構(gòu)建“理論-實(shí)踐-科研三位一體”的高分子化學(xué)教學(xué)模式

戴潤英，盧麗敏，劉倩，龔磊，魏玲，邱美

（江西農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院，江西南昌 330045）

精細(xì)《高分子化學(xué)》是《高分子材料》的理論基礎(chǔ)，是應(yīng)用化工、化學(xué)工業(yè)、食品工程等專業(yè)學(xué)生必須修讀的專業(yè)課程，是基于有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)的“第五大基礎(chǔ)化學(xué)課程”。高分子化學(xué)是研究聚合物的合成與化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)影響因素及反應(yīng)的實(shí)施方法等的一門綜合性學(xué)科[1]。高分子化學(xué)理論性、概念性和系統(tǒng)性強(qiáng)，傳統(tǒng)課堂教學(xué)的“滿堂灌”模式易于讓學(xué)生犯困，教學(xué)效果差。若是課堂教學(xué)與科學(xué)研究、實(shí)踐生產(chǎn)脫節(jié)，易讓學(xué)生產(chǎn)生“學(xué)習(xí)無用論”等認(rèn)知，大大降低學(xué)習(xí)興趣。因此，在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)順利完成教學(xué)計(jì)劃并提升教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)學(xué)生對(duì)高分子化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣，用所學(xué)理論解決實(shí)踐問題是高分子化學(xué)教學(xué)改革中亟待思考和解決的問題。

1 “理論-實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式的提出

為提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，教學(xué)研究者提出了情境式[2]、Seminar研討模式[3]、交互式[4-5]、案例式[6]等教學(xué)手段，讓學(xué)生在參與高分子教學(xué)中提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性。夏薇等[3]提出在高分子化學(xué)本科教學(xué)中改變傳統(tǒng)單向模式，采用Seminar教學(xué)模式，為本科生提供參與科研的機(jī)會(huì)，提高其創(chuàng)新探索能力。夏笑虹等[4]以命題式、答疑式和答辯式等互動(dòng)式教學(xué)模式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)生的綜合實(shí)踐能力。張安強(qiáng)等[7]將學(xué)生研究計(jì)劃引入到高分子化學(xué)的課程教學(xué)中，激發(fā)學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)興趣?，F(xiàn)代高等教育不但要培養(yǎng)人才，而且要培養(yǎng)應(yīng)用型人才，這就要求教師在課堂上從實(shí)踐出發(fā)，注重應(yīng)用實(shí)踐能力的培養(yǎng)，促進(jìn)教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)[8-10]?；谏鲜鰡栴}，參考了國內(nèi)學(xué)者對(duì)高分子化學(xué)課程的教學(xué)模式，結(jié)合農(nóng)林院校專業(yè)特色和學(xué)生特點(diǎn)，提出了“理論-實(shí)踐-科研三位一體”的滲透式教學(xué)模式。

2 “理論-實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式的設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 “理論-實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式的設(shè)計(jì)

高分子化學(xué)是一門理論與實(shí)踐并重的課程，需要學(xué)生不但掌握內(nèi)容龐雜的理論知識(shí)，還能將其運(yùn)用于指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，綜合科研能力得到提升[11]?！袄碚?實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式試圖改變傳統(tǒng)理論教學(xué)模式中學(xué)習(xí)與應(yīng)用脫節(jié)、理論與實(shí)踐分離的狀況，從理論、實(shí)踐與科研三方面對(duì)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行綜合性培養(yǎng)，把教材中的理論和操作實(shí)驗(yàn)、仿真實(shí)驗(yàn)及解決實(shí)踐問題結(jié)合起來，使知識(shí)增長成為培養(yǎng)能力的基礎(chǔ)，切實(shí)提高學(xué)生的實(shí)踐操作技能和創(chuàng)新發(fā)展思維。受教學(xué)計(jì)劃和教學(xué)時(shí)數(shù)限制，該教學(xué)模式壓縮于第5個(gè)學(xué)期一個(gè)學(xué)期內(nèi)執(zhí)行完，要求學(xué)生事先牢固掌握教材理論知識(shí)；其次是高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)，包括虛擬仿真實(shí)驗(yàn)和動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)；再次是綜合科研，教師提出實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的問題，讓學(xué)生們根據(jù)已學(xué)知識(shí)，設(shè)計(jì)并獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。從理論課堂、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐和綜合科研三方面把握高分子化學(xué)課程學(xué)習(xí)的三個(gè)環(huán)節(jié)。在三個(gè)階段中，理論課堂是基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐是核心，綜合科研是升華，三者密切關(guān)聯(lián)、相互影響。該教學(xué)模式示意圖如圖1示。

