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序論:在您撰寫高分子化學論文時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。
1.何為高分子化學
顧名思義,高分子就是相對分子質量很高的分子,它是高分子化合物的簡稱。高分子化合物,又稱聚合物或高聚物,是結構上由重復單元(低分子化合物—單體)連接而成的高相對分子質量化合物。高分子的相對分子質量非常的大,小到幾千,大到幾百萬、上千萬的都有。我們有時將相對分子質量較低的高分子化合物叫低聚物。高分子化學作為化學的一個分支,同樣也是從事制造和研究分子的科學,但其制造和研究的對象都是大分子,即由若干個原子按一定規律重復地連接成具有成千上萬甚至上百萬質量的、最大伸直長度可達毫米量級的長鏈分子,稱為高分子、大分子或聚合物。
2.高相對分子質量與高強度
相對分子質量和物質的性質是密切相關的,是決定物質性質的一個重要因素。只有相對分子質量高的化合物才有一定的機械力學性能,才能作為材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直鏈的烷烴化合物,但是分子量變化很大,其機械力學性能因而也有極大的區別。
3.高分子科學的主要內容
既然高分子化學是制造和研究大分子的科學,對大分子的反應和方法的研究,顯然是高分子化學最基本的研究內容。高分子科學不僅是研究化學問題,也是一門系統的科學。高分子科學的主要內容有:如何將低分子化合物連
接成高分子化合物,即聚合反應的研究。高分子化合物的結構與性質關系。不同性質的高分子,其結構必然是不同的。為了得到不同性質的高分子,就要去合成具有特殊結構的高分子。
二、高分子材料化學的應用
材料是人類社會文明發展階段的標志,是人類賴以生存和發展的物質基礎。它是指經過某種加工,具有一定結構、組分和性能,并可應用于一定用途的物質。上世紀半導體硅、高集成芯片、高分子材料的出現和廣泛應用,把人類由工業社會推向信息和知識經濟社會。可以說某一種新材料的問世及其應用,往往會引起人類社會的重大變革,材料是人類文明的重要標志。如果說現在人人離不開高分子材料,家家離不開高分子材料,處處離不開高分子材料,是一點也不過分的。高分子化合物的最主要的應用是以高分子材料的形式出現的,高分子材料包括了塑料、纖維、橡膠三大傳統合成材料,另外許多精細化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一類是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底與泡沫塑料等等;另一類叫工程塑料,其強度大,如汽車零部件、保險杠、洗衣機內的滾筒、電器的外殼等。
第二,纖維:人們開發出聚酯、尼龍、腈綸、維尼綸等高分子化合物,通過不同的加工,生產出了各種纖維制品,極大地滿足著人類的需要。
第三,橡膠:天然橡膠的種類和品質都受到很大的限制,于是科學家們不斷開發出了各種人造橡膠,如丁苯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。
第四,精細化工:比如使得我們的世界變得豐富多彩的各種涂料產品,如家具漆、內外墻乳膠漆、汽車漆、飛機漆等。女孩子用的指甲油,使牙齒變白的增白劑也都是涂料。還有萬能膠、建筑用膠、醫用膠、結構膠等黏合劑,以及各種吸水樹脂等都是高分子產品。
三、高分子化學與高科技的結合
當今社會,人們將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息發展的物質基礎。自從合成有機高分子材料的那一天起,人們始終在不斷地研究、開發性能更優異、應用更廣泛的新型材料,來滿足計算機、光導纖維、激光、生物工程、海洋工程、空間工程和機械工業等尖端技術發展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發展,出現了許多產量低、價格高、性能優異的新型高分子材料。
隨著生產和科學技術的發展,許多具有特殊功能的高分子材料也不斷涌現出來,如分離材料、光電材料、磁性材料、生物醫用材料、光敏材料、非線性光學材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活躍的領域,下面簡單介紹特種高分子材料:功能高分子是指當有外部刺激時,能通過化學或物理的方法做出相應反應的高分子材料;高性能高分子則是對外力有特別強的抵抗能力的高分子材料。它們都屬于特種高分子材料的范疇;特種高分子材料是指帶有特殊物理、力學、化學性質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(化學纖維、塑料、橡膠、油漆涂料、粘合劑)的范疇。
第一,力學功能材料:強化功能材料,如超高強材料、高結晶材料等;)彈材料,如熱塑性彈性體等。
第二,化學功能材料:分離功能材料,如分離膜、離子交換樹脂、高分子絡合物等;反應功能材料,如高分子催化劑、高分子試劑;生物功能材料,如固定化酶、生物反應器等。
第三,生物化學功能材料:人工臟器用材料,如人工腎、人工心肺等;高分子藥物,如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農藥等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
可以預計,在今后很長的歷史時期中,特種與功能高分子材料研究將代表了高分子材料發展的主要方向。
四、高分子化學的可持續發展
研究高分子合成材料的環境同化,增加循環使用和再生使用,減少對環境的污染乃至用高分子合成材料治理環境污染,也是21世紀中高分子材料能否得到長足發展的關鍵問題之一。比如利用植物或微生物進行有實用價值的高分子的合成,在環境友好的水或二氧化碳等化學介質中進行化學合成,探索用前面提到的化學或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子來處理污水和毒物,研究合成高分子與生態的相互作用,達到高分子材料與生態環境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀應當開展的綠色化學過程和材料的研究范疇。
參考文獻:
[1]馮新德.展望21世紀的高分子化學與工業[J].科學中國人,1997,(11)
[2]王守德,劉福田,程新.智能材料及其應用進展[J].濟南大學學報(自然科學版,2002,(01).
