发布时间:2023-09-28 10:12:39
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的5篇高分子化学的应用,期待它们能激发您的灵感。
关键词:教学;有机化学;高分子教学
中图分类号:G642 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2013)34-001-01
高分子化学即研讨聚合反应原理以及聚合方式的学科体系,是有关高分子材料的专业性课程,其与有机化学紧密联系,形成统一的高分子教学课程,帮助学生在学习过程中积极探讨,增强其学科原理的讨论,在有效完善授课质量的同时,促进我国化学教学更好的发展前景。本文将就有机化学在高分子化学教学中的实践应用,进行深入分析,实现我国科学领域的不断创新发展。
一、自由基组合方式
在高分子化学课程中有提到关于自由基聚合的链接成长反应堆的内容,其自由基分子结构组合中会存在着两种情况,即头-尾相接和头-头相接,但其主要是以头-尾相接为主。教学中采用电子效应或者是位阻效应对此类组合进行解析其是不太容易被人接受的。虽然通过长期的学习,学生基本全面了解了详尽的有机化学知识,但就实践教学情况分析而言,经过一段时间的停滞学习,学生会对之前所接受的知识感觉困惑、迷糊,甚至有可能完全忘记之前所涉及到的化学内容,所以定期带领学生回顾理论知识的学习是很有必要的。对于这种教学方法其实质就是唤醒学生过往的学科知识,调动学生学习兴趣,将其从自己所了解的、熟悉的知识体系中过渡到新知识内容的学习中来,使新旧知识体系更好的联系起来,在学习中实现师生的互动交流,帮助学生加深学科记忆,从而更好的实现课堂教学效果。
立体效应即位阻效应,是单体中的双键两个端点中的一个连接两个相同类型的氢原子,对于另外一个端点则应有效连接一个氢原子和一个取代基,这样可以明显看出由两个氢原子构造而成的那一端口位阻较小,所以自由基会优先选择侵入这一端口,帮助其建立头-尾相连的自由基形式。同时对于电子效应而言,在有机化学课程汇总中所涉及的关于自由基稳定性的探讨顺序具体是叔碳自由基较仲碳自由基稳定性较强,而仲碳自由基较伯碳自由基稳定性较强。这一系列稳定性反应都是受超共轭效应所控制的。在特殊情况下,教学人员会发现当自由基上的有苯基上有π键的取代基时,会在一定程度上发生p-π共轭效应,帮助自由基实现更强的稳定性能。只有有效的加强自由基的稳定性,才能更好的促成自由基的形成,实现其从头到尾的连接方式。通过此类易于让学生接受的方式教学,可以有效提高学生学习效率,提高其科研质量。
二、缩聚的副反应
在化学教程中有关于缩聚和逐步聚合中有提到关于缩聚的副反应,其副反应的作用大体上涵盖了消除、环化、链交换反应以及化学降解等。详细论述可以得出:第一,消除反应。在消除反应试验中,聚合反应的有效开展是受官能团化学作用影响的,其分解头里作用能在一定程度上阻碍聚合效应,在这之间最具代表性的要属脱羧反应了。针对于这一部分化学知识的讲解可以采用开放式提问法进行课堂教学,帮助学生回忆有关有机羧酸脱羧的课程,运用灵活的提问方式,如何种情况,何种结构会产生自由基脱羧效应。第二,环化反应。环化反应阻碍聚合反应的产生,环化与开环是两个不同层面的逆反应,相对而言,五、六元环化合物质是比较而言是相对稳定的,容易形成自由基。化学教学中成环原因是有机化学学习中的重点内容,是高分子化学学习中学生应重点把握的。第三,链交换反应。在缩聚反应副反应中,链交换反应的发生会在一定程度上缩小聚合物质的分散程度,其一般作用与两个大体分子链间的副反应。比如PET和尼龙共同加热,可以帮助其实现链的交换过程,从而形成了衔接式的聚酯一聚酰胺物质。第四,化学降解。在高分子链接中,其化学降解效应可以降低聚合物质聚合程度。比如,在PET和尼龙化化合反应过程中,其具体化合物质成分中的PET即酯基或者是尼龙成分即酰胺基相对而言容易与水、羧酸等化合物质发生反应,其实质性的理解即在有机化学学习中所遇到的羧酸类进行化合反应后所产生的衍生物质,具体而言即水的分解反应、醇的分解反应、酸的分解反应以及胺的分解反应等。
在有机化学根本性理论知识体系中,其相关化学知识内容有效的反映在高分子化学体制中的各个方面。如果能在高分子化学日常教学过程中,循序善诱,帮助学生更好的回顾有机化学知识要点,通过就的所学知识体系的牢固掌握将其运用到新的化学知识的学习中,实现学生思维的开拓与创新,从而指导学生更好的学习科学知识。
参考文献:
[1] 陈 静.侯文华.高分子化学教学中有机化学知识的融通实践[J].大学化学,2013(3).
