民族院校面向工程實(shí)踐能力培養(yǎng)的《高分子物理》課程教改模式的探討

韓 非，杜江華，劉 瀟，高 心，魏 杰

(北方民族大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 寧夏 銀川 750021)

《高分子物理》是研究高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門(mén)科學(xué)，與高分子材料的分子設(shè)計(jì)、合成工藝、改性方法、成型工藝、實(shí)際應(yīng)用等都有非常密切的聯(lián)系，是高分子材料與工程及其相關(guān)專(zhuān)業(yè)的最重要的，也是必不可少的專(zhuān)業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課之一。是研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門(mén)學(xué)科， 其主要任務(wù)是使學(xué)生掌握有關(guān)聚合物的多層次結(jié)構(gòu)、分子運(yùn)動(dòng)及主要物理、機(jī)械性能的基本概念、基本理論和基本研究方法，建立高分子的結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系，為從事高分子設(shè)計(jì)、改性、加工、應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[1]。針對(duì)民族院校學(xué)生的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)其他高校學(xué)生薄弱的實(shí)際狀況，本課程的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握高分子材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系以及高聚物分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，為后續(xù)的高聚物成型加工工藝、聚合反應(yīng)工程等專(zhuān)業(yè)課打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本課程的主要任務(wù)是系統(tǒng)闡述高分子的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性能以及相互聯(lián)系，主要內(nèi)容包括高分子的結(jié)構(gòu)、分子運(yùn)動(dòng)和高分子材料的高彈性、粘彈性、流變性、電性能、力學(xué)強(qiáng)度和溶液性質(zhì)。增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐意識(shí)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行工程實(shí)踐教育[2-4]。

1 民族高校高分子物理課程現(xiàn)狀

目前高校關(guān)于高分子物理課程教學(xué)中，尤其在我們民族院校不可避免的出現(xiàn)以下兩個(gè)問(wèn)題：

一個(gè)方面，高分子物理課程教學(xué)課時(shí)較少，普遍為80課時(shí)及16～32課時(shí)的實(shí)驗(yàn)課，而我們民族院校只有64課時(shí)理論課時(shí)，面對(duì)的高分子物理信息量很大，概念、原理性的問(wèn)題需要較多課時(shí)講授，對(duì)化學(xué)、數(shù)學(xué)和物理都需要一定的基礎(chǔ)；并且教學(xué)難點(diǎn)很多[5-6]：高分子構(gòu)像的理解以及分布統(tǒng)計(jì)、Flory-Huggins似晶格模型的構(gòu)建條件及應(yīng)用、自由體積理論等。設(shè)計(jì)的范圍較廣，包括各類(lèi)學(xué)科的交叉，在有限的課時(shí)條件下很難完成詳細(xì)完整的講解。

另一方面，由于高分子物理課程的理解強(qiáng)調(diào)基本概念、理論以及應(yīng)用。尤其對(duì)于民族高校中部分學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，很難對(duì)于概念理論在實(shí)際現(xiàn)象解釋中加以利用，如果教師僅僅在課程中以教材為模板，灌輸式的填鴨教學(xué)，則只能是機(jī)械介紹內(nèi)容，或是在PPT上簡(jiǎn)單介紹內(nèi)容，缺乏學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)積極性，也不可能在本課程后續(xù)的學(xué)習(xí)中獨(dú)立思考問(wèn)題，以基礎(chǔ)概念、理論來(lái)解決實(shí)際生活中處處可見(jiàn)的高分子問(wèn)題[7-8]。當(dāng)然也就談不上對(duì)于接下來(lái)所學(xué)習(xí)的課程予以理解貫通。

2 教學(xué)改革

面對(duì)出現(xiàn)的種種問(wèn)題，從北方民族大學(xué)材料學(xué)院高分子專(zhuān)業(yè)14級(jí)開(kāi)始，至今對(duì)兩屆學(xué)生進(jìn)行了教學(xué)改革，主要分為課程教學(xué)改革以及實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)改革。

2.1 課程教學(xué)改革

2.1.1 內(nèi)容改革

對(duì)于高分子物理課程主線進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)化，包含結(jié)構(gòu)與性能兩個(gè)主要方面。從熟悉的小分子入手，了解小分子與高分子的區(qū)別，從一次、二次到遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)，展開(kāi)高分子的柔順性、鏈段的獨(dú)特運(yùn)動(dòng)形式后所呈現(xiàn)出的鏈的運(yùn)動(dòng)特性以及其熵彈性粘彈性等內(nèi)容。在實(shí)際講授過(guò)程中，利用生活中高分子的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)于基礎(chǔ)知識(shí)的了解，可以采用生活實(shí)例，例如在講解高分子溶液具有的粘度以及松弛時(shí)間方面，以一杯高分子溶液與一杯水在同時(shí)被子彈擊中后所產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)狀況為例，來(lái)了解高分子溶液以及加深對(duì)于高分子溶液特用現(xiàn)象的理解。也可以利用形象法，比如高聚物的熔體或是高分子的溶液在攪拌時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生爬桿現(xiàn)象，可用PPT為媒介，演示當(dāng)把一些線條放入溶液當(dāng)中，給于一定的攪拌速度，也會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似的現(xiàn)象；以此形象法使學(xué)生理解高分子的熔體或是高分子溶液依然是由高分子鏈所構(gòu)成，類(lèi)似于線團(tuán)。