1.何為高分子化學
顧名思義,高分子就是相對分子質量很高的分子,它是高分子化合物的簡稱。高分子化合物,又稱聚合物或高聚物,是結構上由重復單元(低分子化合物—單體)連接而成的高相對分子質量化合物。高分子的相對分子質量非常的大,小到幾千,大到幾百萬、上千萬的都有。我們有時將相對分子質量較低的高分子化合物叫低聚物。高分子化學作為化學的一個分支,同樣也是從事制造和研究分子的科學,但其制造和研究的對象都是大分子,即由若干個原子按一定規律重復地連接成具有成千上萬甚至上百萬質量的、最大伸直長度可達毫米量級的長鏈分子,稱為高分子、大分子或聚合物。
2.高相對分子質量與高強度
相對分子質量和物質的性質是密切相關的,是決定物質性質的一個重要因素。只有相對分子質量高的化合物才有一定的機械力學性能,才能作為材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直鏈的烷烴化合物,但是分子量變化很大,其機械力學性能因而也有極大的區別。
3.高分子科學的主要內容
既然高分子化學是制造和研究大分子的科學,對大分子的反應和方法的研究,顯然是高分子化學最基本的研究內容。高分子科學不僅是研究化學問題,也是一門系統的科學。高分子科學的主要內容有:如何將低分子化合物連
接成高分子化合物,即聚合反應的研究。高分子化合物的結構與性質關系。不同性質的高分子,其結構必然是不同的。為了得到不同性質的高分子,就要去合成具有特殊結構的高分子。
二、高分子材料化學的應用
材料是人類社會文明發展階段的標志,是人類賴以生存和發展的物質基礎。它是指經過某種加工,具有一定結構、組分和性能,并可應用于一定用途的物質。上世紀半導體硅、高集成芯片、高分子材料的出現和廣泛應用,把人類由工業社會推向信息和知識經濟社會??梢哉f某一種新材料的問世及其應用,往往會引起人類社會的重大變革,材料是人類文明的重要標志。如果說現在人人離不開高分子材料,家家離不開高分子材料,處處離不開高分子材料,是一點也不過分的。高分子化合物的最主要的應用是以高分子材料的形式出現的,高分子材料包括了塑料、纖維、橡膠三大傳統合成材料,另外許多精細化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一類是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底與泡沫塑料等等;另一類叫工程塑料,其強度大,如汽車零部件、保險杠、洗衣機內的滾筒、電器的外殼等。
第二,纖維:人們開發出聚酯、尼龍、腈綸、維尼綸等高分子化合物,通過不同的加工,生產出了各種纖維制品,極大地滿足著人類的需要。
第三,橡膠:天然橡膠的種類和品質都受到很大的限制,于是科學家們不斷開發出了各種人造橡膠,如丁苯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。
第四,精細化工:比如使得我們的世界變得豐富多彩的各種涂料產品,如家具漆、內外墻乳膠漆、汽車漆、飛機漆等。女孩子用的指甲油,使牙齒變白的增白劑也都是涂料。還有萬能膠、建筑用膠、醫用膠、結構膠等黏合劑,以及各種吸水樹脂等都是高分子產品。三、高分子化學與高科技的結合
當今社會,人們將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息發展的物質基礎。自從合成有機高分子材料的那一天起,人們始終在不斷地研究、開發性能更優異、應用更廣泛的新型材料,來滿足計算機、光導纖維、激光、生物工程、海洋工程、空間工程和機械工業等尖端技術發展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發展,出現了許多產量低、價格高、性能優異的新型高分子材料。
隨著生產和科學技術的發展,許多具有特殊功能的高分子材料也不斷涌現出來,如分離材料、光電材料、磁性材料、生物醫用材料、光敏材料、非線性光學材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活躍的領域,下面簡單介紹特種高分子材料:功能高分子是指當有外部刺激時,能通過化學或物理的方法做出相應反應的高分子材料;高性能高分子則是對外力有特別強的抵抗能力的高分子材料。它們都屬于特種高分子材料的范疇;特種高分子材料是指帶有特殊物理、力學、化學性質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(化學纖維、塑料、橡膠、油漆涂料、粘合劑)的范疇。
第一,力學功能材料:強化功能材料,如超高強材料、高結晶材料等;)彈材料,如熱塑性彈性體等。
