时间:2023-03-20 16:28:30
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇高分子化学论文,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。
2.高相对分子质量与高强度
相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。
3.高分子科学的主要内容
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连
接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。
二、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。
第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。三、高分子化学与高科技的结合
当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质和功能的高分子材料,其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。
第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹材料,如热塑性弹性体等。
第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。
第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。
四、高分子化学的可持续发展
研究高分子合成材料的环境同化,增加循环使用和再生使用,减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染,也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成,在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成,探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子来处理污水和毒物,研究合成高分子与生态的相互作用,达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。
参考文献:
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)43-0083-02
一、《高分子化学与物理》课程特点
经过高分子科学与技术的快速发展,高分子的理论发展与应用已经渗透到物理学、化学、材料学、生物学等各个学科与领域,具有鲜明的学科交叉特色。高分子化学与物理的研究成果已经进入了我们日常生活的每个方面[1-6]。作为一门多学科交叉、实用性很强的学科,高分子对各个工业部门和科技领域的渗透作用已成为不争的事实,所以在现行中国高等教育的本科专业中,如化学、应用化学、材料化学、材料物理、复合材料、轻化工程、包装工程、纺织工程、生物工程和环境工程等许多非高分子专业都将高分子相关知识作为必修课和选修课。
非本专业《高分子化学与物理》教学的侧重点在于阐述现代高分子科学已成熟的基本概念、基本知识、基本原理和基本测试方法,对涉及高分子科学研究前沿的理论、测试方法以及高分子的新产品介绍等内容点到为止,该课程的学习为轻化工程专业学生开启了一扇通往高分子科学的窗户,引导学生了解高分子化学在高分子学科中的地位,通晓课程的主要研究对象和研究内容,为后续专业基础课的学习和高分子在染整中的应用奠定基础[1,2]。通过多年的教学实践证实,对于轻化工程专业(染整方向)的本科生来说,《高分子化学与物理》课程教学呈现以下几方面的特点。
(一)基础课程,衔接不够
对于轻化工程专业(染整方向)的本科生,高分子的学习显得尤为重要,一方面后续课程(如《纤维化学与物理》、《染整工艺原理》和《染料化学》等)的学习必须以高分子为学科背景,另一方面大学生的生产实习、创新学分实验、创新训练计划和本科毕业论文等实践性环节的开展也必须要有高分子基础,因此为了让染整方向的本科生了解和掌握高分子的基本理论知识和应用,开设了《高分子化学与物理》学科平台课程。该课程的学习必须以《有机化学》、《物理化学》和《无机化学》的课程学习为基础,但江南大学轻化工程专业将《高分子化学与物理》课程设置在大二下学期,《物理化学》等课程也在此学期开设,因此课程开设时间过早,缺乏基础课程的知识,建议在大三上学期开设,以期获得较好的教学效果。
(二)内容多、学时少,课时紧张
《高分子化学与物理》课程主要包括高分子化学和高分子物理两个部分,其中高分子化学部分包括高分子科学的发展历史、发展趋势,基本概念、分类与命名、基本原理、高分子合成反应与方法等,涉及逐步聚合、自由基聚合、离子聚合、配位聚合和共聚合等;高分子物理部分则侧重于高分子的结构(如链结构、聚集态结构等)、分子运动、力学状态与转变,物理性能等。对于高分子专业的本科阶段,通常会开设《高分子化学》和《高分子物理》两门课程,分别在32至48学时不等;而对于轻化工程专业,只开设了《高分子化学与物理》一门课程,48学时,相对来说内容多、课时少。在这样的情况下,教学活动的有效开展、课程体系的完善、讲授内容的连贯与取舍等都显得非常重要,对任课老师是一种不小的挑战。
(三)注重理论,缺乏实践
《高分子化学与物理》是一门以实验为基础的自然科学,但轻化工程专业只开设理论学习课程,没有相关实验课程。为了使学生能够更好地掌握课程学习内容,同时培养学生的动手能力和分析、解决问题能力,提高学生的实验技能,相应的实验课程的开设显得非常迫切,能够让所学知识与理论在实验中得到验证,注重理论与实践的结合,让学生从最初的原料出发,选择合适的聚合方法与聚合反应,得到在实际生活中真正用得上的高分子产品。
二、教学改革举措
针对轻化工程专业《高分子化学与物理》的课程特点,结合本校的实际情况,要求学生在理解基本概念和掌握基础理论的基础上能够了解高分子的应用,重点培养他们的实践与创新能力,作者经过几年的教学实践和摸索,总结了几点教学改革举措。
(一)规划本科培养方案,合理调整课程设置
目前我校轻化工程专业的课程设置还存在一定的问题,建议对本科培养方案进行修改,在《高分子化学与物理》授课前完成《有机化学》、《物理化学》和《无机化学》等基础课程的学习,这样才能提高学生的学习效率,增强他们的学习兴趣,便于更好地掌握相关理论与知识。
(二)多媒体资源课件与传统板书有效结合
多媒体课件具有丰富表现力、良好交互性和极大共享性等特点,它可以将枯燥乏味的理论知识直观化和形象化,能够充分调动和发挥学生学习的积极性和主动性。但在运用多媒体教学的同时也出现了诸如教师几乎不写板书,学生不记笔记等问题,严重影响了教与学的质量。建议对任课教师的教学大纲、考核方式、教学难点与重点等相关教学文件进行监督,要求授课过程中课件放映与传统板书相结合,将学生上课情况、学生主动参与积极性、平时作业等与学生的最终成绩挂钩,进行综合评定。
(三)增设实验课程,提高学生实践能力
《高分子化学与物理》是一门理论与实践相结合的课程,实验课是对理论课学习的有效补充,通过直观的现象和结果验证理论学习的真实性,帮助学生理解所学理论知识,因此实验课的教学显得尤为重要,建议在轻化工程专业开设实验课程,但涉及的实验众多,要求任课老师充分考虑实验的可操作性、重复性和可行性等方面,认真编写实验讲义。此外,学校和学院应重视实验室配套设施建设,突破实验教学完全依附于理论课程教学的传统框架,增加启发式实验和创新性实验所占比例额,注重验证性实验、启发式实验和创新性实验有效结合,开动学生的思维,发挥学生的潜质,提高学生的创新意识。
(四)理论联系实际,注重启发式教学
《高分子化学与物理》是一门相对来说比较抽象、枯燥的课程,但它也是一门应用性很强的课程,高分子材料用途广泛,遍及现代社会生活中衣、食、住、行、用等各个方面,因而在课程讲授时注重理论联系实际,将抽象的概论、理论与实际应用有机结合,将对课堂教学效果起到重要的促进作用。
三、创新能力的培养
(一)培养方案中开设新生研讨课和专业导论课
为了提高学生对专业的认同感以及学生的学习兴趣和热情,可以尝试在本科培养方案中针对大学新生开设新生研讨课和专业导论课,以趣味讲座和座谈的方式进行专业介绍,了解专业背景,告知学生轻化工程这个专业是以化学与高分子为学科背景的,加强学科平台课程的学习至关重要。
(二)实施学生双导师制
全面推进学生双导师制是确保创新型人才培养的重要手段,企业导师和校内导师组成课程小组,共同确定课程教学大纲、教学内容、教材及承担教学任务,使专业理论课程与行业实际需求紧密结合。
(三)强化实验课程学习和创新能力培养
实验课程采用自主设计实验,在实验大纲的规范下完成实验要求,将验证性实验、启发式实验和创新性实验有机结合。在国家大学生创新创业计划项目、江苏省大学生创新创业计划项目和江南大学大学生创新训练计划项目等资助下,实现学生创新训练的全参与和全覆盖,指导教师从选题开始就应该注重基础理论知识在创新实验中的应用,达到学以致用的目标。
(四)强化学生的毕业论文(设计)指导
毕业论文(设计)是学生毕业离校前最后一个实践性环节,也是所学基础理论知识得到充分应用的关键环节,因此可以从课题的选择、采取的技术路线、拟采用的研究方法和达到的预期目标等方面进行合理规划与设计,充分发挥学生所学知识与理论的应用,提升学生运用知识的综合能力,强化学生的专业基础。同时,轻化工程专业的毕业生中从事与高分子相关行业的人数众多,学科交叉特色鲜明,为学生的出国深造、攻读研究生和就业奠定坚实的高分子基础。
四、结语
根据国内外行业需求和自身特色,通过教学改革与实践,围绕复合型、创新型染整专业技术人才的培养目标,通过理论与实践相结合、教学和科研相结合、校内与校外相结合、科学素养与人文情怀相结合的人才培养模式,注重理论知识的传授与学生创新能力的培养相结合,全面提高和调动学生的学习积极性和学习兴趣,为学生的学习与工作奠定坚实的基础。
参考文献:
[1]徐晓冬.非高分子专业《高分子化学与物理》教学中的几点体会[J].高分子通报,2010,(5):74-78.
