尹守春 黄陈辰

摘  要：将思政元素充分融入高分子化学课程中，可发挥专业基础课程在“立德树人”方面的重要作用。以聚合物的化学反应章节为例，将塑料垃圾的处理作为情境进行教学设计，构建以聚合物的化学反应知识为主体，以塑料垃圾的处理方法、绿色化学的思想、当前科技研究的前沿内容等元素为主导的教学思路。

关键词：高分子化学;课程思政;情境教学;聚合物的化学反应;绿色化学

中图分类号：G641      文献标志码：A         文章编号：2096-000X（2022）18-0174-04

Abstract： Professional basic courses can play an important role in "establishing moral integrity in cultivation" by fully integrating ideological and political elements into polymer chemistry courses. Taking the chapter of the chemical reaction of polymers as an example， this paper takes the treatment of plastic waste as the teaching situation for teaching design， the chemical reaction knowledge of polymers as the main body， and the treatment methods of plastic waste， the discipline thoughts of green chemistry and the cutting-edge contents of scientific and technological research as teaching ideas.

Keywords： polymer chemistry; the ideological and political education in all courses; situational teaching; chemical reaction of polymers; green chemistry

“要堅持把立德树人作为中心环节，把思想政治工作贯穿教育教学全过程，实现全程育人、全方位育人”，2016年，习近平总书记在全国高校思想政治工作会议发表重要讲话。[1]为了深化教育改革，发挥好课程的育人作用，全面提高人才培养质量，高校必须要做好政治思想工作。2020年5月28日教育部印发《高等学校课程思政建设指导纲要》[2]，提出推进高校思政建设是落实立德树人根本任务的战略措施。全面推进课程思政建设，就是要寓价值观引导于知识传授和能力培养之中，帮助学生塑造正确的世界观、人生观、价值观。如何在讲授专业知识的同时融入思政元素，发展学生的核心素养，是专业课建设和发展重点考虑的问题。

高分子化学是一门发展迅速的新兴学科，具有理论知识和实际应用相结合的特点。高分子化学是研究高分子聚合物的结构、特征、合成方法的课程，是高分子专业的核心课程[3]。如何将课程思政元素有效地融入到高分子化学课程的教学过程，以达到价值引导、能力培养和知识传授有机融合[4]，值得专任教师长期的探索和实践。

运用情境教学法创设与教学相关的场景，可以提高学生的情感体验，激发学生的积极性，进而提高学生的参与度。以塑料垃圾组成的“第八大陆”作为背景，引发学生对人与自然的思考，培养学生绿色化学的学科思想。

一、设置教学目标

我们从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个层面设置教学目标。

（一）知识与技能

1. 理解聚合物的化学反应特性和影响因素。

2. 掌握重要的相似转变、聚合度变大、聚合度变小的反应。

（二）过程与方法

1. 通过高分子的结构特征引导学生掌握高分子反应的特性和影响因素，培养学生结构决定反应特性的思维方法。

2. 以“如何避免光敏材料在使用过程降解”为切入点进行深入学习，提升学生分析问题和解决问题的能力。

3. 利用课外阅读、查找资料和PPT汇报等多种形式分享目前国内外可降解塑料的研究进展，提高学生归纳总结和现场表达等综合能力。

（三）情感态度与价值观

1. 通过废弃塑料垃圾的回收处理再利用，巩固学生绿色化学的思想和“创新、绿色、环保”为宗旨的高分子可持续发展观。

2. 通过了解我国目前的科研进展和企业成果，增强学生对我国化学工业的自信心与自豪感，增强学生科技强国的意识。

3.通过了解徐僖先生的故事，激发学生的爱国情怀，学习徐僖先生艰苦奋斗、开拓创新的科研精神。

二、设置教学内容

（一）塑料垃圾组成“第八大陆”——课程导入

1. 教学设计

几百年来，海员和渔夫们从来不会去的一块区域——第八大陆，也称为“海洋中的沙漠”（图1），这是在太平洋上一片由塑料垃圾组成的“岛屿”，我国“深海勇士”潜水器在海底2 000 m竟然也发现了大量的塑料垃圾，垃圾污染已然成为人们广泛关注的焦点。针对这些废弃的高分子材料，如何进行有效的处理以减少对环境的污染呢？目前有两种具有前景的解决方案：一是废旧塑料的回收利用;二是可降解高分子的设计。

