拓展学生专业实践知识，夯实高分子化学理论基础

吴宁晶　华　静（青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛266042）

拓展学生专业实践知识，夯实高分子化学理论基础

吴宁晶*华静
（青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛266042）

以有机化学、物理化学为基础，构建高分子化学的理论知识体系，通过将课堂教学与实验和生产实践相结合，拓展学生在高分子化学前沿领域的专业知识，强调发展学生的素质教育与创新精神，进而提高学生的学习兴趣。

高分子化学；教学改革；素质教育；学习兴趣

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高分子化学是高分子材料学科最重要的专业基础课程之一，能否有效地学习和掌握高分子化学的理论知识，构建完善的高分子合成理论的知识体系框架，将直接关系到本科生对高分子物理、聚合反应工艺学以及材料专业等其他后续专业课程的学习［1－4］；另外，高分子化学还是研究生和博士生入学考试的专业基础课程，在高分子材料学科的学习中占据十分重要的地位。因此，提高高分子化学课程的教学质量和课堂教学效果，有效生动地将知识传授给学生，一直是作为主讲高分子化学课程的高校教师积极追求的目标。目前，在高分子化学的教学中，需要不断改革与尝试，进一步提高学生学习该课程的学习兴趣。下面分别从课程内容、教学与实践、教学与科研等不同角度探索高分子化学的教学改革。

1　以有机化学、物理化学为基础，搭建高分子化学的理论框架

有机化学和物理化学是学习高分子化学的基础，在我们的教学中，需要将高分子化学的基础理论知识与有机化学和物理化学的基础知识紧密相连［5，6］。例如，高分子化合物的系统命名法是以有机小分子化合物命名方法为基础的，掌握了有机化合物的命名规则，学生学习聚合物的命名规则就非常容易。有机化学中的电子效应和位阻效应对化合物和中间体的稳定性和活性有着重要的影响，也影响着有机化学反应的机理和反应历程。同样地，电子效应和位阻效应对高分子化学的连锁聚合反应也有着重要影响（图1）。例如，烯烃单体分子结构中取代基的电子效应（包括诱导和共轭效应）的种类和强度决定了烯烃单体对聚合机理的选择，而取代基的位阻效应对单体的聚合能力有不同程度的影响。另外，单体和自由基的活性以及自由基活性种的稳定性均受到取代基的电子效应和位阻效应的影响，单体和自由基活性的比较依据是基于表征共轭效应度量值（Q）和极性效应度量值（e）的相对大小。阻聚剂和缓聚剂的阻聚作用机理以及烯丙基单体的自阻聚作用与电子效应中的共轭稳定性密切相关。因此，掌握有机化学中的诱导效应、共轭效应等电子效应以及位阻效应等相关概念和原理，对于系统地理解和掌握高分子化学的相关理论知识有很大的帮助［5，6］。

图1　电子效应和位阻效应对单体、自由基以及连锁聚合反应机理的影响

逐步聚合反应是指通过单体官能团之间的有机化学反应生成具有重复特征结构单元聚合物的反应；缩聚反应依据有机化学反应的类型进行分类，随特征结构单元的不同分为聚醚、聚酯、聚酰胺等缩聚物。所以逐步聚合的反应过程以及缩聚物的类型与有机化学反应类型和特征基团紧密相关。

另外，高分子化学连锁聚合反应中的热力学问题（包括聚合上限温度和平衡单体浓度）以及引发和聚合反应的动力学研究都涉及到物理化学的热力学和动力学的相关知识。自由基聚合反应中，温度对引发速率常数、链转移速率常数、聚合反应速率常数以及聚合度的影响规律可以用阿累尼乌斯经验式进行定量描述，图2总结了阿累尼乌斯经验式在自由基聚合反应中的反应速率和聚合度的主要应用。在高分子化学的教学中，将有机化学和物理化学的概念、原理与高分子化学中的相关知识紧密联系起来并加以解析，有助于学生更加深入理解和掌握课程内容，构建高分子化学基础理论知识，提高教学的质量与效果。

