基于情境教學模式下“高分子材料學”教學實踐

朱林華 戴春燕

摘? 要：情境教學法通過將教學內容引入到生動活潑的教學情境過程中，使抽象難懂的知識場景化，從而讓學生能夠更加透徹地了解相關理論知識。“高分子材料學”課程是應用化學專業普遍開設的核心課程，其專業性和實踐性強，學習難度大。文章以“高分子材料學”課程為例，討論了基于參與式、實驗式、生活式和仿真式“高分子材料學”情境化教學，該方法能夠提升學生學習興趣，極大提高了教學效果。

關鍵詞：情境教學;高分子材料學;教學手段

Abstract： The situational teaching method introduces the teaching content into the lively teaching situation process to make the abstract and difficult to understand the context of the knowledge， so that students can understand the relevant theoretical knowledge more thoroughly. The "Polymer Materials Science" course is a core course commonly offered by applied chemistry majors. It is highly professional and practical and difficult to learn. Taking the course of "Polymer Materials Science" as an example， this article discusses the contextualized teaching of "Polymer Materials Science" based on participatory， experimental， life-style and simulation. This method can enhance students' interest in learning and greatly improve the teaching effect.

Keywords： situational teaching method; polymer materials; teaching method

“高分子材料學”是應用化學專業普遍開設的核心課程，在應用化學相關專業培養體系中占有重要的地位。目前大都采用關鍵知識點介紹和基礎理論推導為主的教學方法。目前“高分子材料學”課程的教學方式單調，還有部分高分子教師直接以PPT照搬課本講授為主要形式，并且偏重于高分子材料基礎知識點的講解。因此，在高分子材料學教學過程中，存在學生被動學習，課堂效率低，未能達到理想的教與學效果。

一、情境教學法及“高分子材料學”課程特點

情境教學法是指在課程教與學過程中，教師有意識地加入或穿插具有一定畫面感、形象生動或者具體的教學場景，學生通過主動參與和體驗這些場景，從而促使學生更容易掌握教學內容，并且促使學生的主動學習心理得到發展的教學方法[1-2]。情境教學法是以培養學生提出、分析和解決問題的能力，增強學生獨立思考能力及提高學生實踐意識，從而達到改善教學效果的一種教學方法[2-4]。情境教學法能有效地將復雜的理論基礎知識點和簡單的、實際的、理性的認知等諸因素合為一體，是一種較為有效的符合學生主動學習心理的教學方法[5]。近年來，情境模擬教學法在國內外許多高校的各類專業中得到了推廣應用，并取得了明顯的教學效果。

“高分子材料學”課程是應用化學專業本科學生的核心課程，涵蓋高分子化學，高分子物理，高分子材料的結構與性能，功能高分子材料和常見聚合物材料的性能、加工和應用等內容。課程設置力求學生在高分子材料結構、性能、制備、加工和應用等方面有基本了解和掌握，為從事高分子材料相關工作打下基礎。此課程涉及到眾多的概念和復雜的公式演算等，是一門知識交叉性很強的核心課程[6]。

在實際教學中，由于“高分子材料學”課程是一門理論基礎和實際應用相結合精密的課程，教師和學生在“高分子材料學”教與學的過程中都存在相當的困難，主要表現在：（1）學習內容以理論基礎為主，難度大。“高分子材料學”的知識交叉較強，兼具有機化學、高等數學、機械學科等相關知識，學生學習本課程之前應該具有有機化學和高等數學等相關知識;（2）知識點多，“高分子材料學”涉及范圍廣。現有“高分子材料學”教材的理論知識多，也有部分高分子應用案例，但知識點多而分散，難以給學生培養深刻的宏觀認識。（3）應用實踐性強。作為應用化學專業開設的核心課程，需要為高分子開發的關鍵技術提供基本的知識儲備，與實際高分子相關生產結合緊密，對學生高分子專業知識和實際動手能力要求較高。（4）教師教學水平有限。高分子材料專業的教師不但需要具有高分子材料的理論知識，并且具有在相關企業從事高分子開發的實戰經驗，能夠將理論和實際應用結合起來。由于上述原因，高分子材料學課程教學實踐難以實現，加上高分子材料學課程教學中對軟硬件的投入不夠，使高分子材料學教學難以取得預期的教學效果。