废弃塑料的回收利用主要包括物质回收和能量回收两大类。能量回收，即燃烧回收热能。物质回收则可细分为物理回收和化学回收。其中，物理回收在不改变塑料的化学组成的同时，只需通过简单的熔融加工即可制备再生塑料制品（俗称“旧料”）。这种方法由于工艺简单、成本低廉，是目前废弃塑料的主要回收技术。化学回收则是指利用各种塑料-塑料的再聚合技术以及塑料制燃料技术，将塑料转变成液体或气体后，再来制造新的塑料。

图1 第八大陆

2. 教学思路

塑料是以单体为原料通过聚合反应得到的高分子化合物，而塑料垃圾是一个与我们生活密切相关的话题。以塑料垃圾在海洋中的堆积作为导入，创设教学情境，触目惊心的同时也发人深省，激发学生的兴趣，引起学生对科技发展与环境保护关系的思考[5]。同时，“热解”“溶剂分解”和“解聚”等术语也用于指代塑料垃圾化学回收的不同技术。通过塑料的回收技术来学习聚合物的一些基本知识和概念，并由此衍生出许多聚合物的化学反应。

（二）塑料垃圾回收利用的困难——总体把握

1. 教学设计

研究塑料垃圾的回收利用，首先要明确研究目标对象。日常生活中使用的绝大多数塑料制品都由一小部分化学结构相对简单的“单体”形成的高分子聚合物。这些聚合物几乎和斯陶丁格的分子链结构理论一样古老。虽然说单体是“古老的”，但是人们常常通过控制高分子分子量、高分子链拓扑学、高分子结构序列等方法来改变材料的热、机械和其他重要特性，从而得到新的性能优异的高分子材料。因此，研究塑料垃圾的回收利用，其实也就是研究高分子材料的化学反应。

其次，要了解高分子化学反应的分类。根据聚合度的变化可将高分子化学反应分为聚合度基本不变的反应、聚合度变小的反应和聚合度变大的反应。采用裂解技术将废弃塑料降级回收为可再次使用的燃料（汽油、柴油等）或化工原料（乙烯、丙烯等）属于降解，其包括热降解、力化学降解、化学降解和生物降解等。如果降解后的产物多为单体，则称之为解聚。

最后，导出为什么塑料垃圾回收利用如此困难。这就要研究塑料高分子的结构特点，即具体讲解高分子特有的结构使得聚合物的化学反应具有速率低、反应复杂、反应不完全等特点，并进一步介绍基团转换率的概念以及反应活性的影响因素。

2. 教學思路

结构决定反应特性，高分子特有的化学结构导致塑料垃圾化学回收困难。引导学生思考、讨论，并结合已学过的基础专业知识提出解决问题的方案。将聚合物的化学反应章节内容不着痕迹地带入此过程，使得学生在思考问题的过程中对高分子的化学反应有一个框架的了解（图2），促进其在掌握专业知识的同时提高解决实践问题的能力。

（三）塑料垃圾降解回收和再次利用——深入学习

1. 教学设计

高分子材料常会出现因热的作用发生降解的现象，其热稳定性与高分子结构有很大关联。在受热时，高分子主链上的任一部位都可能发生断裂，导致分子量迅速降低。由于高分子结构的不同，高分子裂解成单体的难易程度有很大的不同。例如聚异丁烯等主链带有季碳原子的高分子易发生解聚，而聚乙烯几乎无单体产生。热降解的应用范围不仅仅局限于回收单体，还可以制备芳烃类等化合物。如Miandad等人在450℃下催化热解混合废塑料制备芳烃[6]。由此在传授热降解知识的同时可以讲述热稳定性的研究方法和聚合物的热降解行为。