2.1.2

方法改革高分子物理課程內(nèi)容較多，所涵蓋的知識(shí)面很廣，包括四大基礎(chǔ)化學(xué)以及高分子化學(xué)，部分章節(jié)還需要高等數(shù)學(xué)以及大學(xué)物理的基礎(chǔ)性知識(shí)。而民族高校中部分學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，在大學(xué)學(xué)習(xí)期間又缺乏自管能力，導(dǎo)致在講解中困難重重。因此，我們結(jié)合民族院校實(shí)際情況，對(duì)于班級(jí)學(xué)生進(jìn)行分組討論式的互動(dòng)教學(xué)，把不同學(xué)習(xí)成績(jī)，學(xué)習(xí)程度的學(xué)生分成一個(gè)個(gè)學(xué)習(xí)小組，對(duì)于出現(xiàn)的概念讓組內(nèi)成員先進(jìn)行總結(jié)以及擴(kuò)展理解，之后鄰近小組互相提問(wèn)以及解答，以此提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。例如，高分子聚合物在成型加工過(guò)程多以熔體形式進(jìn)行，其中包括以下溫度：脆性溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔限、粘流轉(zhuǎn)變溫度以及分解溫度。在理解各個(gè)溫度基本概念的基礎(chǔ)上，分小組找出其中的規(guī)律，尤其是結(jié)構(gòu)因素和環(huán)境因素改變的情況下，各個(gè)溫度的改變形式。通過(guò)小組作業(yè)，既能夠加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于本課程的理解，而且對(duì)于后續(xù)課程(類(lèi)似橡膠成型工藝以及塑料成型工藝)的課程設(shè)計(jì)中的分工合作，都能起到積極推動(dòng)的作用。

2.2 實(shí)踐教學(xué)改革

北方民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子專(zhuān)業(yè)于2006年招生，是國(guó)內(nèi)成立較晚的高分子專(zhuān)業(yè)，在高分子物理實(shí)踐教學(xué)改革起步較晚。但面對(duì)我國(guó)工業(yè)化的高速發(fā)展，對(duì)于專(zhuān)業(yè)工程技術(shù)人才的需求，如何改革高分子物理實(shí)驗(yàn)以及相對(duì)應(yīng)的實(shí)踐改革，是放在我們民族高校面前的急需解決的問(wèn)題。面對(duì)民族高校學(xué)生學(xué)科基礎(chǔ)差異性較大，整體培養(yǎng)目標(biāo)人群為少數(shù)民族地區(qū)的學(xué)生，在經(jīng)過(guò)近十年的教學(xué)嘗試，我們?cè)谌齻€(gè)方面期許對(duì)高分子物理進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)改革：

(1)教學(xué)課程中的理論聯(lián)系實(shí)際，例如在講授玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)之后，實(shí)驗(yàn)課程中會(huì)安排大家了解差式掃描量熱器(DSC)的原理及實(shí)際操作，要求學(xué)生掌握利用DSC測(cè)試Tg的具體應(yīng)用，同時(shí)要求學(xué)生自己利用教材知識(shí)，自己學(xué)習(xí)自由體積理論，并利用其設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試聚合物的Tg。這樣既調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能夠深刻廣泛的掌握所學(xué)習(xí)的知識(shí)。

(2)實(shí)驗(yàn)課。我們由于辦學(xué)時(shí)間短，在不斷滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)需求的下，逐漸完善教學(xué)體系，主要包含表1實(shí)驗(yàn)內(nèi)容[9]。

表1 高分子物理實(shí)驗(yàn)

(3)實(shí)踐實(shí)習(xí)。從專(zhuān)業(yè)設(shè)置之初，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)教師就達(dá)成一致，高分子專(zhuān)業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)理論知識(shí)的同時(shí)，一定不忘走出學(xué)校，在工廠企業(yè)的實(shí)際設(shè)備、問(wèn)題中回顧自己、檢視自己是否合格的完成了學(xué)習(xí)。例如我們?cè)谥v授聚合物的靜態(tài)力學(xué)行為內(nèi)容中，對(duì)于蠕變的學(xué)習(xí)很多學(xué)生缺乏實(shí)際認(rèn)識(shí)，我們便與周邊的乳膠手套生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行互助合作，與學(xué)生深入工廠，與工程師面對(duì)面進(jìn)行溝通，了解蠕變性能對(duì)于制品的影響，以此加深學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的理解。

3 結(jié)語(yǔ)

民族高校高分子物理課程的學(xué)習(xí)，在與其他高校相比有他的特殊性，我們面對(duì)的學(xué)生以及學(xué)生通過(guò)四年的本科學(xué)習(xí)對(duì)于社會(huì)的貢獻(xiàn)均不一樣，在這樣的前提下，我們希望通過(guò)一系列課程、一系列改革對(duì)于學(xué)生在高分子物理的學(xué)習(xí)中能夠真正做到學(xué)以致用。

[1] 彭桂榮，李青松，李青山，等. 《高分子物理》教學(xué)中的幾點(diǎn)體會(huì)[J].高分子通報(bào),2007 (8):60-63.

[2] 雅 菁，劉志鋒，辛 穎，等．材料類(lèi)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)中心建設(shè)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐[J]． 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2009(1):27-30．

[3] 何 峰，馮小平，謝峻林．材料專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐[J]． 實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012( 2):9-12．

[4] 劉仿軍，鄢國(guó)平，喻湘華，等．高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐[J]．武漢工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31(6):88-91.

[5] 金日光,華幼卿.高分子物理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[6] 何曼君,張紅東,陳維孝,等.高分子物理[JM]上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2007.

[7] 馬德柱,何平笙,徐種德.高聚物的結(jié)構(gòu)與性能[M].2版.北京:科學(xué)出版社,1995.

[8] 梁紅波，鐘 衛(wèi)，熊 磊．高分子物理課程的教學(xué)體會(huì)[J]． 高教論壇，2009(1):80-81．

[9] 李 谷，符若文.高分子物理實(shí)驗(yàn)[M].北京：化工工業(yè)出版社，2014.