第二,化學功能材料:分離功能材料,如分離膜、離子交換樹脂、高分子絡合物等;反應功能材料,如高分子催化劑、高分子試劑;生物功能材料,如固定化酶、生物反應器等。
第三,生物化學功能材料:人工臟器用材料,如人工腎、人工心肺等;高分子藥物,如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農藥等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
可以預計,在今后很長的歷史時期中,特種與功能高分子材料研究將代表了高分子材料發展的主要方向。
四、高分子化學的可持續發展
研究高分子合成材料的環境同化,增加循環使用和再生使用,減少對環境的污染乃至用高分子合成材料治理環境污染,也是21世紀中高分子材料能否得到長足發展的關鍵問題之一。比如利用植物或微生物進行有實用價值的高分子的合成,在環境友好的水或二氧化碳等化學介質中進行化學合成,探索用前面提到的化學或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子來處理污水和毒物,研究合成高分子與生態的相互作用,達到高分子材料與生態環境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀應當開展的綠色化學過程和材料的研究范疇。
參考文獻:
[1]馮新德.展望21世紀的高分子化學與工業[J].科學中國人,1997,(11)
現在的大學生多數為獨生子女,在成長過程中,父母更多地注重他們的文化課學習,忽略了對其動手能力和責任心的培養;而中小學在這方面的重視程度也不夠,導致部分學生動手能力較差,責任心不強。在實驗過程中一方面表現為緊張、不敢操作;另一方面表現出對有毒有害物質的回收處理認識不夠,沒有環保意識,對水、電、易燃易爆等危險化學品的使用不當,安全意識淡薄。高分子化學實驗過程中,必然要接觸有機溶劑,易燃易爆、有毒有害物質,防火、防爆、防中毒、防止環境污染是學生時刻需要注意的問題。只有具備環保意識和安全意識,在實驗過程中具有強烈的責任心,才能防止環境污染現象的出現和安全事故的發生。高分子化學實驗正是培養學生這兩種意識的有效途徑。因此,我校教師在高分子化學實驗教學中采取了多種方式對學生進行環保與安全意識培養。
2環保意識培養
2.1在實驗教學中培養環保意識
北京的霧霾天氣,使身在其中的人們深切體會到惡劣環境對自身的不利影響。伴隨著工、農業生產的快速發展,大量化學污染物進入生態系統,對全球生態環境造成了嚴重危害,給人類生存帶來巨大威脅。因此,環境問題越來越受到重視,對“三廢”的處理提出了更高的要求。在現有條件下,與高分子化學有關的生產不可能完全避免使用有毒有害物質,因此,對學生進行環保教育至關重要。高分子化學實驗教學是對學生進行環保教育的有效途徑,不僅要培養學生的動手能力、分析和解決問題能力,還要重視傳授環保知識,使學生有機會、有能力利用所學知識,處理實驗中產生的有毒有害物質,主動參與到環境保護工作中,增強學生的環保意識。
2.2加強污染物的回收管理
在高分子化學實驗中,常會用到有毒有害、易燃易爆的試劑,最大限度減少污染物排放是師生共同的責任。實驗教師要對學生實驗過程中產生的廢棄物進行嚴格管理,以增強學生的環保意識。實驗過程中,要求學生將所有有害物質回收到指定的回收瓶中,對不能再利用的廢液進行無害化處理,對能再利用的進行提純、重復使用,減少有害物質排放。如果在實驗過程中有有害氣體生成,則實驗必須在通風櫥中進行,并對有害氣體進行無害化處理后再排放。實驗教師必須對實驗過程進行監控,發現問題及時解決,并提醒全體學生注意。通過一系列的措施,學生的環保意識不斷增強,處理有害物質的能力也不斷提高。
2.3采用小量、半微量實驗
高分子化學實驗使用的很多是易燃和毒性較大的藥品,在實驗過程中可能會產生一些對人體和環境有害的物質,因此,盡可能減少實驗中的“三廢”排放量至關重要。高分子化學基礎實驗旨在培養學生的操作能力和觀察能力,要求實驗現象明顯。實踐證明,采用小量實驗完全可以滿足這兩方面的需要。當學生具備基本操作技能后,復雜合成實驗可以采用半微量法進行。這樣既達到了實驗目的,又節約了藥品,縮短了實驗時間,減少了“三廢”的產生,減輕了對環境的污染。
2.4將環保能力列為考核內容
對學生每次實驗中試劑取用情況、廢棄物回收處理情況、有害氣體處理情況進行記錄,并記入平時成績。在學期中的實驗筆試中加入廢棄化學物品的無害化處理方法內容;在實驗操作考試中,安排廢棄物處理實驗,以抽簽方式確定考題,考試內容有:廢棄單體和聚合物的處理,高濃度有機溶劑的處理,酸、堿廢液的處理,洗滌廢液的處理等。
3安全意識的培養
