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關(guān)鍵詞：機械工程材料 高分子材料 教學改革
Reform and practice on teaching of polymer materials in mechanical engineering materials course
Dong Xufeng， Qi Min， Wang Weiqiang
Dalian university of technology， Dalian， 116024， China
Abstract： In most universities， metal material is the route of mechanical engineering materials course. Polymer materials have been a new type of engineering materials in the recent 50 years. Therefore， it is necessary to increase the proportion of polymer materials and make corresponding reform in the teaching of mechanical engineering materials. In this paper， the reform and practice experience on mechanical engineering materials in Dalian university of technology is introduced. Reforms were made in content， aim， process， method and reference books. The practice results indicated good teaching effect was obtained.
Key words： mechanical engineering materials； polymer materials； teaching reform
機械工程材料課程是面向非材料專業(yè)學生開設(shè)的介紹材料科學與工程基礎(chǔ)內(nèi)容的課程，涉及專業(yè)包括機械、化工、船舶、汽車、航空航天等。目前大多數(shù)機械工程材料課程的講授以金屬材料為主線，內(nèi)容涵蓋金屬材料的化學成分、組織結(jié)構(gòu)、加工工藝與性能之間的關(guān)系等[1，2]。教學目的是讓非材料專業(yè)學生了解常用金屬材料的性能、應(yīng)用范圍和加工工藝，初步掌握金屬材料的選用原則與方法，同時能夠?qū)嶋H工程中與材料相關(guān)的基本問題進行正確分析和處理。
1 高分子材料教學改革原則
20世紀中期以來，大批新型高分子材料的合成拓展了人類使用材料的范圍。與金屬材料相比，高分子材料具有密度小、比強度高、原料豐富、成型簡單、成本低、耐腐蝕等優(yōu)點。近年來一些性能優(yōu)異的高分子材料在諸多領(lǐng)域呈現(xiàn)取代傳統(tǒng)鋼、鐵等金屬材料的趨勢，成為機械工程材料中不可忽視的一部分[3]。因此，在機械工程材料課程的教學過程中，須摒棄完全以金屬材料為主體的授課方法，適當增加高分子材料等新型工程材料的比重。因此，我校在2013年對機械工程材料32學時課程的教學計劃進行了調(diào)整，將高分子材料部分由之前的2學時增加到4學時，并確定了以下改革原則：
1.1 授課內(nèi)容強調(diào)基礎(chǔ)性
高分子材料與機械類學生通常接觸到的金屬材料在結(jié)構(gòu)、性能、制備工藝等方面有很大的區(qū)別。向機械類學生講授高分子材料，主要目的是讓他們對高分子材料有最基本的了解。在短短4學時內(nèi)，不可能也沒必要將高分子材料相關(guān)的全部內(nèi)容壓縮講授。這就決定了機械工程材料課程中高分子材料部分必須側(cè)重于基礎(chǔ)性知識，對于理論性、專業(yè)性太強的知識點必須舍棄。基礎(chǔ)性內(nèi)容應(yīng)當包括高分子材料的基本概念、分類、結(jié)構(gòu)特點及常用工程高分子材料（工程塑料、工程橡膠及工程纖維）的基本力學性能[4-6]。
1.2 授課目標偏向工程性
高分子材料不僅可作為結(jié)構(gòu)材料使用，也可以作為功能材料使用。對于非材料類專業(yè)的學生，特別是機械類專業(yè)的學生，更關(guān)心材料的力學性能和應(yīng)用范圍。因此，在課程內(nèi)容的安排上，應(yīng)以與機械工程有關(guān)的機械性能為主，給出常用工程高分子材料的基本力學性能指標及適用領(lǐng)域。
1.3 授課過程重視學生的先修知識
大多數(shù)高校的機械工程材料課程以金屬材料為主線，在學習高分子材料之前，學生對金屬材料已經(jīng)有基本了解。高分子材料與金屬材料之間存在較大差異，例如：高分子材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)以非晶結(jié)構(gòu)為主，而金屬材料則以晶體結(jié)構(gòu)為主；許多高分子材料，特別是橡膠類的高分子材料具有金屬材料所不具備的優(yōu)良彈性等。學生先修知識的習慣思維在他們學習高分子材料時可能會引起沖突，因此在授課時必須對金屬材料與高分子材料的差異予以考慮。采用與金屬材料對比的方法學習高分子材料，有利于幫助學生澄清概念，更好地掌握高分子材料的知識。
1.4 教學方式應(yīng)具有高效性
高分子材料課程涉及的概念繁多，容易混淆，對于機械類學生而言比較抽象，難以理解。在短短的4學時內(nèi)，要想讓學生盡可能多的掌握高分子材料的相關(guān)基本概念，必須摒棄照本宣科或一味講授的教學方式。通過高效的教學方式，充分調(diào)動學生的積極性、主動性，引導學生思考，方能達到理想的教學效果。
1.5 提供擴展知識的參考書
由于高分子材料的性能、結(jié)構(gòu)、制備工藝以及表征與金屬材料和陶瓷材料完全不同，而且目前在機械工程材料中高分子材料部分比例很少。為解決這一矛盾，在章節(jié)后面列出了比較系統(tǒng)的高分子材料性能、內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、制備工藝以及表征方面的書籍，以供學生參考[7，8]。
2 高分子材料教學改革
根據(jù)以上原則，我們在2013年度的授課過程中對高分子材料的講授進行了調(diào)整，具體如下：
（1）授課內(nèi)容及學時安排：高分子材料的基本概念（高分子、單體、鏈節(jié)，0.5學時），高分子材料的分類方法（按用途分類，按熱行為分類，按反應(yīng)類型分類，按主鏈結(jié)構(gòu)分類，0.5學時），高分子材料基本結(jié)構(gòu)（簡單介紹近程結(jié)構(gòu)、遠程結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的概念，0.5學時）及物理狀態(tài)（玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，0.5學時），典型工程塑料的力學性能和應(yīng)用（1學時），典型合成橡膠的力學性能和應(yīng)用（1學時）。
（2）重點講授常用工程高分子材料（工程塑料、工程橡膠及工程纖維）的基本力學性能及典型工程高分子材料的適用領(lǐng)域。
（3）授課過程中通過列表等方式將高分子材料的相關(guān)內(nèi)容與金屬材料進行對比，一方面避免概念混淆，另一方面突出高分子材料與金屬材料的不同之處。
（4）采用啟發(fā)式教學模式，通過設(shè)問、模擬實驗、舉例、探究等方法引導學生思考；在多媒體課件中，采用豐富的圖片、動畫激發(fā)學生學習的積極性和主動性。
3 結(jié)束語
通過機械工程材料課程中高分子材料的教學方案改革，學生對這種新型工程材料有了基本且更為全面的了解，他們深刻認識到，高分子材料是機械工程材料領(lǐng)域中不可忽視的分支。
參考文獻
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[2] 于永泗，齊民.機械工程材料[M].大連：大連理工大學出版社，2012.
