创新方法在《高分子化学实验》教学中的应用

张 林 (营口理工学院，辽宁 营口 115000)

化学是一门以实验为基础的学科，实验在化学教学过程中起着至关重要的作用。随着高分子科学的发展，高分子材料已经广泛应用于我们的衣、食、住、行相关的各个领域，因此《高分子化学实验》在整个高分子化学的教学过程中扮演着至关重要的作用[1-2]。《高分子化学实验》是高分子专业本科生的必修课程，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，通过分析现象、解决问题，最终提高学生的科研素质和创新能力。

传统的高分子化学实验课通常开设一些验证型实验[3]，实验讲义对于每一个实验的实验配方和反应条件都有详细介绍，课前学生按照讲义预习，课堂上老师讲授实验基本内容，然后学生按照讲义“照方抓药”完成实验内容，最后得到相同的实验结果并撰写实验报告。这种灌输知识的教学模式优点是使学生了解基本原理和掌握实验操作，但不利于发挥学生主动性，培养学生的创新意识、分析问题和解决问题的能力。

显然，传统教学模式与十八大提出的“全面实施素质教育”的教育方针相悖，《高分子化学实验》改革迫在眉睫[4]。TRIZ理论为人们创造性地发现问题和解决问题提供了系统的理论和方法工具，具有鲜明的特点和优势，依据技术系统进化理论和最终理想解，可以有效地确定问题，然后利用各种工具去解决问题，让解决问题变得有律可循，有术可依，让创新改革不再是一句口号。因此近年来，我们把创新方法引进高分子化学实验教学中并结合本校的实际情况，对我校的《高分子化学实验》的教学方式和教学内容进行了初步改革和探索，改革后不仅极大地调动了学生的学习积极性，并取得了较好的教学效果。

1采用多样化，现代化教学方式

传统的《高分子化学实验》普遍采用 “讲授-演示”的方式[5]，这种单一的教学方式往往使实验课程的讲解过程与实验现象脱节，不易帮助学生将理论知识与实验现象在头脑中建立关联。并且教学过程中仅通过口头表述，不能准确全面的描述实验现象，导致实验过程中遇到一些微小的实验现象时，同学们往往会忽略。换句话说，传统的教学方式导致实验过程缺乏可视性与直观性。

为此，我们提倡借大力使用现代教育技术如视频教学以提高学生的学习兴趣与学习效率并强化教学效果。

视频教学相对于口头讲解的方式，其优势在于能够使学生对《高分子化学实验》有一个直观的视觉认识，帮助他们学习实验内容和掌握实验方法，提高实验成功率[6]。而对于一些受限于实验条件难以开设的实验项目(如原子转移自由基聚合)或具有一定危险性的实验项目(如高温、高压聚合等)我们会采用虚拟化教学方式，通过模拟仿真的实验过程来演示实验现象，并穿插操作要点和注意事项，让学生增长知识的同时也能开拓眼界。

2优化教学内容，注重趣味性，应用性，设计性

兴趣是最好的教师，可传统“照方抓药”的验证性实验会让学生觉得没有意思，对实验的兴趣不高，为了调动学生的主观能动性性，课堂上我们应用TRIZ理论40个发明原理中的改变物理或化学参数来改变实验条件并开设设计型实验。例如，我们把《苯乙烯的悬浮聚合》作为设计型实验开展，不设定任何实验条件，只提出实验产物的要求即符合最终理想解的产品(颗粒均匀、大小适中的聚苯乙烯粒子)，让学生从配方(包括分散剂种类与用量、单体和水的比例等)、反应温度和搅拌方式等方面入手设计实验方案，最终独立完成实验并判断产品是否达到要求。学生们独自参与“预习→设计→实验→分析→总结”的整个实验流程，充分发挥了他们的主观能动性，大大提高其分析问题和解决问题的能力[7～9]。

为了进一步提高学生的实验兴趣和教学效果，我们对一些基础的验证性实验进行了适当改进。例如《甲基丙烯酸甲酯的本体聚合》的实验目的是让学生了解自由基聚合反应的特点和实施方法，可具体实验过程会使学生觉得很枯燥。为了激发学生的学习兴趣，根据TRIZ理论40个发明原理中的改变颜色原理，实验中选用小试管作为反应器，让学生放入一些自己感兴趣且不影响反应的小物件，比如枫叶、花瓣、纸折小星星等，最后制备出有机玻璃柱饰品，学生可以将自己的作品做成钥匙坠随着携带，这会使他们觉得特别有意义和成就感。并且在后期的热处理过程中，为了完善自己的产品，学生会产生许多奇思妙想和设计理念，达到了提高他们学习兴趣的目的。

3提倡绿色化学理念

化学发展的最终理想状态包含“绿色化学”理念，国内部分大学也都在绿色化学领域做了相关尝试[10]。随着高分子相关材料应用范围逐渐扩大，需要加深学生对高分子化学的认识。但高分子化学实验使用的试剂很多都有毒性，实验教学过程中会产生许多废弃物，这样不但会造成环境危害而且会影响实验过程中师生的身体健康。因此，《高分子化学实验》教学中我们采取了三项改革。

