《可降解高分子材料》課程教學(xué)探討*

黃華波，曾小平，陳 萍，張 旗，劉治田

(1 武漢工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073; 2 湖北德威包裝科技有限公司，湖北 安陸 432600)

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《可降解高分子材料》課程教學(xué)探討*

黃華波1,2，曾小平1，陳 萍1，張 旗1，劉治田1

(1 武漢工程大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430073; 2 湖北德威包裝科技有限公司，湖北 安陸 432600)

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境污染問題日益嚴峻，可降解高分子材料領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)刻不容緩。介紹了《可降解高分子材料》課程的開設(shè)背景和課程內(nèi)容。還進一步提出采用多媒體與板書相結(jié)合、專題討論等教學(xué)方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性，突出重點，培養(yǎng)學(xué)生思考和自主學(xué)習(xí)的能力。為了提高《可降解高分子材料》這門新開設(shè)的專業(yè)選修課的教學(xué)質(zhì)量，還需要進一步積累教學(xué)經(jīng)驗，提出更多創(chuàng)新教學(xué)方法。

可降解高分子材料；教學(xué)方法；教學(xué)質(zhì)量

在過去幾十年間，人們的生活水平發(fā)生了翻天覆地的進步，這與材料科學(xué)的發(fā)展是息息相關(guān)的。高分子材料是材料家族的新成員，在近20年的時間里，取得了突飛猛進的發(fā)展，越來越多的高校開始設(shè)立高分子材料與工程本科專業(yè)。武漢工程大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)為國家特色專業(yè)立項建設(shè)、湖北省本科品牌專業(yè)，所屬學(xué)科是湖北省重點學(xué)科。設(shè)有“材料科學(xué)與工程”一級學(xué)科碩士點和博士點，“高分子化學(xué)與物理”二級學(xué)科碩士點。因此，高分子材料與工程在學(xué)校的學(xué)科建設(shè)中占有舉足輕重的地位。

《中國制造2025》中提出，圍繞經(jīng)濟社會發(fā)展和國家安全重大需求，選擇10大優(yōu)勢和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)作為突破點，力爭到2025年達到國際領(lǐng)先地位或國際先進水平。這10大重點領(lǐng)域包括：新一代信息通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)、高檔數(shù)控機床和機器人、海洋工程裝備及高技術(shù)船舶、航空航天裝備、節(jié)能與新能源汽車、軌道交通裝備、新材料、農(nóng)業(yè)機械裝備、生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械[1]。在上述10大重點領(lǐng)域可以發(fā)掘眾多與高分子材料直接相關(guān)的研究課題，主要包括高性能纖維/聚合物復(fù)合材料及輕量化車身、特種涂料(如降阻和吸波涂層)、高性能膜材料(如分離膜和質(zhì)子交換膜)、特種工程塑料和橡膠、先進紡織材料、醫(yī)用生物基塑料，以及仿生智能材料、3D打印材料、石墨烯材料、聚氨酯樹脂、氟硅樹脂等等。這對于我們高分子材料與工程專業(yè)的從來既是挑戰(zhàn)，更是機遇。

由此可預(yù)見，在不久的將來高分子材料工業(yè)的生產(chǎn)及應(yīng)用規(guī)模會繼續(xù)擴大，新型高性能高分子材料制品會不斷涌現(xiàn)。然而，與此同時，環(huán)境、能源、健康等矛盾也會日益突出。因此，研究與開發(fā)環(huán)境友好型可降解的綠色高分子材料成為一項熱問題。為了適應(yīng)國家和社會發(fā)展的需求，遵循教育規(guī)律和人才成長規(guī)律，我校在高分子材料與工程本科專業(yè)開設(shè)了《可降解高分子材料》專業(yè)選修課程。期望通過本課程的學(xué)習(xí)，達到改善學(xué)生的知識框架、拓寬視野、提高專業(yè)素養(yǎng)的目的，為學(xué)生今后的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)，同時也為國家培養(yǎng)更多復(fù)合型專業(yè)人才。

