《聚合物合成原理及工藝學》課堂教學效果改革

侯維敏+張曉琳+李鳴明+宮蕾+李秀平+詹世平

摘要：《聚合物合成原理及工藝學》是高分子材料與工程專業重要的必修專業核心課。但由于內容廣博且理論聯系實際緊密，而學生缺乏生產實踐經驗，給同學們的學習帶來困難。本文探討了為有效提高課堂教學效果及學生的工程實踐能力，在教學內容、教學方法及教學手段等方面的探索。

關鍵詞：聚合物合成原理；課堂教學效果；工程實踐能力

《聚合物合成原理及工藝學》是以傳統三大合成材料及先進高分子材料的工業生產為模型，以聚合物的大分子鏈設計——鏈結構控制——產品性能控制為主線，系統介紹了高分子材料的工業生產方法及重要品種高分子材料的生產工藝。本門課在高分子材料與工程專業中的地位非常重要，是一門必修的專業核心課，主要以有機化學、高分子化學、高分子物理、化工原理等課程為基礎，重在培養學生的工程意識。但由于課程對先修課程的依賴性強，學生對先學知識掌握不牢而覺得內容晦澀難懂；并且由于課程內容廣博，理論聯系實際緊密，學生又沒有任何生產實踐經驗而覺得知識枯燥乏味，導致聽課效果差。針對這些問題，本文通過以下幾方面的改革措施來探討如何能夠有效提高課堂教學效果及學生的工程實踐能力。

一、梳理教學內容，突出重點

聚合物合成原理及工藝學以合成工藝為主線，主要介紹了高分子材料領域中重要品種的生產方法、結構、性能等方面的內容。我們目前選用的是趙德仁主編的第三版《高聚物合成工藝學》，主要包括兩大部分內容，第一部分以工藝為主，介紹聚合方法，如自由基聚合、離子聚合、配位聚合、縮合聚合及逐步加成聚合的生產工藝；第二部分以聚合物品種為主，介紹材料性能應用及相應的生產方法，如通用塑料、工程塑料、生物降解高聚物、水溶性高聚物、合成纖維、合成橡膠等。這本教材非常經典，內容編排豐富。但由于課時少（32學時）與內容多相沖突，還有一些前后章節內容交叉，或是與其他專業課程內容重疊，不能采用全覆蓋式講授，因此適當調整精選了授課內容。

（一）課堂上重點講授第一部分，介紹幾大聚合方法。這些聚合方法在之前的高分子化學里著重講過聚合機理等理論知識及計算，所以簡單復習一下，主要著重生產工藝過程的詳細介紹，包括原料準備與精制、催化劑或引發劑的準備與配制、聚合反應、分離過程、聚合物后處理、回收等具體生產過程，還會講述過程中所涉及的設備、工藝條件、配方等。

（二）挑選教材中第二部分內容的聚合物品種作為實例，適當穿插進入第一部分的講解。例如，講到自由基懸浮聚合時，會引入有代表性的聚氯乙烯（PVC）的結構、性質、應用及生產工藝等來講解，并舉一些與生活貼近的應用實例，像PVC制作的保鮮膜，由于殘留致癌單體氯乙烯，盡量不用，尤其不要用這種膜包裝食物，還將它與聚乙烯（PE）膜比較，告訴學生們兩者的區分方法；PVC人造革與聚氨酯（PU）人造革制作的仿皮衣皮革包的區分方法；PVC貼皮家具的制作過程等；講解逐步加成聚合時，就主要以聚氨酯為代表來介紹生產工藝。

（三）書中第二部分內容以學生自學了解為主，學生可針對某個感興趣的聚合物品種看書學習并查閱相關文獻，最后整理提交一個專題報告，主要介紹該聚合物的結構、理化性質、生產方法及工藝、應用等，分數記入期末總成績。

二、結合實踐教學。提高工程能力

工程實踐能力是工程師最重要、最基本的素質之一，也是高等院校工科專業教育的薄弱環節?！毒酆衔锖铣稍砑肮に噷W》是實現聚合物材料從實驗室規模到工業化生產必經之路，是理論聯系實際的重要橋梁。本課程著重強調工程技術觀點和實踐經驗訓練，從而提高學生工程實踐能力，培養學生分析和解決問題的能力，為今后學生從事高分子設計、改性、加工和應用奠定理論基礎，并為從事工程技術工作打下良好的基礎。所以本課程需要與實踐教學環節緊密配合，才能實現上述目標。

（一）將實習與課堂教學相結合。認識實習和生產實習是實踐教學的重要環節?！毒酆衔锖铣稍砑肮に噷W》課程安排在認識實習和生產實習之間的學期里。我們選擇了與本專業密切相關的一些生產企業去參觀學習，如大連西太平洋石油化工有限公司，主要參觀聚丙烯生產車間，同學們在工程師的帶領及講解下了解了聚丙烯的生產工藝流程和具體的生產裝置，加深理解了課堂所學的知識；參觀順達聚氨酯的車間，工程師先用PPT介紹產品及工藝特點，然后參觀具體生產工藝流程，講述了從原料到最終產品加工包裝的各個環節；在大連北方海鷗制漆廠參觀了油漆的生產、表征及研發部門。然而我們也意識到學生在企業參觀實習的時間畢竟非常有限，大學4年僅有4周時間。因而我們計劃進一步加強校企聯系，將定期聘請校內外專家或企業成功人士來學校進行一系列與生產實際或專業前沿發展密切相關的講座，這樣既可以開闊學生的視野也能提高工程實踐能力，此外還能激發他們對課堂學習專業知識的興趣。