圖1 “理論-實(shí)踐-科研三位一體”的高分子化學(xué)教學(xué)模式示意圖

2.2 “理論-實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式的初步實(shí)施

筆者對(duì)2017級(jí)應(yīng)用化學(xué)（以下簡稱“應(yīng)化”）專業(yè)的高分子化學(xué)課程采取了“理論-實(shí)踐-科研三位一體”的教學(xué)模式，取得了良好的教學(xué)效果，現(xiàn)介紹如下。

2.2.1 教學(xué)對(duì)象

應(yīng)化專業(yè)2017級(jí)有3個(gè)班，以應(yīng)化1701班和應(yīng)化1702班作為對(duì)照班，應(yīng)化1703班作為實(shí)驗(yàn)班。即應(yīng)化1701班和應(yīng)化1702班采用傳統(tǒng)理論教學(xué)模式——根據(jù)培養(yǎng)計(jì)劃編寫的教學(xué)大綱，采用板書和多媒體教學(xué)手段相結(jié)合進(jìn)行理論授課；應(yīng)化1703班采用“理論-實(shí)踐-科研三位一體”的教學(xué)模式。該專業(yè)所有學(xué)生均經(jīng)全國高等院校統(tǒng)一招生考試錄取，在班級(jí)人數(shù)、入學(xué)成績和入學(xué)年齡方面相當(dāng)，具有可比性?！袄碚?實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式試驗(yàn)班和傳統(tǒng)理論教學(xué)模式對(duì)照班由同一位教師進(jìn)行授課。對(duì)照班全程采用傳統(tǒng)理論教學(xué)模式，試驗(yàn)班全程分3個(gè)階段進(jìn)行授課。

2.2.2 教材與課件

教材選用高等教育規(guī)劃教材《高分子化學(xué)》（第5版，化學(xué)工業(yè)出版社出版，潘祖仁主編）；課件為本課程組教師集體制作。

2.2.3 實(shí)施過程

（1）理論課堂

以高分子化學(xué)課程中《聚合方法》為例，這章牽涉的聚合方法種類較多，重要的有本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合。這些聚合方法在實(shí)際科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用較多，按照傳統(tǒng)教學(xué)計(jì)劃，要在2學(xué)時(shí)內(nèi)讓學(xué)生掌握整章內(nèi)容，有較大困難。根據(jù)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)課程設(shè)置進(jìn)行適當(dāng)取舍，重點(diǎn)講解懸浮聚合和乳液聚合的聚合機(jī)理與聚合動(dòng)力學(xué)，并及時(shí)補(bǔ)充最新科研成果，開闊了學(xué)生的視野。課堂中重視與學(xué)生交流，鼓勵(lì)學(xué)生思考問題，進(jìn)行互動(dòng)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生放眼于整個(gè)高分子學(xué)科的研究狀況。

（2）實(shí)驗(yàn)實(shí)踐

以生產(chǎn)實(shí)踐中的產(chǎn)品要求來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。在應(yīng)化專業(yè)的專業(yè)課程《精細(xì)化工工藝學(xué)》中要學(xué)到涂料，高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)特意開設(shè)聚醋酸乙烯酯乳膠涂料的主要成膜物質(zhì)“聚醋酸乙烯酯乳液的合成”。實(shí)驗(yàn)先通過虛擬仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)M操作，再在實(shí)驗(yàn)室付之實(shí)踐，將仿真實(shí)驗(yàn)與動(dòng)手操作結(jié)合起來，讓學(xué)生對(duì)乳液聚合得到全面的掌握和應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)過程中鼓勵(lì)學(xué)生思考并討論下列問題：①根據(jù)涂料對(duì)主要成膜物質(zhì)的需求，得到聚醋酸乙烯酯乳液的性狀是什么？②乳液聚合成核時(shí)的關(guān)鍵影響因素有哪些？③為什么大部分的單體和引發(fā)劑要逐步滴加？④聚乙烯醇在反應(yīng)中起什么作用？為什么要與乳化劑OP-10混合使用？⑤為什么實(shí)驗(yàn)結(jié)束前，要加入NaHCO3調(diào)節(jié)體系pH值為5～6？最后將實(shí)驗(yàn)中得到懸浮穩(wěn)定的聚醋酸乙烯酯產(chǎn)品收集起來，留待用于配制聚醋酸乙烯酯乳膠涂料。通過引導(dǎo)和以問題為基礎(chǔ)的教學(xué)（PBL），讓學(xué)生領(lǐng)悟在生產(chǎn)實(shí)踐中如何避免出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中的不良現(xiàn)象。

