基于對(duì)分課堂教學(xué)模式的《高分子物理》課程教學(xué)

王林艷，白靜靜，翟 燕

(太原工業(yè)學(xué)院 材料工程系，山西 太原 030008)

目前，我院正處在大力推進(jìn)特色鮮明和有重要影響的應(yīng)用型本科院校建設(shè)階段，同樣對(duì)于我們高分子材料與工程專業(yè)的教育來說，其目標(biāo)也必須是面向特色鮮明和應(yīng)用型的專業(yè)建設(shè)?！陡叻肿游锢怼芬恢弊鳛楦叻肿硬牧吓c工程專業(yè)一門重要的課程，近年來，在“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強(qiáng)能力、高素質(zhì)”原則的指導(dǎo)下，對(duì)專業(yè)課程的教學(xué)課時(shí)進(jìn)行了相應(yīng)的壓縮，為保證在有限的教學(xué)時(shí)間內(nèi)，使學(xué)生掌握該課程的主要內(nèi)容，這就急需對(duì)該課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行完善整合，并在教學(xué)中不斷更新教學(xué)方法、豐富教學(xué)手段，以期最大限度地提高教學(xué)效果[1-3]。

現(xiàn)在的課堂教學(xué)以講授為主，雖然優(yōu)秀的學(xué)生每時(shí)每刻都在配合老師，但也只是被動(dòng)的接受，而生生，師生討論的過程，使效力與能力對(duì)分，一半是教師教會(huì)的，一半是自己學(xué)會(huì)的。對(duì)分課堂[4]的原則是“內(nèi)化吸收”，先是老師精講留白，然后給學(xué)生時(shí)間內(nèi)化吸收，這時(shí)不能討論，有問題先記下，第三個(gè)階段是討論解決問題，最后是老師講授回答問題。對(duì)分課堂分為當(dāng)堂對(duì)方和隔堂對(duì)方，當(dāng)堂對(duì)方是針對(duì)某個(gè)小知識(shí)點(diǎn)的對(duì)分，老師講授到某個(gè)時(shí)刻停下來，一分鐘學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)，一分鐘同桌討論，一分鐘教師抽查兩個(gè)學(xué)生，繼續(xù)講授，當(dāng)堂對(duì)方結(jié)束。隔堂對(duì)分是以作業(yè)為基礎(chǔ)，引入差異化，個(gè)性化，反思性作業(yè)，讓學(xué)生有收獲，讓學(xué)生提前梳理成果，發(fā)現(xiàn)問題，有備而來，讓學(xué)生輸出學(xué)習(xí)成果，通過生生，師生互動(dòng)交流檢驗(yàn)，完善學(xué)習(xí)成果。

本文作者的《高分子物理》課程教學(xué)正是基于對(duì)分課堂的教學(xué)模式，提出當(dāng)堂引導(dǎo)式教學(xué)和隔堂反思式教學(xué)。

1 當(dāng)堂引導(dǎo)式教學(xué)

老師講授完一部分內(nèi)容后，給學(xué)生3 min的時(shí)間思考即將要講授的內(nèi)容，再給學(xué)生3 min的時(shí)間，以臨近座位的學(xué)生為三到五人的小組談?wù)摚粨Q答案，然后由老師抽查部分學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)的內(nèi)容。

例如，講授聚合物的力學(xué)狀態(tài)，即粘彈行為的五個(gè)區(qū)域[5-6]時(shí)，先由教師講授清楚非晶態(tài)聚合物的三態(tài)，玻璃態(tài)，高彈態(tài)和粘流態(tài)，以及兩個(gè)區(qū)域，玻璃化轉(zhuǎn)變區(qū)域和粘流轉(zhuǎn)變區(qū)域的溫度區(qū)間、運(yùn)動(dòng)單元和力學(xué)特征等內(nèi)容，如圖1所示。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合結(jié)晶聚合物與非晶聚合物的結(jié)構(gòu)異同點(diǎn)，老師提示學(xué)生結(jié)晶聚合物包含晶區(qū)和非晶區(qū)，非晶區(qū)服從于非晶態(tài)聚合物的力學(xué)狀態(tài)，而晶區(qū)可能存在晶型轉(zhuǎn)變和再結(jié)晶的過程，同時(shí)要考慮分子量的影響。先給出學(xué)生三分鐘的時(shí)間思考結(jié)晶聚合物的力學(xué)狀態(tài)，然后以臨座位的三到五名同學(xué)為小組討論三分鐘，交換答案。第四個(gè)階段是老師抽查一到兩個(gè)小組的學(xué)生，并補(bǔ)充完整相關(guān)的內(nèi)容。

圖1 非晶態(tài)聚合物的溫度-形變曲線

圖2 晶態(tài)聚合物的溫度-形變曲線(結(jié)晶度大于40%)

圖3 晶態(tài)聚合物的溫度-形變曲線(結(jié)晶度小于40%)

