介绍了高分子化学教学过程中的一些特点,通过对高分子化学与其他化学的对比,探讨了高分子化学教学与学习中的辩证关系,并由此提出了高分子化学教学改革的初步设想。
　　高分子化学是高分子专业的理科及工科学生的必修课,也是材料专业及其他化学、化工专业学生的选修课之一,高分子化学是高分子科学及材料科学的基础,因此,这门课的教学非常重要。经过近5年的高分子化学教学实践及学习总结,本文就高分子化学教学的几点心得体会与从事教学的同仁一起分享。文中的部分论点主要参考了我们选用的教材及参考书。
　　温故知新互动教学由于高分子化学这门课的知识点涉及普通化学、有机化学、物理化学及数学,内容广博、知识点丰富,在讲授新知识之前,需要教师能从有机化学、物理化学的基础上,让同学能很快唤醒自己已学习的知识,调动同学的学习积极性及引导他们能将已学知识引伸到要学的新知识上,将所学的知识串起来,使学习变得容易及有兴趣。教学过程是教与学结合的过程,师生的密切配合是搞好教学的关键。
　　比如在讲第一章高分子的概念及高分子的性能时,我们要分析小分子与高分子的区别,提问小分子的结构特征,如小分子的纯度、物性及分离等,在讲解高分子的概念后,对照小分子的性质,先判断高分子的性能,然后再纠正学生判断错误的原因,在这个过程中,学生对高分子的概念及性能就有了清晰的理解。
　　高分子即是高分子化合物,系指那些由众多原子或原子团主要以共价键结合而成的相对分子质量在一万以上的化合物,在这里要强调“众多原子或原子团”、“主要是共价键”、“分子量很大”,通过对比让同学认识到高分子是经过许多步反应后,众多基团才连接到一起,形成的一类混合物,不可能通过像分离小分子那样将高分子分离成单个分子的纯净物;由于高分子的分子量大,整个分子很大,分子主体的运动受限,整个高分子若要气化的能量需要很高,分子链中的化学键不能承受体系外为使大分子气化所提供的能量,分子链中的化学键就要发生分解而断裂,整个分子没有气化,实验中看到的“汽化”或“气化”实质上是分解、降解及解聚。小分子与大分子的性能对比见表1。
　　表1　小分子与大分子的性能对照表性能小分子高分子熔点、沸点确定软化点可变,无沸点组成单一不确定、混合物状态气、液、固态液态、固态物理性能—高强度、高弹性、高粘度分子量小,精确大,平均值提纯方法蒸馏、相分离萃取,洗涤,色谱、结晶等萃取、色谱、结晶、溶解析出等分级方式复习已学知识的方式有很多,老师可以在课堂上再讲一遍,但这样课堂的气氛很沉闷;可以让同学自己复习,但他们的自学能力的不同,复习的程度不同,无法衡量,在教学的过程中,我发现温故的知识以提问的形式最好,一方面可以督促学生课前预习(同学不知道我会提问谁,一般都会有所准备,至少也会在我提问时注意听讲);另一方面我能在提问的同时,分析学生回答时出现的问题,并引导学生过渡到要学的新知识上,找出它们高分子化学教学改革初探的异同点。在互动的过程中活跃课堂的气氛,加深学生的印象,促进同学对所学知识的理解。
　　改变学生的思维方式辨证施教在大学化学的教育中,一般都是先讲授无机化学、有机化学、分析化学、物理化学,在此基础上才安排高分子化学。虽然这几门课都是有关化学,但在前几门课中学习的有关分子都有明确的结构,能精确的定量,而在高分子化学中涉及的分子是大分子、高分子,分子结构不确定,分子量不确定且存在一定范围的分布。高分子实际上不是单一的化合物,而是分子量不同的一些分子的混合物。
　　学生从学习高分子这一天起,就要将对分子的认识从小变大,对结果的认知从确定变化到不确定,对量的概念从精确过渡到统计的平均。
　　因此,学生在学习过程中必须改变思维方式,否则很难深刻理解。要做到这一点,教师在讲授高分子化学的绪论中就必须明确讲授清楚。举例来说,由于聚合物是一系列不同分子量的分子组成的,聚合物的分子量是一个统计的结果,不可能精确到个位(非常精确没有意义),分子量有不同的表示方法,不同方法表示的分子量意义不同,聚合物的性能不仅与分子量的大小有关,而且与分子量的分布也密切相关。如果同学对高分子的不确定性有了充分的认识,就可以判断“平均分子量相同的同种聚合物是完全相同的”这句话是不准确的,也不会比较分子量为15764、15990的聚乙烯有何不同。这样的转变对一些理解能力较差的同学而言,需要特别强调。
　　灵活地学辩证地学任何理论都是有局限性的,都是要发展的,如果将教学内容教死了,不利于学生今后的学习,不利于同学分析问题,解决问题。在教学中要仔细分析各个概念、公式的使用条件及局限性,同一概念在不同资料中表达的差异性。如均聚物一般指同一单体均聚反应得到的产物,共聚物为不同单体共聚反应的产物。