3.1安全教育貫穿教學始終
首先,在理論教學中進行安全意識教育。比如,講解緒論時,在介紹高分子化合物的合成特點和物理性質后,及時舉例說明一些低燃點常用物質,如烷烴、乙醚、乙醇、丙酮、過氧化物等易燃易爆物質,告知使用時要注意防火、防爆。隨著教學的深入,逐步強化實驗安全教育,介紹常用化合物(如苯、甲苯、二甲苯、硝基苯、甲醛、苯酚等)的毒害性及使用注意事項,為實驗教學做好準備。其次,在實驗教學中加強安全教育。在第一節實驗課上,采用講解、演示等教學方式,專門進行安全教育,強調水、電、易燃易爆物質、有毒有害物質的安全使用和事故處理辦法。隨著實驗的進行,要求學生在每次實驗課之前,必須弄清楚與實驗有關物質的物理性質和注意事項;實驗課中,實驗教師檢查并確認學生的實驗裝置沒有錯誤后,學生方可繼續進行實驗;當學生的實驗裝置或操作方法有誤時,可以請其他組的學生指出并糾正錯誤,以加深學生印象,有效防止類似錯誤的發生。
3.2利用多媒體課件輔助教學
為有效提高教學和安全教育效果,實驗教師還制作了多媒體課件供學生學習。比如基本操作中的“單體的精制”,需根據被精制單體的沸點選擇熱源,要求蒸餾時不能將燒瓶中液體蒸干。由于實驗課時有限,低沸點物質的蒸餾和高沸點物質的蒸餾不能都在課上進行。雖然教師在課上對此進行了多次強調,但還是有很多學生在蒸餾操作中習慣性選擇第一次蒸餾時使用的熱源,而不考慮被蒸餾組分的沸點。還有些學生不知道何時停止蒸餾,往往一直將液體蒸干。利用多媒體輔助教學可以解決以上問題。學生可以在多媒體課件上看到不同熱源的選擇方法和蒸餾過程,也可以看到錯誤操作所造成的危害。通過多媒體輔助教學,學生在這方面犯的錯誤明顯減少了。
3.3將安全意識納入考核范圍
為引起學生對實驗安全性的高度重視,我們將實驗安全內容納入考核范圍,考核內容包括物質的物理、化學性質查閱,實驗裝置的安裝,實驗操作,化學試劑的安全量取,溶劑及產品的回收,實驗結束后水、電關閉。此外,在學期中安排一次實驗筆試考試,考試內容包含安全操作注意事項和違規操作可能產生的后果;學期末安排一次實驗操作考試,考試內容包括實驗裝置的搭建及易燃試劑的安全使用,反應過程中產生的有毒氣體的處理方法等。教師在考前將要制備的目標產物告訴學生,實驗方案和制備過程完全由學生獨自完成,一組學生(20人左右)由兩位教師監考,最后給出操作考試成績。通過以上改革,學生的安全意識普遍增強,實驗教學進行到中期時,已經看不到學生在實驗結束后不切斷電源、用明火提純易燃單體、用過的溶劑不回收等現象了。
4結語
1.1教學理念上,注重調動學生自身主動性
應用型人才培養的教學理念要求在繼承傳統教學優勢的基礎上,大力創新教育觀念,堅持以學生為本,調動學生主動性[3]。作為一門實踐教學活動,高分子化學實驗教學要取得良好的教學效果,必然要更新教學理念。在應用型人才培養定位下,我們確立了以學生為中心地位,尊重學生意愿,充分發揮學生能動性、積極性和創新性的教學理念。在教學過程中,讓學生占據課堂的主導地位,將教師的被動教變為學生的主動學,教師定位于學生實驗的組織者。教師的主要作用不是講解,而是組織學生主動思考、動手實驗。課堂上,教師不再用權威性的語言告訴學生,什么時候準備實驗,選擇什么樣的試劑,而是把自己融入學生中,和學生一起討論和思考,學生由被動轉為主動,成為實驗教學的中心。鼓勵學生自己制定標準,自己確定實驗步驟,允許按自己設計的預習報告進行實驗,如實記錄實驗現象和實驗數據,自己分析實驗過程中存在的問題及解決辦法。實驗結束,鼓勵學生自己點評,交流實驗過程,總結成功經驗,分析失敗原因。
1.2在教學載體上,為學生提供充實的實驗材料
在教學過程中,教師工作的重點是為學生提供大量的學習資源,使學生處于一種可以選擇的、能滿足他們需求的自由實驗環境。通過開發《高分子化學實驗》課件增設多媒體教學內容,將實驗項目、基本儀器操作使用等制作課件,并將課程資料上網,學生直接申請下載、預約實驗。通過多媒體實驗演示,讓學生在較短的時間內,直觀的掌握更多的實驗內容,節省了課堂時間,提高了授課的實效性,為學生的個性培養和自主學習創造了有利的條件。學生也可自行擬定設計課題,學生自己查閱資料,預約教師進入實驗室進行指導。對學生自己設計的或自帶課題的實驗,只要所設計的實驗方案合理、實驗條件許可,就允許進入實驗室開展實驗,讓學生成為實驗的主人。上述課程改革,《高分子化學實驗》課程已被評為校級精品課程。另一方面,逐漸開放實驗室和儀器設備。常用的玻璃儀器由學生自己保管。大型儀器,如紅外光譜、元素分析、激光粒徑測定儀、X射線衍射儀、掃描電鏡等為學生全部免費開放,學生通過提前預約,可對實驗中制備的化合物隨時進行分析表征。
1.3改革教學內容,增設綜合性和設計性實驗