[3] 張留成.高分子材料基礎(chǔ)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2011.
[4] 高建綱，宋慶平，丁玉潔，吳之傳.工科非本專業(yè)《高分子化學》課程的教學探討[J].高分子通報，2009（5）：63-66.
[5] 韓順玉，柳海蘭.非高分子專業(yè)《高分子化學》課程教學實踐與探討[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2010（35）：93.
[6] 詹茂盛，何利軍.“高分子材料課程信息化師生互動教學方法”研究與實踐[J].化工高等教育，2004（3）：69-71.
高分子的概念
首先，什么是高分子？從化學角度來定義，高分子是由分子量很大的長鏈分子所組成，而每個分子鏈都是由共價鍵聯(lián)合的成百上千的一種或多種小分子構(gòu)造而成。我們?nèi)粘Ｋ佑|到的大分子、聚合物以及高聚物都可以稱為高分子。高分子通常有如下兩個特點：1.高分子的分子量很高，其相對分子量為1萬～100萬，很高的分子量也賦予了高分子材料很高的機械強度，從而決定了它們具有很好的實際應(yīng)用價值。2.高分子的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，一般材料的性能是由材料的結(jié)構(gòu)所決定的，我們可以根據(jù)實際需求，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計等方法制出不同性能的高分子材料。
高分子材料發(fā)展歷史
高分子一詞的產(chǎn)生不足一百年，最早于1922年由著名德國化學家赫爾曼·施陶丁格提出，但其應(yīng)用卻已有幾千年的歷史。從人類最開始利用蠶絲、棉、毛等織成織物，到后來用木材、棉、麻等造紙，人類在利用這些天然高分子作為生活資料和生產(chǎn)資料中不斷進步。到了19世紀30年代，天然高分子衍生物即改性或半合成天然高分子材料被使用，其中典型代表就是硫化橡膠和硝化纖維素的使用。1907年出現(xiàn)合成高分子——酚醛樹脂，標志合成高分子時代的到來，從此，合成高分子材料逐漸在諸多領(lǐng)域大放異彩。如今，高分子材料已經(jīng)成為社會進步中不可或缺的基石，在日常生活、國防工業(yè)、科技發(fā)展等各個領(lǐng)域占有舉重輕重的地位。
高分子材料分類
如上所述，高分子按來源可以分為天然高分子、天然高分子衍生物、合成高分子三大類。天然高分子是存在于動物、植物及生物體內(nèi)的天然物質(zhì)，如植物中的淀粉、纖維素、棉、麻等以及動物中的蛋白質(zhì)、糖類、毛發(fā)等等。天然高分子可通過化學改性成天然高分子衍生物，從而改變其加工性能和使用性能，例如硫化橡膠、硝酸纖維素等。合成高分子是指自然界中不存在，通過化學方法合成的高分子，如我們常見的聚乙烯、聚氯乙烯、尼龍等等。與天然高分子材料相比，合成高分子材料通常具有較好的力學性能、低密度、耐腐蝕性、耐磨性等一系列優(yōu)異的性能。
此外，高分子材料根據(jù)其應(yīng)用功能又可以分為通用高分子材料及功能高分子材料。
通用高分子材料是指能夠通過大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并普遍應(yīng)用于建筑、農(nóng)業(yè)、交通運輸、電子工業(yè)等國民經(jīng)濟主要領(lǐng)域和人們?nèi)粘Ｉ畹母叻肿硬牧希缢芰稀⑾鹉z、纖維、粘合劑、涂料等。通用高分子材料給人類生活帶來了極大的改變。以使用最多的塑料、橡膠和纖維為例，塑料的使用已經(jīng)滲透到我們生活的方方面面，從日常食品、化妝品、藥瓶等包裝，到建材管道、電子器件、家居裝修及日常用品，再到汽車、火車裝飾甚至航天設(shè)施。橡膠主要是用來制作輪胎，除此之外，由橡膠作為原材料制作的密封制品（密封條、橡膠圈等）、膠管、傳動帶及安全制品等在汽車、航空航天及國防裝置中都發(fā)揮著極其重要的作用。合成纖維的出現(xiàn)首先解決了天然纖維種植的制約，隨后隨著技術(shù)的進步，從我們常穿的的確良（滌綸）、尼龍（錦綸）等，到消防員所穿的聚酰亞胺防火服，以及防彈衣中的碳纖維都屬于合成纖維。合成纖維性能優(yōu)異，能夠滿足不同領(lǐng)域需求的纖維得到廣泛應(yīng)用。
功能高分子材料一般是指具有傳遞、轉(zhuǎn)換或貯存物質(zhì)、能量和信息作用的高分子及其復合材料。其突出特點在于其特殊的光、電、磁、催化等性能，具體如光敏高分子材料、導電高分子材料、鐵磁性高分子材料以及生物高分子材料。因其功能的獨特性，功能高分子材料在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，并具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＨ绻鈱Ц叻肿硬牧嫌糜陟o電復印、噴墨打印等領(lǐng)域，極大地提高了辦公效率；導電功能高分子材料用于電池、電路、精密儀器等，大大提高了傳導效率；高分子分離膜在水污染處理、物質(zhì)分離等環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用，降低了生產(chǎn)處理成本，利于環(huán)境保護；最后還有與生命息息相關(guān)的生物醫(yī)用功能高分子材料，在人工器官、外科修復以及藥物及藥物釋放等方面，獲得越來越多的關(guān)注。
高分子材料的未來發(fā)展
【文章編號】0450-9889（2017）06C-0078-02
高分子材料是化工產(chǎn)品的一個分支，是目前發(fā)展最快、應(yīng)用前景最廣且最具生命力的一類化工產(chǎn)品；高分子行業(yè)的迅猛發(fā)展，急需大量復合型人才。而大多數(shù)高校高分子材料專業(yè)的人才培養(yǎng)側(cè)重在材料的合成等偏理論方面，對高分子材料加工成型為終極產(chǎn)品的工藝環(huán)節(jié)關(guān)注的程度不高。廣西大學化學工程與工藝專業(yè)在化工材料加工工藝方面開設(shè)了系統(tǒng)的專業(yè)課程群，為“高分子材料成型與工藝”課程的設(shè)置打下了堅實的理論基礎(chǔ)。然而，廣西大學化學工程與工藝專業(yè)沒有開設(shè)過高分子物理、高分子化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎(chǔ)等高分子基礎(chǔ)或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程，且該專業(yè)作為一個覆蓋范圍廣泛的交叉的專業(yè)，開設(shè)的專業(yè)課程很多，所有的專業(yè)課程學時都高度壓縮。在高分子材料理論知識缺乏、課程學時數(shù)少、無配套實驗的背景下，本文從教學內(nèi)容、教學方法、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面對“高分子材料成型與工藝”課程教學改革進行探索。
一、教材的選用
