长治学院高分子化学实验教学改革初探*

王佳佳

(长治学院化学系，山西 长治 046011)

《高分子化学》是研究聚合物的合成原理及其化学反应的一门学科，而《高分子化学实验》则根据聚合物的应用性能要求，通过不同反应类型和聚合反应的实施方法，加深学生对《高分子化学》理论知识的理解，是我校化学专业重要的专业实验课程之一。经过多年的教学总结，我校化学系《高分子化学实验》课程存在不足，主要表现在：一是传统的实验模式是先通过教师讲解实验的原理及内容，学生再按照实验步骤开展，学生在实验进行的过程中并没有过多的创新和思考；二是传统实验忽略了对学生绿色化学理念的渗透，导致部分学生在实验过程中无意识地污染环境；三是部分实验操作简单、反应时间过长，导致学生对整个实验过程没有兴趣；四是高分子化学实验多使用 JJ-2增力电动搅拌器和电热恒温水浴锅等装置完成，装置分散，体积大，不易在通风橱中进行，会直接产生大量有毒有害气体并产生废液、废渣等，这对师生的身体毒害和环境的污染都很严重。因此，我校《高分子化学实验》课程需要发生全面的改革，包括课程内容设计、实验方法设计及绿色化理念的渗透等方面的改革。

1 课程内容设计

根据我校教学大纲要求，《高分子化学实验》作为《高分子化学》理论课程的实践操作环节[1]，要求学生在掌握高分子化学基本原理的前提下，根据聚合物的应用性能要求，可以正确选择单体、聚合及其实施方法，并设计实验方案，通过不同的实验，使学生掌握一定的实验技能。

在高聚物的研究中，相对分子质量是一个不可缺少的重要数据，它不仅反应了高聚物分子的大小，并且直接关系到高聚物的物理性能[2]，测定高聚物相对分子质量的方法有很多，可通过不同的方法测得数均分子量、重均分子量、Z均分子量、粘均分子量。设计粘度法测定水溶性高聚物的相对分子质量这一实验，可以让学生掌握Ubbelohde粘度计测定高聚物稀溶液粘度的方法，从而测定水溶性高聚物的相对分子质量。

甲基丙烯酸甲酯的本体聚合和丙烯酰胺水溶液聚合均为自由基聚合反应[3]，这两个实验让学生熟悉自由基聚合机理的同时，也加深了对本体聚合和溶液聚合两种聚合方法的比较和理解。

聚乙烯醇缩甲醛的制备是典型的高分子链上基团参与的化学反应，让学生了解在高分子链上有合适的反应性基团时，均可按有机小分子反应历程进行高分子化学反应[4]，这一实验不仅加深了学生对于高分子化学反应的理解，并为通过高分子链上功能基团的转化对高分子化合物进行改性奠定了实践基础。

2 实验方法设计

针对我校高分子化学实验课程目前出现的一系列问题，需要从实验方法的设计上进行有针对性的改革。

2.1 创新性教学

传统的实验课教学往往是先由教师讲解实验原理及内容，再由学生按照实验教材的步骤进行开展，导致学生在整个实验过程中不加思考，甚至实验结束后并没有加深对理论知识的理解，反而失去了实验课程开设的意义，这就有必要对实验课程进行创新性改革，通过一些创新点的加入来加深学生对实验课程的兴趣，从而加深对该实验的理解，最终达到理论指导实践，实践检验理论的目的。

例如，甲基丙烯酸甲酯的本体聚合，该实验俗称有机玻璃的制备。课前，告知学生准备一些自己喜欢的花瓣、树叶、姓名贴等装饰品，可以通过本次实验来制作出自己喜欢的小物件，从而调动学生对该实验的期待；课上，充分列举生活中用到的有机玻璃材料，再由学生自己动手将装饰物放入不同的模具，做出自己喜欢的饰品，得到的饰品外形似“琥珀”，甚得同学们的喜爱；课后，分组讨论总结实验成功的关键及失败的原因。这样，既充分调动了学生学习探究的兴趣，也加深了学生对甲基丙烯酸甲酯用途及制备方法的理解，有利于综合素质的培养。

2.2 “合-分”结合实践

《高分子化学实验》在实验过程中会直接产生大量有毒有害的气体，飘逸到空气中会对师生的身体产生毒害，可以考虑将一些操作单一、简单的实验步骤合并开展，再分到每组进行下一步操作的“合-分”结合实践操作，从而降低有毒有害气体的逸出量。

