高分子物理選修課教學(xué)改革與探索

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摘要:專業(yè)選修課是高等師范院校課程設(shè)置的重要組成部分,目的在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和獨(dú)立性,拓寬學(xué)生的知識面,因此專業(yè)選修課的開設(shè)對于夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ),提高學(xué)生的專業(yè)能力,增強(qiáng)就業(yè)競爭力意義重大?！?a href="http://www.coffee125.com/lunwen/jxgglw/105827.html" target="_blank">高分子物理》是師范院校化學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)選修課,主要講授高分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性能,包括高分子的鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、高分子溶液、聚合物的力學(xué)性質(zhì)、流變性質(zhì)、熱、電和光學(xué)性能等。課程內(nèi)容多、概念多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多,教學(xué)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多、理論性強(qiáng)且抽象難理解的情況下,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等多方面進(jìn)行改革與探索,抓住課程的教學(xué)主線,融合多種教學(xué)方法,引導(dǎo)學(xué)生積極思考,啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維,提高教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞:高分子物理;選修課;教學(xué)改革;創(chuàng)新

0引言

隨著高分子科學(xué)與技術(shù)不斷發(fā)展,高分子材料制品應(yīng)用在生活、生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中,成為一個(gè)重要的學(xué)科門類[1]?！陡叻肿游锢怼肥歉叻肿硬牧稀⒉牧匣瘜W(xué)等專業(yè)及相關(guān)專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課或者選修課?！陡叻肿游锢怼分饕獓@高分子物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性能以及二者之間的相互關(guān)系,包括高分子的鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)、高分子溶液、聚合物的力學(xué)性質(zhì)、流變性質(zhì)、熱、電和光學(xué)性能等展開討論。課程內(nèi)容多、概念多、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多,教學(xué)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在講授過程中,如果學(xué)生不能及時(shí)消化知識點(diǎn),時(shí)間一長會覺得分辨不清,晦澀難懂,興趣銳減,難以達(dá)到好的教學(xué)效果?；诖?各高校任課教師針對自身學(xué)校特色和專業(yè)方向,認(rèn)真思考,積極探討課程的教學(xué)改革與創(chuàng)新,嘗試并實(shí)施了多種教學(xué)改革措施,也取得了很大效果[25]。例如,大連工業(yè)學(xué)院劉兆麗老師等[6]通過合理安排教學(xué)內(nèi)容,多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合,實(shí)驗(yàn)教學(xué)與理論教學(xué)相結(jié)合,課堂教學(xué)與課后交流答疑相結(jié)合等多種手段提高教學(xué)的交互性和生動(dòng)性,進(jìn)而調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性;廣州石油化工學(xué)院的張世杰老師[7]通過結(jié)合工程實(shí)際對《高分子物理》課堂進(jìn)行教學(xué)改革;桂林科技大學(xué)的張煥芝老師[8]認(rèn)為通過引入科研內(nèi)容,可以促進(jìn)《高分子物理》的教學(xué);常州工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院的侯文順老師[9]嘗試了《高分子物理》課程的項(xiàng)目化教學(xué),通過以授課教師為項(xiàng)目委托方,授課班級學(xué)生為項(xiàng)目接受方的工作情境開展教學(xué)活動(dòng),并就項(xiàng)目內(nèi)容簽定協(xié)議書,利用青年學(xué)生頭腦靈活、好奇心強(qiáng)、勇于探索的積極性,調(diào)動(dòng)學(xué)生探索問題、解決問題的自主學(xué)習(xí)的積極性;玉林師范學(xué)院劉括老師等[10]從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法以及實(shí)踐教學(xué)等方面進(jìn)行了分析,提出了一些見解。作為師范院校的一門專業(yè)選修課,課程的學(xué)習(xí)對于學(xué)生掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識及技能有著重要的影響。作者一直承擔(dān)《高分子物理》的教學(xué)任務(wù),經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐,從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段、教學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等多個(gè)方面進(jìn)行了相應(yīng)的改革與探索,取得了較好的教學(xué)效果,但受多種因素的影響,仍存在一些問題值得思考。