學(xué)生經(jīng)過前三個(gè)階段的學(xué)習(xí)，基本能完成高結(jié)晶度的溫度-形變曲線分析，如圖2所示，結(jié)晶度大于40%時(shí)，微晶體彼此連接，形成連續(xù)相，材料剛硬，觀察不到明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變；溫度高于Tm時(shí)，晶區(qū)熔融，分子量大時(shí)，非晶區(qū)的Tf大于晶區(qū)的Tm，晶區(qū)熔融，先出現(xiàn)高彈態(tài)，后出現(xiàn)粘流態(tài)；分子量小時(shí)， Tf小于Tm，晶區(qū)熔融后，試樣直接進(jìn)入粘流態(tài)。但學(xué)生經(jīng)常會(huì)忽視結(jié)晶度較小時(shí)的溫度-形變曲線分析，如圖3所示，結(jié)晶度小于40%時(shí)，無定形部分占比例較大，所表現(xiàn)的力學(xué)特征與無定形態(tài)相近，有玻璃化轉(zhuǎn)變；Tg-Tm之間，高彈態(tài)與晶態(tài)共存，為柔韌的皮革狀態(tài)。同樣，老師先提示交聯(lián)聚合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及交聯(lián)度的差異性，學(xué)生通過自我思考，小組討論，最后老師抽查，補(bǔ)充完整內(nèi)容。

學(xué)生在這種課堂引導(dǎo)式的教學(xué)方法中結(jié)合非晶聚合物，結(jié)晶聚合物和交聯(lián)聚合物的結(jié)構(gòu)異同點(diǎn)，能夠在教師的引導(dǎo)下完成后兩種結(jié)構(gòu)的力學(xué)狀態(tài)。老師講授完非晶態(tài)聚合物的溶脹和溶解的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生自己理解交聯(lián)聚合物及結(jié)晶聚合物的溶脹和溶解特點(diǎn)。老師講授完聚合物的蠕變過程后，引導(dǎo)學(xué)生自己完成聚合物的蠕變回復(fù)過程，以及交聯(lián)聚合物的蠕變及恢復(fù)過程。通過之前結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)，老師引導(dǎo)學(xué)生完成非晶態(tài)聚合物的應(yīng)力-應(yīng)變行為中分子運(yùn)動(dòng)機(jī)理、影響因素等的分析。這種課堂引導(dǎo)式教學(xué)，學(xué)生的自我思考有助于更深入透徹的理解相關(guān)內(nèi)容，小組討論激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，碰撞火花。

2 隔堂反思性教學(xué)

隔堂反思性教學(xué)是以作業(yè)為基礎(chǔ)，每班分八組，每組5名同學(xué)，針對(duì)課上內(nèi)容反思日常生活中的一些現(xiàn)象和例子，課下小組討論，下次課上匯報(bào)，促進(jìn)團(tuán)隊(duì)合作，更好的理解相關(guān)知識(shí)。

“鏈段”是《高分子物理》課程中重要的概念[7-8]，等效自由連接鏈，F(xiàn)lory-Huggins格子模型理論，鏈的柔性，熵彈性和粘彈性等內(nèi)容都要在深入透徹的理解“鏈段”概念的基礎(chǔ)上才能學(xué)好后續(xù)的內(nèi)容。什么是“鏈段”？單個(gè)化學(xué)鍵不能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)，因?yàn)楦叻肿拥逆準(zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，一個(gè)鍵運(yùn)動(dòng)必然要帶動(dòng)附近其它鍵一起運(yùn)動(dòng)。也就是說，一個(gè)鍵在空間的取向與相連的其它鍵有關(guān)。假設(shè)，高分子鏈中第 (i+1) 個(gè)鍵的取向與第1個(gè)鍵的取向無關(guān)，那么由這 i 個(gè)化學(xué)鍵組成的一段鏈就可以看成是一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)單元，稱為“鏈段”。鏈段是隨機(jī)的,鏈段長度是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值。教材中給出的“鏈段”概念抽象而模糊，古語《君子之澤五世而斬》意思是指君子的品行和家風(fēng)經(jīng)過幾代人之后就不復(fù)存在了，也指先輩積累的財(cái)富家產(chǎn)經(jīng)過幾代人就會(huì)敗光了，以此來理解大分子鏈中能夠獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的最小單元即“鏈段”的概念。并在此基礎(chǔ)上，讓學(xué)生課下小組討論反思日常生活中的一些現(xiàn)象和例子更好的理解“鏈段”的概念。第二次課學(xué)生列舉了風(fēng)箏線，細(xì)鐵絲，自行車的車鏈等很多例子。同樣，基于蠕變和應(yīng)力松弛，滯后和內(nèi)耗的概念課下分組討論日常生活中的一些現(xiàn)象，更好的理解相關(guān)內(nèi)容。通過隔堂反思性教學(xué)，理論聯(lián)系實(shí)際，更好的理解相關(guān)內(nèi)容，生生互動(dòng)交流檢驗(yàn)，完善學(xué)習(xí)成果。