（二）將課程設計、化工設計大賽與課堂教學相結合。本專業綜合性課程設計安排在本課程結束后的學期，該課程設計與本專業課程內容緊密相關。由于本課程的第二部分內容由學生自行選擇某個聚合物品種并查閱相關文獻，在課程設計階段，即可根據上學期提交的專題報告，繼續完成相關的工藝和設備設計環節，最后還需附上工藝流程圖及設備的工藝條件圖。

（三）開放專業實驗室，包括合成、加工、表征3個實驗室，設備先進齊全，可以用于學生們的課外實踐活動基地。例如，同學們可以根據課堂所學的自由基本體聚合實施方法來制備有機玻璃棒；采用噴霧干燥器處理乳液聚合產物，與采用破乳劑沉降析出產物對比，觀察其形態大小等方面的不同；采用縮合聚合的界面縮聚的方法制備尼龍絲等；采用先進的二氧化碳超臨界裝置進行綠色聚合的研究探索。

（四）鼓勵學生參加各種競賽活動。例如，每年高分子材料與工程專業都組隊參加遼寧省及全國化工設計大賽，曾獲得過全國大學生化工設計競賽二等獎；每年都組織申報大學生創新創業訓練計劃項目，讓同學們早在大一大二就可以進入老師的課題組做創新實驗，提高學生的科研興趣及綜合能力。這些項目為他們工程實踐及創新能力的提高提供了很好的平臺，并能將自己的研究成果凝練總結發表在學術期刊上，其中一項優秀的校級項目還被選中，獲得遼寧省大學生創新創業訓練計劃項目資助并順利結題。endprint

三、利用多媒體提高教學效果

《聚合物合成原理及工藝學》的課程內容與生產實踐聯系緊密，若全部以傳統板書的形式進行教學，難以達到良好的教學效果，并且由于課時少內容多，傳統的教學手段承載的容量有限，板書耗時。這時我們可利用多媒體，如視頻、動畫等將這些難以表述的內容清地顯示在屏幕上，這樣學生更容易接受和理解。本課程中涉及到大量的合成工藝流程圖及單元設備圖，可讓學生采用Auto CAD軟件參與繪制；針對工藝流程原理、反應機理、設備工作原理等抽象難懂的教學難點，采用Flash軟件制作單個動畫文件，直觀形象地進行模擬；對于一些需要詳細說明的教學重點和難點，使用動畫也難達到滿意的教學效果時，則利用網絡資源搜集視頻素材，例如回收的廢舊塑料瓶如何制成滌綸衣服、制作聚氨酯泡沫座椅的過程、油漆的制作、石油的開采、合成橡膠的制備等視頻。采用直觀的單元設備圖、工藝流程圖、Flash動畫、視頻等多種媒體形式，大大地豐富了課程的教學內容，有利于激發學生的學習興趣、加深學生對課程內容的透徹理解，從而達到常規教學手段難以達到的教學效果。

四、提高科研素養及環保意識

目前，隨著國家現代化進程的加快，培養高素質人才是本科教學工作的重中之重。高素質主要體現在創新意識與能力，這就需要我們平時更注重學生科研思維的培養，增強其創新性實踐意識，以適應社會發展需要。此外還需讓學生加強環保意識，發展綠色科研之路，減少污染，保護地球環境。我們主要通過以下兩方面的措施提高學生的科研素養及環保意識：

（一）引入學科前沿科研內容，寓科研于教學。例如，乳液聚合中的乳化劑屬于表面活性劑，講授時引入表面現象的介紹，通過圖片和視頻，介紹了科學家們通過向自然學習從而制備出仿生材料。例如，模擬荷葉的超疏水結構制備自清潔材料；研究水蠅如何實現輕松在水中站立跳躍，為今后開發微型水上交通工具提供思路。

（二）倡導學生積極參與環保行動，提高環保意識。在講授教材第一章廢舊塑料的回收時，針對這一主題與學生探討解決方案，還介紹了如何將廢舊塑料瓶加工處理變成滌綸毛衣；播放一次性泡沫塑料飯盒如何回收再利用的視頻；講解如何將廢棄的蝦蟹殼經過化學處理變成可吸收的手術縫合線殼聚糖的過程等。此外讓同學們積極參與到環保行動中，做好垃圾分類、利用課余時間清理校園垃圾、減少一次性塑料的使用等這些力所能及的事情。

五、促進教師工程實踐能力提升

教師是教學主體，教師的工程實踐能力對學生學習效果及工程實踐能力的提高起到至關重要的作用。由于目前高校教師尤其是青年教師，雖然學歷很高，但大多是從此校門轉入彼校門，缺乏實際工廠工作經驗，講課時重理論輕實踐，因此亟待提高教師工程實踐能力。我們需要建立一些長期合作的工廠實踐基地，教師定期進行工程實踐培訓或去企業掛職鍛煉，吸收積累生產一線的工程實踐經驗，做到理論結合實踐；多鼓勵青年教師參加工程實踐培訓課程及會議，例如參加Aspen軟件培訓，老師們可以利用軟件完成實際工藝的模擬及優化；教師指導學生多參加全國化工設計大賽、創新創業大賽、挑戰杯等項目。

六、結語

在《聚合物合成原理及工藝學》的課程教學中，為提高課堂教學效果，爭取在有限的學時內讓學生掌握更多專業基礎知識，我們在教學內容及教學手段等多個方面進行了積極有效的改革探索與實踐。主要采用精選教學內容、重視實踐環節、利用多媒體、提高科研素養及環保意識、考核多樣化、提高教師工程實踐能力等一系列措施，不僅能提高課堂教學效果，還有助于培養學生的工程實踐能力。endprint