【关键词】高分子;化学;发展;方向
中图分类号: F407 文献标识码: A
一、前言
我国高分子化学一直都是我国发展的重点,这项技术对于很多相关产业非常有帮助,高分子化学是高分子材料的研究基础,已经涉及到了机械行业,建筑行业等多个行业,因此发展高分子化学对于我国高分子材料行业是非常有帮助的。
二、现如今高分子化学的发展情况和应用范围
自从20世纪到现在,随着工业技术的快速发展,天然资源已经露出了疲态,科学家们已经开始使用高分子化学进行材料的合成。有数字表明,在之前的40年中,使用材料的速度正在以每10年五倍增长,人类三大合成材料,其中包括塑料、橡胶、纤维,在使用过程中表现出了令人惊讶的增长速度。新型的材料,特别表现在合成材料,在工业、建筑、农业、电子技术方面都被广泛使用,极大的支撑着人类的日常生活,是使国民经济持续发展的必要动力源泉。
相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。
三、高分子化学与高科技的结合
当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质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(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。
第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹材料,如热塑性弹性体等。
第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。
第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。
四、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。
第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。
五、高分子化学的发展方向
1、使地球更加绿色化
在现在很多工业发达的城市,天空中都会飘着非常浓郁的黑烟,对人们的日常生活有非常严重的污染。绿色,在现在被认为是没有污染、再生性或者可以循环使用。在没有污染方面,我们需要做的就是减少工业废弃物的排放、相对的减少污染源。现在的情况表明,化学行业中具有污染和治理两个方面的性质,可以对绿色使用材料进行研究,也可以继续对环境造成恶化。例如:在研制的过程中使用的催化剂、溶解剂、中间物品等,在生产过程中产生的废气、废渣、废弃液体等都是对环境造成影响的主要元凶,若长期的进行排放,会对环境造成严重的影响,甚至会导致不可逆转的事情发生。
2、减少的自然资源的使用依赖
目前研究的高分子合成材料对石油具有很强的依赖性,众所周知,石油是经过地球非常漫长孕育才出现的,另外,石油也是现如今人类社会非常重要的能源,石油资源现在正在快速的减少,而且不能快速的进行补充,所以人们现在非常急切的找到可以代替石油使用的资源,这已经成为现在高分子化学研究中非常重要的课题。在对物质中原子和分子的比率进行调节,对物质的微观特性、宏观特性以及表面性质进行加强控制,也许这种物质就会满足一些行业的使用要求,当这种情况出现的时候就可以把这种物质作为材料使用。所以,在对材料进行配置的时候就会减少对不可再生资源的依赖程度,并对使用材料和环境进行相互协调,这是现如今化学研究当中非常重要的领域。现在很多高分子合成材料都非常依赖石油资源。想要解决目前的情况,可以对天然高分子进行利用,这其中也应该包含对无机高分子的不断探索和研究。