廣西大學化學化工學院“高分子材料成型與工藝”課程剛開設(shè)時，選用的教材是史玉升等編著的《高分子材料成型工藝》，學生通過學習可以掌握高分子材料的制備、性能、成型、評價及應(yīng)用，全面系統(tǒng)地了解高分子材料成型技術(shù)的最新知識。教學過程中，學生反映這本教材的難度太大，因為“高分子材料成型與工藝”是一門專業(yè)技術(shù)課程，需在完成化工熱力學、化工原理、物理化學、有機化學、無機化學、分析化學、高分子物理和化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎(chǔ)等基礎(chǔ)理論課和專業(yè)基礎(chǔ)課程后，對學生進行綜合訓練。
“高分子材料成型與工藝”課程是在大三第一學期開設(shè)的專業(yè)課，此時學生已經(jīng)修完化工熱力學、化工原理、物理化學、有機化學、無機化學、分析化學等基礎(chǔ)理論課，然而基本沒有學過高分子物理、高分子化學、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎(chǔ)等專業(yè)基礎(chǔ)課，高分子材料方面的基礎(chǔ)較差，加上這本教材講述的理論知識較少，所以學起來較吃力。根據(jù)學生的反映，學院及時更換了教材，采用周達飛等主編的《高分子材料成型加工》“九五”重點教材，該教材高度概括了高分子材料的最基礎(chǔ)的知識，對加工成型影響很大的高分子流變學基礎(chǔ)知識進行較全面深入的介紹，全面介紹了高分子材料成型加工最常用的基本工藝，也兼顧了新技術(shù)和新方法，難度適中，得到學生好評。
二、教學內(nèi)容的改革
高分子材料成型技術(shù)涉及化學、材料、材料加工、機械等多種學科，“高分子材料成型與工藝”課程是一門專業(yè)技術(shù)課程，需要廣泛的理論知識基礎(chǔ)。化學工程與工藝專業(yè)的學生基本無高分子材料理論基礎(chǔ)知識，學習起來的確難度很大。非高分子材料專業(yè)的“高分子材料成型與工藝”課程要以“高分子材料―成型加工―制品性能”這條主線展開教學內(nèi)容，重點掌握三者的關(guān)系，強調(diào)成型加工對制品性能的重要性，這是本課程的主題思想，也是高分子材料的工程特征；選用“九五”重?c教材《高分子材料成型加工》，充分利用國內(nèi)外重要專業(yè)期刊了解行業(yè)最新動態(tài)，不斷更新及補充教學內(nèi)容，確保教學內(nèi)容的先進性；在教學內(nèi)容安排上，以高分子材料成型加工的大工程觀點為著眼點，以寬專業(yè)為目標，概況高分子材料理論基礎(chǔ)和概念（詳細的內(nèi)容指定參考范圍讓學生利用課外時間自學），從高分子材料的加工原理出發(fā)，著重對成型加工工藝進行討論。從高分子材料的成型加工的共性出發(fā)，對模壓、擠出、注塑及壓延四大成型技術(shù)及工藝進行重點講授，然后講授塑料、橡膠及復合材料的成型特點和區(qū)別，對于一些新的成型方法，以及教材中未涉及而在一些科技文獻中見報道的新的成型方法及工藝，教師建立了QQ群這樣的交流平臺，并將高分子領(lǐng)域權(quán)威的一些微信公眾號分享到平臺上，經(jīng)常轉(zhuǎn)發(fā)高分子材料國際國內(nèi)的重要進展到平臺，引導學生關(guān)注，激發(fā)學生的學習積極性，讓學生以興趣為導向自動組成興趣學習小組的方式進行自學。筆者首先通過課內(nèi)課外結(jié)合強化高分子理論基礎(chǔ)與概念，對成型加工影響最大的流變性在課堂上進行詳細介紹，而其他性能如穩(wěn)定性、電性能、光性能等材料性能則作為課外學習內(nèi)容，在有限的學時內(nèi)，節(jié)選核心內(nèi)容，把高分子材料合成、性能、加工及相互間的影響規(guī)律簡要完整地介紹。比如教材中同一種成型方法按不同的應(yīng)用體系分成很多小結(jié)，而教學過程中每種成型工藝僅以一種材料為代表來講，但不同章節(jié)會選不同的材料體系來進行，比如講橡膠的壓延，那么注塑可能選塑料，而擠出可能選復合材料，這樣來兼顧各類高分子材料的成型。
三、教學方法的改革
教學方法是影響教學目標是否能夠?qū)崿F(xiàn)、實現(xiàn)的程度和效率的關(guān)鍵。非高分子材料專業(yè)的“高分子材料成型與工藝”課程教學存在兩個難點：一是許多內(nèi)容涉及高分子加工機械、設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作過程，這要求有實際感性認識和直觀性；二是該課程的理論性和實踐性都很強，如何在教學過程中實現(xiàn)理論與實際的結(jié)合，用理論來解釋生產(chǎn)中的實際問題，或以具體實例來說明理論，促使學生真正掌握知識。針對這些問題，“高分子材料成型與工藝”課程在教學過程中對教學方法、教學手段進行了改革。
（一）現(xiàn)代化教學與傳統(tǒng)教學相結(jié)合。“高分子材料成型與工藝”課程中許多內(nèi)容涉及高分子加工機械、設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作過程，這要求有實際感性認識和直觀性，同時，該課程的理論性和實踐性都很強。筆者根據(jù)所選用教材，利用PowerPoint加入聲音、圖像、動畫、視頻等各種多媒體信息，并根據(jù)需要設(shè)計各種演示效果，將抽象、生澀難懂的知識形象生動地展示給學生，激起學生學習的興趣、吸引他們的注意力，大大加深學生對知識的理解和印象。由于化學化工學院缺乏相應(yīng)的高分子材料成型教學設(shè)備，教學小組聯(lián)系外界資源制作了幾個基本成型工藝的微課，同時廣泛收集案例、動畫演示及成型錄像，不斷補充到授課內(nèi)容中，讓學生對高分子成型工藝及設(shè)備等有更直觀的認識，對課件內(nèi)容進行更新和完善，豐富課堂內(nèi)容，加大課堂信息量，使學生獲得對高分子材料成型加工的理性和感性雙重認識，使教學達到事半功倍的效果。
同時，教師也要注意吸取傳統(tǒng)教學中講解的優(yōu)點，將教師的語言、激情和應(yīng)變能力體現(xiàn)在多媒體教學中，并用眼神、情感、心靈與學生溝通，必要時還要進行板書，讓學生徹底把握一些關(guān)鍵問題。
（二）采用“任務(wù)驅(qū)動”教學法和啟發(fā)式互動式教學。與傳統(tǒng)的以教師為主體的“填鴨式”“灌輸式”教學方式不同，筆者在部分知識點的授課中嘗試采用“任務(wù)驅(qū)動”教學法，從傳統(tǒng)教學的講授、灌輸和教師主宰課堂，轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織和引導；從單純講解轉(zhuǎn)變?yōu)榕c學生進行適當?shù)慕涣骱吞接憽９P者在講述“高分子材料配方設(shè)計”這一章內(nèi)容時，并沒有按照書本來進行，而是布置了一道思考題“設(shè)計食品袋的配方”，讓學生通過自學課本內(nèi)容與上網(wǎng)查找相關(guān)知識等來完成這一思考題，并在學生完成后讓他們用PPT來展示成果，通過討論的形式與學生探討了配方設(shè)計中的一些原則與內(nèi)容。