為了增強學生的實踐能力和獨立思考能力,在教學中注重理論與實踐相結合,結合高分子化學的基本問題,將科研成果轉化為可供學生實驗的教學內容改革教學內容,重新編寫《高分子化學實驗》教學大綱和實驗指導書,刪除了部分內容陳舊的驗證性和基礎性實驗,增設綜合性、探索性和設計性實驗,確保實驗教學內容的先進性、新穎性。通過精選實驗內容使學生加深對所學理論知識的認識,了解高分子化學領域的飛速發展和高分子材料在人們的日常生活和高科技領域中的應用,為學生將來走向工作崗位奠定基礎。在教學內容上,不設置標準答案,挑選應用性和綜合性強的實驗。將傳統的單純“灌注式”理論教學轉變為"教學-文獻查找-文獻綜述-匯報交流-自主實驗"的多環節、多方式、互動性、研究性、開放式教學。如實驗內容上增選“聚乙烯醇的縮醛化制備膠水”的實驗。此實驗應用性很強,讓學生通過實驗親身感受高分子化學的重要意義和實用價值,增強學生實際動手能力。學生在實驗中表現出濃烈的興趣,相互之間探討實驗的工藝過程和應該注意的事項,對制備的膠水質量互相比較并查找原因,收到了良好的教學效果。在"苯乙烯分散聚合的實驗"中,對同一單體選用不同的分散劑,包括有機分散劑、無機分散劑及復合分散劑。通過改變引發劑用量、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,然后將實驗結果進行比較、討論和總結。對于設計性和研究性實驗,教師提前一周告知實驗內容,提供部分參考目錄,供學生查閱。學生自己設計出可行性的實驗方案,經教師批準后進行實驗。目前已開設的設計性和研究性實驗都是以高分子領域中的最新研究成果并結合本院教師的科研項目與科研經驗開設的,如"溫度和pH值敏感性水凝膠的制備及對藥物的釋放性能"、"無皂乳液聚合制備核-殼結構聚合物"等。設計性和研究性實驗的開設,能夠充分調動學生的學習積極性,發揮學生的主觀能動性。使學生把自己所學的理論知識、書面知識和科學研究緊密相結合,提高了學生對于科學研究的認識,同時激發和促進了學生的科研興趣。
1.4考核方式上,采取組合式考核,提高實驗教學效果
實驗考核是實驗教學的重要環節,是激勵學生學習和鞏固知識、檢查教學效果、改革教學方法的重要手段。多年來,我校沿襲的高分子化學實驗考核辦法是實驗報告和期末理論筆試各占50%。該考核方法導致學生對實驗預習、實驗操作重視程度不夠,考試前死記理論知識,綜合實踐能力薄弱。在應用型型人才培養的要求下,我們改革了傳統的實驗考核方法,建立了平時成績、實驗操作考核和筆試相結合的新型考核模式,使實驗課的考核和評價能夠更加科學化和合理化。在高分子化學實驗的考核過程中,采取平時考核和實驗考試考核相結合的辦法。平時考核側重于對學生平時學習情況的評價,包括實驗預習、實驗操作、實驗記錄、實驗報告等內容。實驗考試考核既要考查學生的實驗基本操作和綜合運用能力又要檢驗學生掌握的理論知識。考試之前教師設定合理的考核內容,包括在規定時間內完成一個完整的實驗和理論抽查。實驗考試時,將學生每4~5人一組進行分批考試,通過考察學生的基本實驗操作,實驗方案、儀器安裝、結果處理以及產品質量等,考查學生掌握實驗技能情況。實驗結束后,教師根據實驗過程的條理性、實驗操作情況以及實驗結果對學生實驗考試進行評分。操作考試結束后,針對實驗過程中的理論知識隨機抽查3~5個簡答題,考察學生對知識的掌握情況。通過平時考核和實驗考試考核相結合的方式,能科學有效地對學生進行學習效果評定,提高學生學習的積極性。
2結語
導電高分子的發現充滿了戲劇性。1967年,白川英樹的研究生做實驗時錯用了一千倍的催化劑,加上攪拌器湊巧停止,在溶液表面生成了銀色的薄膜狀物。白川英樹以此為切入點,進行了深入細致的研究,終于發現制備膜狀聚乙炔的有效方法。1975年,美國的Macdiarmid教授偶然見到白川英樹的金屬光澤的膜狀聚乙炔后,立即邀請他去美國與Heeger合作研究。后來,三人一起獲得了2000年諾貝爾化學獎,也被傳為佳話。與硝酸纖維素、炭黑增強橡膠等發現一樣,聚乙炔膜的發現也是“偶然的”。這個故事也教育我們合作的重要性“。這是我的idea,說出去會不會被別人學去了?”具有知識保護意識固然重要,合作交流能夠更快、更有效地促進研究的發展,科研中需要有團隊精神。
二、Crothers與尼龍66
