新工科視域下《高分子化學》課程教學改革的初步探索

鄭耀臣，丁永濤，侯立杰

(煙臺大學 化學化工學院 高分子材料與工程系，山東 煙臺 264005)

《高分子化學》課程是優勢工科專業—高分子材料和材料加工等相關學科的一門重要基礎課[1-2]。通過對《高分子化學》課程的講授，讓學生系統理解高分子學科的重要概念、牢固掌握高分子科學的基礎理論，為應用高分子化學知識解決相關領域內的實際問題夯實基礎。因此，在教學過程中，充分利用《高分子化學》課程的自身特點，在突出工科特色的基礎上，將高分子材料的合成理論和工業生產過程相結合，探索“產教融合，學科交叉”的應用型人才育人新機制，對于培養高水平應用型人才具有積極意義。此外，為主動應對新一輪產業變革、滿足“中國制造2025”的人才需求，教育部提出了建設新工科的人才培養戰略，要求“工科優勢高校要對工程科技創新和產業創新發揮主體作用，地方高校要對區域經濟發展和產業轉型升級發揮支撐作用”。作為具有工科優勢的地方性高校，有義務為高分子產業的轉型升級以及區域經濟的快速發展提供高品質的應用型人才。

本文根據高分子材料、材料加工等工科學科的專業特點，結合近年來對《高分子化學》課程的教學實踐，提出了適應新工科發展要求的《高分子化學》課程教學改革的幾點建議。

1 教學內容的適度擴充

“新工科”視域下更強調學科的實用性、交叉性和綜合性。所以在教學內容上適度進行改革，以滿足“新工科”發展對學生在知識和能力兩方面的需求。

《高分子化學》課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、離子聚合、配位聚合等)以及高分子的化學反應等主要內容組成，重點闡述聚合方法、聚合反應機理及相關模型的動力學方程、高分子的化學改性等內容[1]。經過幾十年的發展，在Flory經典著作《高分子化學原理》的基礎上，潘祖仁教授的新版《高分子化學》也擴充了很多內容、增加了很多知識點，例如自由基聚合的可控策略，原子自由基聚合、可逆加成-斷裂鏈轉移反應等，對加深自由基聚合理論的理解幫助很大。但是，傳統的原子自由基聚合多依賴于具有生物毒性的過渡金屬催化劑控制自由基的激活和失活，從而控制聚合物的分子量及其分布。在此領域最新的研究進展是研究者通過化學理論計算，先推測出一種合適的有機物光催化劑替代過渡金屬元素，同樣能精確控制產物組成及分布，解決了因金屬離子對聚合物材料的污染難題。這個成功實例是典型的多學科交叉、多學科合作的成果。用這個實例傳遞給學生進行團隊合作，加強不同學科之間的合作的信息，啟發學生在選課和搭建知識結構時，重視學科交叉，跨越人為劃分的學科界限廣泛深入地學習。

用聚合物單鏈生長動力學的實驗證據介紹自由基聚合機理的新發現。聚合物單分子鏈鏈增長的新證據表明，聚合物鏈生長過程是由“連續的等待與躍進式增長”兩個步驟交替組成。這部分內容可以在講解《自由基聚合》一章的自由基聚合機理時，與經典的“貪吃蛇”模型一起介紹給同學[3]。這樣既可以使學生及時了解本學科的發展前沿知識，又能培養學生的思辨能力、對經典理論的質疑精神和實事求是的科學態度。

另外，在《高分子化學》的第五章中作為拓寬性內容講解聚碳酸酯的綠色制備方法—化學固定二氧化碳，并以CO2為原料合成梯度結晶的聚碳酸酯—為解決由于CO2引起的“溫室效應”提供新思路。在介紹這個最新研究進展時，給學生著重強調學科交叉的重要性，鼓勵學生在職業生涯中加強不同學科之間的合作，以解決實際問題為目的，不被人為劃分的學科所局限，應從不同側面、不同視角尋找解決問題的可能性和可行性。

