關(guān)于提高《高分子物理》教學(xué)效果的幾點(diǎn)改革意見

周 瑾，錢立武，錢金明，黃志良

(池州學(xué)院，安徽 池州 247100)

《高分子物理》課程作為高分子材料與工程專業(yè)的必修基礎(chǔ)理論課，其重要性無以言表。它和高分子化學(xué)作為專業(yè)基礎(chǔ)理論課程，對高分子專業(yè)的課程學(xué)習(xí)起至關(guān)重要的作用，學(xué)好這門課程可以為《高分子材料加工》《高分子材料改性》等后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

但是，《高分子物理》是一門理論性非常強(qiáng)的課程，具有概念多、公式繁雜、知識點(diǎn)零碎、數(shù)學(xué)推導(dǎo)繁多的特點(diǎn)[1-2]，因此需要物理、數(shù)學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)等多學(xué)科知識作為基礎(chǔ)[3-4]。而且《高分子物理》是一門新興的學(xué)科，是在人們長期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的，即實(shí)踐先于理論[5]。因此，在實(shí)際的教學(xué)過程中，如果授課教師只是一味地講解、放映多媒體課件或者板書推導(dǎo)公式等方式進(jìn)行教學(xué)，會導(dǎo)致課堂氣氛沉悶，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高[1]，甚至打瞌睡、玩手機(jī)等，教學(xué)效果可想而知。因此，針對這門“難教”又“難學(xué)”的課程，如何能夠在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)，高質(zhì)量地完成教學(xué)任務(wù)，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的課題。因此，針對《高分子物理》學(xué)科的特殊性，結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，筆者對提高《高分子物理》教學(xué)效果提出以下幾點(diǎn)探討意見。

1 適當(dāng)介紹高分子科學(xué)的發(fā)展簡史

在課程的一開始，適當(dāng)介紹高分子科學(xué)的發(fā)展簡史及對高分子科學(xué)發(fā)展有重大貢獻(xiàn)的高分子科學(xué)家的勵志故事。例如，高分子科學(xué)的創(chuàng)始人Hermann Staudinger在提出高分子是由長鏈大分子構(gòu)成的觀點(diǎn)時(shí)，動搖了傳統(tǒng)的膠體理論的基礎(chǔ)，因此，他的觀點(diǎn)遭到膠體論者的激烈反對，有的學(xué)者曾勸告說：“離開大分子這個概念吧！根本不可能有大分子那樣的東西”，但是施陶丁格沒有退卻，他更認(rèn)真地開展有關(guān)課題的深入研究，堅(jiān)信自己的理論是正確的。經(jīng)過不斷的實(shí)驗(yàn)研究，許多實(shí)驗(yàn)結(jié)果逐漸證明施陶丁格的理論更符合事實(shí)，1932年，施陶丁格總結(jié)了自己的大分子理論，出版了劃時(shí)代的巨著《高分子有機(jī)化合物》成為高分子科學(xué)誕生的標(biāo)志。除了Hermann Staudinger之外有很多科學(xué)家為高分子科學(xué)的發(fā)展做出了重要的貢獻(xiàn)，Karl Ziegler、Giulio Natta、Paul J. Flory等等，他們的主要貢獻(xiàn)見表1。有了這些滿滿的“正能量”，相信一定能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

表1 高分子科學(xué)家與諾貝爾獎Table 1 Polymer scientists and Nobel prizes

2 引入高分子科學(xué)的最新理論，激發(fā)同學(xué)探索高分子科學(xué)的激情

高分子科學(xué)作為一個年輕的學(xué)科，很多的理論體系仍不夠完善，一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象也不能很好地被解釋，甚至原本認(rèn)為正確的理論會被推翻。因此，高分子物理理論體系在不斷更新，每年都會有一些新的理論研究成果發(fā)表。在講解高分子物理中的相關(guān)理論的同時(shí) ，適當(dāng)介紹最新的理論研究成果，一方面能促進(jìn)學(xué)生對理論知識的理解，另一方面能激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)知識、勇攀科學(xué)高峰的激情。

3 充分發(fā)揮高分子物理實(shí)驗(yàn)的作用

根據(jù)本專業(yè)人才培養(yǎng)方案，高分子物理理論課程和實(shí)驗(yàn)課程是在同一學(xué)期開設(shè)，為了改善高分子物理的課堂教學(xué)模式，提高高分子物理課程的教學(xué)效果將高分子物理理論課程與高分子物理實(shí)驗(yàn)課程有機(jī)結(jié)合起來，即將理論講解與實(shí)驗(yàn)操作進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，一方面實(shí)驗(yàn)操作可以加深理論知識的理解和記憶，同時(shí)，理論知識又可以為實(shí)驗(yàn)的操作提供理論依據(jù)，并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3.1 在理論課程中展示高物實(shí)驗(yàn)儀器的原理

