構建“理論-實踐-科研三位一體”的高分子化學教學模式

戴潤英，盧麗敏，劉倩，龔磊，魏玲，邱美

（江西農業大學理學院，江西南昌 330045）

精細《高分子化學》是《高分子材料》的理論基礎，是應用化工、化學工業、食品工程等專業學生必須修讀的專業課程，是基于有機化學、物理化學的“第五大基礎化學課程”。高分子化學是研究聚合物的合成與化學反應、反應機理、反應動力學、反應影響因素及反應的實施方法等的一門綜合性學科[1]。高分子化學理論性、概念性和系統性強，傳統課堂教學的“滿堂灌”模式易于讓學生犯困，教學效果差。若是課堂教學與科學研究、實踐生產脫節，易讓學生產生“學習無用論”等認知，大大降低學習興趣。因此，在有限的學時內順利完成教學計劃并提升教學質量，激發學生對高分子化學的學習興趣，用所學理論解決實踐問題是高分子化學教學改革中亟待思考和解決的問題。

1 “理論-實踐-科研三位一體”教學模式的提出

為提升學生的學習興趣，夯實學生的理論基礎，教學研究者提出了情境式[2]、Seminar研討模式[3]、交互式[4-5]、案例式[6]等教學手段，讓學生在參與高分子教學中提高學習主動性。夏薇等[3]提出在高分子化學本科教學中改變傳統單向模式，采用Seminar教學模式，為本科生提供參與科研的機會，提高其創新探索能力。夏笑虹等[4]以命題式、答疑式和答辯式等互動式教學模式，調動學生的積極性，提高學生的綜合實踐能力。張安強等[7]將學生研究計劃引入到高分子化學的課程教學中，激發學生內在的學習興趣。現代高等教育不但要培養人才，而且要培養應用型人才，這就要求教師在課堂上從實踐出發，注重應用實踐能力的培養，促進教學內容與時俱進[8-10]。基于上述問題，參考了國內學者對高分子化學課程的教學模式，結合農林院校專業特色和學生特點，提出了“理論-實踐-科研三位一體”的滲透式教學模式。

2 “理論-實踐-科研三位一體”教學模式的設計與實施

2.1 “理論-實踐-科研三位一體”教學模式的設計

高分子化學是一門理論與實踐并重的課程，需要學生不但掌握內容龐雜的理論知識，還能將其運用于指導實際生產，綜合科研能力得到提升[11]。“理論-實踐-科研三位一體”教學模式試圖改變傳統理論教學模式中學習與應用脫節、理論與實踐分離的狀況，從理論、實踐與科研三方面對應用化學專業學生進行綜合性培養，把教材中的理論和操作實驗、仿真實驗及解決實踐問題結合起來，使知識增長成為培養能力的基礎，切實提高學生的實踐操作技能和創新發展思維。受教學計劃和教學時數限制，該教學模式壓縮于第5個學期一個學期內執行完，要求學生事先牢固掌握教材理論知識；其次是高分子化學實驗，包括虛擬仿真實驗和動手操作實驗；再次是綜合科研，教師提出實際生產實踐中遇到的問題，讓學生們根據已學知識，設計并獨立完成實驗。從理論課堂、實驗實踐和綜合科研三方面把握高分子化學課程學習的三個環節。在三個階段中，理論課堂是基礎，實驗實踐是核心，綜合科研是升華，三者密切關聯、相互影響。該教學模式示意圖如圖1示。

圖1 “理論-實踐-科研三位一體”的高分子化學教學模式示意圖

2.2 “理論-實踐-科研三位一體”教學模式的初步實施

筆者對2017級應用化學（以下簡稱“應化”）專業的高分子化學課程采取了“理論-實踐-科研三位一體”的教學模式，取得了良好的教學效果，現介紹如下。

2.2.1 教學對象

應化專業2017級有3個班，以應化1701班和應化1702班作為對照班，應化1703班作為實驗班。即應化1701班和應化1702班采用傳統理論教學模式——根據培養計劃編寫的教學大綱，采用板書和多媒體教學手段相結合進行理論授課；應化1703班采用“理論-實踐-科研三位一體”的教學模式。該專業所有學生均經全國高等院校統一招生考試錄取，在班級人數、入學成績和入學年齡方面相當，具有可比性。“理論-實踐-科研三位一體”教學模式試驗班和傳統理論教學模式對照班由同一位教師進行授課。對照班全程采用傳統理論教學模式，試驗班全程分3個階段進行授課。

2.2.2 教材與課件

教材選用高等教育規劃教材《高分子化學》（第5版，化學工業出版社出版，潘祖仁主編）；課件為本課程組教師集體制作。

2.2.3 實施過程

（1）理論課堂

以高分子化學課程中《聚合方法》為例，這章牽涉的聚合方法種類較多，重要的有本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合。這些聚合方法在實際科學研究和生產實踐中應用較多，按照傳統教學計劃，要在2學時內讓學生掌握整章內容，有較大困難。根據應用化學專業課程設置進行適當取舍，重點講解懸浮聚合和乳液聚合的聚合機理與聚合動力學，并及時補充最新科研成果，開闊了學生的視野。課堂中重視與學生交流，鼓勵學生思考問題，進行互動式教學，激發學生學習熱情，引導學生放眼于整個高分子學科的研究狀況。