1教學(xué)現(xiàn)狀

作為專業(yè)選修課,《高分子物理》面臨的教學(xué)現(xiàn)狀:1)教學(xué)課時(shí)少?！陡叻肿游锢怼吩谄渌盒８叻肿酉嚓P(guān)專業(yè)中是一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,授課學(xué)時(shí)多為48~64學(xué)時(shí)[11]。而在師范院?；瘜W(xué)類專業(yè)課程設(shè)置中,由于學(xué)生培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案的差異,為專業(yè)選修課,學(xué)時(shí)數(shù)為30學(xué)時(shí)。2)教學(xué)內(nèi)容多。高分子物理主要研究高分子材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系及基本規(guī)律,課程內(nèi)容不僅涵蓋高分子化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和概率學(xué)等諸多基礎(chǔ)知識,而且課程中專有名詞多、基本概念多、內(nèi)容龐雜、關(guān)系錯(cuò)綜、數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁多等。對于剛剛接觸這門課的學(xué)生來說,如果不能及時(shí)消化知識點(diǎn),就會導(dǎo)致分辨不清,晦澀難懂,進(jìn)而學(xué)習(xí)興趣銳減,難以達(dá)到好的教學(xué)效果[12]。3)授課時(shí)間延后。專業(yè)選修課的開設(shè)一般安排在大三年級,此時(shí)學(xué)生面臨著考研和就業(yè)的雙重壓力,再加上學(xué)生對專業(yè)選修課的重視程度普遍不如專業(yè)必修課,存在著“混學(xué)分”的思想,因此如何增加學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,提高教學(xué)效果,值得深思和研究。

2教學(xué)改革

2.1教學(xué)內(nèi)容的梳理整合

高分子物理主要研究高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能,其研究的對象是高分子,因此,教學(xué)內(nèi)容緊緊圍繞“分子量大”帶來的一系列特殊結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行梳理。例如,分子量大使得高分子材料只有固態(tài)和液態(tài)而沒有氣態(tài);分子量大導(dǎo)致的不均一性;分子量大使得分子運(yùn)動(dòng)單元具有多重性;分子量大使得分子運(yùn)動(dòng)具有粘彈性;分子量大使得溶液和熔體的粘度大,具有非牛頓流體的特性;分子量大使得高分子材料具有強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能;等等。抓住“大”這條教學(xué)主線展開講解,從最小的結(jié)構(gòu)單元擴(kuò)展至整個(gè)分子,再到聚集態(tài)結(jié)構(gòu);從力學(xué)性能擴(kuò)展至熱性能、電性能、光學(xué)性能等,結(jié)構(gòu)和性能之間則通過分子運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。專業(yè)選修課的教學(xué)初衷是實(shí)現(xiàn)學(xué)生“選我所愛,愛我所選”,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性和獨(dú)立性,拓寬學(xué)生的知識面,增強(qiáng)學(xué)生社會適應(yīng)能力[13]。針對《高分子物理》課時(shí)少、內(nèi)容多的情況下,將公式的推導(dǎo)過程列入選學(xué)內(nèi)容,強(qiáng)化公式的內(nèi)涵和應(yīng)用。此外,對于學(xué)生難以理解和掌握的知識點(diǎn)采用短詞短句記憶法。例如,學(xué)生已學(xué)習(xí)了有機(jī)化學(xué)課程,對結(jié)構(gòu)單元以及整個(gè)分子結(jié)構(gòu)的理解相對容易,但對于聚集態(tài)結(jié)構(gòu)中的晶態(tài)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)等相對難懂,由于此前學(xué)習(xí)的課程中涉及的聚集態(tài)內(nèi)容不多,因此,在講述時(shí)與小分子的晶態(tài)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)對比講解,總結(jié)出“兩句話,八個(gè)字”,即高聚物的晶態(tài)比小分子的晶態(tài)無序得多,簡化為“序中有亂”;高聚物的非晶態(tài)比小分子的非晶態(tài)有序的多,簡化為“亂中有序”,高度概括出了高分子的晶態(tài)結(jié)構(gòu)和非晶態(tài)結(jié)構(gòu)特征,學(xué)生容易理解,更加深了記憶。