2　将课堂教学与实验和生产实践相结合，提高学生感性认识

高分子化学是一门理论性较强的专业基础课程，章节比较多，各个章节相对独立，概念较多，公式推导多，知识点较多，导致学生在学习中感觉无规律可循。我们可以将理论知识与聚合物合成的工业化生产实际相结合，通过分析单体的聚合原理和常见聚合物的生产工艺，增加学生对高分子化学理论学习的感性认识。如聚甲基丙烯酸甲酯（有机玻璃）的制备过程，为了避免出现自加速现象，在实际生产中采用分段的本体聚合工艺，即高温低温再高温的生产工艺，这是由于自由基的本体聚合特点所决定的。聚苯乙烯的工业化生产可以采用本体连续法和间歇悬浮法等不同的聚合工艺制备，由于聚合过程中溶液聚合发生易链转移反应而降低相对分子质量，因此不同的聚合工艺所得到的聚苯乙烯的相对分子质量与分布和产物的性能都有所区别。由于配位的聚合理论不太成熟，在学习配位聚合这一章时，学生非常不容易理解。由于橡胶专业是青岛科技大学的特色学科，掌握和理解配位聚合的内容对橡胶专业的学生学习高年级的橡胶专业课程非常重要，因此我们在配位聚合的教学过程中，以常见的轮胎为例，着重介绍一些常见的橡胶品种（如顺丁橡胶、天然橡胶、合成天然橡胶、丁基橡胶等）的结构与性能特点以及橡胶的应用范围（图3），增加学生对配位聚合反应的感性认识。另外，在大学二年级学习高分子化学课程中，学校安排实习实训活动环节，学生参观塑料和橡胶产品的生产基地，这些实践活动可进一步增加学生对高分子化学课程的学习兴趣和促进学生对高分子化学理论知识的理解。

图2　阿累尼乌斯经验式在自由基聚合反应中的应用

图3　不同橡胶种类在轮胎中的应用

3　了解最新科研进展与发展趋势，拓宽高分子领域的专业知识

在高分子化学的教学过程中，学生对高分子材料的未来发展趋势非常感兴趣。高分子科学作为21世纪迅速发展的一门前沿学科，主要发展的新方向包括分子材料与分子器件、光电信息功能高分子材料、生物医用高分子材料、敏感与传感转换材料、纳米材料、导电高分子材料等，而这些材料发展的基础都离不开高分子化学的合成基础。目前，高分子化学最新的研究前沿是合成新型聚合物及精确控制聚合物的空间立体结构和聚合物的相对分子质量，发展新型的聚合方法包括酶催化、微生物催化等技术，设计与合成新型功能高分子材料。因此，在高分子化学聚合理论的讲解过程中，除了介绍非常成熟的工业化聚合物产品外，向学生介绍科研发展的最新进展，包括导电高分子、感光高分子、生物高分子等相关领域的最新动态，可以开拓学生的学习思路，培养学生的科研思想与创新意识。特别是任课教师根据自己的研究方向，结合具体的研究实例进行讲解，可以进一步提升学生对高分子化学的学习热情，为学生未来在高分子领域的发展奠定理论知识的基础。

总之，高分子化学作为高分子材料学科最重要的专业基础课程之一，学生对这门课程理论知识的学习和掌握，对于他们建立扎实的高分子专业理论基础是非常重要的。我们首先将高分子化学的理论与生产实践以及应用实例相结合，激发学生的学习兴趣；并在课堂教学中介绍高分子科学的最新科学进展以及发展趋势，拓宽学生在高分子领域的专业知识，有目的地发展学生的创新意识，重视素质教育，为他们未来在专业领域的发展夯实高分子化学理论基础。

［1］王家喜.化学试剂，2009，31（4），307.

［2］庄启昕，唐颂超，李欣欣，钱军，刘小云，李慧.实验技术与管理，2011，28（6），249.

［3］高建刚，宋庆平，丁玉洁，吴之传.高分子通报，2009，No.5，63.

［4］陈正年，杭祖圣，张声春.南京工程学院学报，2009，9（3），62.

［5］王小龙，何乃普，王九思.高分子通报，2009，No.11，62.

［6］吴宁晶，华静.青岛科技大学学报，2009，25，75.

Expanding Professional Practice Knowledge and Reinforcing the Theoretical Basis of Polymer Chemistry for Students

WU Ning-Jing*HUAJing
（College of Polymer Science&Engineering，Qingdao University of Science&Technology，Qingdao 266042，Shandong Province，P.R.China）

In the teaching reform of polymer chemistry，the theoretical knowledge system of polymer chemistry，which is built on the study of the organic chemistry and physical chemistry，is established for students.The quality education and innovative spirit were developed by combining classroom teaching，laboratory teaching and the production practice.Meanwhile the students′professional knowledge was expanded in the frontier field of polymer chemistry.Thus，students′learning interest was further improved.

Polymer chemistry；Teaching reform；Quality education；Learning interest

O6；G64

10.3866/PKU.DXHX201509020

，Email:ningjing_wu@qust.edu.cn

山东省高分子物理与化学省级精品课程群（2013-126）