[2]刘兆丽,曹亚峰,谭凤芝,李沅.非高分子专业高分子化学与物理教学的几点探索[J].科教导刊,2013,(1):82-83.
[3]喻湘华,鄢国平,李亮,吴江渝,郭庆中,曾小平.高分子化学与高分子物理课程教学改革与探索[J].化工时刊,2011,25(3):68-70.
中图分类号:G642 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2013)33-013-01
高分子化学主要包括高分子化学、高分子物理以及高分子工艺。高分子化学主要就是研究高分子化合物合成、化学反应、物理化学、加工成型以及应用等方面的一门综合性学科。
一、高分子化学实验研究
霍夫曼和库特尔在1909年第一次提出C5H8的热聚合专利。一年后1910年海利斯和麦休斯用钠实验,也得到同样的结果C5H8。长期以来,人们对高分子物质研究也取得了一定的成果。有机化学家毕克斯在1920年的《关于聚合反应》一文中,明确提出,成为环状化合物和成为共价键结构的长链高分子化合根本不是一回事。在1922年,发现橡胶“溶液”仍然具有胶体性质。又于1924年明确提出了天然橡胶分子是高分子量的大分子,同时,将其溶于任何物得到的胶体和小分子结合得来的胶体不一样。分别在1926年和1928年,斯本先、多尔(1926)以及施道丁格(1928)同样认为纤维素分子可以从一个晶胞长入另一个晶胞而成为直链形状,而施道丁格并进一步提出,纤维素和橡胶分子的晶胞的大小或晶体的大小与线形高分子的长度无关,之后又在1930年,更进一步提出了高分子稀溶液的粘度和分子量之间的关系,从而引起了定量测定高分子分子量的兴起。1932年,施丁格发表了一部关于高分子有机化合物的总结性论著,标志高分子化学的建立。在此之后,高分子化学理论迅速发展,高分子工业也蓬勃兴起。尤其是1949年之后高分子化学的系统研究大规模地开展起来。
二、协同创新影响下的实验教学项目建设
在新形势下,科学技术正在不断发展,高分子材料也被广泛应用,这为基于协同创新的高分子化学实验提供了可能,加强了其与其他科之间的联系,进行了一系列的综合性以及创新性的实验教学项目的建设。
1、有机结合高分子化学、物理实验
由于高分子材料合成后是要对分子量和其分布量测定的,同时,对于高分子的乳液、溶液镍都也要进行测定,所以必须做到有机结合高分子化学实验和高分子物理实验。通过对高分子化学实验的安排,完成这些必要性能的测定。
2、结合高分子化学实验和食品质量标准
在实验中让学生学会思考、探索,将知识结合到实践中,学会解决问题,是以获得的丰富经验。就如环氧丙烷交联淀粉的制备,考虑它的应用范围,它属于一种粘稠剂,之前还做过食品添加剂,但是,它不符合《食品安全法》,其里面含有一定的氯元素的毒。因此学生对食品添加剂中高分子材料的应用作了研究,为保证聚合物的化学实验进行做了保证,同时,也让学生掌握了这种食物添加剂的检测办法。
3、结合高分子化学实验与药剂学实验
随着新型人才培养的需要,我们结合高分子化学实验与药剂学实验并且在实验中心增设了药剂学实验室。如高分子材料中的羧甲基纤维素钠就是药剂学常用的一种,我们同时也做过很多羧甲基纤维素钠方面的合成实验,甚至在最后得到一种混悬型液体药剂。这种药及对一些皮肤炎症(湿疹、荨麻疹以及丘疹等)效果十分好。
4、高分子化学实验结合固体废弃物处置
随着社会的进步,人们生活水平也有逐步提高,但是白色污染也日益困扰这我们,因此我们对这些高分子材料的废物回收工作必须加以重视,比如生活中最常见的,我们喝过的矿泉水瓶,它们都是聚对苯二甲酸乙二醇酯的,为此我们必须重视对这种高分子材料的矿泉水瓶进行回收,同时思考解决方案(乙二醇降解法),对其加以回收再利用。
5、协同创新影响下的高分子化学实验和水处理技术的结合
自2004年起,环境工程方面的水处理实验室就已开始运行,并将高分子材料运用在其中。为此,我们还专门开设聚苯胺的制备和它对铬离子吸附性进行研究。第一步,用溶液法制备聚苯胺;第二步,把制好的聚苯胺放在有铬离子的水质中;第三步,通过单因素分析实验得出结论:PH值对铬离子的吸附性影响很大。特别是PH值等于3时,去除率是最大的。通过实验,让我们认识到高分子材料对环境和水质方面的影响,为保护环境做了巨大贡献。
6、结合高分子化学实验和塑料成型工艺
由于新型创新人才培养的需要,我们必须加强对学校中实验基地建设,对学生接触塑料成型工艺一高分子化学实验结合到一起讲授,对学生开拓视野以及提高学习兴趣有很大影响,同时加强学生对此的了解。
综上所述,结合多门科学对高分子化学实验教学内容的建设意义十分重大,为此,我们在《高分子化学实验》中,增加了其与其它学科的紧密联系,保证实验内容的全面性、创新性以及导向性。
参考文献:
随着人类文明的进步与社会经济生活的发展,能源危机、人类重大疾病相关问题、环境问题等一系列对全球造成影响的科学技术问题的出现使得化学学科、特别是高分子学科成为所有学科的中心学科。例如,基于共轭聚合物半导体材料的有机发光二极管、场效应晶体管和聚合物太阳电池等最新的科研成果将成为未来社会生活中主要的半导体元器件;高分子药物的出现将能够很大程度上对药物释放、药物靶向性等方面进行控制而不需要增加更多的临床药物试验;生物医用高分子在改善人类生活质量方面更是意义非凡。而各种塑料、纤维、橡胶、涂料、粘合剂等高分子材料更是关系到人们衣、食、住、行的方方面面。可以说,现代人的生活已经离不开高分子化学和高分子材料。因此,对高分子科学的研究越来越受到国内外学者的关注。
高分子科学的诞生源于高分子合成化学,其基本概念源自于有机化学、物理化学等化学、材料学科,这种情况导致我国现有的高分子科学领域从业人员来源多样。其中,从本科阶段即接受高分子化学教育的比例依然很低,很多从事高分子材料、高分子化学、高分子物理、高分子工程等领域研究的人员本科主修为无机化学、物理化学、有机化学、材料学等专业。一定程度上,这些研究人员存在对高分子化学体系缺乏系统认知的可能。在我国高等学校进行高分子化学教学教育活动,是提高我国现有的高分子科学领域的从业人员基本素养与技能、促进我国高分子科学发展、壮大的重要途径。
近年来,高等学校为主导的国家级或省级“协同创新中心”的设置,使我国高等学校进入新一轮的由教学型(教学科研型)大学向科研型大学转变的历程中。为快速实现这种转变,培养高层次、研究型的高分子科学领域人才愈发显得必要和重要。目前,主要的国际学术会议、顶级国际学术期刊均以英语为主。通过学术会议、、论文检索等在这些国际知名的学术舞台上进行高分子方面学术活动与信息交流,观察国际高分子学科的发展动向,无疑是我国高分子学科跟进国际学术发展步伐和超越世界学术水平的基本条件。为此,我们必须建立培养能够熟练使用英语进行高分子化学相关学科听、说、读、写应用的国际性专业人才的教育体制和培养机制,强化我国高分子方面的科技队伍建设。换言之,在本科阶段开展高分子化学双语教学,为培养具有国际化交流能力的研究生和高层次高分子科学从业者,对我国高分子学科的发展具有非常重要的意义。
在教学实践中,我们发现完善教学内容,教学方式与手段,通过激发学生学习兴趣和专业兴趣,能克服其对双语教学中英文的畏惧和排斥都有益处;制作精减的英文讲义、多媒体课件深入研制等方法和措施的实施,安排学习英文讲座视频等都有利于双语课程的讲授。