　　有时,我们又可以说均聚物是具有相同结构单元的聚合物。而共聚物是具有不同结构单元的聚合物,这两种说法在不同的教科书上出现是不矛盾的,他们从不同的角度描述了聚合物,一个是从结构单元,一个是从制备方法。随着人们对聚合物结构与材料性能的研究发现,均聚反应得到的聚合物不一定是具有相同结构单元的聚合物。若结构单元不同的话,这样的聚合物应称为共聚物,这就是近年来发展起来的由单一单体原位聚合及共聚反应形成的“均聚物”或“共聚物”。其实其他聚合反应中的链转移反应也会导致聚合物的链结构不规整,在一定意义上该类聚合物也是“共聚物”,因此,我们在讲授这一部分时要清楚不同定义的准确性,它的适用范围,以免引起同学的误会。再者聚合反应在一般教科书上写成连锁聚合、逐步聚合、加聚、缩聚。
　　连锁聚合是指聚合反应特别快,聚合体系中只存在单体,引发剂及聚合物,而逐步聚合反应是一步步进行的,聚合体系中存在低聚物,人们往往将连锁聚合与加聚联系在一起,将逐步聚合与缩聚反应联系在一起,这是一个误区。1)两者无必然的联系,因为加聚反应中也有反应速度慢的逐步聚合反应,缩聚反应中也有聚合反应快的不平衡反应;2)连锁反应中讲单体在瞬间转化为聚合物,随着反应时间的延长单体转化率提高,聚合物分子量不变,这是不准确的。一般真实的过程是单体转化率提高的同时,聚合物的分子量也随之因凝胶效应(本体聚合)而提高。在乳液聚合中,聚合物的分子量也可随时间的延长而提高。因此,在讲授这部分内容时,一定要教会学生辩证地分析问题,灵活地学习,不能死记硬背不同反应的特点等。
　　抓住实质融会贯通高分子化学中的高分子合成及高分子改性的反应一般是多步骤的,反应过程中还存在许多可变的因素,如何将联系这些因素的主要问题抓住是学习的关键。比如在自由基聚合中自由基的形成、反应及消亡是贯彻整个章节的主线,也就是说如果我们搞清楚了自由基的形成、自由基的稳定性及反应性、影响自由基形成及反应性的因素就不难理解小分子及高分子反应中的自由基了。
　　小分子中的自由基反应在有机化学中已经学过,那么引伸到高分子上还难吗?在高分子的自由基聚合反应中,首先是引发剂在一定条件下的分解形成自由基,进而与单体反应形成单体自由基,在与单体反应之前,自由基可能分解、重结合等降低引发剂的引发效率,自由基还可以与体系中的链自由基反应而终止,也可以与体系中的溶剂(相当于向溶剂转移)、杂质(阻聚剂、缓聚剂)及链转移试剂反应而使得聚合反应不能发生,产生诱导期及引发剂的消耗。
　　形成新的自由基,不断反应,形成聚合物链自由基,在这些反应的同时,链终止反应,链转移反应等都在与之竞争,终止反应及链转移的结果是导致聚合物的分子量的下降。虽然这些内容不可能同时讲,但在整章内容学习完后,同学要能从整体上认识整个反应过程。
　　理论指导实践实践修正理论在化学学科中,一般认为物理化学、结构化学及量子化学理论性强,而有机化学及高分子化学等只要记住一些基本概念、基本反应式即可,这是一个严重的误区,它会导致学生对该课程中的数学计算及公式推导的不重视,一方面由于高分子化学中涉及反应的复杂性,没有理论的分析很难对具体的过程有很好的理解,另一方面,高分子化学中的很多动力学推导采用了大量的假设,与实际情况存在差距,因此实验的结果可以修正理论公式,在理论与实践的相互作用的过程中,学生可以对所学的内容及理论推导过程中假设的意义及局限性有进一步的认识。比如我们在推导自由基聚合速率方程时假设“自由基的等活性”、“稳态”及“聚合物很大”,在聚合反应中无链转移反应,推导的聚合动力学方程。
　　在上式中聚合速度与引发剂浓度的平方根成正比,这是由于我们假设链终止反应是双基终止,没有链转移的单基终止的结果,聚合速度与单体浓度的一次方呈线性关系,是假设在引发阶段生成的自由基反应很慢,但与单体反应生成单体自由基反应较快的结果,若在引发效率很低的聚合反应中,引发反应不仅与引发剂浓度有关,还与单体浓度有关时,上面的方程就不能使用了。
　　在实验中,我们将得到引发剂浓度与聚合速度及单体浓度与聚合速度的关系,我们可以依据上述公式作出的图,若不呈线性关系,则说明上述引发阶段的假设及聚合物分子量很大的假设可能有问题,同样经数学处理能判断聚合反应过程中有无链转移反应。为此我们给出一个通式如下。
　　此外我们还要强调研究聚合动力学时是在低转化率下进行的,否则结果就不能用上述公式进行计算,因为我们的“稳态假设”不能成立了。可以设想一下如果我们不知道上述公式,我们对实验数据的处理就会很盲目,因而得不到较多的有用的信息。通过上述讲解就会让学生认识到理论推导对实验的指导及实验对理论的修正的意义了。
　　结论教学是一个互动的过程,在教学过程中通过互动的形式引导学生回忆已学的知识,建立与新知识的联系,将各知识点串联起来,做到理论联系实际,实践反馈于理论,教会学生运用已学知识去分析问题、解决问题,从而使得学生觉得所学的知识有用,以激发学生的学习积极性,提高教学效果。 

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