啟發(fā)式互動式教學強調(diào)先讓學生積極思考，再進行適時啟發(fā)；教師不僅要加強自身專業(yè)素養(yǎng)和知識積累，而且更重要的是建立師生互動的教學過程，并營造良好的課堂教學氛圍，實現(xiàn)教學相長；教師注意自己角色的轉(zhuǎn)變，良好的學習情境可使學生了解學習任務(wù)的必要性和與學習任務(wù)相關(guān)的學習信息，從而激發(fā)學習意愿和濃厚的學習興趣；在教學過程中，對于重要的知識點，通過案例教學，與學生共同分析和討論，啟發(fā)學生進行思考，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
關(guān)鍵詞：高分子材料；教學；探索和實踐
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2014）24-0219-02
《高分子材料》是材料科學與工程學科的重要組成部分，是材料專業(yè)類學生的一門重要課程。但對于非高分子專業(yè)的學生，一般只有這一門高分子專業(yè)課，且學時有限。為使學生掌握廣泛的基礎(chǔ)知識、扎實的專業(yè)知識，該課程要將《高分子物理》、《高分子化學》、《高分子材料加工》等課程內(nèi)容融為一體，并加強與其他材料科學的相互貫通。筆者在幾年的教學實踐中不斷探索，對這門課的教學內(nèi)容、教學方法和教學效果評價體系等方面進行了總結(jié)。
一、明晰教學目標、突出教學重點、合理安排教學內(nèi)容
通過《高分子材料》的教學，需要學生掌握“高分子材料科學基礎(chǔ)”、“高分子化學”、“高分子物理”、“高分子成型加工”、“通用高分子材料”等理論知識。在有限的學時條件下，要使對于高分子完全陌生的學生理解并掌握這些基本概念與原理，授課內(nèi)容的選擇是非常重要的。在內(nèi)容選取上，我們的原則是既要讓學生掌握相關(guān)的理論知識，又要有所側(cè)重，并注重課程與先修課程的聯(lián)系和課程前后內(nèi)容的銜接等。高分子材料的制備、結(jié)構(gòu)、加工及性能之間存在著一系列的有機聯(lián)系，我們講述的內(nèi)容既要有獨立性又應(yīng)注意前后的關(guān)聯(lián)性。首先，結(jié)合以前所學知識，讓學生掌握高分子材料科學的基礎(chǔ)知識。其次，高分子化學部分，我們著重講解聚合反應(yīng)機理。高分子的合成按機理主要分為逐步聚合與連鎖聚合。連鎖聚合中，以自由基聚合研究得最為透徹，我們分別結(jié)合反應(yīng)過程的熱力學和動力學，分析自由基聚合各個階段的特點。至于離子聚合和定向聚合等內(nèi)容，給定思考題安排學生課后學習。對于學生自學有疑問的地方，教師可以在答疑時給予指導。逐步聚合中，又可分為線形縮聚和體型縮聚，我們一般只講述線形縮聚部分，體型縮聚安排為課后學習內(nèi)容。高分子物理部分，我們集中講述高聚物的結(jié)構(gòu)與性能間的關(guān)系。通過掌握高分子材料的合成原理和方法，了解高分子材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，從而逐步形成較為完整的高分子材料科學知識體系。為了培養(yǎng)實用性、創(chuàng)新型人才，我們在教學中還及時更新教學內(nèi)容，將新知識、新理論和新技術(shù)充實到教學內(nèi)容中，為學生提供符合時代需要的教學內(nèi)容。
二、積極探索教學方法，提高課堂教學效果
在《高分子材料》的幾年教授過程中，為提高課堂教學效果，筆者一直不斷探索，總結(jié)了一系列教學方法。
1.表格教學法。《高分子材料》的課程中，有很多教學內(nèi)容可以通過對比進行講解，比如聚合物的聚合機理中的連鎖聚合和逐步聚合、自由基聚合的各種實施方法等。筆者在實踐中，發(fā)現(xiàn)表格教學法是個很有效的教學方法。該方法運用比較，比傳統(tǒng)直述法更清晰，利于學生掌握相關(guān)知識的區(qū)別和聯(lián)系，從而更好地接受知識，并對各知識點有更深刻的理解。比如在講述高分子材料的合成方法時，可以先用表格列出本體聚合、懸浮聚合、乳液聚合和溶液聚合四種實施方法，再在第一列列出配方、聚合場所、聚合機理、生產(chǎn)特征、產(chǎn)品特性、生產(chǎn)實例等與各實施方法對應(yīng)的屬性，然后一邊講解，一邊將各屬性填充，讓學生接受知識點的同時也學習各屬性的異同，從而加強對相關(guān)內(nèi)容的理解和接受，也更利于學生記住相關(guān)內(nèi)容。
2.示例教學法。示例教學法可以引發(fā)學生的學習動機，幫助學生理解抽象的事物和概念，發(fā)展學生的求知欲望。學生剛開始學習高分子材料，對有關(guān)知識和內(nèi)容了解不多，專業(yè)術(shù)語比較陌生，但是日常生活中都接觸過多種性能各異的高分子材料制品，對高分子材料性能的差異性有一定的感性認識。在講課時可以引入這些實際的材料，既能提高學生的學習興趣，也有利于更好地理解所學知識。比如在講述高聚物粘彈性這部分內(nèi)容時，高聚物區(qū)別于其他材料的最大特點是其粘彈性，由于高聚物分子運動的松弛時間正好我們能用肉眼觀察到，所以才表現(xiàn)出這些現(xiàn)象。
3.啟發(fā)教學法。《高分子材料》的教學中有不少抽象的概念、邏輯推理的演繹過程。老師在課堂上一味講授專業(yè)知識和術(shù)語，學生學習熱情不高。通過一邊講解，一邊結(jié)合學科知識適當提出問題的啟發(fā)式教學方式，能提高學生的學習興趣和積極性，并能把一部分走神的學生拉回來。如講到高分子結(jié)構(gòu)時，先提出一個問題：“為什么橡膠和塑料的力學性能有這么大的差異？”給予學生適當時間思考后，再具體講解高分子材料的結(jié)構(gòu)，讓學生帶著問題聽課，不但啟迪了學生的思維，也使他們對所學內(nèi)容有了更深刻的理解。
4.互動教學法。為了培養(yǎng)能解決實際問題的高素質(zhì)人才，《高分子材料》的教學中，不應(yīng)讓學生死記硬背和生搬硬套，而應(yīng)結(jié)合實際問題讓學生思考，激發(fā)學生的發(fā)散思維。如講到橡膠性能時，請同學們思考“如何提高橡膠的耐熱溫度”，再提示學生利用所學的高分子物理部分知識，從優(yōu)化橡膠的結(jié)構(gòu)入手，發(fā)動學生積極討論，啟迪思維，培養(yǎng)運用基礎(chǔ)理論知識分析實際問題的能力。這種討論式的教學方法，既活躍了學習氣氛，啟發(fā)學生思考問題，又可使學生對知識更好理解和掌握。在講述高分子材料的合成時，經(jīng)常通過合成反應(yīng)式來表示合成過程和機理。我們一方面在課件編寫中注意到讓所有的反應(yīng)方程式都不是一下顯示出來，而是模仿板書一步一步顯示，讓學生有充分思考、接受的時間；另一方面，部分反應(yīng)方程式讓學生自己來寫，旁邊同學互相檢查。通過這種方式，使學生更加熟悉并能深刻理解反應(yīng)過程，其他同學的檢查也能讓同學發(fā)現(xiàn)自己意識不到的細節(jié)上容易出錯的地方，了解出錯的原因，補充沒有掌握的知識點。
三、改革考核方式，提高學生綜合素質(zhì)
《高分子材料》的教學評價不但要考查學生基本理論知識的掌握情況，也要考查學生的再學習和獨立思考解決問題的能力。為此，我們改變單一的一份試卷定成績這種缺乏準確性和全面性的考試制度，將成績的考核納入每個教學環(huán)節(jié)中，為每個學生制訂具體考核表，跟蹤學生學習進展，使學生在學習中能隨時了解自己的學習情況，督促自己不斷學習、不斷提高。其中考試方面根據(jù)課程的要求建立了《高分子材料試題庫》，逐年對試題庫的內(nèi)容進行改進和更新，每年從試題庫中抽取試題組成A、B兩份試卷，嚴格考試要求和評分標準；另一方面，讓學生選擇一種新型高分子材料，查閱相關(guān)文獻資料，描述它的合成、制備、結(jié)構(gòu)、性能及應(yīng)用前景，并撰寫小論文；同時，增加學生課堂討論、實驗、作業(yè)等平時成績的評分標準和比例。通過改革考核和評價體系，激勵了學生的學習熱情，鍛煉了學生的實際能力，有利于培養(yǎng)高素質(zhì)人才。