3)利用视频和录像内容辅助教学。制作教学录音和录像,给学生共享,让学生课下可以继续观摩课堂内容,培养其听和说的能力。不断构建新的新的本科双语教育模式,使本科生能从双语教学过程中分享课程教育国际化的机会,从中受益,并获得在其他场所不能获得的实践和能力锻炼,从而提高整体素质、创新意识及综合能力。安排学生参加国际学术会议,到场听取英语母语国家的专家汇报,同时录制会议报告录像和录音。
4)组织学生检索高分子化学基础理论相关英文文献、制作课件,并互相评阅,提升学生使用英文交流的能力。从科研的角度让学生体会双语教学“重点在读懂、其次在会写,然后是能听懂和能说”的含义。
5)对于课堂教学效果的考察采用按照学习内容分段考核,并以英文形式呈现。例如,逐步聚合及其原理和聚酯、聚酰胺放在一起考核;自由基聚合物及其原理和实施方法一起考核;工程塑料、天然产物、环境污染和降解与稳定化放在一起考核等。这样的做法,让授课内容的排列更加紧凑,也让学生更好的把握知识点的相关性。
6)强调背景预备知识积累,强化双语教学对其他相关化学课程的关联性,培养学生专业英语综合素养,以期对学生阅读英文文献、其他相关英文课程教科书有所裨益。
总之,在过去几年的高分子化学双语教学中,我们通过合理的教学改革措施的使用,提高教学质量和教学效果,为将来这些接受良好英语授课培养的学生进入科研岗位,从事研究生学习打下良好的基础。当然,这些方法也有继续改进的空间,我们也将继续进行深入研究与探索,总结经验,探索培养具有创新意识和创造能力的高分子科学人才的新思路和新方法。
【参考文献】
[2]许一婷,戴李宗.关于《高分子化学》课程教学的几点思考[J].广东化工,2008 (8):165-167.
[3]李丽.多媒体在高分子教学中的应用[J].高分子通报,2006(2):64-69.
[4]刘国勤,黄芳,刘天娥.《高分子材料》课程改革探讨[J].河南科技,2008(2):6-26.
[5]王家喜.高分子化学教学改革初探[J].化学试剂,2009(4):307-309.
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1674-9324(2012)05-0024-02
高分子化学是嘉兴学院材料与纺织工程学院高分子材料科学与工程专业学生的核心基础课程,它是以实验为基础的自然科学。通过实验课的教学,不仅能加深学生对理论知识的理解,培养学生熟练的实验操作,还可通过安装实验装置、观察和记录实验现象,培养学生动手能力,进而分析现象、解决问题,最终提高学生的综合素质和创新能力。由于本专业设立仅有5年时间,高分子化学专业课程的开设也只有短短的3个学年,由于教学经验有限及实验室建设的延迟,所开设的实验一般都是一些典型的验证性实验(如甲基丙烯酸甲酯的本体聚合、醋酸乙烯酯的乳液聚合等),学生往往不用动脑思考,只要按照标准步骤动手完成实验即可。基础性的实验可以培养学生基本的实验技能和熟悉实验仪器的操作,但是,往往难以培养学生分析问题、解决问题的能力,更不利于学生创新能力的培养及学生的学习兴趣的提高。等到学生到大四做毕业论文时,问题也暴露出来:缺乏思考问题、解决问题的能力,实验意识没体现出来。经初步调研论证,结合本校实际情况,我们确定选择即将开展高分子化学实验课程的高材09、10级学生作为这次实践教学改革的试点,有计划、有步骤地进行高分子化学实验教学模式的改革探索与实践。
一、让学生参与实验前的准备工作,珍惜实验教学,提高学生动手能力
实验前期准备工作是实验顺利进行的保证。尤其是高分子化学实验,在实验前有大量实验准备工作,包括实验室仪器设备调试、检修工作;所需玻璃器皿的清洗工作,化学试剂的配制,如单体、引发剂的精制,溶液的配制等。这些工作都由实验老师来承担,学生不了解实验的顺利开展凝聚着实验老师的大量劳动,所以,往往不珍惜实验过程。在已开展高分子化学实验的09级同学中,我们让学生适当参与实验的准备工作,如玻璃仪器的清洗,做过高分子化学实验的人都知道,残留高分子物质的玻璃仪器难以清洗,同学在清洗玻璃仪器的过程中,既珍惜实验过程,又能初步了解高分子的性质;甲基丙烯酸甲酯单体的蒸馏,在甲基丙烯酸甲酯溶液中往往加入微量的阻聚剂,以避免溶液在储存、运输的过程中发生聚合,所以为了缩短实验时间,提高反应效率,实验前学生在实验老师的指导下采用蒸馏的方式对单体进行提纯,加深理论课程中关于阻聚剂的理解。通过参与实验前的准备工作,同学们懂得实验的成功不仅取决于实验过程,与实验前的准备工作也密不可分,从而更加珍惜实验教学过程,珍惜自己的实验成果。更重要的是,实验的准备工作又加深了对理论知识的理解。
二、结合嘉兴学院高分子材料与工程专业特点及实际情况,改革优化实验项目,着重培养学生思考问题、解决问题的能力及团队精神
高分子化学是一门以实验为基础的自然科学。传统的实验课程内容主要是验证性实验。通过无机及分析化学、有机化学及物理化学的基础实验,已使学生掌握了基本仪器设备的使用和相关实验操作。因此,在专业高分子化学实验中,过多地开设验证性实验,不利于学生思考问题和解决问题能力的培养,不利于创新能力的培养。因此,必须对高分子化学实验项目进行改革,主要包括:①基础实验项目的改进,巩固及培养学生的基础理论与操作技能。如聚甲基丙烯酸甲酯的制备,学生可根据兴趣选择悬浮聚合或本体聚合,确定实验所需仪器设备及药品。在实验过程中,不同聚合方法有不同的实验步骤及注意事项。如,本体聚合分为三阶段进行,不同阶段温度不同,关键在于第一阶段转化率的控制,避免出现爆聚,反应时间相对较长,最终的实验产品为板材;而悬浮聚合实质也是本体聚合,但由于分散介质的加入可以很好地进行传质和传热,避免爆聚现象的发生,搅拌速度是控制实验成败的关键,聚合时间相对较短,最终的实验产品为球状小珠。同学之间对各自的实验现象、产品外观、产品性状等进行热烈讨论,从而加深对于聚合方法的理解。②强化设计性、综合性实验,培养和提高学生的综合素质及创新能力。开设具有工程特色的综合性实验项目,如聚醋酸乙烯酯乳液聚合实验,扩展为一组设计性、综合性实验:从单体精制、引发剂精制、乳化剂的选择与用量、到动态光散射法测定乳胶粒尺寸、稳定性的测定,最后在将其配制成乳胶漆,测定涂层性能与乳胶粒尺寸之间的关系。学生通过对整个材料制备及使用过程的全程跟踪,掌握结构、性能与合成之间密切联系,充分发挥学生的主动性、积极性、创造性,提高学生的工程能力,有利于引导学生参加大学生创新性实验的科学研究,培养学生的工程观念。③适当增加科研性实验项目,培养学生的团队精神,增强对本专业的了解与热爱。为进一步激发学生的创新能力及参与科研的积极性,浙江省设立了大学生科技创新项目,嘉兴学院每年也设立大学生研究训练(SRT)计划,本专业大部分09级的学生都参与到科研性实验项目研究中。学生们呈现出前所未有的申报热情,他们自愿组成实验小组、每组成员3~5人,分工明确,团结合作。如作者本人就指导了一项浙江省大学生科技创新项目的研究,团队负责人由08级同学担任,主要成员为09级同学。项目开展之初,主要由08级同学设计并实验,09级同学从旁学习并辅助完成实验,项目进行中期,09级同学已掌握实验方法与手段,具备独立完成实验能力,08级同学的主要精力可放在考研复习上面,顺利完成新老接替的工作,培养了学生的团队精神。同时,学生更多地接触到高新技术和应用技术,开阔思路与视野,增强他们对于本专业的了解与热爱。
