新工科视域下《高分子化学》课程教学改革的初步探索

郑耀臣，丁永涛，侯立杰

(烟台大学 化学化工学院 高分子材料与工程系，山东 烟台 264005)

《高分子化学》课程是优势工科专业—高分子材料和材料加工等相关学科的一门重要基础课[1-2]。通过对《高分子化学》课程的讲授，让学生系统理解高分子学科的重要概念、牢固掌握高分子科学的基础理论，为应用高分子化学知识解决相关领域内的实际问题夯实基础。因此，在教学过程中，充分利用《高分子化学》课程的自身特点，在突出工科特色的基础上，将高分子材料的合成理论和工业生产过程相结合，探索“产教融合，学科交叉”的应用型人才育人新机制，对于培养高水平应用型人才具有积极意义。此外，为主动应对新一轮产业变革、满足“中国制造2025”的人才需求，教育部提出了建设新工科的人才培养战略，要求“工科优势高校要对工程科技创新和产业创新发挥主体作用，地方高校要对区域经济发展和产业转型升级发挥支撑作用”。作为具有工科优势的地方性高校，有义务为高分子产业的转型升级以及区域经济的快速发展提供高品质的应用型人才。

本文根据高分子材料、材料加工等工科学科的专业特点，结合近年来对《高分子化学》课程的教学实践，提出了适应新工科发展要求的《高分子化学》课程教学改革的几点建议。

1 教学内容的适度扩充

“新工科”视域下更强调学科的实用性、交叉性和综合性。所以在教学内容上适度进行改革，以满足“新工科”发展对学生在知识和能力两方面的需求。

《高分子化学》课程主要由高分子的合成方法(如，逐步聚合、自由基聚合、自由基共聚合、离子聚合、配位聚合等)以及高分子的化学反应等主要内容组成，重点阐述聚合方法、聚合反应机理及相关模型的动力学方程、高分子的化学改性等内容[1]。经过几十年的发展，在Flory经典著作《高分子化学原理》的基础上，潘祖仁教授的新版《高分子化学》也扩充了很多内容、增加了很多知识点，例如自由基聚合的可控策略，原子自由基聚合、可逆加成-断裂链转移反应等，对加深自由基聚合理论的理解帮助很大。但是，传统的原子自由基聚合多依赖于具有生物毒性的过渡金属催化剂控制自由基的激活和失活，从而控制聚合物的分子量及其分布。在此领域最新的研究进展是研究者通过化学理论计算，先推测出一种合适的有机物光催化剂替代过渡金属元素，同样能精确控制产物组成及分布，解决了因金属离子对聚合物材料的污染难题。这个成功实例是典型的多学科交叉、多学科合作的成果。用这个实例传递给学生进行团队合作，加强不同学科之间的合作的信息，启发学生在选课和搭建知识结构时，重视学科交叉，跨越人为划分的学科界限广泛深入地学习。

用聚合物单链生长动力学的实验证据介绍自由基聚合机理的新发现。聚合物单分子链链增长的新证据表明，聚合物链生长过程是由“连续的等待与跃进式增长”两个步骤交替组成。这部分内容可以在讲解《自由基聚合》一章的自由基聚合机理时，与经典的“贪吃蛇”模型一起介绍给同学[3]。这样既可以使学生及时了解本学科的发展前沿知识，又能培养学生的思辨能力、对经典理论的质疑精神和实事求是的科学态度。

另外，在《高分子化学》的第五章中作为拓宽性内容讲解聚碳酸酯的绿色制备方法—化学固定二氧化碳，并以CO2为原料合成梯度结晶的聚碳酸酯—为解决由于CO2引起的“温室效应”提供新思路。在介绍这个最新研究进展时，给学生着重强调学科交叉的重要性，鼓励学生在职业生涯中加强不同学科之间的合作，以解决实际问题为目的，不被人为划分的学科所局限，应从不同侧面、不同视角寻找解决问题的可能性和可行性。