现在由石油合成的高分子材料,主要因为原子中以碳为主要元素,其中还含有少量的氮、氧等原子,所以被称为有机高分子。无机高分子是因为主链上的组成原子中不含碳。根据元素的性质进行判断,大约有40~50种元素可以成为长链分子。现在引起科学家高度重视的一种无机高分子,它的主链上都是硅原子,并且含有有机侧链的聚硅烷。
3、使高分子材料不断纳米化
现在很多高分子化学反应中的原子经过重新排列组合之后的反应空间要比原子的大小大出很多,所以,化学反应的研究要在一个受限空间之中进行。若在有限的空间中,像纳米量级的片层当中,小型分子由于和片层分子相互作用而且还在一个比较受限的空间内进行排列,之后产生单体聚合,聚合之后的产物的拓扑结构不会再受限的空间内进行全部的复制,这种情况和自由空间的结果完全不同。我们也许会在受限制空间内进行聚合反应的分子中提炼出高分子纳米化学的定义。化学的研究对象基本都是纳米量级的分子和原子,但是因为没有精细的方式,没有达到可以在纳米尺度上精确控制分子或者原子的程度,所以现如今很难做到对分子的精准设计,使化学的合成让人感觉非常的粗放。高分子化学在纳米程度上精要精确的按照分子设计,在此基础上确定分子链中的原子配比位置以及相互结合的方式,通过纳米技术对分子、原子和分子链进行非常精确的控制,达到对高分子各级结构的位置确定。这样就可以精确的控制新合成材料的功能和特性。
4、面向智能材料的高分子化学研究路线
20世纪的人类社会是以合成材料为标志的,在21世纪人类社会的标志将会是智能材料。高分子化学仍然是进入智能材料时期非常重要的组成部分。材料自身具有的功能可以根据外部条件的变化,有意识的进行调节和修复等一系列措施,这就是智能材料的基本定义。现在科学家已经了解高分子有软物质这一特征,简单说就是可以对外场具有反应。
六、结束语
综上所述,高分子化学已经发展到了非常不错的方向,在很多方面都有非常广阔的运用,目前高分子化学会朝着绿色以及环保方面进行发展,随着高分子化学不断取得突破,未来使用高分子材料的前景会更加的广阔。
参考文献
[1]王立艳.《高分子化学》理论与实践教学的整体优化研究[J].广州化工,2012,40(4):108-109.
[2]张宏刚.新型高分子化学注浆材料在碱沟煤矿的应用[J].中国高新技术企业,2011(34):63-64.
[3]何冰晶,王庆丰,刘维均,等.能量最低原理在高分子化学教学中的应用探索[J].高分子通报,2011(12):141-144.
[4]董建华.从高分子化学与衣食住行到高科技发展[J].化学通报,2012,74(8):675-682.
1.何为高分子化学
顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。
2.高相对分子质量与高强度
相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。
3.高分子科学的主要内容
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连
接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。
二、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识经济社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。
第三,橡胶:天然橡胶的种类和品质都受到很大的限制,于是科学家们不断开发出了各种人造橡胶,如丁苯橡胶、丁腈橡胶、乙丙橡胶、氟橡胶、硅橡胶等。
第四,精细化工:比如使得我们的世界变得丰富多彩的各种涂料产品,如家具漆、内外墙乳胶漆、汽车漆、飞机漆等。女孩子用的指甲油,使牙齿变白的增白剂也都是涂料。还有万能胶、建筑用胶、医用胶、结构胶等黏合剂,以及各种吸水树脂等都是高分子产品。三、高分子化学与高科技的结合