④增加经典验证性实验的趣味性,提高学生的学习兴趣。很多同学刚上大学的时候,严重缺乏对高分子材料科学与工程专业的了解,因此对于学习没有兴趣,甚至有些学生想要转专业。为了培养学生的专业素养,提高学生的学习兴趣,我们将一些经典的验证性实验与我们日常生活密切联系起来,增加实验的趣味性和实用性。如,制备有机玻璃板前,让学生们准备一些干花、干树叶或大头贴,在注模过程中放入其中,等产品成型后,美感十足的玻璃板就制成了,学生们非常有成就感,同时提高了对于高分子化学实验的兴趣。
三、完善实验考核制度,全面反映学生实验各环节中的表现
我们进一步细化与完善了实验的考核方式,使学生在实验各环节中的表现均得到不同程度的体现。以往我们只根据学生的实验报告来评定学生的实验成绩,学生在整个实验过程中的预习、实验装置的安装、实验设备的清洗、实验室的清扫等工作都不能得到体现,缺乏客观、公正、全面的实验考核机制。因此,我们借鉴比较传统的有机化学实验的考核机制,将实验成绩的评定细化:预习报告20分,实验着装10分,实验装置20分,操作规范20分,实验结果20分,卫生情况10分。将实验成绩的评定标准公布给学生,加强学生的实验规范观念,从实验预习开始直到实验结束清扫实验室的整个实验过程都能认真完成,从而改善学生不注重实验教学过程的现象,增加了学生的主观能动性。
四、建设实验课程网站,有助于学生的课前预习,提高学生学习的自主性
在以往的实验教学前,教师要详细地讲解实验原理、方法、步骤、仪器使用、数据记录、数据处理及实验注意事项等,甚至要把实验从头到尾演示一遍,让学生看得清清楚楚,学生完全不用预习实验,也不用思考问题,这样就造成了学生对于实验教学的忽视。在理论教学中,多采用先进的多媒体教学手段,但在嘉兴学院大部分实验教学中,还没有利用多媒体的教学模式。而多媒体的生动性、可重复性可以让学生直观感受实验操作,可以很好地进行实验的预习。因此,我们正逐步建设高分子化学实验课程网站,初步将实验课的教学大纲、讲义等内容放到网站上。编制实验教学课件,如实验过程所涉及的基本仪器、基本操作、基本装置、注意事项等。实验课程网站的建成,方便学生的课前预习,提高学生学习的自主性。为了进一步完善课程网站的建设,我们还拟采用Flash演示等手段,帮助学生掌握实验步骤,了解注意事项。目前,实验课程网络的正在逐步建设与完善中。
参考文献:
[1]余兆菊.高分子化学实验教学的探索[J].实验科学与技术,2010,(8):118-119.
[2]宋丽娜.浅谈高分子化学实验教学改革[J].广东工业大学学报(社会科学版),2009,(9):233-234.
[3]祖立武,张小舟,王雅珍.高分子化学设计性实验的教学实践[J].高师理科学刊,2007,(27):94-96.
Keywords bilingual teaching; Polymer Chemistry; college teaching; teaching experience
?p语教学是高校通过将英语及英文教材以不同比例加入到授课语言及教学内容中的一种授课方式,主要是为强化英语学习、提高学生素质、培养学生追踪科技前沿发展和顺利参与各方面生产、经贸等领域国际交流的能力。[1]双语教学是以提高英语学习效率为目的的,是我国融入世界经济、贸易、文化等活动必须工具;[2]是为培养高水平复合人才、与国际尽快接轨,而在展开的教学革新尝试,目前在全国各省市、各类高校均有尝试。[3]双语教学最初是素质教育和高水平人才培养探索的突破口,目前已成为很多高校走向一流大学、一流学科的必经之路,“育人为本”是双语教学的最终目标。[4]
高校双语教育模式的选择,应从本校的具体情况、学生的英语水平和接受能力几方面出发。循序渐进地增加英语的比例,合理分配中英文教学内容和重点,根据教学的具体情况调整和完善教学安排和方法。通常我国高校的双语课教学有4种开展方式:[5]
(1)渗透型。开始时将少量的适合章节和内容加入课程中,将名词和术语解释作为英文教学必备的环节;逐渐增加英文习题的练习和分析,课后布置学生进行英文原版教材的学习阅读;根据学生的学习效果逐步加大英语在课上的应用比例,最终达到全英文授课的目的。这种模式,适用于学院、系的整体教学安排朝全英文、半英文授课方向发展的高校和学院。
(2)渐进型。是在低年级主要以强化英语能力为主,在高年级逐步开设以英语作为授课语言的专业课。学院或系要统筹安排课程,低年级时加强安排英文能力的提升;高年级开设英文授课专业课。也就是一年级英文课比重大;二年级减少英文课比重,用英文专业课程进行补充;三年级进一步提高双语、英语授课比例;四年级全部采用英文授课。这种与第一种类型的操作方式相似,都是适用于学院、系的整体教学安排都朝全英文、半英文授课方向发展的高校和学院。对学生和学校整体的要求均较高,目前仅有少数高水平大学的个别学院采用了这两种方式。此外还聘请大量外籍教师,保证全英文的学习和生活氛围。
(3)穿插型。基本采用中文为主的授课方式,在掌握专业课内容要的基础上,对学科进展类、概念类的内容,进行英语讲解并布置英文阅读、自学内容;而对于需要重点掌握的知识要英文讲解,且要通过汉语认真解释,并通过习题和练习对知识的学习进行强化。此法容易操作,适应面广,不仅学习了知识,而且介绍了该知识的英文表述,有利于学生发散思维、开拓视野。有的高校以英文为主,只用中文对教学重难点进行强调和解释,这要求教师有熟练的英文口语运用能力和表达能力,也提高了对学生的要求。
(4)选修型。开设全英文授课的专业选修课或非专业选修课,对学生不做强制性要求,可以评自己的兴趣和目标进行自主选择。这种课程的开设,可由母语为英语的外籍教师负责,也可以由英文水平高的普通教师承担,适用于各种类型的高校。
双语教学不是一门课程或某一个教师凭自身的努力可以完成的任务,是需要教学管理及师生共同配合,并结合高校自身的实际情况,进行计划、安排和组织才能达到最佳效果。针对目前国内双语教学的现状,天津工业大学“高分子化学”教学团队面向我校自身特点,制定和适合我校学生的双语教学计划和方案。主要有以下的条件和特点:
1 “高分子化学”双语教学的条件
天津工业大学是以纺织及合成纤维的研究与人才培养为特色的地方性高等院校,材料科学与工程是我校的优势学科,具有很长的历史和较强的研究实力。因而面向相关专业的学生开设双语专业课程,是进一步提高我校人才培养素质和水平的需要,也是延续我校强势学科研究实力、提升研究水平的需要。因而从有机材料类专业的第一门专业课“高分子化学”开始,即开设双语课程有利于使学生及早地接触专业的英语知识,接触到学科的国际前沿,为后续课程双语教学的实施做好铺垫。我校开设“高分子化学”课程双语教学具备一些特定条件。
1.1 教师具有扎实的英语基础
首先从师资力量看,我校从事“高分子化学”课程教学的教师共有6名,全部为具有博士学历的中青年骨干教师。其中1人具有海外留学经历,其他5名教师也都有在海外学习或工作的经历,具有扎实的读写水平和很强的听说能力。教师每年都会在国际高水平期刊上发表数篇研究文献,不断提高自身的研究能力和外文使用能力,保证了“高分子化学”双语课程的教学效果。
1.2 教材具有广泛的认可度
我们所选取的原版参考教材是在国际上广被认可的通用教材,由George Odian编写的Principle of Polymerization,目前已更新到第四版。该教材从知识体系框架的构筑到细节概念的介绍、铺陈都与我们选用的汉语教材――潘祖仁编写的“高分子化学”,有很好的契合,二者相辅相成,因此无论教师备课,还是学生的参考学习都很容易两相对照,平顺推进。