通過《高分子材料學》教學的探索和實踐，初步探索了課程的教學思路和方法。在今后的教學中，我們還將不斷總結(jié)經(jīng)驗，進一步完善教學過程中的各個環(huán)節(jié)，培養(yǎng)出既掌握專業(yè)知識，又具備分析問題、解決問題能力的能適應(yīng)以后工作和科研需要的高素質(zhì)人才。
參考文獻：
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[3]毛瑞.《陶瓷工藝學》教學的探索與實踐[J].陶瓷研究與職業(yè)教育，2007，5（4）：44-46.
1．何為高分子化學
顧名思義，高分子就是相對分子質(zhì)量很高的分子，它是高分子化合物的簡稱。高分子化合物，又稱聚合物或高聚物，是結(jié)構(gòu)上由重復單元（低分子化合物—單體）連接而成的高相對分子質(zhì)量化合物。高分子的相對分子質(zhì)量非常的大，小到幾千，大到幾百萬、上千萬的都有。我們有時將相對分子質(zhì)量較低的高分子化合物叫低聚物。高分子化學作為化學的一個分支，同樣也是從事制造和研究分子的科學，但其制造和研究的對象都是大分子，即由若干個原子按一定規(guī)律重復地連接成具有成千上萬甚至上百萬質(zhì)量的、最大伸直長度可達毫米量級的長鏈分子，稱為高分子、大分子或聚合物。
2．高相對分子質(zhì)量與高強度
相對分子質(zhì)量和物質(zhì)的性質(zhì)是密切相關(guān)的，是決定物質(zhì)性質(zhì)的一個重要因素。只有相對分子質(zhì)量高的化合物才有一定的機械力學性能，才能作為材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯，都是直鏈的烷烴化合物，但是分子量變化很大，其機械力學性能因而也有極大的區(qū)別。
3．高分子科學的主要內(nèi)容
既然高分子化學是制造和研究大分子的科學，對大分子的反應(yīng)和方法的研究，顯然是高分子化學最基本的研究內(nèi)容。高分子科學不僅是研究化學問題，也是一門系統(tǒng)的科學。高分子科學的主要內(nèi)容有：如何將低分子化合物連
接成高分子化合物，即聚合反應(yīng)的研究。高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系。不同性質(zhì)的高分子，其結(jié)構(gòu)必然是不同的。為了得到不同性質(zhì)的高分子，就要去合成具有特殊結(jié)構(gòu)的高分子。
二、高分子材料化學的應(yīng)用
材料是人類社會文明發(fā)展階段的標志，是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。它是指經(jīng)過某種加工，具有一定結(jié)構(gòu)、組分和性能，并可應(yīng)用于一定用途的物質(zhì)。上世紀半導體硅、高集成芯片、高分子材料的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，把人類由工業(yè)社會推向信息和知識經(jīng)濟社會。可以說某一種新材料的問世及其應(yīng)用，往往會引起人類社會的重大變革，材料是人類文明的重要標志。如果說現(xiàn)在人人離不開高分子材料，家家離不開高分子材料，處處離不開高分子材料，是一點也不過分的。高分子化合物的最主要的應(yīng)用是以高分子材料的形式出現(xiàn)的，高分子材料包括了塑料、纖維、橡膠三大傳統(tǒng)合成材料，另外許多精細化工材料也都是高分子材料。
第一，塑料：一類是通用塑料，如容器、管道、家具、薄膜、鞋底與泡沫塑料等等；另一類叫工程塑料，其強度大，如汽車零部件、保險杠、洗衣機內(nèi)的滾筒、電器的外殼等。
第二，纖維：人們開發(fā)出聚酯、尼龍、腈綸、維尼綸等高分子化合物，通過不同的加工，生產(chǎn)出了各種纖維制品，極大地滿足著人類的需要。
第三，橡膠：天然橡膠的種類和品質(zhì)都受到很大的限制，于是科學家們不斷開發(fā)出了各種人造橡膠，如丁苯橡膠、丁腈橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。
第四，精細化工：比如使得我們的世界變得豐富多彩的各種涂料產(chǎn)品，如家具漆、內(nèi)外墻乳膠漆、汽車漆、飛機漆等。女孩子用的指甲油，使牙齒變白的增白劑也都是涂料。還有萬能膠、建筑用膠、醫(yī)用膠、結(jié)構(gòu)膠等黏合劑，以及各種吸水樹脂等都是高分子產(chǎn)品。三、高分子化學與高科技的結(jié)合
當今社會，人們將能源、信息和材料并列為新科技革命的三大支柱，而材料又是能源和信息發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。自從合成有機高分子材料的那一天起，人們始終在不斷地研究、開發(fā)性能更優(yōu)異、應(yīng)用更廣泛的新型材料，來滿足計算機、光導纖維、激光、生物工程、海洋工程、空間工程和機械工業(yè)等尖端技術(shù)發(fā)展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發(fā)展，出現(xiàn)了許多產(chǎn)量低、價格高、性能優(yōu)異的新型高分子材料。
隨著生產(chǎn)和科學技術(shù)的發(fā)展，許多具有特殊功能的高分子材料也不斷涌現(xiàn)出來，如分離材料、光電材料、磁性材料、生物醫(yī)用材料、光敏材料、非線性光學材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活躍的領(lǐng)域，下面簡單介紹特種高分子材料：功能高分子是指當有外部刺激時，能通過化學或物理的方法做出相應(yīng)反應(yīng)的高分子材料；高性能高分子則是對外力有特別強的抵抗能力的高分子材料。它們都屬于特種高分子材料的范疇；特種高分子材料是指帶有特殊物理、力學、化學性質(zhì)和功能的高分子材料，其性能和特征都大大超出了原有通用高分子材料（化學纖維、塑料、橡膠、油漆涂料、粘合劑）的范疇。
第一，力學功能材料：強化功能材料，如超高強材料、高結(jié)晶材料等；)彈材料，如熱塑性彈性體等。
第二，化學功能材料：分離功能材料，如分離膜、離子交換樹脂、高分子絡(luò)合物等；反應(yīng)功能材料，如高分子催化劑、高分子試劑；生物功能材料，如固定化酶、生物反應(yīng)器等。
第三，生物化學功能材料：人工臟器用材料，如人工腎、人工心肺等；高分子藥物，如藥物活性高分子、緩釋性高分子藥物、高分子農(nóng)藥等；生物分解材料，如可降解性高分子材料等。
可以預計，在今后很長的歷史時期中，特種與功能高分子材料研究將代表了高分子材料發(fā)展的主要方向。
四、高分子化學的可持續(xù)發(fā)展