1 《可降解高分子材料》課程介紹

可降解高分子材料是相對通用高分子而言的，廣義上認為，材料在使用廢棄后，在一定條件下會自動分解消失掉。嚴格地說，是指在特定環(huán)境條件下(如光照、加熱、微生物侵蝕等)，其化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化并造成力學(xué)強度和分子質(zhì)量下降，最終可以降解成小分子化合物(如二氧化碳、水)并被生態(tài)環(huán)境吸收的材料。近年來隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，傳統(tǒng)高分子塑料和纖維制品得到了極大地發(fā)展，但同時大量高分子材料廢棄物也給地球帶來了十分嚴重的污染。國際上處理塑料垃圾通常使用的手段主要有：填埋、焚燒和回收再利用三種。填埋塑料垃圾會占用大量的土地資源，也會造成土壤劣化；焚燒會造成大氣污染；而回收再利用也會面臨高成本的問題。使用廢棄后可自然降解，對大自然無污染的可降解高分子材料可以較好的應(yīng)對上述難題。此外，開發(fā)可降解高分子材料的重要意義不僅在于環(huán)保的需要，還可以利用其可降解性，開發(fā)生物醫(yī)用材料，比如藥物釋放和組織工程等[2-3]。這類材料不僅可以達到治療效果, 并可在生物體內(nèi)分解, 參與人體的新陳代謝, 并最終排出體外。

作為高分子材料與工程的專業(yè)選修課，《可降解高分子材料》圍繞著可降解高分子材料近些年研究與開發(fā)的新動向，對其原料選擇，生產(chǎn)工藝，降解機理，以及應(yīng)用領(lǐng)域等進行較為系統(tǒng)的介紹。本課程的特點是內(nèi)容比較系統(tǒng)完整，涵蓋了可降解高分子材料的理論研究與開發(fā)應(yīng)用的主要領(lǐng)域和前沿，理論與開發(fā)并重，注意廣度與深度結(jié)合。通過本課程的學(xué)習(xí)，可以豐富學(xué)生的專業(yè)知識體系，拓寬專業(yè)口徑，為學(xué)生進一步學(xué)習(xí)深造和走向工作崗位打下堅實的基礎(chǔ)。

2 《可降解高分子材料》教學(xué)內(nèi)容

《可降解高分子材料》安排的教學(xué)周期相對較短，計劃課時為24學(xué)時。然而課程涉及的教學(xué)內(nèi)容較為豐富，包括各種可降解高分子的合成機理、生產(chǎn)工藝、物理化學(xué)改性和生物降解機理，此外還包括生物醫(yī)學(xué)等交叉學(xué)科的專業(yè)知識。在教學(xué)過程中，教師不可能將所有全部內(nèi)容全面、深入的向?qū)W生講授。一方面，學(xué)生會感到內(nèi)容紛繁復(fù)雜，無法把握重難點，而得不到較好的教學(xué)效果；另一方面，對于大四的學(xué)生，已經(jīng)學(xué)習(xí)了高分子化學(xué)、高分子物理、聚合物加工原理等主要的專業(yè)課程，基本掌握了高分子科學(xué)的一些基礎(chǔ)的理論及加工方法，具備一定的自學(xué)能力，如果再花大量時間來講授，也會讓學(xué)生感到乏味；此外，本課程的教學(xué)周期短，也沒有足夠的時間把所有的知識都在課堂上深入講清楚。因此，本課程的教學(xué)還是以介紹為主，帶領(lǐng)學(xué)生認識、了解和思考，并為學(xué)生解答疑惑。

可降解高分子材料的分類方法有很多種，其中最常用的分類方法是按照材料的生產(chǎn)方法及來源進行劃分：天然高分子材料、微生物合成高分子、化學(xué)合成可降解性聚酯。根據(jù)上述分類，奠定本課程講授的主體內(nèi)容，故本課程的教學(xué)內(nèi)容可概括如下：第一章，緒論。主要內(nèi)容包括：可降解高分子材料概念的提出，生物可降解高分子材料的種類及降解機理，光降解高分子材料的概念及理論等。第二章，天然高分子材料。主要內(nèi)容包括：重點講解三種產(chǎn)量最高的多糖類天然高分子材料(淀粉、纖維素、甲殼素/殼聚糖)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、化學(xué)改性、生產(chǎn)應(yīng)用、以及降解特征，簡單介紹海藻酸、蛋白質(zhì)、天然橡膠等。此外，芳香多元醇類的木質(zhì)素也可重點講解，包括其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，以及在工程材料(如聚氨酯和酚醛樹脂等)中的應(yīng)用情況。第三章，微生物合成高分子。主要內(nèi)容包括：聚羥基脂肪酸(PHAs)的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)， 微生物合成工藝(發(fā)酵工藝)，提取技術(shù)，以及生物降解性質(zhì)。重點講解一種典型的微生物合成高分子，如聚羥基丁酸(PHB)。第四章，化學(xué)合成可降解性聚酯。主要內(nèi)容包括：化學(xué)合成可降解性聚酯的概念、種類、合成方法及發(fā)展狀況，三種最重要的化學(xué)合成可降解性聚酯(聚乙交酯PGA、聚乳酸PLA、聚已內(nèi)酯PCL)的合成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和應(yīng)用。第五章，可降解高分子材料在環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用。主要內(nèi)容：可降解高分子與環(huán)境保護密切關(guān)系，可降解包裝塑料、可降解地膜以及基于樹皮(縮合單寧)的聚氨酯材料等材料的生產(chǎn)及應(yīng)用情況。第六章，可降解高分子材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用。主要內(nèi)容：生物醫(yī)用高分子材料及相關(guān)生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的概念，發(fā)展歷程及現(xiàn)狀；詳細介紹可降解高分子材料在組織工程和緩釋藥物領(lǐng)域的應(yīng)用等。