深受女士喜愛的尼龍襪無疑是引出縮聚反應的最佳例子。尼龍襪在全美首次發售時,每人限購一雙,500萬雙當天告罄,沒有買到尼龍襪的人在裸腿上畫紋路冒充絲襪。那么引起如此轟動的商品是如何制造出來的?這個問題吊起了學生的胃口,他們對相應的知識特別用心。1928年,杜邦公司成立了基礎化學研究所,Crothers受聘擔任該所的負責人,并決心利用二元醇和二元酸的縮聚來支持當時剛剛提出的高分子學說。在實驗中,同事偶然發現熔融的聚酯可以抽絲,Crothers意識到這是紡絲原料的特性,并展開了大量的研究。克服各種困難后,最終得到了尼龍66纖維。尼龍66的出現不僅有力的支持了高分子學說,也深入改變了人們的生活。尼龍的發現離不開Crothers。同樣讓人稱道的還有杜邦公司,能夠在經濟大蕭條時期拿出一筆巨款支持沒有明確應用目的的基礎研究,需要敏銳的眼光和巨大的勇氣。注重基礎研究,在今天也有著重要的借鑒意義。
三、塑料之父———Baekeland
作為第一種人造聚合物———酚醛樹脂的發明者,Baekeland是一個傳奇人物。他21歲就獲得了博士學位,專利意識非常強。發明Velox相紙后,故意在專利中省略一兩步。結果柯達公司不得不兩次出資購買。在發明酚醛樹脂后,Baekeland及時申請了專利(僅比同行早一天),也得到了塑料之父之稱。Baekeland的幸運和知識產權保護意識讓人感嘆不已。酚醛樹脂的發明也是一個成功的科研案例。Baekeland敏銳地意識到絕緣材料在剛剛興起的電力工業中的巨大市場,將研究目標確定為尋找天然絕緣材料的替代品。他沒有立即進行實驗,先是充分進行了文獻調研。發現早在1872年德國化學家Vaeyer曾把苯酚和甲醛混合產生一種樹脂狀物質,指出在實驗中應防止它的產生。Baekeland反其道而行之,加熱加壓來加快反應,得到琥珀樣的樣品,并最終掌握了酚醛樹脂的制備方法。他于1907年申請了專利,這年也被視為塑料元年。這個故事充分說明了科學研究的選題和文獻調研的重要性,在閱讀文獻時要注意批判性閱讀,不迷信已有的解釋。
四、配位聚合和Ziegler-Natta
1953年Ziegler在用乙基鋁使乙烯加成的一次偶然失敗中發現,鎳會抑制反應進行,其他過渡金屬也有類似作用。他給博士生Breil的論文題目是“系統地實驗整個周期表的元素”來對這一作用進行研究!有趣的是,最終研究得到了一種能使乙烯迅速聚合成為高分子量聚乙烯的催化劑。事實恰好與預料的相反,這充分說明,和預期不同的結果不見得是壞結果!Natta的成功無疑是跟蹤世界研究前沿的結果。他在Ziegler催化劑研究之初就派人過去接受指導。在用改進后的催化劑進行了丙烯聚合后,Natta發現它含有高結晶部分,敏銳地“把新的結晶聚合物的結構歸之于主鏈或至少相當長部分的主鏈上的不對稱碳原子都采取了相同的構型”。Natta文章因未披露催化劑的本質這一關鍵問題,初審被拒稿。而作為編輯的Flory則意識到了文章不尋常的意義,更改了裁決才使得文章得以發表。與Ziegler-Natta的成功相對的是,1943年Fischer希望能找到使乙烯聚合成油的方法,發現“當三氯化鋁與四氯化鈦并用作催化劑時,液態產物減少而有利于生成固態物”,因此似乎是失望多于希望。另外,Ziegler的學生Wesslan制備聚丙烯后,發現物質的熔點高于聚乙烯,他肯定自己錯了,他不相信支化會提高石蠟烴的熔點。他沒有認識到熔點升高的意義。這兩個故事也從反面再次印證了如何看待實驗中的意外。高分子史上還有更多的歷史故事,如“的確良”(滌綸),田中耕一發現質譜離子化新方法,聚四氟乙烯和高壓聚乙烯的發現等。在高分子化學教學中適當穿插相應的歷史故事,不僅可以增加課堂的趣味性,還有助于學生了解科學家思考問題的方式,學習他們成功的經驗和失敗的教訓,培養學生思考研究的能力。
五、結語
1.1網絡書本相結合,充分做好實驗預習工作
隨著網絡技術的發展,學生在網絡上獲取信息的興趣與能力都不斷增強。因此我們將傳統的預習報告與網絡學習相結合,充分幫助學生詳細了解實驗原理和意義,熟悉實驗操作,增強實驗意識。如在每次實驗前,都要求學生利用網絡自主探索該實驗與實際生活的聯系,比如有機玻璃的制備,學生可以了解到有機玻璃目前被廣泛應用于廣告裝潢、銘牌制作上等等,在課堂上與其他同學就相關應用前景進行討論,并將自己的想法融入實驗過程,這增強了學生的主人翁和創新意識。同時,我們在實驗中心網站上制作實驗動畫,展示實驗儀器的使用,實驗裝置的裝搭,幫助學生更直觀的了解實驗過程。并明示一些突況的處理方法,做到有備無患,例如在制備尼龍66的實驗中,原料己二胺是強有機堿,強腐蝕性,我們通過動畫的形式告知學生在稱取過程中一定要小心,一旦沾到皮膚,應立即用大量清水沖洗,并用3%的冰醋酸或1%硼酸冷敷傷口。
1.2情景帶入,邊講邊做,讓學生成為實驗主導