当今社会,人们将能源、信息和材料并列为新科技革命的三大支柱,而材料又是能源和信息发展的物质基础。自从合成有机高分子材料的那一天起,人们始终在不断地研究、开发性能更优异、应用更广泛的新型材料,来满足计算机、光导纤维、激光、生物工程、海洋工程、空间工程和机械工业等尖端技术发展的需要。高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向发展,出现了许多产量低、价格高、性能优异的新型高分子材料。
随着生产和科学技术的发展,许多具有特殊功能的高分子材料也不断涌现出来,如分离材料、光电材料、磁性材料、生物医用材料、光敏材料、非线性光学材料等等。功能高分子材料是高分子材料中最活跃的领域,下面简单介绍特种高分子材料:功能高分子是指当有外部刺激时,能通过化学或物理的方法做出相应反应的高分子材料;高性能高分子则是对外力有特别强的抵抗能力的高分子材料。它们都属于特种高分子材料的范畴;特种高分子材料是指带有特殊物理、力学、化学性质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(化学纤维、塑料、橡胶、油漆涂料、粘合剂)的范畴。
第一,力学功能材料:强化功能材料,如超高强材料、高结晶材料等;)弹材料,如热塑性弹性体等。
第二,化学功能材料:分离功能材料,如分离膜、离子交换树脂、高分子络合物等;反应功能材料,如高分子催化剂、高分子试剂;生物功能材料,如固定化酶、生物反应器等。
第三,生物化学功能材料:人工脏器用材料,如人工肾、人工心肺等;高分子药物,如药物活性高分子、缓释性高分子药物、高分子农药等;生物分解材料,如可降解性高分子材料等。
可以预计,在今后很长的历史时期中,特种与功能高分子材料研究将代表了高分子材料发展的主要方向。
四、高分子化学的可持续发展
研究高分子合成材料的环境同化,增加循环使用和再生使用,减少对环境的污染乃至用高分子合成材料治理环境污染,也是21世纪中高分子材料能否得到长足发展的关键问题之一。比如利用植物或微生物进行有实用价值的高分子的合成,在环境友好的水或二氧化碳等化学介质中进行化学合成,探索用前面提到的化学或物理合成的方法合成新概念上的可生物降解高分子,以及用合成高分子来处理污水和毒物,研究合成高分子与生态的相互作用,达到高分子材料与生态环境的和谐等。显然这些都是属于21世纪应当开展的绿色化学过程和材料的研究范畴。
参考文献:
[1]冯新德.展望21世纪的高分子化学与工业[J].科学中国人,1997,(11)
[关键词]高分子化学实验;科研项目;人才培养
随着高分子科学的发展,高分子材料已渗透到日常生活和工业的各个部门,新的高分子聚合反应、聚合方法和新的高分子材料层出不穷。高分子化学是一门以实验为基础的学科,是学生深入理解高分子化学理论课程和进行高分子化学材料研究的必备课程,对加强学生的实践动手能力与创新能力培养等方面有着重要的作用[1-3]。传统的高分子化学实验教学模式基本是教师讲解、学生操作、学生提交实验报告、教师评分等。这种教学模式下,学生对实验课程缺乏足够的重视,往往只是按部就班地操作完,最后实验报告能够拿到合格的成绩就足够了,在实验过程中缺乏对过程和细节的深入思考,因此不利于学生综合素质的培养和创新能力的提升[4-6]。高分子化学是一门与时俱进的课程,高分子化学实验应该进一步体现这种发展趋势。因此,为了提高学生对高分子化学实验课程的热情与积极性,采用科研项目与高分子化学实验课程相结合的教学模式,不仅能够丰富实验教学内容,提高学生的实验技能和科研能力,也为培养出具有创新意识和创新思维的创新人才添砖加瓦。
1传统高分子化学实验教学中的问题