（3）綜合科研

高分子化學(xué)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，生活中的眾多功能材料都屬于高分子材料。以解決實(shí)際生產(chǎn)問題為導(dǎo)向，鼓勵(lì)學(xué)生查找文獻(xiàn)，結(jié)合所學(xué)的理論知識(shí)，先遞交設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案，然后由教師再和學(xué)生一起理清思路，最后再制備聚合物。例如某一企業(yè)要有效降低廢水中重金屬離子的含量，應(yīng)如何優(yōu)化吸附功能材料的性能？先讓學(xué)生在一周內(nèi)查閱文獻(xiàn)并提交實(shí)驗(yàn)方案，再和學(xué)生一起梳理思路：首先聚合物結(jié)構(gòu)中應(yīng)該具有能和重金屬離子絡(luò)合的N、O、S等元素，合成一種強(qiáng)極性的吸附樹脂；其次宏觀結(jié)構(gòu)要求聚合物表面積大，球形結(jié)構(gòu)能提高材料的吸附性能，并進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生，采用疏水性單體發(fā)生懸浮聚合，合成氨基聚合物微球；最后強(qiáng)調(diào)懸浮聚合的注意事項(xiàng)，讓學(xué)生修改并確定實(shí)驗(yàn)方案后再展開實(shí)驗(yàn)。通過綜合性的設(shè)計(jì)并合成新的吸附功能材料，讓學(xué)生在查閱資料、穩(wěn)固基礎(chǔ)、拓寬思路、鍛煉操作、組織文字等方面得到全面提升。

2.2.4 成績考核

傳統(tǒng)理論教學(xué)模式下的高分子化學(xué)課程偏重于理論，成績考核一般是“20%平時(shí)成績+80%卷面成績”，學(xué)生的應(yīng)用能力未得到重視和體現(xiàn)。實(shí)際上，高分子化學(xué)課程是理論與實(shí)踐并重的課程，“理論-實(shí)踐-科研三位一體”的教學(xué)模式旨在提高學(xué)生的實(shí)踐技能和綜合素質(zhì)。因此，成績考核革新為“40%平時(shí)成績+60%卷面成績”，其中平時(shí)成績包括考勤（10%）、作業(yè)（10%）、隨堂測試（20%）、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐（30%）和綜合科研（30%）。這種成績評(píng)價(jià)模式使得考核內(nèi)容多樣化，增大了學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)，將理論與科學(xué)研究、實(shí)踐生產(chǎn)掛鉤，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生不僅扎實(shí)掌握理論，還具有將理論應(yīng)用于實(shí)踐的綜合能力。

3 “理論-實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式的效果

所有學(xué)生均需參加同樣試題的理論考試，試題由課程組集體出卷、閉卷考試、流水作業(yè)判卷。題型多樣，包括名詞解釋、填空題、簡答題、計(jì)算題和綜合題，滿分100分。試驗(yàn)班應(yīng)化1703班和對(duì)照班應(yīng)化1701班、應(yīng)化1702班的學(xué)生理論成績結(jié)果如表1所示。結(jié)果表明，采用“理論-實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式的應(yīng)化1703班在及格率、優(yōu)秀率（80分以上的比例）及平均分上均顯著高于采用傳統(tǒng)理論教學(xué)模式的應(yīng)化1701班和應(yīng)化1702班?？梢?，通過“理論-實(shí)踐-科研三位一體”的教學(xué)模式不但能增加學(xué)生的實(shí)踐機(jī)會(huì)，還能有效夯實(shí)學(xué)生的理論基礎(chǔ)，使教學(xué)效果顯著提高。

4 “理論-實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式的評(píng)價(jià)

將“理論-實(shí)踐-科研三位一體”教學(xué)模式初步應(yīng)用于江西農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院應(yīng)用化學(xué)專業(yè)高分子化學(xué)課程的教學(xué)，旨在提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、實(shí)踐技能和綜合素質(zhì)。經(jīng)過“理論課堂、實(shí)驗(yàn)實(shí)踐和綜合科研”三個(gè)環(huán)節(jié)的初步實(shí)施，試驗(yàn)班學(xué)生的理論成績及格率、優(yōu)秀率和平均分明顯高于對(duì)照班?！袄碚?實(shí)踐-科研三位一體”滲透式教學(xué)模式使培養(yǎng)學(xué)生的方式豐富化、內(nèi)容實(shí)用化。該教學(xué)模式的成績考核，加大了平時(shí)成績權(quán)重，提升了實(shí)踐、科研的地位，將理論與科學(xué)研究、實(shí)踐生產(chǎn)掛鉤，增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高了學(xué)生的實(shí)踐技能和綜合素質(zhì)，教學(xué)效果得到顯著提高。

表1 理論成績考核結(jié)果