（2）實驗實踐

以生產實踐中的產品要求來設計實驗。在應化專業的專業課程《精細化工工藝學》中要學到涂料，高分子化學實驗特意開設聚醋酸乙烯酯乳膠涂料的主要成膜物質“聚醋酸乙烯酯乳液的合成”。實驗先通過虛擬仿真實驗模擬操作，再在實驗室付之實踐，將仿真實驗與動手操作結合起來，讓學生對乳液聚合得到全面的掌握和應用。實驗過程中鼓勵學生思考并討論下列問題：①根據涂料對主要成膜物質的需求，得到聚醋酸乙烯酯乳液的性狀是什么？②乳液聚合成核時的關鍵影響因素有哪些？③為什么大部分的單體和引發劑要逐步滴加？④聚乙烯醇在反應中起什么作用？為什么要與乳化劑OP-10混合使用？⑤為什么實驗結束前，要加入NaHCO3調節體系pH值為5～6？最后將實驗中得到懸浮穩定的聚醋酸乙烯酯產品收集起來，留待用于配制聚醋酸乙烯酯乳膠涂料。通過引導和以問題為基礎的教學（PBL），讓學生領悟在生產實踐中如何避免出現實驗中的不良現象。

（3）綜合科研

高分子化學是一門實踐性很強的課程，生活中的眾多功能材料都屬于高分子材料。以解決實際生產問題為導向，鼓勵學生查找文獻，結合所學的理論知識，先遞交設計的實驗方案，然后由教師再和學生一起理清思路，最后再制備聚合物。例如某一企業要有效降低廢水中重金屬離子的含量，應如何優化吸附功能材料的性能？先讓學生在一周內查閱文獻并提交實驗方案，再和學生一起梳理思路：首先聚合物結構中應該具有能和重金屬離子絡合的N、O、S等元素，合成一種強極性的吸附樹脂；其次宏觀結構要求聚合物表面積大，球形結構能提高材料的吸附性能，并進一步引導學生，采用疏水性單體發生懸浮聚合，合成氨基聚合物微球；最后強調懸浮聚合的注意事項，讓學生修改并確定實驗方案后再展開實驗。通過綜合性的設計并合成新的吸附功能材料，讓學生在查閱資料、穩固基礎、拓寬思路、鍛煉操作、組織文字等方面得到全面提升。

2.2.4 成績考核

傳統理論教學模式下的高分子化學課程偏重于理論，成績考核一般是“20%平時成績+80%卷面成績”，學生的應用能力未得到重視和體現。實際上，高分子化學課程是理論與實踐并重的課程，“理論-實踐-科研三位一體”的教學模式旨在提高學生的實踐技能和綜合素質。因此，成績考核革新為“40%平時成績+60%卷面成績”，其中平時成績包括考勤（10%）、作業（10%）、隨堂測試（20%）、實驗實踐（30%）和綜合科研（30%）。這種成績評價模式使得考核內容多樣化，增大了學生的實踐機會，將理論與科學研究、實踐生產掛鉤，有利于激發學生學習興趣，讓學生不僅扎實掌握理論，還具有將理論應用于實踐的綜合能力。

3 “理論-實踐-科研三位一體”教學模式的效果

所有學生均需參加同樣試題的理論考試，試題由課程組集體出卷、閉卷考試、流水作業判卷。題型多樣，包括名詞解釋、填空題、簡答題、計算題和綜合題，滿分100分。試驗班應化1703班和對照班應化1701班、應化1702班的學生理論成績結果如表1所示。結果表明，采用“理論-實踐-科研三位一體”教學模式的應化1703班在及格率、優秀率（80分以上的比例）及平均分上均顯著高于采用傳統理論教學模式的應化1701班和應化1702班。可見，通過“理論-實踐-科研三位一體”的教學模式不但能增加學生的實踐機會，還能有效夯實學生的理論基礎，使教學效果顯著提高。

4 “理論-實踐-科研三位一體”教學模式的評價

將“理論-實踐-科研三位一體”教學模式初步應用于江西農業大學理學院應用化學專業高分子化學課程的教學，旨在提升學生的學習興趣、實踐技能和綜合素質。經過“理論課堂、實驗實踐和綜合科研”三個環節的初步實施，試驗班學生的理論成績及格率、優秀率和平均分明顯高于對照班。“理論-實踐-科研三位一體”滲透式教學模式使培養學生的方式豐富化、內容實用化。該教學模式的成績考核，加大了平時成績權重，提升了實踐、科研的地位，將理論與科學研究、實踐生產掛鉤，增強了學生的學習興趣，提高了學生的實踐技能和綜合素質，教學效果得到顯著提高。

表1 理論成績考核結果