提高高分子物理课堂教学效果的实践与探索

侯维敏，詹世平

侯维敏/大连大学环境与化学工程学院讲师（辽宁大连116622）；詹世平/大连大学环境与化学工程学院教授（辽宁大连116622）。

高分子物理是通过研究聚合物分子运动规律来建立结构与性能之间关系的科学。本门课在高分子材料与工程专业中的地位非常重要[1]，作为一门专业基础课，前以高等数学、有机化学、物理化学等课程为基础，后为聚合物成型加工原理和设备、高分子材料基础、高聚物流变学、聚合物表征与测试等课程奠定基础，起到承上启下的桥梁作用。但高分子物理这门课具有内容杂、概念多、抽象难懂等特点[2-3]，同学们在学习过程中普遍感到无从下手，力不从心。针对这些问题，本文通过以下几方面的改革措施来探讨如何有效提高课堂教学效果。

一、围绕主线合理安排教学内容

高分子物理内容涉及范围广且知识点杂，刚接触专业课程的学生很难适应。解决这个问题要结合自己学校的特点，根据专业的需要，围绕“结构与性能关系”的主线规划教学内容，我们目前选用的是金日光主编[4]的第三版《高分子物理》。由于课时少与内容多相冲突，还有某些章节与前铺后续的课程内容重叠，我们在授课内容上做了适当调整，精选了课程内容，重点讲授聚合物的结构、聚合物的分子运动、聚合物的溶液和熔体以及力学性质。在这些重点章节中不求全覆盖式讲授，但要把基本概念、基本理论、专业术语讲清讲透，并通过与小分子的比较，进一步掌握高分子的特点。而后面的如聚合物的流变性这章，侧重基本概念及现象的讲授，对更深的理论不作介绍，后续的专业课高聚物流变学将有详细的理论方面阐述。还有聚合物的电热光等性能以及聚合物表面与界面这两部分均由学生自学了解，学生可针对某个感兴趣的方向查阅文献，最后整理提交一个专题报告，这部分内容与之前的大学物理内容有重叠，并且还会在后续的功能高分子材料及聚合物表征与测试等专业课中做详细介绍。

为确保授课内容的连贯性和知识的整体性还做了一些讲授先后次序的调整。如第二章高分子凝聚态结构，讲授晶态聚合物部分，连带第五章中有关结晶部分的内容（结晶动力学及熔融热力学）一并讲解，这样调整可以将与结晶相关的系列知识讲授完整。还有第四章聚合物分子量及其分布属于高分子链的结构中的内容，提前至第一章高分子链的结构中进行讲解。

二、培养科研素养及工程意识

随着国家现代化的发展，对本科的教学工作提出了更高的要求，需要培养出具有创新意识与能力的研究型人才和工程实践能力的工程型人才。因此，依据国家经济发展对本专业人才提出的要求，以厚基础、宽专业口径、强的工程应用能力、高的综合素质和继续学习能力为基本出发点，加强对工科大学生进行工程实践教育及科研思维的培养，增强其创新性实践意识，以适应社会发展需要。培养学生的科研素养及工程意识主要通过以下几方面的措施。

1.在课堂上讲抽象理论时，经常举一些与日常生活等相关联的实例。每章开头都采用某个日常生活中的现象或某个实验现象或工厂生产实例引出，调动学生的好奇心，激发学生的学习兴趣，引导学生在后面讲解中自己得出答案，主动获取知识。如举例微波炉用的饭盒采用聚丙烯制作，若想使这种饭盒透明，还须加入成核剂，进而讲解加入成核剂的好处，可以加速结晶生成小尺寸球晶，这样既能增加透明度，又可以增韧提高制品抗冲击性能；还有聚氯乙烯在高温加工下很容易热分解怎么办，需要加入增塑剂降低它的加工温度才能进一步加工成型，引出增塑剂作用以及增塑剂的加入对材料力学性能的影响；介绍Kevlar纤维制备防弹衣引出液晶及液晶纺丝概念，提出为什么液晶具有超高强度，进而引出液晶结构特点，将结构与性能联系起来；通过介绍非洲原始部落穆尔西族的大嘴女人引出蠕变及应力松弛现象。

