启发式教育形式 根据问题启发式教育形式在试验课中的使用

马兰超　魏瑶　梁永日　戴玉华　陈飞

摘 要：文章以“匀胶法制备PVDF薄膜”试验中，PVDF薄膜质量良莠不齐的问题为切入点，启示学生层层深化，考虑问题原因，提出假定，经过试验验证，终究找到影响成膜质量的要素为空气湿度。试验课中选用根据问题的启示式教育能有用激起学生探究才能，培育学生科学思想，进步学生剖析问题、处理问题的才能，有利于工程人才的培育。

关键词：启示式教育 偏氟乙烯薄膜 试验条件

导言

启示式教育内在为“教师为主导，学生为主体”，在试验课中选用根据问题的启示式教育是将试验中遇到的问题与启示式教育有机结合的新式试验课形式，既着重问题的处理，也重视剖析问题、处理问题的进程。

在实践的出产、试验进程中，总会呈现这样、那样的问题。引导学生发现问题，启示学生考虑问题，终究找到处理问题的办法，是激起学生创造性思想，培育工程人才的有用处径。[1]

匀胶法制备PVDF薄膜，是高分子材料与工程专业学生的选修试验，该试验在培育学生着手才能，深化学生对高分子薄膜知道方面有很重要的作用。[2]

PVDF薄膜疏水性好，易剥离，可搬运，在器材封装范畴有潜在用处；PVDF介电常数高，可用做场效应晶体管的介电层，完成低电压操作；一起，PVDF具有铁电性，可用于制备铁电存储器。PVDF易溶液加工，柔性好，在低成本、柔性电子器材方面有广泛的用处。

一、问题的提出

聚偏氟乙烯（PVDF）在加热条件下可溶解于极性溶剂，N， N-二甲基甲酰胺（DMF），经过溶液旋凃法得到薄膜。溶液旋凃法，是将准备好的溶液在匀胶机上根据需求设定必定的转速和时刻，然后进行旋涂。许多时分得到的薄膜接连、均一性好、通明、易剥离。可是有时得到的薄膜接连性差，不通明，无法剥离。这是什么原因？学生在做试验时，由于做的试验次数较多，有时会呈现薄膜质量不均一的问题。为了添加试验的可重复性，就要找到影响试验重复性的要素。

二、问题的剖析与处理

在呈现这样的问题后，就要引导学生考虑问题的原因。薄膜质量变差的原因是粗糙度变大，粗糙度添加是结晶增强的成果。结晶为什么增强。以下就引导学生剖析问题，找出原因。

首要考虑不变的是什么？在试验中，每次制备薄膜的转速都是3000 rpm。所以，可以扫除转速对薄膜质量的影响。溶液浓度也都维持在3 wt%，溶液在两次制备期间也没有蒸发。溶液浓度的影响也被扫除了。

那么，是什么要素影响了聚合物的成膜。由外及内，从聚合物溶液自身动身，考虑问题。聚合物溶液包括PVDF溶质和DMF溶剂。首要考虑PVDF溶质，试验中所用PVDF为同一批次的高分子量聚合物，装备一瓶溶液可运用屡次。在初度制备薄膜时，薄膜质量很好，这是由于经过加热使得聚合物溶解很充沛，聚合物链处于充沛扩展状况，在旋凃成膜时，溶剂快速蒸发，聚合物分子间相互作用大，聚合物链段来不及折叠曲折，构成亚稳态的平坦薄膜。而溶液放置时刻过长，冷却后，或许会导致溶液中，聚合物自身链段折叠，更简单自集合，导致成膜质量差。因而决议每次旋凃制备薄膜之前，都对溶液进行加热处理，以保证聚合物链充沛扩展。

但是，试验进程中，呈现这种薄膜外表粗糙状况时，学生将聚合物溶液放在热台上加热，再在相同条件下制备薄膜，薄膜的质量没有显着改进。这使得咱们进一步考虑问题，聚合物一旦构成溶液，就意味着聚合物溶质和溶剂之间构成了安稳的作用，很难再自发返回到折叠状况。经过试验，扫除了聚合物在溶液中聚会的问题。

究竟是什么原因？后來又引导学生考虑溶剂DMF。DMF是一种通明液体，能和水及大部分有机溶剂互溶。但是，PVDF不溶于水，DMF吸水后，导致PVDF结晶分出。结合考虑到空气湿度RH<40%时，薄膜质量好，RH>40%时，薄膜质量较差。遵从这样的思路，考虑到，盛放PVDF溶液的样品瓶，盖子拧得很紧，不会吸收空气中的水分。那么，最或许的状况是在旋涂成膜的进程中，DMF吸收空气中的水分后，导致PVDF分出。[3]

为避免DMF旋涂成膜时吸收水分，遂决议将匀胶机内的空气置换为DMF。采纳的做法是将盛放DMF溶剂的小容器放置于匀胶机中（匀胶机可加盖，密封），待其天然蒸发30 min。但是，薄膜质量没有改进。认真考虑其间的原因，DMF沸点很高，mp= 152.8℃，20℃时饱满蒸气压仅为 2.7 mmHg，这样做并没有起到置换将匀胶机中的空气的作用。由于在大气中，将空气置换出来，是一件比较难的工作。

所以需求进一步考虑更实质的问题。PVDF是从下外表开端分出，仍是上外表开端分出，答案是都有或许。由于当湿度较大时，与聚合物溶液下外表触摸的玻璃，也会吸附空气中的水分。当将聚合物涂在玻璃上时，便构成溶液下外表和水分触摸的界面，聚合物或许在此分出。因而，在玻璃上涂覆聚合物溶液之前，首要运用DMF溶剂对外表进行润洗，但是成膜作用并没有改进。那么，PVDF是不是从上外表分出呢。上外表直接和空气中的水分触摸，因而，也是有或许的。因而，在玻璃上涂覆聚合物溶液之后，又滴加了DMF，在旋涂进程中，不断在薄膜外表滴加DMF。终究发现，玻璃外表没有成膜（构成），原因是滴加的DMF溶解了PVDF，而甩出片子。

那么，用什么办法可以下降薄膜外表的湿度，得到高质量的薄膜呢？对，用N2，当将溶液涂覆在玻璃片上后，在外表通入N2，以下降部分湿度，运用这种办法制备的薄膜，接连、均一性好、通明、易剥离。

结语

针对匀胶法制备薄膜中呈现的薄膜接连性差，不通明，无法剥离的问题，启示学生考虑，并规划试验进行验证。终究找到在高湿度空气中制备高质量PVDF薄膜的办法是通入N2，下降部分适度。

试验课中选用根据问题的启示式教育，能协助学生找准问题，引导学生逐渐深化考虑、剖析问题，提出假定，规划试验进行验证，终究处理问题。不只可以取得好的试验作用，深化学生对原有常识的知道，进步学生的着手才能；还能培育学生从表及里，从现象到实质，去伪存真的逻辑思想才能。

参考文献

[1] 张伟，李 芊，王 勇，高 云，方志刚.问题教育法在化工原理教育改革中的探究 广州化工 [J] 2017，5.

[2]吴翊.启示式教育再知道 我国大学教育 [J]2011，1.

[3]何得桂.根据问题的启示式教育实践研讨——以“管理学原理”本科教育为例.黑龙江教育（高教研讨与评价）[J] 2017，6.