传统的高分子化学实验教学模式一般是固定的,即教师讲解理论知识与实验操作示范、学生根据教材的实验目的和老师的要求进行程序化操作、学生课后撰写实验报告并交给老师、教师根据实验结果的优劣进行实验报告评分等。学生在这种教学模式下很少会对实验设计、实验过程和细节等进行思考与讨论。对大部分学生来说,只要最后的实验考核是合格的就足够了,因此学生们往往是抱着完成任务的态度做实验。这种实验教学模式虽然实现了对学生动手能力的锻炼,但是难以督促学生学以致用,导致理论课和实验课是完全分离开来的,难以结合在一起。另外,这种固定模式和程序化的实验课程,难以锻炼学生发现问题、分析问题和解决问题的能力,更难以培养出具有创新意识和创新能力的人才。高分子化学的发展与变化日新月异,高分子化学实验也应该进一步体现这种变化趋势,从而使得学生们更加深入地理解高分子化学的与时俱进。然而,由于实验室资源与资金的缺乏,传统的高分子化学实验课程内容经常是几年都固定不变的,对学科的新发展、新知识、新变化没有吸收与提升。这种内容固定、操作按部就班的实验课程很难调动学生的积极主动性,更难以引起学生对高分子化学的热爱与兴趣。
2科研项目与高分子化学实验相结合
高校教师一般会以自己的研究领域为基础,进行相关科研项目的申报。这些科研项目相对于高分子化学实验来说,都是一些具有前瞻性和创新性的研究。因此,将高校教师的科研项目融入高分子化学实验教学,对高分子化学实验传统教学模式进行改革,具有重要的意义。
2.1科研项目融入高分子化学实验课堂的意义
高分子化学是一门与时俱进的课程。传统的高分子化学主要以传统高分子材料如塑料、橡胶、纤维素、涂料等为主,相应的高分子化学实验也是以合成或改性传统高分子材料为主。随着高分子科学的发展,高分子化学领域的新材料层出不穷,这不仅体现在生活、军事、工业等领域的新型功能材料。在科研项目中,高分子化学材料的应用也得到了广泛的关注与认可,高分子化学领域的科研项目在化学领域的教师中占有较大的比重。在教师的科研项目中,涉及到的高分子化学材料通常具有较好的新颖性。因此,将科研项目的内容融入高分子化学实验课堂,不仅能够丰富高分子化学实验的教学内容,提高学生对实验的兴趣和积极主动性,而且能够培养学生的科研能力和科研思维。同时,教师也可能从学生们的思考与讨论中,获得新的想法。
2.2科研项目融入高分子化学实验课堂的方法
高分子化学实验的时间一般比较长。在等待的过程中,学生基本是在聊天,有的学生甚至在打游戏,很少有同学利用这个时间对实验进行思考或者讨论。这不仅浪费了宝贵的学习时间,而且不利于实验的开展。即使后面实验出现了问题,学生也不会花费过多的时间去寻找原因。因此,老师可以利用学生在等待实验的过程中,将科研项目中较为简单且与实验有联系的部分拿出来与学生讨论。首先,将教师科研项目中与实验相关的内容拿给学生分组讨论,通过与自己的实验比较分析,并结合理论课程和实验课程知识,让学生提出问题。进一步,根据提出的问题,让学生先自己进行分析,得出结论后与老师进行讨论。然后,老师根据学生的讨论情况,引导学生提出解决问题的方法。最后,根据以上讨论的内容,鼓励学生进行进一步的创新,并鼓励感兴趣的学生利用课后时间进入教师所在实验室进行深入的探索与研究。例如,传统高分子化学实验中,有一部分实验内容是“甲基丙烯酸甲酯的本体聚合”,如果老师的科研项目中有涉及到甲基丙烯酸甲酯或者本体聚合的内容,就可以拿出来与学生进行讨论,引导学生进行实验课堂之外的新思考。通过“提出问题-分析问题-解决问题-创新实践”这一过程,锻炼学生的创新思维和科研意识,为将来进入实验室进行毕业论文课题研究或科研项目研究打下良好的基础。
2.3将科研项目内容融入高分子化学实验教学中