針對“高分子材料學”課程教學中存在的困難，情境模擬教學法是以培養學生提出、分析和解決問題的能力，增強學生獨立思考能力及提高學生實踐意識，從而培養高分子材料應用型專門人才，具有以下優勢：

1. 融合理論和實踐教學。將理論教學內容置于有趣的，生動的，有畫面感的情境之中，根據高分子材料學的教學內容，讓學生參與到畫面感的情境中，通過觀察高分子現象或者解決高分子實際問題，代替較為記憶式學習，提高高分子教學的效果。

2. 提高學生學習高分子材料學興趣。完整的現實或虛擬情境能夠讓學生邊學習邊實踐，理論教學知識有所依托，也可以引導學生把教學知識點串聯起來，能夠讓學生擺脫高分子材料純理論學習的枯燥晦澀，同時幫助學生快速見到高分子理論知識的運用效果，提高學生的學習高分子材料的興趣。

3. 節約高分子材料的教學資源。如果把學生的學習環境置于真實的生產和生活場景中，需要大量的高分子相關資源投入，并且，高分子相關企業基于自身安全等因素的考慮，給予學生的參觀學習機會也較少，高分子材料情境模擬教學法可以達到與高分子企業生產活動較為接近的效果。

4. 改善高分子材料教學傳遞方式。傳統高分子材料授課教學中，教師和學生之間是授與學的關系;高分子材料學情境教學過程中，知識傳授由單向教學轉化為互動教學，促進學生創新性思維，提高了高分子課堂教學質量。

在“高分子材料學”情境教學法時，需要對“高分子材料學”課程的知識點進行系統分析，明確哪些知識點適用于情境教學，并結合參與式、實驗式、生活式和仿真式情境模式，建立相關知識點的典型素材庫，引導學生主動融入高分子材料情境教學環節，在潛移默化中培養學生的高分子材料工程實踐能力和創新意識。

二、應用案例分析

總結作者曾在高分子相關企業工作的經驗，且長期在“高分子材料學”課程中理論結合實際開展情境教學實踐，經過經驗積累發現，如下五種情境教學手段能一定程度上提高“高分子材料學”教學效果。

（一）參與式情境教學

參與式情境教學是指班級成員協作完成某一特定情境任務，對相關知識進行講解說明、現場示范的一種理論和實踐相結合的教學方法。在“參與式”課程教學中，學生更易理解和掌握相關的理論知識和操作技能[7]。例如，以高分子數均分子量和重均分子量講解為例，隨機選取21位學生，以他們的身高為例，讓學生從矮到高排列，第11位（最中間）同學的身高可以近似認為是數均分子量;學生從矮到高的位置不變，將學生分為前后2組，使前組的“身高和”等于后組的“身高和”，則前后組相鄰學生的身高可以近似認為是重均分子量（圖1）。再如，研究自由基共聚組成的2個關鍵因素：競聚率和單體組成，以女生和男生分別比作2種聚合物單體，用過獨木橋的情景來描述該過程。顯然，男女比例相近時，男生力氣大導致經過獨木橋的男生更多，這種現象可以歸結為單體的競聚率;隨后，女生足夠多，則經過獨木橋的女生數也相應增加，該現象解釋單體組成對自由基共聚的影響。這樣參與情境可以更好的理解共聚組成的關鍵因素：競聚率和單體組成。參與式教學強化與拓展了學生能力，實現了由單純傳授知識的教學體系轉變為傳授知識與探索研究相結合的教學模式。通過參與式的教學方法，培養學生對理論知識點的分析、加工和綜合概括能力。