實驗課是將理論轉化為實踐,學生應該成為實驗的主導。我們每次實驗開始前都會先創設情境,將現實問題的解決與實驗緊密聯系起來,把照方抓藥的實驗課轉變為學生發現問題、解決問題的實踐課?;诔浞值恼n前預習工作,課程中教師重點強調實驗的重要環節和容易出現的意外事件。學生以小組為單位,每個小組都會接到一個實驗相關的問題,如在苯乙烯的乳液聚合實驗中,向學生提問乳化劑在乳液聚合中的作用等,實驗結束后進行小組討論,分析實驗結果,得出問題答案。實驗過程中有任何問題都可以隨時跟老師交流,學生帶著問題做實驗,在實驗中探尋答案,成為主導,教師從知識“傳教者”變成“軍師”,這樣激發了學生的學習意愿,提高了實驗課的質量。
1.3認真總結實驗報告,強化實驗結果與理論的聯系
在傳統的教學模式中,實驗報告往往流于形式,學生只是簡單記錄實驗過程。我們則要求學生對實驗中遇到的問題進行記錄并查閱資料予以解答,反思實驗課與理論課的聯系,并盡量多的列舉出其他相似的應用,以此鞏固學生的理論知識。
2量化考核標準,激勵學生認真完成實驗的各個環節
實驗期末考核并不能真正說明學生的實驗情況,出勤率、預習報告、實驗操作、實驗報告結果和衛生,也是反映學生學習態度、學習情況的重要指標。因此在實驗考核中綜合了平時成績和考核成績兩部分。出勤率要求學生做到全勤,不遲到、不早退;預習報告要求書寫規范,步驟詳盡;實驗操作要求學生在整個實驗過程中操作規范,認真觀察實驗現象并記錄;實驗報告中實驗現象分析是否客觀,實驗結果是否符合預期,課堂上的思考題是否總結到位等;實驗結束后的值日工作,要求學生檢查關閉儀器,整理教室衛生。期末綜合考核以設計性實驗為主,教師給出一個實驗題目,要求學生提前搜集資料,結合本學期其他實驗的操作方法,在考試現場自行選擇儀器,裝搭實驗裝置,處理實驗結果,教師根據現場操作技能和解決問題的能力等進行評判。
3結語
關鍵詞:高分子化學與物理;教學改革;科學研究;創新能力培養
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2015)43-0083-02
一、《高分子化學與物理》課程特點
經過高分子科學與技術的快速發展,高分子的理論發展與應用已經滲透到物理學、化學、材料學、生物學等各個學科與領域,具有鮮明的學科交叉特色。高分子化學與物理的研究成果已經進入了我們日常生活的每個方面[1-6]。作為一門多學科交叉、實用性很強的學科,高分子對各個工業部門和科技領域的滲透作用已成為不爭的事實,所以在現行中國高等教育的本科專業中,如化學、應用化學、材料化學、材料物理、復合材料、輕化工程、包裝工程、紡織工程、生物工程和環境工程等許多非高分子專業都將高分子相關知識作為必修課和選修課。
非本專業《高分子化學與物理》教學的側重點在于闡述現代高分子科學已成熟的基本概念、基本知識、基本原理和基本測試方法,對涉及高分子科學研究前沿的理論、測試方法以及高分子的新產品介紹等內容點到為止,該課程的學習為輕化工程專業學生開啟了一扇通往高分子科學的窗戶,引導學生了解高分子化學在高分子學科中的地位,通曉課程的主要研究對象和研究內容,為后續專業基礎課的學習和高分子在染整中的應用奠定基礎[1,2]。通過多年的教學實踐證實,對于輕化工程專業(染整方向)的本科生來說,《高分子化學與物理》課程教學呈現以下幾方面的特點。
(一)基礎課程,銜接不夠
對于輕化工程專業(染整方向)的本科生,高分子的學習顯得尤為重要,一方面后續課程(如《纖維化學與物理》、《染整工藝原理》和《染料化學》等)的學習必須以高分子為學科背景,另一方面大學生的生產實習、創新學分實驗、創新訓練計劃和本科畢業論文等實踐性環節的開展也必須要有高分子基礎,因此為了讓染整方向的本科生了解和掌握高分子的基本理論知識和應用,開設了《高分子化學與物理》學科平臺課程。該課程的學習必須以《有機化學》、《物理化學》和《無機化學》的課程學習為基礎,但江南大學輕化工程專業將《高分子化學與物理》課程設置在大二下學期,《物理化學》等課程也在此學期開設,因此課程開設時間過早,缺乏基礎課程的知識,建議在大三上學期開設,以期獲得較好的教學效果。
(二)內容多、學時少,課時緊張
《高分子化學與物理》課程主要包括高分子化學和高分子物理兩個部分,其中高分子化學部分包括高分子科學的發展歷史、發展趨勢,基本概念、分類與命名、基本原理、高分子合成反應與方法等,涉及逐步聚合、自由基聚合、離子聚合、配位聚合和共聚合等;高分子物理部分則側重于高分子的結構(如鏈結構、聚集態結構等)、分子運動、力學狀態與轉變,物理性能等。對于高分子專業的本科階段,通常會開設《高分子化學》和《高分子物理》兩門課程,分別在32至48學時不等;而對于輕化工程專業,只開設了《高分子化學與物理》一門課程,48學時,相對來說內容多、課時少。在這樣的情況下,教學活動的有效開展、課程體系的完善、講授內容的連貫與取舍等都顯得非常重要,對任課老師是一種不小的挑戰。
(三)注重理論,缺乏實踐