在講授理論課程的時(shí)候，將相關(guān)實(shí)驗(yàn)的儀器或測試原理以動畫或短視頻的形式進(jìn)行展示，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。例如，在講到平均分子量的定義及其測定方法時(shí)，可向?qū)W生展示凝膠滲透色譜儀(GPC)的結(jié)構(gòu)及色譜柱的分離原理，促進(jìn)學(xué)生理解高分子化合物分子量的不均一性，即同一樣品中的分子鏈長短不一，之后再引入分離后的各個組分按照不同的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行求平均，即得聚合物的幾種不同平均分子量的定義。這樣有利于學(xué)生掌握高分子化合物具有分子量多分散性的特點(diǎn)，并加深對各種統(tǒng)計(jì)平均分子量的理解和記憶，又能使學(xué)生掌握凝膠滲透色譜儀測分子量的基本原理。

3.2 理論課程與實(shí)驗(yàn)課程同步進(jìn)行

根據(jù)高分子物理理論課程的教學(xué)進(jìn)度表合理、巧妙地安排高分子物理實(shí)驗(yàn)的各個項(xiàng)目，使學(xué)生在學(xué)習(xí)完理論課程之后及時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，一方面加深對所學(xué)的概念、理論知識加深理解和記憶，另一方面結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作掌握實(shí)驗(yàn)儀器的測試原理、儀器操作及注意事項(xiàng)。例如，在講到聚合物的結(jié)晶形態(tài)時(shí)，對于最常見的結(jié)晶形態(tài)--球晶的結(jié)晶過程過于抽象化，學(xué)生不容易理解，可將偏光顯微鏡觀察聚乙烯的球晶形態(tài)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排在理論教學(xué)之后，學(xué)生通過偏光顯微鏡直接觀察球晶的生長過程，印象深刻。

3.3 將一些“微型小實(shí)驗(yàn)”引入課堂

高分子物理課程里有很多的概念和理論，學(xué)生理解起來有一定的難度，單純通過多媒體的模擬演示不能有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對于一些簡單、易于操作、沒有危險(xiǎn)性的實(shí)物和小實(shí)驗(yàn)，可以引入課堂，起到活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生積極性的效果，還可以請學(xué)生參與，自己動手，主動學(xué)習(xí)。例如，在講到高分子鏈的內(nèi)旋轉(zhuǎn)構(gòu)象時(shí)，分子鏈在空間的旋轉(zhuǎn)非常抽象，可借用有機(jī)化學(xué)中的烷烴的球棍模型，組合成一定長度的碳鏈，從小分子的構(gòu)象引入，理解高分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)構(gòu)象，還可請同學(xué)自己對長鏈的球棍模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，觀察不同構(gòu)象時(shí)分子鏈的形態(tài)。又如，在講到高分子溶液的“似晶格理論”時(shí)，計(jì)算混合過程的熵變時(shí)需要先計(jì)算混合前后體系的微觀狀態(tài)數(shù)，該理論將溶液體系中溶劑分子及聚合物鏈段的排列看做是在晶格中的排列，一個溶劑分子占據(jù)一個格子，一個高分子占據(jù)x個相連的格子，進(jìn)而通過統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論計(jì)算體系的微觀狀態(tài)數(shù)。因此，在教學(xué)中可以用棋盤模擬晶格模型，黑子和白子分別表示聚合物鏈段和溶劑分子，進(jìn)行排列，也可以讓學(xué)生自己動手“排一排”，理解體系微觀狀態(tài)數(shù)的計(jì)算公式。再如，在講到聚合物流體的流動特性時(shí)，為了讓學(xué)生更好地理解聚合物的高黏度和隨著剪切速率提高黏度降低的特性，可將聚合物溶液和水帶到教室，讓同學(xué)們自己“攪一攪”，對比之中感受聚合物的“粘性”，并不斷提高攪拌速度，感受聚合物流體“剪切變稀”的假塑性流體的特性。

4 結(jié)語

在高分子物理的教學(xué)過程中，教師充分發(fā)揮指導(dǎo)者的作用，從學(xué)科背景、學(xué)科前沿及實(shí)驗(yàn)教學(xué)三個方面切入，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，發(fā)揮學(xué)生的課堂主體者的作用，讓學(xué)生主動學(xué)習(xí)，相信一定能改善高分子物理的教學(xué)效果。