不僅提高了學生的動手能力與創(chuàng)新能力,更增強了學生對本學科的學習和科研探索的興趣。1改進驗證性實驗,增設探索性、設計性實驗驗證性實驗,能夠幫助學生進一步掌握實驗程序、有關(guān)儀器設備的熟練使用和相關(guān)實驗內(nèi)容及結(jié)果。但是,傳統(tǒng)的驗證性實驗都是學生在實驗教材、實驗教師的指導下,提供詳細的實驗配方、工藝參數(shù)的前提下,在有限的時間內(nèi)使用規(guī)定的儀器設備完成實驗任務。因此,學生觀察同樣的實驗現(xiàn)象、得到同樣的實驗結(jié)果,多年來學生寫出來的實驗報告基本上是千篇一律。一部分學生糊里糊涂只動手不動腦地完成實驗,實驗的現(xiàn)象和結(jié)果沒有給他們留下太深的印象。此外,由于高分子實驗時間較長,有些學生在等待過程中覺得沒有意思,實驗興趣不高。這種實驗教學方法,不利于學生創(chuàng)造思維能力的發(fā)揮,不利于培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力,學生的動手能力受到一定的限制,甚至可能使部分學生產(chǎn)生惰性。因此,針對這一現(xiàn)象,我們對傳統(tǒng)的驗證性實驗進行了改進,把高分子實驗與藝術(shù)相結(jié)合,讓高分子實驗具有美的感覺,使學生覺得做實驗是一種樂趣,極大地提高了學生的實驗興趣,充分調(diào)動了學生的實驗積極性。如在甲基丙烯酸甲酯本體聚合制備有機玻璃的實驗中,提前通知學生準備一些松樹枝、花瓣或者小昆蟲等,在預聚合完成之后將這些標本放入模具,然后灌入預聚合產(chǎn)物,再低溫45聚合24小時,然后高溫后處理,最后制得嵌有生物標本的精美的有機玻璃。這樣使學生對高分子實驗產(chǎn)生了濃烈的興趣,在實驗過程中表現(xiàn)出相當高的熱情,而且實驗結(jié)果讓他們很有成就感,增加了實驗的趣味性和創(chuàng)意性。此外,我們改一些基礎(chǔ)性的驗證性的實驗為探索性、設計性的實驗。如在懸浮聚合的實驗中,我們選用不同的聚合單體甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯,對同一單體選用不同的分散劑,包括有機分散劑如聚乙烯醇、無極分散劑如無機鹽類及復合分散劑,以及改變引發(fā)劑用量、改變攪拌速度等,使不同組的學生在不同的聚合條件下進行實驗,然后將實驗結(jié)果進行比較、討論并進行總結(jié)。由于不同的學生做實驗條件不同,使得學生在實驗過程中能夠積極主動且仔細認真地觀察實驗現(xiàn)象并進行記錄,對于實驗過程中出現(xiàn)的問題積極思考并樂于向指導老師求教。在進行結(jié)果討論時,學生積極發(fā)言,討論氣氛活躍,在交流的過程中不但對實驗的基本理論、基本概念理解更加透徹,同時對實驗過程的一些操作技能通過相互間的交流得到了很大的提高。此外,在討論、總結(jié)的過程中,于無形中提高了學生的思維邏輯性、嚴密性,以及語言組織能力和表達能力,對學生的全面發(fā)展具有積極的促進作用。2緊密結(jié)合科研,開設研究性實驗為了進一步提高高分子化學實驗的教學效果,我們在驗證性實驗、探索性實驗的基礎(chǔ)上,開設了與作者課題組科研緊密相關(guān)的研究性實驗。聚合物微球乳液目前作為制備21世紀新型材料光子晶體的前驅(qū)材料,其合成備受關(guān)注。結(jié)合作者的科研項目以及科研經(jīng)驗,開設的實驗內(nèi)容有:(1)乳液聚合制備小粒徑單分散聚苯乙烯微球(2)苯乙烯的無皂乳液聚合(3)單分散聚甲基丙烯酸甲酯微乳液的制備(4)單分散聚(苯乙烯-甲基丙烯酸甲酯-丙烯酸)微球核殼乳液聚合(5)分散聚合法制備單分散聚丙烯酰胺微球作為與科研相關(guān)的研究性實驗,我們要求學生提前兩周選題,然后查閱文獻,設計實驗方案、確定自己的實驗條件,如選用引發(fā)劑、分散劑、攪拌速度等,確定實驗步驟,然后寫出書面實驗方案,交指導老師審核。實驗方案以學生為主,支持學生采用不同方法進行實驗,鼓勵設計方案在符合科學的前提下具有鮮明的個性和創(chuàng)新之處。研究性實驗以學生為主體,能夠充分調(diào)動學生的學習積極性,發(fā)揮學生的主觀能動性。而且,使學生能夠把自己所學的理論知識、書面知識和科學研究緊密的相結(jié)合,提高了學生對于科學研究的進一步認識,同時激發(fā)和促進了學生的科研興趣。在研究性實驗教學過程中,學生通過自主地參與科學研究的各個環(huán)節(jié),掌握了實施科學研究應具備的科學方法,從而形成從事科學研究的能力。研究性教學模式不僅注重實驗技能和觀察能力的培養(yǎng),更強調(diào)研究能力和科學態(tài)度的培養(yǎng)。總之,把高分子化學實驗和科研緊密結(jié)合,運用科研成果推動和促進教學,不僅拓寬了科研領(lǐng)域,而且加大了教學的深度,提高了教學水平。3緊密聯(lián)系實際,開設應用性實驗高分子材料在日益迅速發(fā)展的現(xiàn)代社會中,在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、航天、醫(yī)藥及人們的日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。因此,在高分子化學實驗的教學中,為了提高學生的實驗積極性,培養(yǎng)創(chuàng)新精神,我們開發(fā)了一些緊密聯(lián)系生活實際的應用性實驗,可使學生親身感受到高分子化學實驗的實用價值,能強烈激發(fā)學生的創(chuàng)造動機。例如,我們在設計高聚物的官能團側(cè)基反應實驗時,選取了聚乙烯醇的縮醛化制備107膠水這一實驗。此實驗操作比較簡單,但是應用性很強。學生在實驗中表現(xiàn)出濃烈的興趣,對于自己的實驗結(jié)果和別的同學進行比較,相互之間探討實驗的工藝過程和應該注意的事項,收到了良好的效果。此外,由于我校地處石油資源豐富地區(qū),油田化學試劑如驅(qū)油劑、堵水調(diào)剖劑等用量很大,因此我們在實驗教學過程中,緊密結(jié)合地方能源,開設了丙烯酰胺-丙烯酸-丙烯腈三元共聚合成油田堵水調(diào)剖劑(吸水膨脹物)的實驗。按照不同的工藝配方,讓不同組的學生嘗試制備分別適用于淡水和鹽水體系的堵水調(diào)剖劑,并讓他們