高分子化学实验教学内容的选取与整合优化

高分子化学实验教学内容的选取与整合优化

张欣茜 遆晓南 王英 杨再磊

（新疆农业大学化学工程学院、新疆农业大学食品科学与药学学院）

[摘 要] 针对应用化学专业，在同期专业课程门类较多、学生学科基础相对薄弱、学时数有限的条件下，从单体和引发剂的精制、聚合实施方法、聚合物的化学反应三个方面对高分子化学实验内容进行选取与整合优化；以验证性实验为基础，引入设计性实验并紧密联系实际开设应用性实验，各类型实验互相渗透、相互关联，形成有机整体；增强了实验的趣味性和实用性，有助于相关理论知识的深化，提高了实验课教学质量。 [关键词] 化学实验 内容选取 整合优化

高分子化学是高分子材料与工程专业、应用化学专业理论教学课程的重要组成部分，是一门实践性很强的自然科学，与之相配套的高分子化学实验则是其实践基础。

实验教学的主要目标是对理论知识的形象化、具体化应用，以及培养学生动手能力和创新能力。因此，高分子化学的实验教学环节不仅对建立与巩固高分子化学基本概念和理论、强化高分子化学相关知识具有重要作用，而且有利于培养学生的观察分析能力、研究动手能力和综合设计创新能力，同时也为我校应用化学专业学生毕业设计提供了新的选题方向和实验手段。

基于以上教学目的，对应于理论教材——《高分子化学简明教程》[1]，我们从单体和引发剂的精制、聚合实施方法、聚合物的化学反应三个方面来进行实验内容的选取，并结合我校应化专业学生实际情况与具体学时数，对所选内容进行整合优化；以验证性实验为基础，引入设计性实验并紧密联系实际开设应用性实验。

一、以验证性实验为基础构建综合实验体系

高分子化学是新疆农业大学化学工程学院为适应社会需求，针对应用化学专业学生，在大学三年级下学期开设的新增专业课程，同期专业课程门类较多、学生学科基础相对薄弱、学时数有限，相应的实验教学部分则需内容紧凑、整体连贯、具有代表性。

验证性实验能够帮助学生进一步掌握相关实验规程和内容，熟悉有关仪器设备的使用，并对实验结果有所认知；对建立高分子化学的基本概念、巩固基础理论、强化高分子化学相关知识具有非常重要的作用。验证性实验能够保证课程的整体

性，有利于学生知识体系的过渡。并且，验证性实验所需仪器设备与有机化学实验相近，可在其基础上改装、增补，以确保实验的顺利进行，节约实验场地与教学成本。

因此，我校应化专业高分子化学实验以验证性实验为基础单元，针对相应知识体系，开设：1．单体和引发剂的精制；2．聚合实施方法：2.1本体聚合——甲基丙烯酸甲酯的本体聚合(有机玻璃工艺品的制备)/聚氨酯的本体聚合(彩色泡沫塑料的制备)， 2.2悬浮聚合——苯乙烯的悬浮聚合(阳离子交换树脂的制备)， 2.3乙酸乙烯酯的乳液聚合(白乳胶/乳胶漆的制备)， 2.4乙酸乙烯酯的溶液聚合(胶水的制备I)；3．聚合物的化学反应： 3.1聚乙酸乙烯酯的醇解(胶水的制备II)， 3.2聚乙烯醇缩甲醛的制备(胶水的制备III)；共三个模块七个实验[2-4]。

其中，实验1、 2.4、3.1、3.2分别涉及高分子化学反应体系、聚合反应实施方法和聚合物的化学反应三个方面，系统地呼应了高分子化学的知识理论体系，包含了从乙酸乙烯酯单体、偶氮二异丁氰引发剂的精制到聚乙酸乙烯酯的制备、醇解，进而缩甲醛化制得胶水的全部过程，构成了一个综合性有机整体，较为完整地体现了工业生产的实际情况。

二、增加实验趣味性，引入设计性实验

由于聚合反应时间较长，在高分子化学实验过程中一般需长时间等待，容易使其在等待反应过程中觉得无意义、实验积极性不高。针对这一现象，我们对传统的验证性实验进行了改进，把实验与艺术、生活相结合，让高分子化学实验具有美的感觉和生活乐趣，极大地提高了学生的实验兴趣，充分调动了实验积极性。 实验“2.1本体聚合”包括两组实验，学生可自行选择其中一组进行。在“甲基丙烯酸甲酯的本体聚合”中，提前通知学生准备一些小纪念品以及挂扣，在预聚合完成之后将这些物品放入模具中，注入预聚合产物并在端面安装挂扣，低温45 ℃聚合24小时后高温后处理，制得有机玻璃小挂件，既精美又具有纪念意义。在“聚氨酯的本体聚合”中，实验室提供各色染料，并让学生自行设计各式纸质模具，以制备其喜爱的彩色泡沫塑料。在增加实验趣味性的同时，引入了材料设计理念，有助于开拓学生视野，培养综合型技术人才。

此外，为了更有效地理解聚合反应机理和聚合反应影响因素、进一步提高实验教学效果，我们在已有的验证性实验基础上进行深入，引入探索性、设计性实验。 在实验“2.1本体聚合——甲基丙烯酸甲酯的本体聚合(有机玻璃工艺品的制