力化学降解被看作由力学应力诱发的分子断裂。这些应力可能是剪切应力或拉伸应力，或这两种的组合。当作用力大于键能时，材料结构的价键就会产生断裂。经常被用来制作各种一次性泡沫饭盒的聚苯乙烯就可以通过力化学降解。

光降解是受阳光尤其是紫外线照射发生降解。整个光降解过程是光降解和自由基断裂氧化反应的结合，称为Norrish反应[7]。例如常见的可见光裂解物质有邻硝基苄酯（ONB）及其衍生物、truxillic酸衍生物（TRA）等，这些基团可以在特定波长下的照射下降解。光可降解高分子材料在使用过程中，由于易于发生的光降解行为，而会影响到高分子材料的正常使用。因此，为了延缓使用过程中的光降解行为，在光可降解高分子材料中需要加入一定量的光稳定剂。在这里，从提高材料稳定性和使用寿命角度展开教学，引导学生思考光稳定剂可以从哪些角度延缓或是防止光降解。同时，正是由于光降解高分子材料的光降解特性限制了其大规模使用，生物降解塑料[8]。

生物降解是指在自然条件下通过真菌、细菌等微生物和酶的作用而导致的高分子材料降解。常见的可生物降解的合成高分子主要有聚乳酸（PLA）、聚羟基脂肪酸酯（PHA）、聚乙烯醇（PVA）等。以淀粉为基础，通过添加交联剂和嫁接支链等改性处理可得到淀粉基生化合成塑料。这些塑料可以通过生物降解的方式减少对环境的破坏。

废弃塑料除了还原成油品、单体和化学原料，还可改性加工成高科技复合材料、人造木材等。通过接枝、共聚、交联等聚合度变大的方式，或者采用氯化等化学手段引入新的具有一定功能的官能团或者将官能团进行相似转变，从而对聚合物进行化学改性和功能化，使得废旧塑料获得优良的性能。由此可以具体讲述一些重要的相似转变反应。例如以二烯烃为基础的橡胶。由于分子链中存在双键，具有易氧化和老化的特性，通过加氢成饱和橡胶或是氯化则可以使其玻璃化温度和结晶度有所改变。聚苯乙烯由于侧链上具有多活性位点的苯环，可以通过一系列的化学改性获得各种产物。如通过与液溴反应制得溴化聚苯乙烯制的阻燃剂;用顺丁烯二酸酐接枝改性、酚醛树脂共混改性和乳化后制得乳液型胶粘剂。

2. 教学思路

以塑料垃圾降解回收和再次利用的方法为主线，讲解高分子材料几种重要的降解方法和改性利用的方法;由塑料垃圾的处理出发讲解聚合物的几种重要的化学反应（图3），充分调动学生学习的积极性和主动性。在讲述“光降解”的同时，从核心素养发展的角度引导学生思考如何避免光敏材料在使用过程中降解的问题，深化“实践是认识的目的，学习掌握知识，是为了更好地指导实践”的认识，培育学生思考问题和解决问题能力。在整体知识传授的同时展示高分子科学与高分子材料领域近年来的研究成果和发展趋势，将“创新、绿色、环保”为宗旨的高分子可持续发展观潜移默化地融入教学过程中，引导学生及时关注相关专业前沿研究动态和进展，紧跟时代潮流、与时俱进。

（四）可降解塑料垃圾设计——思维拓展

既然可以通过化学反应的思路降解塑料垃圾，那也可以通过化学反应的思路设计可降解塑料。引导学生思考可降解塑料的设计，让学生自行查阅资料、分享汇报目前可降解塑料的研究进展，联系课本前几章的基础知识对某一可降解塑料的合成方法进行学习整理归纳，在思维拓展的同时巩固前面章节的知识内容。与此同时，教师可以通过学生的表现进行评估，评价其“理论联系实际”“运用所学解决问题”的能力和课堂思维参与度。