3 多媒體與板書相結(jié)合

如前所述，《可降解高分子材料》課程的教學(xué)內(nèi)容非常豐富，幾乎覆蓋了所有的研究及商品化的可降解高分子材料的合成改性(生產(chǎn)制備)、性質(zhì)特征和應(yīng)用情況。故采用信息量大、高效的多媒體技術(shù)進行教學(xué)是最主要的教學(xué)形式。多媒體的教學(xué)方法可以使課堂變得更加生動，比如說可以插入一些圖片及動畫效果形象、直觀地反映講授內(nèi)容，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動性[4]。但是，多媒體的使用必須得恰當，否則會起到適得其反的效果。多媒體教學(xué)最大特點是教學(xué)內(nèi)容信息大，但整堂課都使用多媒體教學(xué)時就會造成信息量過大，講授節(jié)奏過快的問題。同時，過量輔助性材料(如圖片和動畫)的放映也會壓縮主要知識點的講解時間。學(xué)生極有可能會跟抓不住核心知識點，僅僅體驗一場“視覺之旅”，帶來的更嚴重的后果是學(xué)生失去了思考的動力。因此，在《可降解高分子材料》的課堂教學(xué)中，可以根據(jù)實驗情況，對課程中的核心及重點知識進行板書教學(xué)，提示學(xué)生重點關(guān)注并做筆記，如重要的結(jié)構(gòu)式/反應(yīng)式的提示及相關(guān)機理和數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)[5]。此外，在講授過程中，教師即興想起的與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的知識也可以板書出來。

4 專題討論提高教學(xué)效果

傳統(tǒng)的課堂教學(xué)中，一般存在著教師與學(xué)生的互動較少，課堂氣氛不活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性差、效率低等問題。如果依舊按照傳統(tǒng)的方法進行教學(xué)，對于《可降解高分子材料》這樣一門專業(yè)選修課來說，上述存在的問題會更加嚴重，必然無法取得滿意的教學(xué)效果。因此，我們應(yīng)該根據(jù)《可降解高分子材料》課程的特點，更新教學(xué)理念，充分利用現(xiàn)有的條件改變教學(xué)方法，吸引學(xué)生的注意力，使學(xué)生主動地去獲取知識。

面對《可降解高分子材料》的教學(xué)課時少，教學(xué)內(nèi)容多的客觀情況。一方面，我們需要保持較快的教學(xué)節(jié)奏，將教學(xué)內(nèi)容盡可能全面地向?qū)W生講授；另一方面，我們也要意識到以快節(jié)奏講授為主的課堂，也會抑制學(xué)生的思考、學(xué)習(xí)積極性和自我表達能力等，很難產(chǎn)生良好的教學(xué)效果。將專題討論引入課堂可以較好的應(yīng)對這一問題，比如筆者在教學(xué)中引入專題討論。討論題目如下：近年來，發(fā)展環(huán)境友好型綠色材料越來越受到人們的重視。試舉例說明一種環(huán)境友好型產(chǎn)品，并陳述它與非環(huán)境友好型產(chǎn)品相比，在原料及生產(chǎn)技術(shù)等方面的有何區(qū)別？在第一節(jié)課，筆者即將題目布置給學(xué)生，要求他們上課認真聽講，勤于思考，并從上課所講授內(nèi)容中選取一個自己感興趣的產(chǎn)品進行展開。將全班學(xué)生分成十個小組，小組成員在選定了主題后，根據(jù)課堂講授、課本，以及查閱圖書館資料和電子資源對專題進行闡述，并制作成PPT。在最后一次課，學(xué)生登上講臺匯報各自的成果，每個小組的匯報時間為5分鐘。匯報完成以后，教師帶領(lǐng)其它同學(xué)討論，并向匯報小組提問，討論及提問時間為5分鐘。最后，教師對各小組的綜合表現(xiàn)進行評價打分，并計入最終的課程成績。在教學(xué)中，加入這種創(chuàng)新的教學(xué)模式，可以最大限度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并促進他們養(yǎng)成思考的學(xué)習(xí)習(xí)慣。同時，學(xué)生在準備匯報內(nèi)容的過程中，會更加透徹地理解課堂知識，也會學(xué)習(xí)更多課堂之外的知識，自主學(xué)習(xí)的能力得到了良好的鍛煉。因此，這種教學(xué)模式預(yù)期會取得良好的教學(xué)效果[6]。