例如，甲基丙烯酸甲酯本体聚合的预聚合阶段，将甲基丙烯酸甲酯单体及过氧化苯甲酰置于锥形瓶中，在85～90 ℃水浴中不断搅动预聚合0.5～1 h[5]，此操作简单，如果每组分别进行，由于装置较为分散，将会加大有毒有害气体的逸出量从而危害师生的身体健康，可以考虑将这一步骤合并后在通风橱进行操作，预聚合结束后再分到每组进行浇铸灌模并继续后聚合，从而避免装置分散并降低气体逸出量。

2.3 减量化实验

传统的高分子化学实验中，由于认识程度不够、实验内容不合理、常量的实验用品用量大等原因导致高分子化学实验成为了实验室污染的主要源头之一[6]。为了降低高分子化学实验对师生身体造成的危害及对环境造成的污染，从源头上降低污染来源十分有必要，这就要求我们在充分考虑实验合理性的基础上，降低实验药品用量，从而进行减量化实验。例如，丙烯酰胺水溶液聚合，试剂用量改为常规方法用量的一半，不仅节约成本、降低污染，后处理也较容易，产率较常规方法高3%～5%。再如，甲基丙烯酸甲酯本体聚合，传统实验所用的模具为10×50 mm的小试管，现改用6×30 mm的小试管，在达到实验目的的基础上，不仅节约了成本，由于试管口径减小，还降低有毒有害气体的逸出量，从而减少对环境的污染，做出的“饰品”更加小巧可爱。

减量化实验是对常规常量实验的改进，是在绿色化学理念指导下，用预防化学污染的新思想对常规常量实验进行改革的结果，可以从源头上降低污染，是对实验进行改革的趋势所在。

3 绿色化理念的渗透

随着环境污染的加剧和人类对环境问题的关心，具有全新理念的“绿色化学”便应运而生[7]。化学实验绿色化，是21世纪大学化学实验课程改革的重点方向和崭新课题[8]。近年来，许多高校都在积极探索，并取得了明显的成效。2013年，齐齐哈尔大学的朱清梅等[9]用新的实验方法和手段对常规的实验内容、仪器进行改革和优化组合，普及微型实验，密闭实验过程，并对实验产生的“三废”进行集中处理，降低了实验室污染的指数。2017年，九江学院的陈福山等[6]通过改变观念、减少反应的用量、密闭操作及仿真实验使实验室的“三废”排放降低到最低程度。同年，三明学院的罗菊香等[10]以可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合反应为例，设计使用蓝光LDE诱导该反应，其过程倡导绿色化学理念，更为重要的是有利于培养学生的环保意识。此外，九江学院的张立明等[11]从课程内容安排、教学方法等方面的改革，实施了绿色化实验的实践，从而改善化学实验室环境，减少环境污染，保护师生健康。

但长期以来，我校的高分子化学实验课程往往忽略了“绿色化”理念的渗透。主要表现在：实验过程中，师生无意中将有毒有害的气体排到大气中，将一些污染物质排入下水管道；此外，由于资金投入不足，缺少专门的化学废弃物回收处理的理论指导及专业部门对有毒有害废气、废固、废液(“三废”)[12]的回收处理，从而污染环境并无形中对师生的身体造成一定伤害。要真正做到绿色化教学，必须从以下三方面对教师和学生进行“绿色化”理念的渗透：第一，实现高分子化学实验“绿色化”要从教师做起，应在教师头脑中树立“绿色化学”的思维，可以通过外出培训学习或到双一流高等院校进行参观学习等方式提升教师的“绿色化”实验教学素养，并培养环保概念和可持续发展意识；第二，在实验教学中注重向学生灌输“绿色化”观念，将“绿色化”贯穿于实验始终，让学生切身体会，关心“三废”的产生及相应的处理方法，并将绿色环保意识、环保责任保留到今后的工作中，从源头上阻止污染；第三，加大对实验室“三废”回收处理的资金投入，例如，对于废渣、废液可进行集中回收后交由专业部门回收处理，对于废气可以通过加装封闭式通风橱并使用尾气吸收装置来吸收废气，从而真正降低“三废”对环境的污染和对师生身体的毒害。

我校化学系《高分子化学实验》的教学改革是一项长期而艰巨的任务，目前虽然取得了一定的成效，但仍存在许多问题和困难，任重而道远，有待进一步探索研究。