2.简单介绍高分子材料发展史以及高分子科学诺贝尔获得者的主要工作，讲述相关科学家发现问题、提出问题、解决问题的故事，培养学生科研思路。例如讲解聚合物晶态结构模型时，讲述当时科学家都做了哪些实验，发现哪些有趣的现象，最后提出何种理论结构模型来解释该现象。此外，教师自身的科研素质也需不断提高，并引入科研内容，寓科研于教学，及时补充新概念及学科前沿内容，例如通过幻灯片演示将科研中采用的主要表征手段原子力显微镜的工作原理及应用范围跟学生做个简介，并讲解如何利用它研究聚合物的结晶行为等，并展示一些结晶形貌的图片以及球晶或片晶生长的动态过程，调动学生们做科研的兴趣。

3.平日定期开放高分子材料与工程专业实验室，让学生对所学理论知识有感性认识。例如，讲结晶度表征手段时，课下老师可以带学生去实验室参观，给学生讲解差示扫描量热仪（DSC）的工作原理及应用，并指导学生使用DSC测定一些样品的重要特征温度（Tg、Tc和Tm）等；在讲聚合物结晶形态时，可以让学生使用带热台的偏光显微镜（POM）原位观察聚合物熔融结晶过程，还可让学生事先按所学的不同条件制备不同结晶形貌的聚合物，然后观察聚合物的各种结晶形貌（如球晶、串晶、柱晶和单晶等）；了解及使用聚合物加工成型设备，如讲解双螺杆挤出机的工作原理，让学生通过挤出成型加工聚合物颗粒，再使用平板硫化机根据个人喜好选择不同模具通过压制成型制备一些特色制品等；设置特色实验，如根据个人创意制备各种有机玻璃（PMMA）的工艺品等。

4.由于本校高分子材料与工程专业没有开设专业英语，用全英文进行课堂教学对于刚开始接触专业知识的大三学生不可取。但大四时学生们要面临毕业论文阶段查阅并翻译英文文献，而且今后无论参加工作还是继续深造都有查阅英文文献的需要。为了解决学生专业英语词汇缺乏的现状，我们在高分子物理教学过程中，部分标题采用英文板书，遇到专业术语等也都标注出相应的英文词汇，这样能帮助学生掌握一些专业英语词汇。本课程还在课后留给学生题目，让其查阅英文文献，提取其中的最新前沿知识，这样学生在阅读中不仅学习到高分子物理课程相关内容，而且熟悉了高分子专业英语词汇，提高了本专业学生的科研素养和能力。

三、传统与现代教学手段的互补

高分子物理的课程内容偏理论，若全部以传统板书的形式进行教学，有些抽象的知识很难讲授清楚，这时我们可利用多媒体如视频、动画等将这些难以表述的内容清晰地呈现在屏幕上，这样学生更容易接受和理解，如结晶聚合物的各种结晶形态、抽象模型及测试聚合物各种性能的仪器等均可采用多媒体演示，极大地丰富了课堂教学，提高了教学效果。但不能过分依赖多媒体，像一些理论推导、例题讲解等过程，多媒体反倒起负面效果，学生没有反应时间，大量的信息在眼前一闪而过，这种“囫囵吞枣”似的学习不利于知识的理解，若老师在黑板上边讲解边书写，则有利于学生跟上老师的思路，理解每一步间的逻辑关系。

示意模型、课堂演示在高分子物理课堂教学中同样起着重要作用。如讲聚合物结晶时，在课堂上展示了PE薄膜和PVC薄膜，并介绍了两者区别。其中PE薄膜由于结晶看上去不透明；而非晶态PVC薄膜很透明，且拉伸性和黏性都比PE保鲜膜强，但PVC保鲜膜含有致癌物质，对人体危害较大。还有讲单键内旋转、31螺旋链、自由连接链及自由旋转链这些抽象概念时自制了演示模型，使学生能直观了解这些结构。再如采用聚合物薄膜进行拉伸过程的演示，让学生清楚地看到拉伸过程中的细颈和银纹的形成。还有单轴和双轴取向薄膜、脆断和韧断的差别、聚合物爬杆现象以及聚合物溶解过程都可以在课堂上进行演示，这样可使学生更直观地获取知识，加深印象。只有将板书、示意模型、课堂演示等传统教学手段与现代的多媒体教学手段相结合，互为补充，相得益彰，才能协同提高课堂教学效果。