1.3 教学成果有实际需求
天津工业大学是以化学纤维和中空纤维膜为研究侧重的院校,学校各级都很重视科研发展。每个研究室和相应的教师都需求大量的高素质的研究生和助研工作。每学年都会有相当数量的本科生进入到教师研究小组去从事科研工作。接触到实际科研工作的学生更能体会到专业英文及其系统学习的重要性,因而更能认识到双语教学的必不可少。
2 “高分子化学”双语教学的侧重点及办法措施
2.1 专业知识的传授为侧重点
双语教学是以英文为载体,传播专业知识的课程,英文中的词汇、语法等都不是教学重点。但英语能力的确成为制约学生顺利学习的最大困难。“高分子化学”是提供对专业最基本理念和认知的课程,因此学生对该课程的学习效果要求很高。因而对双语教学的感受也不尽相同,首先英语基础好的学生,虽刚开始对英文授课不适应,但经短暂调整和努力就能进入状态,以英文的思维方式理解概念和理论,这对于其后续的课程的双语教学有很大的帮助;英语基础一般的学生,不能完全跟上教学内容,课后要在预习、复习,对照英、汉教材的区别,努力赶上进度;英语基础差的学生,长时间的努力仍跟不上双语教学进程,相当的时间精力花费在自学汉语教材上,英文课程的内容基本不能理解,最终厌学、弃学。总之,问题的最关键症结是,双语“高分子化学”是专业课程而不是英语课程。如果不能够实现顺利传授专业知识的目的,则达不到改革尝试应有的效果。
因而我们提出,我校的“高分子化学”双语课程要牢牢把握专业知识传授为主线,辅助相应的英语表述;使学生尽可能地把握专业知识的前提下,全面了解“高分子化学”知识的脉络和英文描述,为扩大学生的词汇量和知识面尽最大的努力。在课堂的授课过程中,注重使?W生了解不同文化和思维模式下,相同知识和认知的获得的路径不尽相同。使学生通过英文内容的讲授,了解近现代西方创新、科研的模式和方法,从而培养学生与国际接轨的创新能力。这种专业为主、语言为辅的教学理念,使“高分子化学”双语课程成为学生了解学科发展前沿动态的一个媒介。
2.2 教学注重理论与实践相结合
随着教育改革的深入与发展,中等职业教育正经受着巨大的冲击,尤其是高校的扩大招生,普高热的持续升温,致使中专招生出现滑坡,学生质量急剧下降。其中一部分学生基础较差,自卑心理强,缺乏足够的学习兴趣与信心。这一切给教学造成了很大的困难。面对无法选择适合教育的学生,只能选择适合学生的教育,笔者在高分子化学及工艺学教学中,正视教育对象的入学基础,以“求新、求变、求异”为原则,以“精选内容、淡化推导、加强应用、突出能力”为宗旨,进行了一系列的教学改革。
一、结合教学知识点进行环境与人文教育渗透
任何一个学科的发展史都是科学与人文紧密结合、共同发展的历史,通过学科发展史教育渗透人文教育不但能激发学生学习兴趣,同时还能达到教书育人的目的。笔者在高分子科学发展史的教学中,通过我国解放前后高分子学科及工业发展情况的对比比较来教育学生树立爱国精神。通过学科发展史上杰出科学家的感人事迹进行人文精神教育。如介绍高分子科学始祖---Staudinger的大分子学说以及科学史上有关高分子的概念的争论,加强学生对高分子概念的学习兴趣,同时通过科学家对真理的弃而不舍的追求精神感染学生,激发学生的学习热情。再比如介绍2000年高分子科学界诺贝尔得主白川英树等科学家在科学探索中的合作精神,让学生明白当今世界科技发展之快,社会更需要懂得合作精神的人才,借此培养学生的团结协作意识。这样的事例还很多,这儿就不一一列举了。
再者就是密切结合教学知识点进行环境教育渗透。比如结合废旧高分子材料回收利用的教学,笔者补充介绍了高分子材料废弃物的利用至少有两个基本意义,其一是解决环境污染问题,保护人类赖以生存的唯一的地球;其二是充分利用自然资源。高分子合成材料的单体主要来自石油。与其他自然资源一样,从长远看石油等资源不会“取之不尽,用之不竭”。人们必须采取积极手段,不仅必要而且可能做到“变废为宝”。在教学中结合废旧高分子材料资源利用问题,导入环境保护意识,导入生态平衡观点,导入可持续发展思想是培养学生环境意识的重要环节。免费论文。针对环境教育渗透笔者专门撰写有论文详细介绍如何与教学紧密结合,这里也就不再多废笔墨。
教学实践证明,结合教学知识点进行环境与人文教育渗透,不仅起到了教书育人的作用,还对培养学生的学习兴趣起到很好的推进作用。
二、 对课程内容进行归纳和调整
为保证在规定的学时内完成教学任务,除采用多媒体方式授课以外,还对目前教材中的内容进行归纳和调整。
首先是绪论部分,“绪论”,说白了,就是每门课的开场白,俗话说:“王婆卖瓜,自卖自夸”。这种“吹嘘”是必要的,关键在于怎样在“第一次课”中把它吹响、吹好,以便把学生的注意力、学习精力抓过来。调动起学生的学习兴趣。心理学研究表明,学生的学习成绩与学习兴趣水平有显著相关。高水平的学习兴趣,产生较大的学习动力,使学生积极朝向学习活动,为取得优异成绩创造条件。而优异的学习成绩又可提高学生的学习兴趣,在学习活动中产生积极愉快的情绪体验。学习兴趣与学习成绩是相互影响的。在教学活动中,教育者要注意培养学生的学习兴趣,使学生成绩与学习兴趣互为促进,达成良性循环。我们正处于e时代,信息来源广,如何唤起学生对课程内容的兴趣并投入时间和注意力,值得授课者思量,而笔者以为仅有丰富的内容是不够的。心理学家皮亚杰强调,在教育中应特别重视兴趣的诱发,因为认识是一种主动积极的不间断的建构活动,不断建构自己的智力与思维能力。教育的目标之一就是使学生能够去主动自发地学习,就必须创设情景和条件,诱发学生的学习兴趣,激发起求知欲和好奇心。因此,在绪论教学中,在选择教育内容上要挑选有代表性的、新颖的材料。于是笔者将教材中的绪论与第六章聚合物结构与性能的内容进行了整合,绪论课只介绍学生认识高分子与高分子材料和高分子科学发展概况,让学生对生活中的大量高分子材料有感性的认识,而将绪论中有关聚合物的基本概念、高分子链的形态结构等理论性知识与第六章的聚合物的结构与性能整合在一起作为第一章高分子基础知识进行介绍。在高分子基础知识学习章节中安排了高分子科学术语及基本概念(包括单体、高分子链的相关术语、高分子链形态的相关术语、重复单元、结构单元、单体单元、聚合度、分子量及分子量分布、聚合物结构式及聚合反应方程式的书写规范等内容)、聚合物结构与性能(主要介绍聚合物的结构层次、聚合物的宏观状态以及聚合物结构与性能的关系)以及聚合物形成反应与聚合实施方法等内容。免费论文。从而达到从感性认识上升到理性认识,从生活中来,又回到实践中去,使学生感到学得实在,学有实用。免费论文。
其次是聚合反应部分,在讲授时以聚合反应机理为主线安排各项内容,先讲连锁聚合的典型代表自由基聚合,再对比介绍逐步聚合,主要是自由基聚合与线型缩聚的对比,最后介绍聚合物的化学反应。在聚合反应教学中,有许多基本概念、原理相似或相关;许多种类聚合物的结构、性质、制法、用途也相似或相关,在学习中容易混淆。通过引导学生对这些易混淆的知识进行比较归纳,同中求异,异中求同,就能使知识的理解更准确、更全面、更深刻。同时为了节省教学时间,达到职业教育“够用、实用、会用”的要求还减去一些理论推导工作,增加一些应用知识的介绍,与生活中所了解到的大量高分子材料品种对上号。比如,在高分子的分子量控制,动力学方程的建立等章节中多处出现一些类似的数学推导,在课堂上进行讲解需要大量课时。通过多年的实践,把详细的数学推导以参考文献的方式介绍给学生让有兴趣的、数理基础好的学生去自修。这不仅满足对丰富的高分子化学理论知识内容的要求,也满足了学有余力的学生需求,同时,这对鼓励自学、培养学习的能力和素质也是有益的。