2.2教學(xué)手段的豐富多彩

《高分子物理》中有許多抽象的理論知識,僅依賴板書難以完全展示教學(xué)內(nèi)容,教師講解時(shí)往往費(fèi)神費(fèi)力,學(xué)生理解困難[14];借助多媒體教學(xué),融合文字、圖形、聲音、動(dòng)畫、影像等多種信息,形象、生動(dòng)地展示出不容易講清楚或難以理解的內(nèi)容,達(dá)到了很好地教學(xué)效果[15]。這種多媒體教學(xué)手段,不僅增大了教學(xué)信息量,也使得難以講解的內(nèi)容更直觀、形象。例如,講述鏈段和柔性一節(jié),由于涉及分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),特別是隨著碳鏈增長的內(nèi)旋轉(zhuǎn)過程,學(xué)生不易想象和理解,通過動(dòng)畫演示從一個(gè)碳-碳單鍵,到2個(gè)碳-碳單鍵,再到3個(gè),4個(gè),……形象地展現(xiàn)了碳鏈的增長所對應(yīng)的內(nèi)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以及鏈的空間運(yùn)動(dòng),然后引入鏈段和柔順性的概念,再擴(kuò)展到分子柔順性的表征方法即末端距和均方末端距的計(jì)算,學(xué)生更容易掌握。課堂上,還可以通過教師或者學(xué)生動(dòng)手操作進(jìn)行演示,如講述取向態(tài)結(jié)構(gòu)時(shí),讓學(xué)生拉伸準(zhǔn)備好的薄膜樣條,對比拉伸前后不同方向的性能差異,理解各向同性和各向異性,并延伸到生活中的纖維制品和薄膜制品,將書本上的理論知識過渡到實(shí)際生活中的應(yīng)用,拓寬了學(xué)生的知識面。此外,借助于現(xiàn)代的通訊手段,建立QQ交流群,隨時(shí)就學(xué)生提出的各種疑問進(jìn)行解答,將課堂學(xué)習(xí)延續(xù)到課下。

2.3教學(xué)方法的靈活多樣

教學(xué)方法是否得當(dāng),對教學(xué)效果起著至關(guān)重要的作用,避免“一言堂”和“填鴨式”說教,引入豐富多彩的教學(xué)方法,使課堂教學(xué)更加開放和融合。例如,可根據(jù)設(shè)定的主題進(jìn)行分組討論,也可以由學(xué)生提出問題進(jìn)行討論,增加學(xué)生與教師之間的互動(dòng),活躍課堂氣氛,使學(xué)生由被動(dòng)的想逐漸過渡到主動(dòng)思考,增加學(xué)生的求知欲。此外,也可以采用講座、參觀、見習(xí)等方式提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。盡管高分子物理課程理論性較強(qiáng),但由于高分子材料應(yīng)用廣泛,塑料、橡膠、纖維、涂料、膠粘劑等應(yīng)用在生活的各個(gè)領(lǐng)域,學(xué)生對生活中的高分子材料制品有一定的感知和認(rèn)知,因此,選定主題討論時(shí)最好結(jié)合生活應(yīng)用,像日用塑料產(chǎn)品上的標(biāo)記、商品標(biāo)簽的識別、長期掛在衣帽勾上的衣服掛鉤處的變形等諸如此類的主題,學(xué)生興趣更濃,互動(dòng)效果更好[16]。此外,也可結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)中的操作進(jìn)行互動(dòng),例如化學(xué)實(shí)驗(yàn)中膠塞打孔插管的操作,就如何選擇打孔器進(jìn)行主題討論,結(jié)果發(fā)現(xiàn),有一部分同學(xué)選擇比插入的玻璃管直徑略粗一點(diǎn)的打孔器,另外一部分同學(xué)選擇直徑相同的打孔器,結(jié)合這個(gè)問題講解橡膠的粘彈性和擠出物的脹大效應(yīng)。近年來,高分子科學(xué)發(fā)展突飛猛進(jìn),新材料新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn),大量學(xué)術(shù)論文公開發(fā)表,任課教師必須緊跟學(xué)科發(fā)展前沿,及時(shí)傳授新知識、新發(fā)展,跟上時(shí)代的步伐[17]。此外,還可以結(jié)合自身的科研成果,豐富教學(xué)內(nèi)容。