首先，改良现有实验方案，将实验方案绿色化。目前缩聚实验通常采用苯酚和甲醛的反应，甲醛与过量苯酚在酸性条件下生成酚醛树脂，但苯酚和甲醛均具有较大毒性，同时缩聚的产物还容易有甲醛残余，这和绿色化学理念相违背。于是我们改用无毒性的丁二酸和丁二醇制备醇酸树脂来替代甲醛和苯酚制备的酚醛树脂，且产物聚丁二酸丁二醇酯可生物降解[11]。

其次，减少试剂用量，降低实验过程中异常现象发生的机率。高分子化学实验中过多的试剂消耗易造成污染和浪费，甚至能影响实验现象的观察。例如在进行甲基丙烯酸甲酯本体聚合时，当转化率超过20%时，聚合速度显著加快容易产生爆聚，为此实验前将反应物用量控制在最低范围内，且不影响该反应的发生保证学生能够观察到实验现象并能顺利制备出有机玻璃板[12]。

第三，科学利用实验产物，使产物处理绿色化。以往的实验教学中，对于量少的产物的处理方法通常是直接废弃。这样即使产物没有毒性，不易降解的高分子材料也会造成环境污染[13]。因此，我们转变思路依据TRIZ理论40个发明原理中“变害为利”原理科学的利用实验产物。如《乙酸乙烯酯的乳液聚合》实验项目的产物是一种水溶性胶粘剂-白乳胶，实验结束后我们会将产物收集应用于日常办公中，这样从根本上实现了实验产物的绿色化。

4完善考核制度

以往高分子化学实验成绩的考核办法重实验报告、轻操作技能及创新能力，缺乏对学生全面、客观的考察[14]。为此，我们建立一套符合高分子化学实验特点，并有利于培养学生基础实验技能和创新能力的考核方法。考核内容包括实验相关的基础理论知识、实验操作技能和综合创新能力，在此基础上将学生参与实验前的准备工作也纳入考核范围。

让学生参与实验前的准备工作，是为了让学生全面了解整个实验流程，珍惜实验教学，提高自身实验技能。高分子化学实验在实验前有大量的准备工作，包括仪器设备调试、检修；所需玻璃器皿的清洗，溶液的配制等。以往这些工作全部由实验老师来承担，对于学生来说不了解实验的顺利开展凝聚着实验老师的大量劳动，往往会不珍惜实验过程，易造成资源浪费，且不易帮助学生养成良好实验习惯。改革后，我们让学生根据自己课时量适当参与实验前准备工作，如玻璃仪器的清洗，同学在清洗过程中发现残留在玻璃仪器的物质难以清洗，会进一步了解高分子的性质并在以后的实验中谨慎仔细使用玻璃仪器。又如为避免溶液在储存、运输的过程中发生聚合，甲基丙烯酸甲酯溶液中往往加入微量的阻聚剂，所以在《甲基丙烯酸甲酯单体的蒸馏》实验前让学生在老师的指导下采用蒸馏的方式对单体进行提纯，这样既加深理论课程中关于阻聚剂的理解，又能节省课堂时间提高实验效率。

实验前准备工作帮助学生加深了对基础理论知识的理解，使他们懂得了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，从而更加珍惜实验过程，珍惜自己的实验成果。

[1] 王存国.从高分子化学的一个趣味实验谈如何培养学生的综合实验能力.高分子通报，2016(11):97～99.

[2] 西鹏.高效完成外专业高分子化学教学任务的思考与对策.高分子通报，2014(9):119～122.

[3] 王丽梅.基于协同创新的高分子化学实验教学内容建设.高分子通报，2013(7):89～91.

[4] 张晓云.提高高分子化学实验效果的尝试.高分子通报，2007，(10):62～64.

[5] 吴翠玲,陈珺,钱浩.基于视频辅助的“翻转课堂”技术在高分子化学实验课程中的应用.高分子通报，2016(6):84～89.

[6] 施燕琴,陈思,马猛 等. 研究性高分子化学实验课程改革探索.高分子通报，2016(2):102～106.

[7] 程捷,罗云杰,闫红强.《高分子化学实验》课程的教学改革与学生实践能力培养.高分子通报，2012(1):117～119.

[8] 刘宁,李田,王小丹 等.《高分子化学实验》课程的教学探讨.高分子通报，2011(7):110～112.

[9] 袁伟忠.改进高分子化学实验教学的思考与实践.科技创新导报，2013(35):170.

[10] 王素娟. 高分子化学实验教学的初步探索.高分子通报，2012(1):113～116.

[11] 赵颖,罗美香,蒋智杰 等.高分子化学实验教学改革初探.高分子通报，2016(6):90～94.

[12] 周欣然,杜奕,和亚宁.关于高分子化学实验课程设计的深层思考.高分子通报，2015(6):71～75.

[13] 高喜平,陆昶,姚大虎 等. 浅谈高分子化学实验的教学改革.化工时刊，2011(25):62.

[14] 王本根,王清华,王春华.大学化学实验教学现状与改革的思考.高等教育研究学报，2011(34):45～47.