最后是工艺部分,这部分在于编写的教材中是两章的内容,一章为合成工艺,一章是加工工艺。在具体教学中为了节省学时数,笔者也进行了适度的增减和调整。在教学中抓住四种聚合方法和典型的产品进行教学,比如介绍本体聚合方法,接着就介绍乙烯高压气相本体聚合及其加工应用,以此为代表说明塑料的加工;介绍溶液聚合方法后笔者删减了教材中丁二烯的配位溶液聚合,而是增加了醋酸乙烯酯溶液聚合并醇解、再缩醛化制维尼纶的工艺,借此说明纤维的加工。再就是采用比较对比的方法介绍悬浮聚合和乳液聚合,以丁苯橡胶的生产为例说明橡胶的合成和加工工艺。教学实践证明,将原本两章的内容变为一章进行组织教学,即节省教学时数,又具体形象,使学生易于接受。
三、 采用多媒体授课
制作与教材配套的电子教案及课件,已在2002和2003级学生中试用,这样不仅可以节约大量板书的时间,而且电子课件能做到图文并茂、生动直观,大大丰富了课程的信息量,从而提高了学生的学习兴趣和注意力,使学生积极主动地获取知识。电子课件除信息量大、形象、直观、准确外,可以根据需要随时切换到化工生产现场,既延伸了课堂又增强了课堂说服力,使同学们真切地感受到理论来源于实际,又对实际有明确指导意义,认识到知识的价值和意义,因而对创新充满激情。
四、 增加教学的实验环节,建立一套合理的实验教学考核方法
高分子实验是《高分子化学及工艺学》课程的重要组成部分。它不仅是为了强化所学的理论知识,更重要的是通过实验可以训练学生科学实验的方法和技能;培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。因此,尽管教学学时数和实验条件有限,笔者仍创设条件开设了有机玻璃、酚醛树脂、尿醛树脂、乙酸乙烯酯乳液聚合及聚乙烯醇缩甲醛--胶水的制备实验。通过实验让学生比较两大类型的聚合反应的特点,感悟高分子化学反应的特征,比空洞的理论说教效果好得多。在课程实验过程中,还可利用操作间隙与同学们讨论相关原理、技术、知识、经验和安全等方面的问题,及时、有意义地了解学生对知识掌握的兴趣,准确地把握学生在理论联系实际、动手能力和创造性思维方面的能力,有的放矢地去指出他们的不足之处。
为了避免实验设备有限,一部分学生赶马混骡,还建立了一套合理的实验教学考核方法,把实验考核安排在各类实验中进行,着重考查学生基本操作与基本技能训练的效果,考核学生掌握知识和运用知识能力以及观察分析和判断实验现象的能力,具体做法可从以下四方面考核学生的实验成绩:实验预习(15% )。要求学生在实验前认真作好预习报告,了解和掌握实验原理、步骤和注意事项;实验前提问口试(15% )。及时检测学生预习实验情况,不合格不予准许实验;实验操作(40%)。要求在教师的指导下,能正确地使用仪器,正确地掌握实验操作基本技术;实验报告(20 )。要求学生做完实验后,对实验数据进行认真处理,解释实验现象,并对相关实验的思考题进行认真回答;实验作风、卫生、纪律(10 )。要求实验过程中保持安静、专心实验。其中实验报告除了考查学生所写实验报告的规范性外,还着重考查了学生的分析讨论部分。看学生能否联系已经学过的理论和已掌握的知识技能,对实验结果、实验条件、实验的方法和技术等做出综合性的分析评价。对于有独特见解或有创新思维学生的实验报告,将给予“综合分析讨论附加分”,加以鼓励;而对于分析讨论一般的报告,则不建议给予高分。实践表明,这种考核方法能有效地促进学生认真对待实验的每个环节,从而使学生的各项实验技能得到更有效的训练和提高,还有利于培养学生认真、严谨、实事求是的科学态度。这些措施也有利于学生的观察能力、独立思考能力、综合分析能力和创新思维能力的提高。同时也有利于教师全面、客观、合理地评价学生的实验成绩。
参考文献:
1.张其锦. 非本专业的“高分子化学”教学中的几点体会 [J]. 教育与现代化,1995(3):28-31
2.冉蓉,丁泽扬,潘固平,王跃川.轻化工程专业的“高分子化学'课程教学改革[J]. 皮革科学与工程, 2004,14(1):52-54
3.王香梅,张丽华. 关于《高分子物理》课程教学的思考 [J].华北工学院学报(社科版),2003,19(1):42-44
4.韩冬冰、王慧敏. 高分子材料概论 [M].北京: 中国石化出版社, 2003年
武汉工程大学材料科学与工程学院高分子材料与工程专业教师科研成果促进本科教学工作在实践探索中取得了初步成效。笔者将以此为例,就这方面的工作进行一些探讨。
二、教师科研成果促进本科教学工作的思路与实践
(一)实施的背景
1.是当今社会发展对人才培养质量的要求。随着人类社会的进步和科技的迅猛发展,材料、能源和信息已被公认为科学技术的三大支柱。将教师的研究成果融入本科教学内容,扩大学生知识面,了解和掌握学科前沿的最新动态,是培养技术开发和应用的创新科技人才,为地方及区域经济的发展输送高质量的工程技术的重要举措。
2.是学校建设规划实施的需要。
武汉工程大学是一所化工特色鲜明的多科性教学研究型大学,人才培养目标定位于高素质应用型人才的培养。学校明确提出,要以素质教育、工程实践能力和创新意识培养为教学工作出发点,培养一批适应社会发展需求的“基础扎实、知识面宽、实践能力强、具有创新精神的应用型人才”。为进一步贯彻落实学校关于本科教学质量与教学改革工程的精神,我校高分子材料与工程专业几年来的教学改革与实践都是围绕推进素质教育和质量工程建设,培养符合知识、能力、素质三方面要求的创新型人才进行的。让学生参与到教师的科研工作中,是实施人才培养计划的有效途径之一。
3.高分子材料与工程专业具备科研促进教学工作的优势。
(1)专业优势。该专业成立于1994年,是我校的优势特色专业,是学校博士点的两个一级学科之一。2007年获得“2007-2010中央地方省部共建材料科学与工程特色专业实验室”立项建设,“2007-2010中央地方省部共建高分子化学与高分子物理特色专业实验室”2008年获准通过。本专业的橡胶加工和塑料加工设备齐全、先进,专业实验教学条件领先,为本业专和相近专业提供起点高、装备齐全、适用性强的高分子材料与工程专业实验示范基地。
(2)专业师资优势。突出表现在:拥有楚天学者岗、教师的博士比例高、SCI和EI收录数量多。所属学科“材料科学与工程”一级学科是湖北省重点学科,设有硕士学位授予点(含材料学、材料加工工程和材料化学与物理三个二级学科硕士点)。“高分子化学与物理”二级学科也是湖北省重点学科,设有硕士点,同时,“材料科学与工程”一级学科已通过博士点立项建设验收,现有兼职博导3名。另外,所属专业主干课“高分子化学与物理”等课程为省级精品课程,为本科生、硕士和博士研究生的培养提供良好的理论教学和科研条件。专业教师搞好教学的同时,还积极开展科学研究,通过承担科研课题,撰写高水平论文,发明专利,举办、参加学术活动等方式,极大地提高了本学科教师的理论水平。
(二)科研促进教学工作的思路及措施
几年来,本专业教师在积极开展科研工作的同时,特别注重科研成果在教学活动中的应用,努力丰富教学内容,提高教学效果。除了一般性的结合自身的科研经历于理论教学中外,许多老师将科研课题直接用于教学实践活动中,开设创新性实验项目,提高了学生的学习兴趣,加强了学生工程实践能力的培养。
1.科研成果促进教学的平台构建