《高分子化學與物理》是一門以實驗為基礎的自然科學,但輕化工程專業只開設理論學習課程,沒有相關實驗課程。為了使學生能夠更好地掌握課程學習內容,同時培養學生的動手能力和分析、解決問題能力,提高學生的實驗技能,相應的實驗課程的開設顯得非常迫切,能夠讓所學知識與理論在實驗中得到驗證,注重理論與實踐的結合,讓學生從最初的原料出發,選擇合適的聚合方法與聚合反應,得到在實際生活中真正用得上的高分子產品。
二、教學改革舉措
針對輕化工程專業《高分子化學與物理》的課程特點,結合本校的實際情況,要求學生在理解基本概念和掌握基礎理論的基礎上能夠了解高分子的應用,重點培養他們的實踐與創新能力,作者經過幾年的教學實踐和摸索,總結了幾點教學改革舉措。
(一)規劃本科培養方案,合理調整課程設置
目前我校輕化工程專業的課程設置還存在一定的問題,建議對本科培養方案進行修改,在《高分子化學與物理》授課前完成《有機化學》、《物理化學》和《無機化學》等基礎課程的學習,這樣才能提高學生的學習效率,增強他們的學習興趣,便于更好地掌握相關理論與知識。
(二)多媒體資源課件與傳統板書有效結合
多媒體課件具有豐富表現力、良好交互性和極大共享性等特點,它可以將枯燥乏味的理論知識直觀化和形象化,能夠充分調動和發揮學生學習的積極性和主動性。但在運用多媒體教學的同時也出現了諸如教師幾乎不寫板書,學生不記筆記等問題,嚴重影響了教與學的質量。建議對任課教師的教學大綱、考核方式、教學難點與重點等相關教學文件進行監督,要求授課過程中課件放映與傳統板書相結合,將學生上課情況、學生主動參與積極性、平時作業等與學生的最終成績掛鉤,進行綜合評定。
(三)增設實驗課程,提高學生實踐能力
《高分子化學與物理》是一門理論與實踐相結合的課程,實驗課是對理論課學習的有效補充,通過直觀的現象和結果驗證理論學習的真實性,幫助學生理解所學理論知識,因此實驗課的教學顯得尤為重要,建議在輕化工程專業開設實驗課程,但涉及的實驗眾多,要求任課老師充分考慮實驗的可操作性、重復性和可行性等方面,認真編寫實驗講義。此外,學校和學院應重視實驗室配套設施建設,突破實驗教學完全依附于理論課程教學的傳統框架,增加啟發式實驗和創新性實驗所占比例額,注重驗證性實驗、啟發式實驗和創新性實驗有效結合,開動學生的思維,發揮學生的潛質,提高學生的創新意識。
(四)理論聯系實際,注重啟發式教學
《高分子化學與物理》是一門相對來說比較抽象、枯燥的課程,但它也是一門應用性很強的課程,高分子材料用途廣泛,遍及現代社會生活中衣、食、住、行、用等各個方面,因而在課程講授時注重理論聯系實際,將抽象的概論、理論與實際應用有機結合,將對課堂教學效果起到重要的促進作用。
三、創新能力的培養
(一)培養方案中開設新生研討課和專業導論課
為了提高學生對專業的認同感以及學生的學習興趣和熱情,可以嘗試在本科培養方案中針對大學新生開設新生研討課和專業導論課,以趣味講座和座談的方式進行專業介紹,了解專業背景,告知學生輕化工程這個專業是以化學與高分子為學科背景的,加強學科平臺課程的學習至關重要。
(二)實施學生雙導師制
全面推進學生雙導師制是確保創新型人才培養的重要手段,企業導師和校內導師組成課程小組,共同確定課程教學大綱、教學內容、教材及承擔教學任務,使專業理論課程與行業實際需求緊密結合。
(三)強化實驗課程學習和創新能力培養
實驗課程采用自主設計實驗,在實驗大綱的規范下完成實驗要求,將驗證性實驗、啟發式實驗和創新性實驗有機結合。在國家大學生創新創業計劃項目、江蘇省大學生創新創業計劃項目和江南大學大學生創新訓練計劃項目等資助下,實現學生創新訓練的全參與和全覆蓋,指導教師從選題開始就應該注重基礎理論知識在創新實驗中的應用,達到學以致用的目標。
(四)強化學生的畢業論文(設計)指導
畢業論文(設計)是學生畢業離校前最后一個實踐性環節,也是所學基礎理論知識得到充分應用的關鍵環節,因此可以從課題的選擇、采取的技術路線、擬采用的研究方法和達到的預期目標等方面進行合理規劃與設計,充分發揮學生所學知識與理論的應用,提升學生運用知識的綜合能力,強化學生的專業基礎。同時,輕化工程專業的畢業生中從事與高分子相關行業的人數眾多,學科交叉特色鮮明,為學生的出國深造、攻讀研究生和就業奠定堅實的高分子基礎。
四、結語
根據國內外行業需求和自身特色,通過教學改革與實踐,圍繞復合型、創新型染整專業技術人才的培養目標,通過理論與實踐相結合、教學和科研相結合、校內與校外相結合、科學素養與人文情懷相結合的人才培養模式,注重理論知識的傳授與學生創新能力的培養相結合,全面提高和調動學生的學習積極性和學習興趣,為學生的學習與工作奠定堅實的基礎。
參考文獻:
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