研究高分子合成材料的環(huán)境同化，增加循環(huán)使用和再生使用，減少對環(huán)境的污染乃至用高分子合成材料治理環(huán)境污染，也是21世紀中高分子材料能否得到長足發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。比如利用植物或微生物進行有實用價值的高分子的合成，在環(huán)境友好的水或二氧化碳等化學介質(zhì)中進行化學合成，探索用前面提到的化學或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子，以及用合成高分子來處理污水和毒物，研究合成高分子與生態(tài)的相互作用，達到高分子材料與生態(tài)環(huán)境的和諧等。顯然這些都是屬于21世紀應(yīng)當開展的綠色化學過程和材料的研究范疇。
參考文獻：
[1]馮新德.展望21世紀的高分子化學與工業(yè)[J].科學中國人,1997,(11)
關(guān)鍵詞：高分子材料；可降解；生物
中圖分類號：TQ464 文獻標識碼:A
我國目前的高分子材料生產(chǎn)和使用已躍居世界前列，每年產(chǎn)生幾百萬噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進行生物可降解，以盡量減少對人類及環(huán)境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如細菌、霉菌及藻類作用下，可完全降解為低分子的材料。這類材料儲存方便，只要保持干燥，不需避光，應(yīng)用范圍廣，可用于地膜、包裝袋、醫(yī)藥等領(lǐng)域。生物可降解的機理大致有以下3 種方式： 生物的細胞增長使物質(zhì)發(fā)生機械性破壞； 微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。按照上述機理，現(xiàn)將目前研究的幾種主要的可生物可降解的高分子材料介紹如下。
1生物可降解高分子材料概念及降解機理
生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。
生物可降解的機理大致有以下3種方式：生物的細胞增長使物質(zhì)發(fā)生機械性破壞；微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。
因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學協(xié)同作用，相互促進的物理化學過程。到目前為止，有關(guān)生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。
2生物可降解高分子材料的類型
按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1微生物生產(chǎn)型
通過微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。如英國ICI 公司生產(chǎn)的“Biopol”產(chǎn)品。
2.2合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低，強度及耐熱性差，無法應(yīng)用。芳香族聚酯(PET) 和聚酰胺的熔點較高，強度好，是應(yīng)用價值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺) 制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
2.3天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙酰基多糖等共混制得。
2.4摻合型
在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。
3生物可降解高分子材料的開發(fā)
3.1生物可降解高分子材料開發(fā)的傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)開發(fā)生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學合成法和微生物發(fā)酵法等。
3.1.1天然高分子的改造法
通過化學修飾和共混等方法，對自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用。
3.1.2化學合成法
模擬天然高分子的化學結(jié)構(gòu)，從簡單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學合成法反應(yīng)條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復雜，成本較高。
3.1.3微生物發(fā)酵法
許多生物能以某些有機物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。
3.2生物可降解高分子材料開發(fā)的新方法——酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學的發(fā)展，酶在有機介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì)，并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。
3.3酶促合成法與化學合成法結(jié)合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學法聯(lián)合使用來合成生物可降解高分子材料。
4生物可降解高分子材料的應(yīng)用
目前生物可降解高分子材料主要有兩方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解決環(huán)境污染問題，以保證人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。通常，對高聚物材料的處理主要有填埋、焚燒和再回收利用等3種方法，但這幾種方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物醫(yī)用材料。目前，我國一年約生產(chǎn)3000 多億片片劑與控釋膠囊劑，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是傳統(tǒng)的糖衣片，而國際上發(fā)達國家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我國的片劑制造水平與國際先進水平有很大的差距。國外片劑和薄膜衣片多采用羥丙基甲纖維素，羥丙纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、羥甲基纖維素鈉、微晶纖維素、羥甲基淀粉鈉等。
參考文獻
[1]侯紅江，陳復生，程小麗，辛穎.可生物降解材料降解性的研究進展[J].塑料科技，2009，(03):89-93.
[2]翟美玉，彭茜.生物可降解高分子材料[J].化學與粘合，2008，(05).
