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新工科背景下《纺织化学》实验项目的开设
摘 要：新工科背景下学生们学好《纺织化学》实验愈加重要.鉴于此开设了“对苯二甲酰氯与己二胺的界面缩聚”实验项目.该实验既考核到高分子的聚合原理又涉及到模拟纺丝,通过该实验可以让学生在实验中进一步熟悉缩合聚合的原理和方法,亲自感受化学药品由液态变为固态并由界面膜转变为细丝缠绕在玻璃棒上的过程.这对学生学好本门课程有重要意义.
关键词：新工科；实验项目；纺织化学
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）39-0277-02
一、引言
在教育领域,2017年最火的概念当属“新工科”.“新工科”的新首先体现在它针对新兴产业的专业,如人工智能、智能制造、机器人、云计算等,但同时对包括传统工科专业的升级改造[1,2].2017年2月教育部、人力资源和社会保障部、联合印发了《制造业人才发展规划指南》.《指南》列出了新一代信息技术产业、高档数控机床和机器人、航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、先进轨道交通装备、节能与新能源汽车、电力装备、农机装备、新材料、生物医药及高性能医疗器械等10个“制造业十大重点领域人才需求预测”专业引起社会各界对于工科教育的关注[3,4].以上的10个专业中有很多专业都跟纺织有关,如航空航天装备、海洋工程装备及高技术船舶、节能与新能源汽车、新材料、生物医药及高性能医疗器械等专业.这些专业与纺织相关的同时,与化学也有很大的关联,因而学生们要掌握好这些与纺织相关的专业,学好《纺织化学》是关键.鉴于《纺织化学》的重要性,很多高校和老师都针对如何提高《纺织化学》的教学效果做了大量研究.我校《纺织化学》的教学对象是纺织工程专业的大一学生,教学方式是以理论教学为主,配合其他的相关化学实验课程,以期提高学生的化学理论水平.在教学环节中,实验课程的作用至关重要,但是现在关于如何设计《纺织化学》实验课程的相关报道还不多.武宗文等报道了在《纺织化学》实验课程中开设氧化淀粉浆料制备实验,取得了不错的教学效果.关于《纺织化学》实验课程的开设还需要进一步的探索[5].为了让学生通过实验加深了对基础理论和专业知识的学习理解,而且激发同学们的科研兴趣.拟在实验课程中开设“对苯二甲酰氯与己二胺的界面缩聚”实验.界面缩聚是将两种单体分别溶于两种互不相溶的溶剂中,再将这两种溶液倒在一起,在两液相的界面上进行缩聚反应,聚合产物不溶于溶剂,在界面析出.用镊子将聚合产物膜小心提起,并缠绕在一个玻璃棒上,转动玻璃棒,将持续生成的聚合物膜卷绕在玻璃棒上.
该实验既涉及到高分子的聚合原理又涉及到模拟纺丝,通过该实验可以让学生在实验中进一步熟悉缩合聚合的原理和方法,亲自感受化学药品由液态变为固态并由界面膜转变为细丝缠绕在玻璃棒上的过程.这对学生学好本门课程有重要意义.
二、设计思路
现在生活中所用的纤维绝大部分都是化学纤维.化学纤维是通过聚合得到的.界面缩聚是将两种单体分别溶于两种互不相溶的溶剂中,再将这两种溶液倒在一起,在两液相的界面上进行缩聚反应,聚合产物不溶于溶剂,在界面析出.通过界面缩聚可以加深学生们对于聚合类型的理解.进一步掌握好各种聚合方法的优缺点.界面缩聚的过程中涉及到很多反应,有利于学生们进一步理解书上讲解的比较抽象的反应机理.实验中有把缩聚界面取出的环节可看作是简易纺丝,该环节可让学生们体验高分子纺丝的基本过程.让学生们对高分子材料的纺丝环节不再陌生和抽象,激发学生的学习兴趣.增强学生对界面缩聚的机理及对单体活性的理解.让学生熟悉高分子纺丝的基本过程,激发科研兴趣.通过本实验可以达到以下几个目的：（1 ）了解缩合聚合的特点,掌握界面缩聚的机理.（2）通过对苯二甲酰氯与己二胺的界面缩聚,掌握界面缩聚实施必须满足的基本条件.（3）通过细丝缠绕在玻璃棒上的过程让学生体验高分子纺丝的基本过程.
三、主要实验环节
在实验的实施过程中主要有以下环节[6-8].1. 量取一定量的无水CCl4放入锥形瓶,称量0.01mol对苯二甲酰氯并加入无水CCl4中盖上塞子,摇荡溶解对苯二甲酰氯配成有机相.同样方法用等摩尔己二胺和NaOH配成水相.通过这一步可以让学生们对聚合反应的单体性质有进一步的认识,如为什么把对苯二甲酰氯加入无水CCl4中而不是水中.另外可通过提问为什么加入NaOH,让学生们对缩聚反应的机理有一个更加深入的理解.学生们自己计算等摩尔时所需对苯二甲酰氯和己二胺的质量,通过计算明白缩合聚合的基本原理.
2.把玻璃棒紧贴烧杯壁插到有机相底部,借助玻璃棒缓慢地将水相倒入有机相,聚合物膜马上就可在界面观察到.在这一步中可以让学生们思考,如果没有把玻璃棒紧贴烧杯壁并插到有机相底部会有什么样的结果,如果加入水相时动作很剧烈又会有什么样的结果.通过这些思考学生们对课堂上所讲的缩聚知识点会有更深的掌握.
3.将聚合物膜小心提起,并缠绕在玻璃棒上,转动玻璃棒,将持续生成的聚合物膜卷绕在玻璃棒上.聚合物膜卷绕在玻璃棒上的过程是一个简易纺丝的过程,在这个过程中学生们可以了解高分子材料纺丝的基本原理.也可以通过调节聚合物膜卷绕的快慢及玻璃棒离界面的距离来感受这些环节对高分子纤维成型的影响.进一步让学生们明白纺织化学和高分子与纺织的联系.
四、教学效果
学生通过实验加深了对基础理论和专业知识的学习理解,而且激发同学们的科研兴趣.通过实验学生们更直观的明白缩合聚合和界面聚合的基本原理.高聚物的聚合机理在高分子材料的知识体系中占据着重要地位,而新工科中的很多（节能与新能源汽车、新材料、生物医药及高性能医疗器械等）专业都需要学生们掌握高分子材料的知识.实验中让学生体验细丝缠绕在玻璃棒上的过程,速度的快慢和细丝的粗细有直接关系让学生自己体会,掌握纺丝过程.通过这一环节学生们对高分子纤维的结构与性能及其影响因素有了更深的体会.这些体会使学生们更容易掌握高分子材料的设计与改性等方面的知识.可为学生们学习和设计新型的高性能纤维提供帮助,这也符合新工科理念的提出思路.
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