四、加强师生互动激发学习兴趣

对于高分子物理这种抽象难懂且理论性强的专业基础课，一定要有效地组织课堂讨论，增加师生间的交流，让学生由被动听讲变为主动参与教学活动，有助于教学相长，激发学生兴趣及创新思维。可以根据当堂课讲授内容提出相关问题，引导启发学生思维，并展开讨论，达到课堂互动效果。也可以布置课后讨论问题，分小组进行，每个组派代表发表各组讨论的结果，培养了学生发现问题、提出问题和解决问题的能力。还可以将一些了解的内容比如聚合物的电热光等性能以及聚合物表面与界面这两部分，安排学生课后自学，查阅相关资料，制作ppt幻灯片，然后在下次课安排时间上台讲解，这样不仅使学生主动获取了知识，又培养了文献检索总结和语言表达能力。除了安排课堂上互动讨论，课后也要加强师生交流，每周安排固定时间答疑辅导，及时解决学生遇到的问题。此外还要积极听取学生们的意见，可以采用问卷形式，了解学生对高分子的认识及教师授课方式的建议等，采用不记名方式，学生们可以各抒己见，这样教师就可以根据反馈的意见进行更好地改进。

五、及时归纳总结有助学生理解

每次下课前用简单几句话把本节内容小结一下，主要是本次课需掌握的重点内容；每次上课先复习上次课内容（以提问形式）；每章结束后，总结该章所学重点内容，尤其对易混淆的概念进行辨析加深印象，根据每一章知识点之间的联系找出一根主线，把这些散乱的知识像珠子一样串在一起，使之条理化、系统化，既便于理解又便于记忆。这样的总结效果很明显，有利于学生巩固本章知识。

六、加强试题库建设巩固教学效果

在高分子物理的学习过程中，很多学生上课感觉理论似乎都明白了，但实际遇到问题时又无从下手，归根结底还是因为对知识理解不深入透彻，导致无法学以致用。因此，我们进行试题库的建设，可以根据不同需求设计不同范围不同难度的试题，如平时每章练习试题、期中试题、期末试题、考研试题等，这样可以使学生课后通过练习强化对所学理论的理解，提高学生综合解决问题的能力，从而达到提高高分子物理课程教学质量的目的；对考研的同学也起到练兵的作用；有利于实现高分子物理试题命题的规范化，客观化，促进教考分离。此外，试题库的建设是一个不断发展和完善的开放过程，使高分子物理试题库命题工作能够不断随教学实践而更新与变化，使本课程的教学质量不断的提高，还可为今后高分子物理课程的数字化建设提供有力支撑。

总之，在高分子物理课堂教学中，我们始终围绕聚合物结构与性能关系的这条主线，阐明基本概念及理论。为提高课堂教学效果，争取在有限学时内让学生掌握更多专业基础知识，我们在教学内容及教学手段等多个方面进行了积极有效的改革探索与实践。通过精选教学内容，注重师生互动，加强传统与现代教学手段的协同运用，重视实践环节来培养学生的工程意识及科研素养等改革措施，不仅能激发学生学习兴趣，还能有效提高课堂教学效果。

[1] 徐世爱.改善高分子物理教学效果的几点措施[J].化工高等教育，2013（2）：80-83.

[2] 童晓梅.互动式教学法在高分子物理课程中的探讨与实践[J].广州化工，2013（5）：219-220.

[3] 朱平平，何平笙，杨海洋.浅谈高分子物理课程的教学方法[J].高分子通报，2007（8）：55-59.

[4] 金日光，华幼卿.高分子物理(第三版)[M].北京：化学工业出版社，2006.