2 教学方法的灵活应用

2.1 抽象问题形象化

《高分子化学》课程是在系统学习了四大化学之后的一门专业基础课。与四大化学相比，它不仅在内容上相对独立，还具有概念多、理论抽象、现象不好描述、结论不好理解等特征[1-2]。自由基反应的聚合机理和反应特性有别于学生刚学完的《有机化学》中各种基团之间的反应，反应体系中只存在生成的大分子和未反应的单体。各届学生反应，此机理是非常难以理解的知识点。我们采用动画的方式展示自由基反应机理，将抽象的理论模型具体化，将反应现象形象化，这样更利于加深学生对知识点的理解[3]。例如，自由基聚合反应过程借用“贪吃蛇”的动画模型加以类比。将具有单体引发活性的自由基比作贪吃蛇,反应性单体比作贪吃蛇的食物。贪吃蛇(活性自由基)吃到食物(活性单体)，贪吃蛇身子的长度(聚合物分子链)增加，即自由基聚合的链增长。两条贪吃蛇相遇(大分子链的双基终止)或贪吃蛇撞到墙壁(大分子歧化终止)，贪吃蛇即失去活性。由于贪吃蛇的失活速度非常快(远快于我们观察的时间尺度)，所以在整个画面(自由基反应体系)中，只存在贪吃蛇(生成的大分子)和食物(未反应的单体)。通过采用小动画演示的方式，特有的自由基聚合机理在学生的脑海里留下了非常深刻的印象，有利于了学生对自由基聚合特征的理解。

2.2 转换课堂教学角色

除了调动学生的学习兴趣之外，培养学生主动学习所需知识的能力更加重要。然而，各种能力的提高不是一蹴而就的，需要在学生的日常学习过程中就要注意加强训练。转换课堂角色，学生充当教师的角色制作PPT进行讲解[4-5]。在学生讲解后老师给予相应指导，对知识点进行总结、点明重点、归纳提高。学生经过对知识的预习、复习、理解、掌握、讲解过程的训练，能真正提升自学能力和应对困难的信心。例如，在《高分子化学》课程高分子合成的工业方法一章中，设计采用翻转课堂的模式，将课堂的决定权转移给学生。例如，将学生分为四个小组，通过小组讨论的方式总结、比较合成高分子工业方法的优劣，完成这一章节的教学内容。然后，通过不同小组相互点评的方式，将本章知识的重点、难点讨论透、掌握牢。在讲授过程中，学生的角色转变了，他们的学习态度也随之改变，学习效果明显提高。同时，他们在学习知识、讲授课堂知识的过程中，提升了自学能力、归纳总结能力、表达能力，以及团队合作意识。

3 利用网络工具改革互动模式

采用《蓝墨云班课软件》创建“班课”的方式，改革签到、测验、作业、讨论等师生互动反馈方式，能节约课堂教学时间，提高教学效率。教师和学生通过登录蓝墨云手机APP的方式，随时查看作业和问题讨论情况。教师发现学生存在掌握不牢的概念或理解不到位的知识点时，可以立即在网上进行指导，答疑解惑。其次，老师也可以根据学生对知识点掌握程度的不同，划分为几个不同的题目讨论小组。让学习进度或掌握深度不同的学生进入不同的讨论小组内，对不同的题目进行分组讨论。这样既可以调动学生的学习积极性，又能做到因势利导、因材施教[6-7]。总之，师生互动和信息反馈模式网络化，由于教学信息的传递突破了时空的局限，大大提高了互动环节的效率，明显提升了教学效果，值得同行们尝试和深入探讨。

4 结束语

通过《高分子化学》课程的综合教学改革，加深了学生对于高分子化学知识重点和难点的理解，让抽象、枯燥、难懂的知识通过形象生动的动画演示变得生动形象；通过知识点的扩充，展示了课本中生涩知识点的实际应用，激发了学生对专业知识的学习热情；提高了学生自主学习、跨学科学习、综合解决问题的能力以及团队意识和创新思维的培养，为新工科建设和“中国制造2025”培养合格的应用型人才。