高分子化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

張宏艷，丁國(guó)新，于秀華

（安徽理工大學(xué)材料學(xué)院，安徽 淮南232001）

如何培養(yǎng)基礎(chǔ)知識(shí)扎實(shí)、肯思考能動(dòng)手、善于研究的新型社會(huì)人才，是高等院校人才培養(yǎng)的重要目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)課作為實(shí)踐教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)培養(yǎng)高標(biāo)準(zhǔn)人才起著至關(guān)重要的作用?？茖W(xué)研究型實(shí)驗(yàn)不僅促進(jìn)了學(xué)生專業(yè)知識(shí)的運(yùn)用,而且培養(yǎng)了學(xué)生的科研興趣、創(chuàng)新意識(shí)和協(xié)作意識(shí)。根據(jù)教學(xué)計(jì)劃的要求，對(duì)專業(yè)課較為集中的大三學(xué)生開(kāi)設(shè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中增設(shè)了研究型實(shí)驗(yàn)，旨在鍛煉學(xué)生自主處理各種科研問(wèn)題的能力，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的統(tǒng)一，效果明顯。

1 實(shí)驗(yàn)題目的選擇

隨著生活水平的日益提高和生活節(jié)奏的加快，人們對(duì)保鮮食品和食品保鮮材料的安全要求越來(lái)越高[1]。普通的保鮮材料由于內(nèi)部的有害小分子會(huì)遷移到食品中，對(duì)人體造成潛在危害，同時(shí)容易造成環(huán)境污染?；诖耍?jīng)過(guò)文獻(xiàn)查閱和市場(chǎng)調(diào)研，選擇出學(xué)生現(xiàn)有知識(shí)、能力能夠做出結(jié)果并且具有較強(qiáng)應(yīng)用性的實(shí)驗(yàn)題目。殼聚糖（CS）和魔芋粉（KGM）都是天然高分子化合物，具有良好的可降解性和成膜性，殼聚糖還具有良好的抗菌效果，將殼聚糖和魔芋粉用于食品保鮮具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[2-4]。選用殼聚糖-魔芋粉共混膜的制備做為研究型實(shí)驗(yàn)題目，利用聚合物改性的方法來(lái)提高膜的力學(xué)性能，并在達(dá)到保鮮功能的同時(shí)降低成本[5]，這一題目引起了同學(xué)們廣泛的研究興趣。

2 實(shí)驗(yàn)方案的討論

教師要求學(xué)生針對(duì)選定的題目查閱相關(guān)文獻(xiàn)，了解材料的性質(zhì)、制備工藝和應(yīng)用，寫(xiě)出文獻(xiàn)綜述，并設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案。每組同學(xué)選出研究組長(zhǎng)，通過(guò)PPT匯報(bào)形式對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行答辯，并聘請(qǐng)相關(guān)的教師進(jìn)行討論，確立實(shí)驗(yàn)方案[6]如圖1。通過(guò)這種方式，既訓(xùn)練了學(xué)生查閱、綜合文獻(xiàn)的能力，又能引起學(xué)生進(jìn)一步開(kāi)展研究的興趣，為學(xué)生日后的科學(xué)研究打下良好的基礎(chǔ)。

3 實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施

實(shí)驗(yàn)類型不同，實(shí)驗(yàn)組織和實(shí)施形式也不同。對(duì)于普通的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要求個(gè)人獨(dú)立完成；相對(duì)復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，根據(jù)要求分組后共同完成；既復(fù)雜且鏈條長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)，就要求各組分段完成不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。為了完成本實(shí)驗(yàn)，將全班同學(xué)分成9組，每組4人，每組的試驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)分析獨(dú)立完成，最后將數(shù)據(jù)匯總，進(jìn)行組與組的數(shù)據(jù)對(duì)比。通過(guò)這種形式，既讓每個(gè)同學(xué)動(dòng)手操作，獨(dú)立思考，又使學(xué)生相互協(xié)作，體會(huì)到科研合作的重要性。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