（二）實驗式情境教學

化學是一門實驗學科，高分子材料學也不例外。在高分子材料學課堂教學中，針對其基本概念和理論，加上相應的高分子實驗情境再現，有利于學生對高分子材料基本概念和基本理論的深入理解。例如，在高分子聚合方法講解時，可以通過邊演示實驗邊講解的教學方法。這樣，學生可以更形象地了解本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合和乳液聚合在聚合成分，聚合場所，生產特征，產品特征等方面的知識。上課時也可以利用簡易進行實驗式情境教學。應用普通醫用注射器模擬磨具的磨口，現場觀察擠出的高分子，說明高分子擠出物具有脹大現象，加快高分子擠出速度，出現高分子不穩定性流動，如波浪形、不穩定破裂等。

（三）生活式情境教學

高分子材料課程中部分內容是抽象的理論內容，在課堂上引入日常生活和經歷的情境，可讓學生先感性認識教學內容，爾后上升到理性認識[8]。例如，爬桿效應：高聚物濃溶液或熔體是在攪拌時會順著攪拌棒向上爬的現象，當我們把棉線投入水中后，攪拌時，棉線也會發生爬竿現象，其實濃溶液或者熔體的高分子鏈就如棉線。應力松弛：在恒定的溫度和高分子形變不變的情況下，高分子材料內部應力隨時間增加而逐漸衰減的現象;女同學扎辮子的橡皮筋會慢慢失去彈性，可以很好地解釋應力松弛的特點。高分子鏈運動：通過鏈段的依次運動來完成，正如蚯蚓的蠕動，由前一運動單元的運動帶動其鄰近運動單元運動，這樣依次傳遞下去，最終完成高分子鏈運動。由若干個鍵組成的一段可作為一個獨立運動單元的鏈，稱為鏈段。高分子長鏈發生質心移動，必須通過鏈段的依次運動來完成，正如蚯蚓的蠕動，由前一運動單元的運動帶動其后鄰近運動單元運動，這樣依次傳遞下去，最終完成整體的質心移動。

（四）仿真式情境教學

虛擬仿真技術是利用互聯網、人工智能和虛擬現實技術等建構的在一定場景下模擬真實實驗設備的虛擬實驗軟件教學系統，利用該教學系統可以將真實的教學用實驗設備以及整個實驗流程虛擬化的呈現出來，學生有一種親身體驗的感覺[9]。通過三維仿真實驗平臺，能夠實現傳統實驗教學模式難以達到的教學效果，可使抽象枯燥的教學變得豐富多彩，教學過程變得更加直觀、生動。在高分子材料學課程中，可以通過仿真式情境教學講解“高分子材料學”中生澀難懂地重難點內容。例如，用Flash動畫模擬高分子注塑成型加工（圖2），可以正確直觀認識擠出機的組成結構、模具系統結構和擠出成型原理，逼真的模擬擠出成型的操作過程。通過虛擬仿真教學，學生在虛擬的場景中可以熟悉擠出機的操作原理和操作步驟，并掌握擠出成型過程中參數設置的方法。

（五）微課的情境教學

微課情境教學是在教學過程中，圍繞確定教學知識點錄制的短視頻課程，微課視頻通常具有較好的生活性和趣味性，易于讓學生接受、理解和掌握知識點[10-12]。在教學過程中，充分利用“互聯網+”思維，錄制微課進行情境教學。針對高分子材料教學過程中具體教學知識點，學生也可以Google或百度學術搜索該高分子知識點的相關微課視頻，并從不同角度分組進行學習、整理和剖析。學生在課堂上采用小組匯報和相互提問等形式，對各小組學習高分子的情況進行綜合評價，隨后教師再結合高分子教學知識點、重點及難點進行系統總結歸納。通過確定高分子教學目標，Google或百度學術搜索和整理，小組討論，學生由被動學習高分子材料為主動有興趣積極參與學習，對一些高分子難理解的內容有了深刻認識。

三、使用評價

情境教學積極倡導體驗式、互動式和啟發式的教學方法，構筑“實踐和理論”相結合的教學方式，激發了學生學習的主動性，從而使學生對高分子材料產生濃厚的興趣。但情境教學也有使用條件，必須考慮高分子材料學課程的知識點和學生數量等因素。要合理地應用高分子情境教學法，需注意以下關鍵點。（1）高分子材料知識點的選擇：開展情境教學，需要對高分子知識點進行篩選，特別是涉及高分子三級結構，高分子共聚合等理論性較強的重難點，找出適合情境教學的知識點。（2）課堂過程中情境教學環節設置要適度，情境教學與其他教學方法互相穿插結合，不能整堂課使用情境教學，通過教學經驗，約課堂1/3時間采用情境教學較為合適。（3）在高分子情境教學過程中，評價綜合成績時，需要有客觀的標準。

