高分子科学实验教学改革初探(2)

设想将高分子化学、高分子物理和高分子成型加工三门实验课程有机地串联起来,组建成一门包括从高分子材料设计(用计算机软件进行分子设计、性能模拟) 、聚合物合成、性能测试(物性表征) 到加工成型(制作成高分子材料制品) ,能环环相扣、互动式的、柔性化的高分子科学实验课程;提出了初步的实践方案。

66 高　　分　　子　　通　　报2007年7月学生颇有支离破碎甚至自相矛盾之感,那么为什么不设法将两门课有机地整合为一体呢?合成出样品后,测定其分子量等物理参数,然后加工成制品测定其使用性能。再返回去改变反应条件或方法制备出另一样品,重新测定其物理参数,制成制品,这样让学生比较后分析其原因,一定会加深对实验内容和相关理论知识的理解与掌握。

因此,可以将高分子化学实验、高分子物理实验以及高分子成型加工实验等多门课程有机地串联起来,形成一门能环环相扣,集知识性、趣味性为一体,互动式的柔性高分子科学实验课。让学生学习从高分子化合物的分子设计(利用计算机软件在高分子科学研究中的应用和理论指导作用)、聚合物合成制备、基本性能(分子量和分子量分布、力学性能、热性能、电学性能等)测试到将聚合物加工成型制作成高分子材料制品的连续“链”组成的实验内容。用一条贯穿始终的“链”,辅以多个含多项内容的实验单元,根据可能拥有的学时数来安排教学内容,这个“链”可粗可细,可长可短,但必需完整、系统化。

2　把计算机技术引入到高分子科学实验教学中

随着计算机技术的发展,领域即“分子模拟”。,,整。迄、凝聚态结构、MonteCarlo模拟以及聚合物材料设计等,,这一方面是因为受传统教学方式的影响没人愿意去尝试改革,另一方面可能是成本因素,国产软件质量都欠佳,而一个稍好一点的进口正版软件动则就上万美元。但作者认为计算机技术已成为不可逆转的时代特征,现代科学研究必需借助计算机手段,而且与传统的动手实验相比,高分子教学中的计算机实验无疑将在直观性和兴趣性方面有它独特之处。

作者曾用美国AccelrysSoftwareInc.的“MaterialsStudioModeling”软件来开设了两个实验,即《用“MSModeling”软件构建全同立构聚丙烯、聚乙烯分子并计算它们的均方末端距》和《用“MSModeling”软件计算聚丙烯酰胺水溶液中在盐存在下分子尺寸和构象变化》。该实验使同学们以前只能靠想象去理解的微观分子运动,变得可以直接在屏幕上看到,象动画片一样逼真。屏幕上大分子链和三维空间的旋转以及分子之间的作用栩栩如生,有以前用实体分子模型根本达不到的效果,一下使学生做实验的兴趣大增,争着到计算机上去亲自操作。

3　改实验的“验证性”为“探索性”,增加学生自主性

现行的实验课程基本上都是验证型的,在实验教材(讲义)上已将实验过程中要用到什么试剂、多少量、实验时的操作步骤以及可能出现的实验现象和出现某种现象后如何处理等都详细的告诉了学生,学生就拿着老师提供的原料药品、器材按教材上写的步骤依样画葫芦做一遍。实验课成了一个简单的复制过程,缺乏探索性和实用性。

作者试着在实验教学这个舞台上,将教师由“主角”变成“导演”,将学生由“观众”变成“主角”。教师在实验教学中先引导学生提出问题,指导学生去设计、探索解决问题的方法,然后由学生自行设计实验方案、准备实验原料器材,教师指导完成实验,收到了良好效果。

4　增加实验的趣味性和创意性

大多数学生都觉得做化学实验比较枯燥,特别是高分子科学实验,实验时间比较长,过程变化慢,学生难以产生兴趣。作者在2004年的高分子设计实验中稍做了一些改革,就让学生对实验有了美的感觉,觉得做实验是一种乐趣了。例如在”双酚A型环氧树脂的合成与粘接”实验中,作者不再只让学生合成一杯简单的环氧树脂糊,而是将实验向前延伸。在实验前让他们去实验室外面的银杏树上采回一些精美的银杏叶子或准备几张自己的小画片、小照片,实验合成出环氧预聚体后加入少量颜料,调成一定颜色的透