高分子化学实验教学,一般会有多个老师负责。每位老师都有自己的研究领域或专技特长。高分子学科之所以发展如此迅速,其中很重要的一个原因是其具有比较强的应用性。因此,根据带教老师的研究领域,可以对现有的一些高分子实验进行改进。例如,在“双酚A环氧树脂的制备”实验中,主要内容是环氧树脂的制备和环氧值的测定,而没有涉及到环氧树脂的应用。如果带教老师的研究领域和科研项目与环氧树脂相关,可以根据自己的科研项目内容,在与其他带教老师及实验中心讨论后,适当增加实验内容及应用。例如,可以增加不同制备时间下环氧树脂的制备实验,研究不同反应时间对环氧值的影响。同时,将具有不同环氧值的环氧树脂进行粘结实验,研究反应时间对环氧树脂粘结性能的影响。这种将科研项目内容与高分子实验课程相结合的方式,不仅保留了经典高分子化学实验的内容,同时丰富了实验课程的内容和方式,改变了传统高分子化学实验内容一层不变的局面。此外,这种目的导向性的高分子化学实验内容,容易引起学生的思考与兴趣,对于培养学生的科研思维和创新意识具有重要意义。
2.4将科研项目的资源与高分子化学实验共享
由于资金或平台的限制,大学生的高分子化学实验课程往往只进行最基础的研究,学生缺少进一步深入探索的机会与平台。而许多高校教师一般都有自己的科研资源或平台,因此,可以利用高校教师的实验室资源和平台,为那些对课程实验内容感兴趣的学生提供进一步研究的机会。例如,在“线性酚醛树脂的制备”实验中,主要内容是线性酚醛树脂的制备和固化,没有涉及到酚醛树脂的物理化学性能。众所周知,酚醛树脂的耐热性、拉伸性能、耐压性等影响了酚醛树脂的应用。尽管这些性质属于高分子物理领域范畴,但却是研究酚醛树脂必不可少的内容。因此,该实验课程结束后,可以带领对酚醛树脂感兴趣的同学,进入研究酚醛树脂教师的实验室。将学生实验得到的产品进行进一步的分析与研究,并要求学生提交相关的实验报告和心得体会。通过这种方式,不仅能够丰富实验教学内容、增强学生对实验的理解与认识、激发学生对实验的兴趣,还能够帮助对科研感兴趣的同学提前了解和掌握一些实验内容与技术,为将来进入实验室开展科研项目工作打下基础。
2.5鼓励学生将高分子化学实验内容拓展为大学生创新研究项目
目前贵州多所高校面向本科生开展了多种大学生创新研究项目,例如大学生开放性实验、“互联网+”项目、创新创业项目、创新计划等。这些项目的开展,离不开教师科研项目与平台的支持。在高分子化学实验课堂上,教师通过将科研项目与高分子化学实验相结合,鼓励学生对自己的实验进行思考与创新,提出自己的想法与观点。由于大学生专业知识和专业技能尚有不足,他们提出的想法往往还有所欠缺。教师可以通过上述提出的“提出问题-分析问题-解决问题-创新实践”模式,与学生进行深入讨论,直至最终确定出比较可行的思路和方案。大学生创新项目,一般要求学生具有一定的实验基础和创新能力,且申请的项目要有一定的新颖性,这就要求在培养学生的实验技能和创新思维方面下功夫。将大学教师的科研项目与高分子化学实验结合起来,可以更好地培养学生的科研素养与科研思维,有助于学生将实验内容拓展为创新研究项目。
关键词:高分子化学实验;协同创新;实验教学;建设
中图分类号:G642 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2013)33-013-01
高分子化学主要包括高分子化学、高分子物理以及高分子工艺。高分子化学主要就是研究高分子化合物合成、化学反应、物理化学、加工成型以及应用等方面的一门综合性学科。
一、高分子化学实验研究