自從“高分子材料學”情境教學實踐來，作者也有如下困難。（1）時間成本：備課過程的工作量增加，包括相關素材收集和情境教學內容的設計等;（2）資金成本：實驗式和仿真式情境教學需要投入較多的資金，購買相應的道具、設備和軟件，甚至需要在實驗室和機房等專門教室進行教學。（3）學生學習高分子材料習慣的轉變：高分子材料情境教學法需要調動學生的學習心理，與“滿堂灌”模式差異大，消除學生情境教學的“害羞”等心理情緒，使學生從被動接收高分子知識中跳出來，這需要教師與學生的互相適應，增加了高分子材料學開展情境教學的難度。

2017年以來，采用情境教學模式，已經取得較好的教學效果。主要體現在以下2方面：（1）采用不記名問卷調查的形式，獲得了高分子材料課程情境教學的作用和效果。發調查問卷143份，問卷回收率l00%。從問卷調查的結果可以看出，95.8%的學生都很贊同情境教學模式;93.3%的學生認為情境教學比傳統教學模式更能激發學習興趣;91.8%的學生認為情境教學更有利于理解和掌握高分子材料的結構和原理;90.2%的學生認為情境教學模式有利于提高學生的綜合素質。由此可看出，在高分子材料學課程的情境教學模式能夠得到學生的普遍認可。（2）高分子材料學課程期末考試成績有明顯提高。情境教學模式前，卷面分數不及格率為18.9%左右，學生對高分子材料的結構、性能和應用掌握不夠扎實，容易丟分;通過情境教學，學生的期末考試成績及格率明顯上升，卷面80分以上達到53%以上，不及格率僅為5%，可見學生對基礎知識的掌握明顯增強。

參考文獻：

[1]李可鋒.基于真實情境組織教學發展學生的核心素養——以“全球性的環境問題——酸雨”教學為例[J].化學教育（中英文），2019，40（3）：45-51.

[2]張月蘭.“互聯網+”推進情境體驗式教學路徑的優化[J].物理教師，2019，12：37-39.

[3]劉源，唐斌，杜軍.情境化教學在物理化學教學中的運用[J].化學教育（中英文），2015，36（22）：25-27.

[4]黃建平.情景教學法在高校教學中的應用——以“數據處理”類課程為例[J].中國成人教育，2016，13：103-105.

[5]姜波.參與式教學法的教學模式研究[J].黑龍江高教研究，2017，273（1）：165-167.

[6]顏靜，姚東東，耿旺昌，等.“對比實驗+現象驅動的知識挖掘”在高分子材料合成創新實驗教學中的嘗試與運用[J].化學教育（中英文），2019，40（24）：34-38.

[7]豐慧，錢兆生.應用化學專業“高分子化學”課程多維互動教學模式的探索[J].化學教育（中英文），2014，35（22）：20-23.

[8]魏朋，章偉，張一風，等.以《高分子物理與化學》課程為中心的教學體系改革初探[J].高分子通報，2018，10：73.

[9]陶冬冰，梁莎莎，張旋.虛擬仿真技術在高校大型儀器共享平臺管理中的應用研究[J].實驗技術與管理，2020，04：257-260.

[10]章翰堂，董靜，汪浩，等.利用“微課”增進高分子化學理論教學有效性的研究——以乳液聚合機理為例[J].山東化工，2019，48：177-178.

[11]李翠珍，任廣元，陳碧波.工程認證背景下“高分子化學”課程教學改革[J].東華理工大學學報（社會科學版），2019，38（4）：399-401.

[12]錢永，伊綿帥，龔菁，等.精細高分子課程案例式教學法的研究與實踐[J].化工高等教育，2019，165（1）：86-90.