本专业多年的办学经验显示,教学与科研训练是不可分离的,二者的有机结合为培养研究创新型人才,提高学生对新产品、新工艺、新材料的研究、开发能力大有裨益。通过实践,我们总结了如下的科研促进教学体系:
2.科研成果促进教学的方式方法
科研成果促进教学的方式方法可归纳为以下几种:
(1)作为理论教学的补充内容
高分子材料与工程专业的理论基础课,如高分子物理、高分子化学,高分子的专业主干课如聚合物加工原理,都是与实际紧密相连的课程。例如,高分子化学课程中讲授的许多原理都将直接运用于工业生产的控制中。因此,将科研成果融合在理论课的教学中,对学生加强理论的理解,提高学习理论课的兴趣,是十分有用的。比如老师在讲解《聚合物加工原理》课程时,将自己的科研成果,如聚丙烯的改性、加工融入讲课内容,丰富了课堂教学的内容和层次。
(2)作为实验教学的内容
高分子材料与工程专业教师充分利用科研的优势,将研究成果应用于实验教学中。高分子材料与工程《专业实验》课的基本实验项目中的科学研究实验如下表(部分):
科研成果转化为实验教学内容清单(部分)
(3)作为学生毕业设计(论文)的课题
近年来,该专业本科学生的毕业论文题目均出自指导教师的科研课题,获得很好的效果,学生的本科毕业论文多人次获湖北省优秀本科毕业论文奖励。
(4)作为大学生课外科技创新活动的内容
本专业的教师积极吸纳学生参与在研科研项目的研究,指导学生独立完成大学生课外科技创新活动,培养了学生独立分析问题、解决问题的能力,激发了学生的创新意识,为今后的考研、读研打下了良好的基础。比如学生在教师科研项目的基础上提出了新的子课题,并积极申报了“武汉工程大学校长基金”,使高分子材料与工程专业连续成为获得资助项目最多的专业。在大学生化学实验技能竞赛中该专业学生也获得很好成绩。
(5)作为本院教授(博士)论坛的讲座内容
武汉工程大学的教授(博士)论坛是由材料科学与工程学院创办并推广的。高分子材料与工程专业的教授(博士)将科研成果通过讲座的形式传授给低年级学生,拓宽了本专业学生的知识面,使他们了解了本学科的前沿科学研究,促进了本专业学生参与科研的热情,成为科研成果促进教学的新方式。
一、简析高分子材料与工程专业及其发展现状
(一)高分子材料与工程专业的演变过程
高分子材料又称为聚合物材料,它是高分子化合物和其他添加剂混合构成的单元共价构成。早在1953年,我国就设置了高分子类专业,很多高校陆续设置了高分子类专业,比如:化学纤维、高分子化学、复合材料等专业。随着我国经济的飞速发展,为高分子材料和工程专业的结合和发展创造了良好的条件,为了培养具备高分子材料和工程方面的高素质人才,教育部于1998年将与高分子材料相关的工科类专业统一称为“高分子材料与工程专业”,这一历史性的创新将迎来崭新的发展,期望我国能在高分子材料的合成改性和加工成型等领域有很好的研究和突破。高分子材料与工程专业的课程设置主要有有机化学、物理化学、高分子化学、高分子物理、聚合物流变学、聚合物成型工艺、聚合物加工原理、高分子材料研究方法等理论知识,力图造利于我国在科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营等领域的发展,推动我国新领域的开发、研究,增强国力,在世界经济中站稳脚跟。
(二)高分子材料与工程专业的发展现状
材料是人们赖以生存的物质基础,高分子材料与我们的生活息息相关,小到日常使用的毛巾、鼠标、油漆,大到汽车轮胎、防弹衣,玻璃钢等等,都在不断满足着人们的种种需求。我国的高分子材料的消费水平还处在一个很低的阶段,高分子材料的生产量无法满足市场的需求,高分子材料的品种、制造工艺、技术等等都远远比不上世界发达国家的水平,资源的浪费和低利用率,以及对环境的污染等等都亟待解决。同时,高分子材料与工程专业人才的就业情况不是很好,截止到2012年,全国以高分子材料与工程专业招生的学校达到145所,其中教育部直属院校18所,国防科学技术工业委员会院校5所,地方院校119所,其它3所,主要分布在北京、湖南、江苏、河北等27个省和自治区、直辖市,招生人数也在逐年增加,但是毕业人员的就业情况却与之不匹配,很多学习这个专业的人才在毕业以后却没有从事与该专业有关的行业。此时,我们需要重新审视,如何保证培训质量和就业问题,培养怎样的高级工程技术人才,才能满足社会对高分子材料与过程专业人才的需求。与此同时,我们还需要从环境、能源方面去考虑,节约能源、利用新能源、回收利用可降解的产品,保护环境,减少资源的浪费。
二、高分子材料与工程专业的发展前景
高分子材料独特的结构决定了它很容易被改变结构和再加工,这个特点是其他材料不可比拟、无法取代的优异性能,从而被广泛应用于科学技术、国防建设和国民经济各个领域,并已成为现代社会生活中不可缺少的材料。高分子材料与工程专业的结合是任何行业不可或缺和取代的,小到穿衣吃饭、电脑手机,大到建筑楼房、航空航天。直观数据显示,高分子材料与工程专业的就业率还是很高的,达到了92%以上。21世纪以来,中国高分子材料工业取得了令世人瞩目的成就,实现了历史性的跨越。作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业,合成树脂、塑料机械和塑料制品近几年一直保持高速增长,从建筑、装饰、家电、电子电器、汽车、玩具、办公设备等行业日益广泛的应用发展来看,也显示了中国高分子材料与工程专业强劲的发展势头。尽管高分子材料与工程专业还存在着很多的不足,但是它的发展前景还是很好的,市场的需求量也很大(包括橡胶、塑料制品、复合材料等等)。在当今的新形势下,我们面临的是挑战,同样也是机遇。我国要想缩短与世界发达国家之间的差距,需要加大高分子材料与工程方面的研究、生产、投入和应用,教育部门应当规范化办学,适当的控制招生规模,提高教学质量,调整高分子材料与工程专业的技术知识结构体系,模拟创业训练,培养科学研究、应用研发、生产工程技术、营销管理等方面的人才,以此来适应社会经济的发展。据调查显示,72%的高分子材料与工程专业学生可以在科研、教学、企业等领域得到很好的发展,他们在毕业以后能很快找到工作,既可以从事高分子材料的研究,也可以从事加工工艺技术的开发或者是在商检、质检等部门从事材料的检测等等,其薪资也属于中等水平。
总结:
高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。随着社会经济的迅速发展,我国人民的可支配收入逐渐增加,城市化的进程不断加快中,人们对更高水平、更高科技化的产品需求加大,绿色环保成为未来发展的需求,因此,社会需要高分子材料与工程专业的专业性人才。有关高分子材料与工程专业的行业有很多,而且涉及范围很广,高分子材料与工程专业的就业前景广阔,影响着我们的日常生活(包括生产、教育、建筑、电子计算机、军事等领域),并发挥着不可或缺的作用。我国的高分子材料与工程专业存在着很多不足,需要我们与时俱进,在教育、科学、汽车、军事等各个领域加大投入和创新,运用新材料、新技术,适应社会经济的发展,不断改革和创新,从而带动我国经济的飞速发展,提高我国的生产力和科技水平。
参考文献:
[1]赵长生. 高分子材料与工程专业发展与教育现状[A]. 中国化学会高分子学科委员会.2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C].中国化学会高分子学科委员会:中国化学会,2011:1.