2 教學方法的靈活應用

2.1 抽象問題形象化

《高分子化學》課程是在系統學習了四大化學之后的一門專業基礎課。與四大化學相比，它不僅在內容上相對獨立，還具有概念多、理論抽象、現象不好描述、結論不好理解等特征[1-2]。自由基反應的聚合機理和反應特性有別于學生剛學完的《有機化學》中各種基團之間的反應，反應體系中只存在生成的大分子和未反應的單體。各屆學生反應，此機理是非常難以理解的知識點。我們采用動畫的方式展示自由基反應機理，將抽象的理論模型具體化，將反應現象形象化，這樣更利于加深學生對知識點的理解[3]。例如，自由基聚合反應過程借用“貪吃蛇”的動畫模型加以類比。將具有單體引發活性的自由基比作貪吃蛇,反應性單體比作貪吃蛇的食物。貪吃蛇(活性自由基)吃到食物(活性單體)，貪吃蛇身子的長度(聚合物分子鏈)增加，即自由基聚合的鏈增長。兩條貪吃蛇相遇(大分子鏈的雙基終止)或貪吃蛇撞到墻壁(大分子歧化終止)，貪吃蛇即失去活性。由于貪吃蛇的失活速度非?？?遠快于我們觀察的時間尺度)，所以在整個畫面(自由基反應體系)中，只存在貪吃蛇(生成的大分子)和食物(未反應的單體)。通過采用小動畫演示的方式，特有的自由基聚合機理在學生的腦海里留下了非常深刻的印象，有利于了學生對自由基聚合特征的理解。

2.2 轉換課堂教學角色

除了調動學生的學習興趣之外，培養學生主動學習所需知識的能力更加重要。然而，各種能力的提高不是一蹴而就的，需要在學生的日常學習過程中就要注意加強訓練。轉換課堂角色，學生充當教師的角色制作PPT進行講解[4-5]。在學生講解后老師給予相應指導，對知識點進行總結、點明重點、歸納提高。學生經過對知識的預習、復習、理解、掌握、講解過程的訓練，能真正提升自學能力和應對困難的信心。例如，在《高分子化學》課程高分子合成的工業方法一章中，設計采用翻轉課堂的模式，將課堂的決定權轉移給學生。例如，將學生分為四個小組，通過小組討論的方式總結、比較合成高分子工業方法的優劣，完成這一章節的教學內容。然后，通過不同小組相互點評的方式，將本章知識的重點、難點討論透、掌握牢。在講授過程中，學生的角色轉變了，他們的學習態度也隨之改變，學習效果明顯提高。同時，他們在學習知識、講授課堂知識的過程中，提升了自學能力、歸納總結能力、表達能力，以及團隊合作意識。

3 利用網絡工具改革互動模式

采用《藍墨云班課軟件》創建“班課”的方式，改革簽到、測驗、作業、討論等師生互動反饋方式，能節約課堂教學時間，提高教學效率。教師和學生通過登錄藍墨云手機APP的方式，隨時查看作業和問題討論情況。教師發現學生存在掌握不牢的概念或理解不到位的知識點時，可以立即在網上進行指導，答疑解惑。其次，老師也可以根據學生對知識點掌握程度的不同，劃分為幾個不同的題目討論小組。讓學習進度或掌握深度不同的學生進入不同的討論小組內，對不同的題目進行分組討論。這樣既可以調動學生的學習積極性，又能做到因勢利導、因材施教[6-7]?？傊瑤熒雍托畔⒎答伳Ｊ骄W絡化，由于教學信息的傳遞突破了時空的局限，大大提高了互動環節的效率，明顯提升了教學效果，值得同行們嘗試和深入探討。

4 結束語

通過《高分子化學》課程的綜合教學改革，加深了學生對于高分子化學知識重點和難點的理解，讓抽象、枯燥、難懂的知識通過形象生動的動畫演示變得生動形象；通過知識點的擴充，展示了課本中生澀知識點的實際應用，激發了學生對專業知識的學習熱情；提高了學生自主學習、跨學科學習、綜合解決問題的能力以及團隊意識和創新思維的培養，為新工科建設和“中國制造2025”培養合格的應用型人才。