2.4實(shí)驗(yàn)教學(xué)的緊密配合

生動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以活躍理論教學(xué)的枯燥氣氛,豐富多彩的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以充實(shí)單調(diào)的理論講授,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。按照以往教學(xué)計(jì)劃,第1周即開始理論課,實(shí)驗(yàn)課延后1周開始,由于實(shí)驗(yàn)涵蓋整個(gè)理論課教學(xué)內(nèi)容,時(shí)常出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)提前于理論課的現(xiàn)象。盡管實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師會講解實(shí)驗(yàn)原理,但受時(shí)間限制學(xué)生難以完全理解和掌握,使得學(xué)生被動(dòng)地實(shí)驗(yàn)。等到理論課講解到該內(nèi)容時(shí),學(xué)生可能因?qū)嶒?yàn)早已結(jié)束而一知半解,實(shí)驗(yàn)課和理論課的教學(xué)效果均不理想。針對這種現(xiàn)象,任課教師開課前與實(shí)驗(yàn)老師進(jìn)行溝通,及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,甚至可將實(shí)驗(yàn)課延后幾周開始,避免實(shí)驗(yàn)在前理論在后的現(xiàn)象,提高實(shí)驗(yàn)課和理論課的教學(xué)效果。

2.5實(shí)踐環(huán)節(jié)的創(chuàng)新訓(xùn)練

在授課過程中發(fā)現(xiàn)部分同學(xué)對高分子科學(xué)領(lǐng)域有著濃厚的興趣,而課上的時(shí)間已難以滿足他們強(qiáng)烈的求知欲和鉆研精神,因此,結(jié)合大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目,讓一些學(xué)習(xí)興趣濃厚的學(xué)生組成科研小組,通過申報(bào)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目,獲得經(jīng)費(fèi)支持,進(jìn)行科研實(shí)訓(xùn)活動(dòng),進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。目前為止,《高分子物理》專業(yè)選修課的開設(shè)已經(jīng)有3年時(shí)間,每年均有學(xué)生考取東北師范大學(xué)、東北大學(xué)等學(xué)校的高分子相關(guān)方向的碩士研究生。2016年科研小組申報(bào)的課題“紅外光譜(FTIR)法分析快餐食品用塑料包裝材料的成分及安全評價(jià)”獲批沈陽師范大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目,發(fā)表學(xué)術(shù)論文1篇[18];2017年科研小組申報(bào)的課題“氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法測定兒童泡沫塑料中甲酰胺的含量”獲批遼寧省大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目支持,目前實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中。

3教學(xué)反思

《高分子物理》作為師范院校化學(xué)類專業(yè)的一門專業(yè)選修課,盡管學(xué)時(shí)少、內(nèi)容多、理論性強(qiáng)、難理解,但在嚴(yán)格闡明基本概念的基礎(chǔ)上,緊抓結(jié)構(gòu)與性能相互關(guān)系這條主線,采用多種教學(xué)方法和教學(xué)手段,也能提高教與學(xué)的互動(dòng)性,加大實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的教學(xué)效果,有助于提高教學(xué)質(zhì)量。然而,在教學(xué)過程中仍存在一些值得思考的方面:1)高分子物理屬于交叉學(xué)科,涉及化學(xué)、數(shù)學(xué)和物理學(xué)知識,對任課教師的知識水平提出了更高的要求。作為專業(yè)選修課的任課教師,需要潛心研究教學(xué)內(nèi)容,不斷吸納新知識和新方法,積極進(jìn)行教學(xué)改革與創(chuàng)新,將知識傳授到位。2)學(xué)生選課存在盲目性。一方面體現(xiàn)在學(xué)生對課程的簡單理解,存在著“想當(dāng)然”的選課思想,缺乏必要的引導(dǎo);另一方面,學(xué)生往往憑興趣選課,選課分散,沒有與考研、就業(yè)相結(jié)合,缺少整體規(guī)劃和學(xué)業(yè)設(shè)計(jì)。3)學(xué)校對專業(yè)選修課的重視程度往往低于必修課,使得專業(yè)選修課的教學(xué)資源、教師配備不足,需要增加專業(yè)選修課的教學(xué)投入和人才引進(jìn),等等?？傊?提高專業(yè)選修課的教學(xué)質(zhì)量,對實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)目標(biāo)起著重要的作用。

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作者:孫秋菊 初增澤 武士威 李娜 單位:沈陽師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院