霍夫曼和库特尔在1909年第一次提出C5H8的热聚合专利。一年后1910年海利斯和麦休斯用钠实验,也得到同样的结果C5H8。长期以来,人们对高分子物质研究也取得了一定的成果。有机化学家毕克斯在1920年的《关于聚合反应》一文中,明确提出,成为环状化合物和成为共价键结构的长链高分子化合根本不是一回事。在1922年,发现橡胶“溶液”仍然具有胶体性质。又于1924年明确提出了天然橡胶分子是高分子量的大分子,同时,将其溶于任何物得到的胶体和小分子结合得来的胶体不一样。分别在1926年和1928年,斯本先、多尔(1926)以及施道丁格(1928)同样认为纤维素分子可以从一个晶胞长入另一个晶胞而成为直链形状,而施道丁格并进一步提出,纤维素和橡胶分子的晶胞的大小或晶体的大小与线形高分子的长度无关,之后又在1930年,更进一步提出了高分子稀溶液的粘度和分子量之间的关系,从而引起了定量测定高分子分子量的兴起。1932年,施丁格发表了一部关于高分子有机化合物的总结性论著,标志高分子化学的建立。在此之后,高分子化学理论迅速发展,高分子工业也蓬勃兴起。尤其是1949年之后高分子化学的系统研究大规模地开展起来。
二、协同创新影响下的实验教学项目建设
在新形势下,科学技术正在不断发展,高分子材料也被广泛应用,这为基于协同创新的高分子化学实验提供了可能,加强了其与其他科之间的联系,进行了一系列的综合性以及创新性的实验教学项目的建设。
1、有机结合高分子化学、物理实验
由于高分子材料合成后是要对分子量和其分布量测定的,同时,对于高分子的乳液、溶液镍都也要进行测定,所以必须做到有机结合高分子化学实验和高分子物理实验。通过对高分子化学实验的安排,完成这些必要性能的测定。
2、结合高分子化学实验和食品质量标准
在实验中让学生学会思考、探索,将知识结合到实践中,学会解决问题,是以获得的丰富经验。就如环氧丙烷交联淀粉的制备,考虑它的应用范围,它属于一种粘稠剂,之前还做过食品添加剂,但是,它不符合《食品安全法》,其里面含有一定的氯元素的毒。因此学生对食品添加剂中高分子材料的应用作了研究,为保证聚合物的化学实验进行做了保证,同时,也让学生掌握了这种食物添加剂的检测办法。
3、结合高分子化学实验与药剂学实验
随着新型人才培养的需要,我们结合高分子化学实验与药剂学实验并且在实验中心增设了药剂学实验室。如高分子材料中的羧甲基纤维素钠就是药剂学常用的一种,我们同时也做过很多羧甲基纤维素钠方面的合成实验,甚至在最后得到一种混悬型液体药剂。这种药及对一些皮肤炎症(湿疹、荨麻疹以及丘疹等)效果十分好。
4、高分子化学实验结合固体废弃物处置
随着社会的进步,人们生活水平也有逐步提高,但是白色污染也日益困扰这我们,因此我们对这些高分子材料的废物回收工作必须加以重视,比如生活中最常见的,我们喝过的矿泉水瓶,它们都是聚对苯二甲酸乙二醇酯的,为此我们必须重视对这种高分子材料的矿泉水瓶进行回收,同时思考解决方案(乙二醇降解法),对其加以回收再利用。
5、协同创新影响下的高分子化学实验和水处理技术的结合
自2004年起,环境工程方面的水处理实验室就已开始运行,并将高分子材料运用在其中。为此,我们还专门开设聚苯胺的制备和它对铬离子吸附性进行研究。第一步,用溶液法制备聚苯胺;第二步,把制好的聚苯胺放在有铬离子的水质中;第三步,通过单因素分析实验得出结论:PH值对铬离子的吸附性影响很大。特别是PH值等于3时,去除率是最大的。通过实验,让我们认识到高分子材料对环境和水质方面的影响,为保护环境做了巨大贡献。
6、结合高分子化学实验和塑料成型工艺
由于新型创新人才培养的需要,我们必须加强对学校中实验基地建设,对学生接触塑料成型工艺一高分子化学实验结合到一起讲授,对学生开拓视野以及提高学习兴趣有很大影响,同时加强学生对此的了解。
综上所述,结合多门科学对高分子化学实验教学内容的建设意义十分重大,为此,我们在《高分子化学实验》中,增加了其与其它学科的紧密联系,保证实验内容的全面性、创新性以及导向性。
参考文献:
[1] 李青山,徐明双.微型高分子化学实验与思维创新教育[J].大学化学,2010(12).