5 結(jié) 語

隨著環(huán)境能源等矛盾的日益突出，可降解高分子材料逐漸成為了新型材料領(lǐng)域的研究熱點。可降解高分子材料制品也開始進入了人們的日常生活，并展現(xiàn)出了良好的發(fā)展勢頭。因此，《可降解高分子材料》課程的開設(shè)與發(fā)展壯大具有非常重要的現(xiàn)實意義。本文介紹了《可降解高分子材料》課程產(chǎn)生的背景和教學(xué)內(nèi)容，并簡單探討了相關(guān)的教學(xué)方法。目前，筆者在教學(xué)過程中遇到的困難主要來源于開設(shè)該課程的院校還相對較少，相關(guān)教學(xué)資料、教材和教學(xué)研究也是鳳毛菱角。因此，在今后的《可降解高分子材料》課程的教學(xué)中，還需要廣大教育工作者進一步積累和總結(jié)教學(xué)經(jīng)驗，提出更多創(chuàng)新教學(xué)方法，為國家的可持續(xù)發(fā)展培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。

[1] 秦偉,陳曦.十大戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)期待突破——新出爐《中國制造2025》重點領(lǐng)域技術(shù)路線圖詳解[J].裝備制造,2015(11):38-39.

[2] 劉鳳興,程為莊.生物可降解高分子材料及其在藥物釋放中的應(yīng)用[J].高分子通報, 2004(6):38-41.

[3] 任杰,吳志剛,潘可風(fēng).可降解高分子材料在骨、軟骨組織工程中的應(yīng)用[J].同濟大學(xué)學(xué)報:醫(yī)學(xué)版,2003,24(1):62-65.

[4] 王雅菲,陳娟.多媒體技術(shù)在教學(xué)過程中的調(diào)查探究[J].軟件導(dǎo)刊(教育技術(shù)),2010,11:31-32.

[5] 張旗,劉治田,高翔,等.《功能高分子材料》課程教學(xué)改革探究[J].廣州化工,2016,44(15):170-171.

[6] 齊民華.功能高分子材料課程教學(xué)改革的思考[J].廣東化工,2011,38(5):267.

Teaching Investigation on Course of Degradable Polymer Materials*

HUANGHua-bo1,2,ZENGXiao-ping1,CHENPing1,ZHANGQi1,LIUZhi-tian1

(1 School of Material Science and Engineering，Wuhan Institute of Technology，Hubei Wuhan 430074;2 Hubei Packing Technology Co., Ltd., Hubei Anlu 432600, China)

With the development of social economy and increasing serious problem of environmental pollution, the cultivation of the professional and technical personnel in the field of degradable polymer materials is of great urgency. The background and content of the course of Degradable Polymer Materials were introduced, it was further suggested that the teaching methods of multimedia technique combined with blackboard writing and panel discussion could help to increase the students’ learning interests and initiatives, emphasize key areas, train the ability of analysis and independent study of students. In order to improve the teaching quality of this new professional elective course of Degradable Polymer Materials, the teaching experience need to be further accumulated and more innovative teaching methods should be developed.

degradable polymer materials; teaching method; teaching quality

武漢工程大學(xué)教學(xué)研究項目：基于MOOC理念《高分子物理》課程新型教學(xué)體系的構(gòu)建(X2015011)；大類培養(yǎng)背景下材料大類系列核心課程建設(shè)與改革探索(Z2014005)。

黃華波，博士，講師，主要研究方向為功能高分子復(fù)合材料。

劉治田，博士，教授。

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1001-9677(2016)024-0122-03