三、补充材料

（一）我国部分产业化的塑料垃圾回收技术以及实

验室研究进展

变废为宝、循环利用是朝阳产业，垃圾是放错位置的资源，把垃圾资源化，化腐朽为神奇，既科学，也是艺术。目前处理塑料的绿色高值化解决方案不断持续创新。例如北京福海蓝天公司研究开发了废弃塑料热裂解“柔性油化技术”，这项技术相比国际同类“油化”技术更加绿色环保，更具有商业价值，既能避免二次污染，具有显著的可持续发展的绿色社会效益和经济效益。除了已经进行工业化生成的方法，科研人员还在不断研究更高效、成本更低、适用范围更广的的塑料处理方法。如中国航天科工集团公司二院23所已经研制出利用微波技术裂解垃圾的装置[9]。

人心齐泰山移，通过对我国目前的科研进展和企业成功的展示，增强学生对我国化学工业的自信心与自豪感，增强学生对“绿色”“创新”发展理念的理解，增强学生科技强国的意识，鼓励学生努力学习专业知识，为国家的建设添砖加瓦。

（二）“中国塑料之父”——徐僖

徐僖先生是我国高分子材料事业的奠基人[10]。徐僖先生在祖国石油缺乏、石油化工一片空白的背景下，他别开蹊径，放弃传统以石油为原料制备塑料的方法，通过数年坚持不懈地努力成功开发五棓子塑料，并创建了我国第一家塑料厂。后来徐僖先生将全部精力投入我国高分子材料的建设和教学工作，他创建了我国第一个塑料专业，并撰写了我国第一本高分子专业教科书。

徐僖先生的事迹充分体现了以爱国主义为核心的民族精神，结合徐僖先生的事迹激发学生的家国情怀，鼓励学生勤于思考、不断探索。

四、结束语

20世纪以来，高分子材料迅速发展，如今高分子材料已经是材料科学发展研究的重要领域。高分子塑料作为我们日常生活中随处可见的高分子材料，是教学的重要素材。源于这些真实素材情境，通过学科化地处理，表现“科学态度与社会责任”素养，培养学生“运用所学解决问题”的能力。通过将思政课程和专业课程相结合，将课本知识教学与实际生活紧密结合[11]，激发学生的学习兴趣，鼓励学生不断钻研，开拓创新。

参考文献：

[1]新华社评论员：立德树人，为民族复兴提供人才支撑——学习贯彻习近平总书记在全国高校思想政治工作会议重要讲话[EB/OL].http：//www.xinhuanet.com//politics/2016-12/08/c_1120083340.htm.

[2]教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知.[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/202006/t20200603_462437.html.

[3]王明存，王红山，陈贻炽，等.高分子化学理论课与实验课的融合教学模式探索[J].化学教育（中英文），2021，42（4）：31-35.

[4]刘括，宋永忠.论高分子化学“课程思政”的思想价值与精神内涵[J].广东化工，2021，48（8）：306-307.

[5]李宁.情景式教学在中学化学教学中的应用探究[J].化学教学，2012（4）：11-13.

[6]孙锴.废塑料催化热解制备芳香烃的研究大学化学[D].杭州：浙江大学，2021：26.

[7]胡晓倩.可光、化学降解聚苯乙烯的合成与性能研究[D].合肥：中国科学技术大学，2017：16-18.

[8]张芮菡.可降解塑料的种类与应用现状[J].当代化工研究，2019（1）：20.

[9]张友根.废弃塑料包装资源绿色高值化解决方案的持续创新（一）[J].橡塑技术与装备，2018，44（24）：23-31.

[10]柴玉田.我国高分子材料事业的奠基人和开拓者——记中国科学院院士徐僖[J].化工管理，2014（13）：62-67.

[11]葉依丛，邵传强.基于发展学生学科核心素养的有机高分子单元教学设计——以“防病毒口罩滤芯材料的设计与发展”为例[J].化学教学，2021（1）：52-58.