备)”中，采用试管为模具，并分别编号，将预聚物注入试管中后，直接进行高温后处理，观察不同后处理反应时间和温度对产品外观、硬度等的影响。在实验“2.2悬浮聚合——苯乙烯的悬浮聚合(阳离子交换树脂的制备)”中，选用不同的分散剂，改变引发剂用量、搅拌速度等，让各组学生在不同的聚合条件下进行反应，实验结束后对比讨论实验结果并进行总结。在交流总结的过程中，学生对悬浮聚合的基本概念和理论有了更加透彻的理解，实验操作技能也得到了很大的提高。此外，通过讨论总结增强了学生思维的逻辑性与严密性，其语言组织和表达能力也得到一定程度的提高，对学生的全面发展具有积极的促进作用。

在上述实验项目教学过程中，引导一些学有余力的优秀学生进一步深入学习，尤其是指导其自主设计实验内容：如“阳离子交换树脂的制备”实验中，让部分学生进行初步的正交实验设计，以了解反应工艺优化方法。

三、紧密联系实际，开设应用性实验

高分子材料在工业、农业、军事、航天、医药及人们的日常生活等方面发挥着越来越重要的作用，学生在专业实习和日后的工作中将会越来越多的接触和应用到高分子化学的相关知识。因此，为了紧密联系生产生活实际，倡导知识学以致用，提高学生的实验积极性和应用创新能力，在高分子化学实验的教学中，我们结合验证性实验设置了一定比例的应用性实验，并拓展了部分验证性实验的产品应用价值，使学生能够亲身感受到高分子化学的实用意义。

在验证性实验“2.4乙酸乙烯酯的溶液聚合”的基础上，我们设置了实验“3.1聚乙酸乙烯酯的醇解”、实验“3.2聚乙烯醇缩甲醛的制备”，三个实验组合形成综合性应用实验——107胶水的制备；有效地整合了自由基聚合、聚合实施方法和聚合物化学反应相关理论知识，实验操作相对简单，目标产品直观明确，具有很强的教学意义和应用性。

实验“2.2苯乙烯的悬浮聚合”的产品为阳离子交换树脂，可将其填充于空心玻璃管中制成分离柱，应用于重金属阳离子污水处理和纯水制备中，通过简单的电导率测定，观察所得树脂的离子交换吸附能力。此外，按照常见工业配方，调节实验“2.3乙酸乙烯酯的乳液聚合”产品的酸度并添加一定量邻苯二甲酸丁酯，搅拌冷却后可制得粘合剂白乳胶；在白乳胶中加入适量水稀释并混入颜料，可进一步制得各色乳胶漆。

这些与生活实际和工业生产紧密相联的应用性实验的开设，不但提高了学生的

实验积极性，而且使其能够理论联系实际，在一定程度上对工业生产有所了解，深化理论知识的同时坚定学习信念，有利于教学活动的顺利有效进行。

四、发展和努力方向

由于高分子化学在我校为新开课程，教学和实验条件相对不成熟，所以，目前应化专业高分子化学实验暂时停留在以验证性实验为主的初级阶段；主要方式为学生在教材和实验教师的指导下，按照确定的实验配方、工艺参数，在有限的时间内使用规定的仪器设备完成实验任务。这种实验教学方法不利于学生创造思维能力的发挥和分析问题、解决问题能力的培养。在今后的实践教学中，我们将致力于开发适用于大农科特色的实验项目，将教学实验与科研课题有机地结合起来，增大设计性实验的比例，增加网络化仿真实验[5-8]；使学生主动参与到教学活动的各个环节，充分调动和发挥其主观能动性，培养学生的科学思维习惯和动手能力，启发其创造性思维和创新意识；为学生以后的毕业设计和就业创造条件，为社会培养优秀人才做出自己不懈的努力。

参考文献:

[1] 熊联明. 高分子化学简明教程[M]. 北京：化学工业出版社，2010. [2] 张玥. 高分子化学实验[M]. 北京：化学工业出版社，2010. [3] 韩哲文. 高分子科学实验[M]. 上海：华东理工大学出版社，2005.

[4] 沈新元. 高分子材料与工程专业实验教程[M]. 北京：中国纺织出版社，2010.

[5] 庄启昕，承建军，韩哲文. 高分子化学实验改革的探索[J]. 化工高等教育，2005，4：69-83. [6] 张晓云. 提高高分子化学实验效果的尝试[J]. 高分子通报，2007，10：62-64.

[7] 殷勤俭，周歌，何波兵等. 高分子科学实验教学初探[J]. 高分子通报，2007，7：95-68. [8] 钱浩，张莹雪，林志勇. 高分子化学实验课程的网络教学[J]. 实验技术与管理，2007，24(8)：78-81.

[作者简介]

张欣茜，女，讲师，主要从事高分子材料化学的教学与研究工作。 遆晓楠，男，教授，主要从事生物化学的教学与研究工作。 王英，女，助教，主要从事食品包装学的教学与研究工作。 杨再磊，男，助理实验师，主要从事实验室管理工作。

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