關(guān)鍵詞：高分子材料 可降解 生物
我國目前的高分子材料生產(chǎn)和使用已躍居世界前列，每年產(chǎn)生幾百萬噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進行生物可降解，以盡量減少對人類及環(huán)境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如細菌、霉菌及藻類作用下，可完全降解為低分子的材料。這類材料儲存方便，只要保持干燥，不需避光，應(yīng)用范圍廣，可用于地膜、包裝袋、醫(yī)藥等領(lǐng)域。生物可降解的機理大致有以下3 種方式： 生物的細胞增長使物質(zhì)發(fā)生機械性破壞； 微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。按照上述機理，現(xiàn)將目前研究的幾種主要的可生物可降解的高分子材料介紹如下。
1、生物可降解高分子材料概念及降解機理
生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。
生物可降解的機理大致有以下3種方式：生物的細胞增長使物質(zhì)發(fā)生機械性破壞；微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。
因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學協(xié)同作用，相互促進的物理化學過程。到目前為止，有關(guān)生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、ph值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。
2、生物可降解高分子材料的類型
按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1微生物生產(chǎn)型
通過微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。如英國ici 公司生產(chǎn)的“biopol”產(chǎn)品。
2.2合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低，強度及耐熱性差，無法應(yīng)用。芳香族聚酯(pet) 和聚酰胺的熔點較高，強度好，是應(yīng)用價值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺) 制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
2.3天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙酰基多糖等共混制得。
2.4摻合型
在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。
3、生物可降解高分子材料的開發(fā)
3.1生物可降解高分子材料開發(fā)的傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)開發(fā)生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學合成法和微生物發(fā)酵法等。
3.1.1天然高分子的改造法
通過化學修飾和共混等方法，對自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用。
3.1.2化學合成法
模擬天然高分子的化學結(jié)構(gòu)，從簡單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學合成法反應(yīng)條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復雜，成本較高。
3.1.3微生物發(fā)酵法
許多生物能以某些有機物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。
; 3.2生物可降解高分子材料開發(fā)的新方法——酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學的發(fā)展，酶在有機介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì)，并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。
3.3酶促合成法與化學合成法結(jié)合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學法聯(lián)合使用來合成生物可降解高分子材料
4、生物可降解高分子材料的應(yīng)用
目前生物可降解高分子材料主要有兩方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解決環(huán)境污染問題，以保證人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。通常，對高聚物材料的處理主要有填埋、焚燒和再回收利用等3種方法，但這幾種方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物醫(yī)用材料。目前，我國一年約生產(chǎn)3000 多億片片劑與控釋膠囊劑，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是傳統(tǒng)的糖衣片，而國際上發(fā)達國家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我國的片劑制造水平與國際先進水平有很大的差距。國外片劑和薄膜衣片多采用羥丙基甲纖維素，羥丙纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、羥甲基纖維素鈉、微晶纖維素、羥甲基淀粉鈉等。
參考文獻：
關(guān)鍵詞：高分子材料改性;教學改革;實踐
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）41-0094-02
一、緒論
“高分子材料改性”是高等工科學校高分子材料與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程。高分子改性的方法多種多樣，各種不同門類的改性方法之間相互關(guān)聯(lián)、相互依托，這不僅體現(xiàn)在理論范疇，而且體現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域。通過本門課程學習，使學生掌握高分子材料改性的基本概念，改性原理、增強理論和技術(shù)，共混工藝以及聚合物改性的最新研究進展;了解常用的改性設(shè)備;培養(yǎng)學生運用所學的有關(guān)基礎(chǔ)理論、基本知識去分析與解決實際問題的能力[1]。針對“高分子材料改性”課程的特點以及過去幾年的教學實踐，目前“高分子材料改性”課程教學中還存在以下3個主要問題：
1.授課計劃和授課內(nèi)容安排不合理。“高分子材料改性”課程主要包括聚合物共混的基本概念、聚合物共混過程與調(diào)控、共混物的形態(tài)、共混體系相容熱力學、共混物性能的預測與影響因素、共混改性在塑料及橡膠等領(lǐng)域中的應(yīng)用、共混方法在短纖維填充體系及納米復合物材料中的應(yīng)用、聚合物共混工藝與設(shè)備等。對于強調(diào)實際應(yīng)用的高分子材料與工程專業(yè)的本科學時來說，該課程顯得尤其重要[2]。根據(jù)授課計劃安排，該課程開設(shè)32學時，存在著內(nèi)容多、課時少、授課內(nèi)容需要進一步提煉等問題，難以在規(guī)定學時內(nèi)有效、連貫的開展教學活動。
2.缺乏實踐環(huán)節(jié)。目前，“高分子材料改性”課程主要以講授為主，缺乏實踐環(huán)節(jié)，學生主動參與較少，導致學生感性認識不深。例如在第十章講解高分子共混改性設(shè)備時，學生們難以區(qū)分同向雙螺桿擠出機和異向雙螺桿擠出機的物料輸送方向，通過靜態(tài)的二維或三維圖片進行講解時，其表現(xiàn)力度有限，無法有效地使學生理解和掌握兩類雙螺桿擠出機的工作原理和區(qū)別。
3.教材更新與完善。目前，江蘇科技大學“高分子材料改性”課程選用的教材是2006年王國全老師編寫的《聚合物共混改性原理與應(yīng)用》。本書為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材、“十一五”國家重點圖書。教材在廣泛總結(jié)國內(nèi)外高分子共混理論與應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上，融入了王國全老師多年來在高分子材料共混領(lǐng)域的教學與科研實踐經(jīng)驗編著而成[1]。目前，高分子共混改性等相關(guān)方法在高分子加工領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷擴展和壯大，但是該教材自2007年第一次出版后沒有進行過更新和修訂，部分內(nèi)容與當前發(fā)展現(xiàn)狀不符，例如教材第七章介紹五大通用塑料產(chǎn)量時，依據(jù)2006年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，聚氯乙烯的產(chǎn)量僅次于聚乙烯居于第二位，而隨著聚氯乙烯應(yīng)用領(lǐng)域的進一步擴展，目前聚氯乙烯的產(chǎn)量已經(jīng)超過聚乙烯位居第一位，因此，目前的教材并不完全適應(yīng)于當前高分子材料與工程專業(yè)“高分子材料改性”課程的教學。