研究型實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)是研究中探索，實(shí)踐中改進(jìn)。當(dāng)單體摩爾比、甘油用量不變時(shí)，隨著防腐劑苯甲酸鈉的用量逐漸增加，共混膜的拉伸強(qiáng)度先增大后減小，水蒸氣透過(guò)質(zhì)量逐漸減小，得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：?jiǎn)误w摩爾比為4∶1，苯甲酸鈉的用量為6%，甘油的用量為1%時(shí)，共混膜性能最好。

圖2是殼聚糖、魔芋葡甘聚糖與苯甲酸為6%的共混膜紅外光譜比較圖。添加6%的苯甲酸鈉的KGM-CS-SB膜,1635 cm-1的吸收峰像移向1654 cm-1處，表明混合膜中殼聚糖和魔芋葡苷聚糖之間的氫鍵變?nèi)鮗7]。這是因?yàn)楸郊姿徕c的加入使得聚合物分子之間的距離增大，從而導(dǎo)致魔芋葡苷聚糖和殼聚糖之間的相互作用減弱。圖3說(shuō)明苯甲酸鈉含量少時(shí)，增強(qiáng)劑的增強(qiáng)效應(yīng)大于減弱分子間力的效應(yīng)，因此隨著其含量的增加拉伸強(qiáng)度也增加；但當(dāng)苯甲酸鈉的加入量大于6%時(shí)，減弱分子間力的效應(yīng)將大于增強(qiáng)劑的增強(qiáng)效應(yīng)，從而表現(xiàn)為隨著苯甲酸鈉含量的增加，混合膜的拉伸強(qiáng)度減弱[8]。

圖4 中苯甲酸鈉含量為6%的混合膜的X射線衍射圖在2θ=21°時(shí)的峰強(qiáng)度明顯比未加苯甲酸鈉的混合膜的峰強(qiáng)度要低得多，這說(shuō)明苯甲酸鈉的加入部分破壞了混合膜的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致混合膜的結(jié)晶度降低[9]。圖5是苯甲酸鈉含量6%的膜經(jīng)過(guò)不同時(shí)間的微波輻照后測(cè)得的XRD圖。隨著輻射時(shí)間的增加，結(jié)晶度逐漸降低。這可能是隨著輻射時(shí)間的增加，導(dǎo)致殼聚糖部分降解，從而破壞了混合膜結(jié)晶部分的規(guī)整結(jié)構(gòu)，使得魔芋葡苷聚糖和殼聚糖之間的分子力減弱，從而出現(xiàn)結(jié)晶度降低。圖3是苯甲酸鈉含量不同對(duì)拉伸強(qiáng)度的影響。未添加苯甲酸鈉的混合膜的拉伸強(qiáng)度最小，為4.5MPa。當(dāng)添加量變化時(shí)，拉伸強(qiáng)度不斷增加，且在6%時(shí)拉伸強(qiáng)度最大，達(dá)到23MPa左右。當(dāng)添加量從6%變化到9%時(shí)，混合膜的拉伸強(qiáng)度又呈下降趨勢(shì)。

5 實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核

學(xué)生實(shí)驗(yàn)課成績(jī)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)綜述、方案設(shè)計(jì)、課堂講解及實(shí)驗(yàn)報(bào)告，按照一定的比例進(jìn)行綜合打分。實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)突出的團(tuán)隊(duì)給予一定的獎(jiǎng)勵(lì)。

6 結(jié)束語(yǔ)

本學(xué)期的研究型實(shí)驗(yàn)是初次在大三學(xué)生中開(kāi)展，學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，并思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與所學(xué)理論知識(shí)對(duì)照，既新鮮又刺激，提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)的熱情和興趣。下一步將進(jìn)行延展性實(shí)驗(yàn)，將每組制備的共混膜具體應(yīng)用到食品的保鮮上，測(cè)試其保鮮效果，并與普通保鮮膜進(jìn)行對(duì)比。今后，研究型實(shí)驗(yàn)的選題應(yīng)該更貼近于人們的生活和科學(xué)前沿，將趣味性更好地融入到科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，逐步引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)科學(xué)研究的殿堂。

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