一些树木的分泌物常会形成树脂,不过琥珀却是树脂的化石,虫胶虽然也被看成树脂,但却是紫胶虫分泌在树上的沉积物。由虫胶制成的虫胶漆,最初只用作木材的防腐剂,但随着电机的发明又成为最早使用的绝缘漆。然而进入20世纪后,天然产物已无法满足电气化的需要,促使人们不得不寻找新的廉价代用品。
早在1872年德国化学家拜耳(A.Bayer)首先发现苯酚与甲醛在酸性条件下加热时能迅速结成红褐色硬块或粘稠物,但因它们无法用经典方法纯化而停止实验。20世纪以后,苯酚已经能从煤焦油中大量获得,甲醛也作为防腐剂大量生产,因此二者的反应产物更加引人关注,希望开发出有用的产品,尽管先后有许多人为之花费了巨大劳动,但都没有达到预期结果。1904年,贝克兰和他的助手也开展这项研究,最初目的只是希望能制成代替天然树脂的绝缘漆,经过三年的艰苦努力,终于在1907年的夏天,不仅制出了绝缘漆,而且还制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite,它就是人们熟知的“电木”、“胶木”或酚醛树脂。
Bakelite一经问世,很快厂商发现,它不但可以制造多种电绝缘品,而且还能制日用品,爱迪生(T.Edison)用于制造唱片,不久又在广告中宣称:已经用Bakelite制出上千种产品,于是一时间把贝克兰的发明誉为20世纪的“炼金术”。
以煤焦油为原粒的酚醛树脂,在1940年以前一直居各种合成树脂产量之首,每年达20多万吨,但此后随着石油化工的发展,聚合型的合成树脂如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的产量也不断扩大,随着众多年产这类产品10万吨以上大型厂的建立,它们已成当今产量最多的四类合成树脂。合成树脂再加上添加剂,通过各种成型方法即得到塑料制品,到今天塑料的品种有几十种,世界年产量在1.2亿吨左右,我国也在500万吨以上,它们已经成为生产、生活及国防建设的基础材料。
二、从天然纤维到合成纤维
人类使用棉、毛、丝、麻等天然纤维的历史已经有几千年,但由于全球人口的不断增加和对纺织品质量的更高要求,从19世纪起,人们就为寻求新的纺织品原料而努力。
1846年制成硝化纤维;1857年制成铜氨纤维;1865年制成醋酸纤维;1891年制成粘胶纤维。由于粘胶纤维的原料是来源丰富的木材浆粕、棉短绒及棉纱下脚料等,再加上制成的纤维性能好,以至它的产量到20世纪50年代已经超过羊毛。
尽管上述几种称为“纤维素纤维”或“人造纤维”的出现是继纺织机械发明之后的又一次纺织革命,但它仍意味着人只是用化学方法,对天然植物纤维的再加工,而通过化学方法,制取全合成的、性能更为优异的纺织纤维阶段,才迎来了第三次纺织革命。
1928年32岁的美国化学家卡罗塞斯(W.H.Carothers)博士从大学岗位上应聘到杜邦公司,负责对不久前才兴起的高分子化学的基础研究,他们研究了多种脂肪族二元酸与二醇或二元胺的缩合反应,由于保证了反应物料的严格配比,从而获得分子量很高的缩聚物,但大多数产物的熔点偏低、不耐水,虽然有的可以抽丝,但不适于用做纺织纤维。反复不断地失败使卡罗塞斯在精神上受到很大打击,以至身上经常携带着一小瓶准备自杀的氰化钾。一直到工作6年后的1934年,终于在合成的数百种产品中,找到有希望成为优良纺织纤维的聚酰胺-66,尼龙(Nylon)是它在投产时公司使用的商品名。
杜邦公司为了使它工业化,动员了230多名各方面专家,花费2200万美元,到1939年始正式投产。这一成功不仅是合成纤维的第一次重大突破,也是高分子科学的重要进展。
尼龙投产后,杜邦公司马上宣布他们生产了比蜘蛛丝还细,比钢还结实的全新有机纤维。尽管当时第二次世界大战已经开始,仍然引起各方面关注。用它织成的女丝袜,销售第一天就卖出400万双,报纸上还报道了当时许多销售店曾引起“尼龙骚动”的场面,可惜的是卡罗塞斯本人却没有看到这种情况。41岁的他,虽然知道尼龙的研究已经取得突破性进展,但却总感到心力交瘁地被失败所缠绕,终于在1937年服毒自杀,留下深深的遗憾。
1938年德国研制出聚酰胺-6,即聚己内酰胺;1941年英国制出了聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维,商品名Dacron、“的确凉”、或涤纶;1939年德国人又研制出聚丙烯腈纤维,但到1949年才在美国投产,商品名Orlon,我国称腈纶,此又出现多种新型合成纤维,满足了多种需要,但从应用范围和技术成熟等方面看,仍以上述几种为主,其产量约占总量的90%。
三、从天然橡胶到合成橡胶
自然界中虽然含有橡胶的植物很多,但能大量采胶的主要是生长在热带雨区的巴西橡胶树。从树中流出的胶乳,经过凝胶等工艺制成的生橡胶,最初只用于制造一些防水织物、手套、水壶等,但它受温度的影响很大,热时变粘,冷时变硬、变脆,因而用途很少。
1839年美国一家小型橡胶厂的厂主古德易(Goodyear)经过反复摸索,发现生橡胶与硫黄混合加热后能成为一种弹性好、不发粘的弹性体,这一发现推进了橡胶工业迅速发展。在这之前,橡胶的年产量只有388吨,但到1937年已增加到100万吨,即100年间增加了2000倍,这在天然物质利用史上是十分罕见的,尤其是1920年以后,由于汽车工业兴起,进一步扩大需求,以致世界各国开始把天然橡胶作为军用战略物资加以控制,这就迫使美、德等汽车大国,但却是天然橡胶的穷国开展合成橡胶的研究,这种研究是以制造与天然橡胶相同物质为目的开始的,因为人们已知它是由多个异戊二烯分子通过顺式加成形成的聚合体。
1914年爆发第一次世界大战,德国由于受到海上封锁,开展了强制性的合成橡胶研制和生产,终于实现了以电石为原料合成甲基橡胶的工作,到终战的1918年,共生产出2350吨。
战后,由于暂时性天然橡胶过剩,使合成橡胶的生产也告中止,但其研究工作仍在进行。先后研制成聚硫橡胶(1931年投产)、氯丁橡胶(1932年)、丁苯橡胶(1934年)、丁腈橡胶(1937年)等。
第二次世界大战期间,尤其是日本偷袭珍珠港、占领东南亚后,美国开始扩大合成橡胶生产,并纳入国防计划,1942年产量达84.5万吨,其中丁苯橡胶为70.5万吨。1950年以后,由于出现了齐格勒纳塔催化剂,在这种催化剂的作用下,生产出三种新型的定向聚合橡胶,其中的顺丁橡胶,由于它的优异性能,到20世纪80年代产量已上升到仅次于丁苯橡胶的第二位。此后又有热塑性橡胶、粉末橡胶和液体橡胶等问世,进一步满足了尖端科技发展的需要。
回顾过去,展望未来,在新世纪里新技术将更加迅猛发展,与此同时,作为技术革命物质基础的,以合成高分子为代表的新材料的研制和开发,也将越来越起着重要作用。