4.考核方式不全面。目前，“高分子材料改性”課程考核方式為平時成績占30%，期末成績占70%。平時成績占比較低，期末成績占比較高，出現(xiàn)部分學生平時不重視課后作業(yè)，期末考試時突擊復習通過考試的現(xiàn)象。這樣的考核方式無法反映出學生的真實水平和實際能力，也很難讓學生的實際應(yīng)用能力得以實質(zhì)性提高。
二、教學改革方法與手段
針對高分子材料與工程專業(yè)“高分子材料改性”的特點和目前存在的問題，結(jié)合江蘇科技大學的實際情況，要求學生在掌握聚合物共混改性原理和基本概念的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學生分析和解決實際問題的能力，作者結(jié)合該課程的特點以及過去幾年的教學實踐，總結(jié)了幾點教學改革方法。
（一）結(jié)合課程特點，調(diào)整授課計劃和內(nèi)容
針對授課內(nèi)容多、學時少的問題，有必要對課程進行提煉整理，刪除部分與聚合物共混改性無關(guān)的內(nèi)容。例如教材第五章中相分離行為與均相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的內(nèi)容對于物理化學專業(yè)十分重要，但是對高分子材料與工程專業(yè)學生來說，只需要在第五章中加以概述就能滿足本專業(yè)的教學要求。同時，對于后續(xù)的Flory-Huggins模型和狀態(tài)方程理論部分為高分子物理講授內(nèi)容，也可以進行適當刪減和提煉。另外，共混物的相界面學習對于分析多相共混體系的微觀結(jié)構(gòu)和性能至關(guān)重要，現(xiàn)有的授課計劃中相關(guān)內(nèi)容過于簡單，無法滿足高分子材料與工程專業(yè)學生的培養(yǎng)要求，因此有必要增加相關(guān)的授課內(nèi)容。
（二）增加實踐環(huán)節(jié)，提高學生的感性認識，培養(yǎng)學生解決實際問題能力
“高分子材料改性”是一門理論與實踐并重的課程，部分授課內(nèi)容較為抽象，學生只有通過親自實踐，才能對課堂學習的相關(guān)知識進行充分的理解和消化吸收。同時，實踐環(huán)節(jié)的引入，學生們可以在實踐過程中提高感性認識，培養(yǎng)學生的動手能力以及發(fā)現(xiàn)問題、查閱文獻、相互合作去分析解決問題的能力，這對于學生將來的學習和工作都具有重要意義。另外，實踐環(huán)節(jié)具有一定的趣味性，可以有效調(diào)動學生的學習積極性[3]。
（三）優(yōu)化教學方法，發(fā)揮學生主動性
在以往的教學過程中發(fā)現(xiàn)，課堂上學生的參與程度少，課后缺乏主動復習，導致整體的教學效果不好。教學方法的改革應(yīng)倡導以學生為主，激發(fā)學生自身作為學習主體的意識，使知識的學習從傳統(tǒng)的灌輸式教育方式向主動吸收式的方向轉(zhuǎn)變，可以有效提高教學效果。例如可以將每堂課開始前的復習時間由以往的老師講改為學生講，上課前給學生5分鐘時間簡要總結(jié)上次課學習的主要知識點。這樣做一方面可以有效幫助學生提高上課時的注意力，另一方面可以督促學生課后及時復習課堂知識，更加牢固的掌握知識，做到融會貫通。同時該方法的推廣，還可以鍛煉學生的幻燈片制作水平并給每一位學生提供一個展現(xiàn)自己的機會，增加學生的主體意識[4]。
（四）優(yōu)化考核方法，引導學生全面發(fā)展
課程考核是檢驗教師教學效果和學生學習效果的重要方式和手段。以往的考核方式主要通過一張試卷來檢查學生的學習情況，而學生往往可以通過突擊性的復習取得較高的分數(shù)，這樣的考核方式既不能準確反映老師的教學效果，亦不能充分反映學生對知識的掌握程度[5]。根據(jù)高分子材料改性課程的特點，筆者在實際的課程考核中嘗試采取靈活多樣的考核方式。一是增加平時成績所占比重，將平時成績所占的比重從30%提高至40%，使學生認識到平時學習的重要性;二是進一步增加隨堂提問，提高學生上課時的注意力，減少課外作業(yè)在平時成績中所占的比重;三是引入課前5分鐘，讓學生利用幻燈片總結(jié)復習上節(jié)課學習的內(nèi)容，督促學生養(yǎng)成課后復習的良好習慣。
三、教學改革效果
“高分子材料改性”課程從江蘇科技大學材料科學與工程學院高分子材料與工程專業(yè)2009級開設(shè)，目前已經(jīng)開設(shè)7屆。近三屆學生的成績分析表明，該課程平均優(yōu)良率為92%。通過本課程的學習，使學生利用共混改性相關(guān)的基本知識去分析與解決實際問題的能力得到明顯提高，很多同學參與了本科生的創(chuàng)新計劃大賽，做了很多有意思的實驗性課題，部分同學取得了較好的成績。
四、結(jié)論
“高分子材料改性課程”教學改革是一項系統(tǒng)工程，筆者以培養(yǎng)學生有效利用共混改性相關(guān)的基本知識去解決實際應(yīng)用問題為出發(fā)點，通過調(diào)整授課計劃、增加實踐環(huán)節(jié)、優(yōu)化教學方法和考核方法，去引導學生樹立良好的學習習慣，充分掌握高分子共混改性的相關(guān)知識點。實踐證明，對“高分子材料改性課程”課程進行教學改革能夠有效地激發(fā)學生的學習積極性和主動性，充分發(fā)揮學生自身潛力，為學生將來的學習與工作奠定堅實的基礎(chǔ)。
參考文獻：
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Teaching Reform of "Polymer Materials Modified" Course
ZHUO Qi-qi
（College of Material Science and Technology，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang，Jiangsu 212003，China）
1、生物可降解高分子材料概念及降解機理
生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。
生物可降解的機理大致有以下3種方式：生物的細胞增長使物質(zhì)發(fā)生機械性破壞；微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。
因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學協(xié)同作用，相互促進的物理化學過程。到目前為止，有關(guān)生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。
2、生物可降解高分子材料的類型
按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。
2.1微生物生產(chǎn)型
通過微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。如英國ICI公司生產(chǎn)的“Biopol”產(chǎn)品。
2.2合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低，強度及耐熱性差，無法應(yīng)用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點較高，強度好，是應(yīng)用價值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
2.3天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙酰基多糖等共混制得。
2.4摻合型
在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。
3、生物可降解高分子材料的開發(fā)
3.1生物可降解高分子材料開發(fā)的傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)開發(fā)生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學合成法和微生物發(fā)酵法等。
3.1.1天然高分子的改造法
通過化學修飾和共混等方法，對自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用。
3.1.2化學合成法
模擬天然高分子的化學結(jié)構(gòu)，從簡單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學合成法反應(yīng)條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復雜，成本較高。
3.1.3微生物發(fā)酵法
許多生物能以某些有機物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。
3.2生物可降解高分子材料開發(fā)的新方法——酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學的發(fā)展，酶在有機介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì)，并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。
3.3酶促合成法與化學合成法結(jié)合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學法聯(lián)合使用來合成生物可降解高分子材料
