基于情境教學(xué)模式下“高分子材料學(xué)”教學(xué)實(shí)踐

朱林華 戴春燕

摘? 要：情境教學(xué)法通過將教學(xué)內(nèi)容引入到生動(dòng)活潑的教學(xué)情境過程中，使抽象難懂的知識(shí)場景化，從而讓學(xué)生能夠更加透徹地了解相關(guān)理論知識(shí)。“高分子材料學(xué)”課程是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)普遍開設(shè)的核心課程，其專業(yè)性和實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)習(xí)難度大。文章以“高分子材料學(xué)”課程為例，討論了基于參與式、實(shí)驗(yàn)式、生活式和仿真式“高分子材料學(xué)”情境化教學(xué)，該方法能夠提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，極大提高了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：情境教學(xué);高分子材料學(xué);教學(xué)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(xué)”是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)普遍開設(shè)的核心課程，在應(yīng)用化學(xué)相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)體系中占有重要的地位。目前大都采用關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)介紹和基礎(chǔ)理論推導(dǎo)為主的教學(xué)方法。目前“高分子材料學(xué)”課程的教學(xué)方式單調(diào)，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(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的講解。因此，在高分子材料學(xué)教學(xué)過程中，存在學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，課堂效率低，未能達(dá)到理想的教與學(xué)效果。

一、情境教學(xué)法及“高分子材料學(xué)”課程特點(diǎn)

情境教學(xué)法是指在課程教與學(xué)過程中，教師有意識(shí)地加入或穿插具有一定畫面感、形象生動(dòng)或者具體的教學(xué)場景，學(xué)生通過主動(dòng)參與和體驗(yàn)這些場景，從而促使學(xué)生更容易掌握教學(xué)內(nèi)容，并且促使學(xué)生的主動(dòng)學(xué)習(xí)心理得到發(fā)展的教學(xué)方法[1-2]。情境教學(xué)法是以培養(yǎng)學(xué)生提出、分析和解決問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立思考能力及提高學(xué)生實(shí)踐意識(shí)，從而達(dá)到改善教學(xué)效果的一種教學(xué)方法[2-4]。情境教學(xué)法能有效地將復(fù)雜的理論基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)和簡單的、實(shí)際的、理性的認(rèn)知等諸因素合為一體，是一種較為有效的符合學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)心理的教學(xué)方法[5]。近年來，情境模擬教學(xué)法在國內(nèi)外許多高校的各類專業(yè)中得到了推廣應(yīng)用，并取得了明顯的教學(xué)效果。

“高分子材料學(xué)”課程是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科學(xué)生的核心課程，涵蓋高分子化學(xué)，高分子物理，高分子材料的結(jié)構(gòu)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(yīng)用等內(nèi)容。課程設(shè)置力求學(xué)生在高分子材料結(jié)構(gòu)、性能、制備、加工和應(yīng)用等方面有基本了解和掌握，為從事高分子材料相關(guān)工作打下基礎(chǔ)。此課程涉及到眾多的概念和復(fù)雜的公式演算等，是一門知識(shí)交叉性很強(qiáng)的核心課程[6]。

在實(shí)際教學(xué)中，由于“高分子材料學(xué)”課程是一門理論基礎(chǔ)和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合精密的課程，教師和學(xué)生在“高分子材料學(xué)”教與學(xué)的過程中都存在相當(dāng)?shù)睦щy，主要表現(xiàn)在：（1）學(xué)習(xí)內(nèi)容以理論基礎(chǔ)為主，難度大。“高分子材料學(xué)”的知識(shí)交叉較強(qiáng)，兼具有機(jī)化學(xué)、高等數(shù)學(xué)、機(jī)械學(xué)科等相關(guān)知識(shí)，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程之前應(yīng)該具有有機(jī)化學(xué)和高等數(shù)學(xué)等相關(guān)知識(shí);（2）知識(shí)點(diǎn)多，“高分子材料學(xué)”涉及范圍廣?，F(xiàn)有“高分子材料學(xué)”教材的理論知識(shí)多，也有部分高分子應(yīng)用案例，但知識(shí)點(diǎn)多而分散，難以給學(xué)生培養(yǎng)深刻的宏觀認(rèn)識(shí)。（3）應(yīng)用實(shí)踐性強(qiáng)。作為應(yīng)用化學(xué)專業(yè)開設(shè)的核心課程，需要為高分子開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)提供基本的知識(shí)儲(chǔ)備，與實(shí)際高分子相關(guān)生產(chǎn)結(jié)合緊密，對(duì)學(xué)生高分子專業(yè)知識(shí)和實(shí)際動(dòng)手能力要求較高。（4）教師教學(xué)水平有限。高分子材料專業(yè)的教師不但需要具有高分子材料的理論知識(shí)，并且具有在相關(guān)企業(yè)從事高分子開發(fā)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，能夠?qū)⒗碚摵蛯?shí)際應(yīng)用結(jié)合起來。由于上述原因，高分子材料學(xué)課程教學(xué)實(shí)踐難以實(shí)現(xiàn)，加上高分子材料學(xué)課程教學(xué)中對(duì)軟硬件的投入不夠，使高分子材料學(xué)教學(xué)難以取得預(yù)期的教學(xué)效果。

針對(duì)“高分子材料學(xué)”課程教學(xué)中存在的困難，情境模擬教學(xué)法是以培養(yǎng)學(xué)生提出、分析和解決問題的能力，增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立思考能力及提高學(xué)生實(shí)踐意識(shí)，從而培養(yǎng)高分子材料應(yīng)用型專門人才，具有以下優(yōu)勢：

1. 融合理論和實(shí)踐教學(xué)。將理論教學(xué)內(nèi)容置于有趣的，生動(dòng)的，有畫面感的情境之中，根據(jù)高分子材料學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，讓學(xué)生參與到畫面感的情境中，通過觀察高分子現(xiàn)象或者解決高分子實(shí)際問題，代替較為記憶式學(xué)習(xí)，提高高分子教學(xué)的效果。

2. 提高學(xué)生學(xué)習(xí)高分子材料學(xué)興趣。完整的現(xiàn)實(shí)或虛擬情境能夠讓學(xué)生邊學(xué)習(xí)邊實(shí)踐，理論教學(xué)知識(shí)有所依托，也可以引導(dǎo)學(xué)生把教學(xué)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，能夠讓學(xué)生擺脫高分子材料純理論學(xué)習(xí)的枯燥晦澀，同時(shí)幫助學(xué)生快速見到高分子理論知識(shí)的運(yùn)用效果，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)高分子材料的興趣。

3. 節(jié)約高分子材料的教學(xué)資源。如果把學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)境置于真實(shí)的生產(chǎn)和生活場景中，需要大量的高分子相關(guān)資源投入，并且，高分子相關(guān)企業(yè)基于自身安全等因素的考慮，給予學(xué)生的參觀學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)也較少，高分子材料情境模擬教學(xué)法可以達(dá)到與高分子企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)較為接近的效果。

4. 改善高分子材料教學(xué)傳遞方式。傳統(tǒng)高分子材料授課教學(xué)中，教師和學(xué)生之間是授與學(xué)的關(guān)系;高分子材料學(xué)情境教學(xué)過程中，知識(shí)傳授由單向教學(xué)轉(zhuǎn)化為互動(dòng)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新性思維，提高了高分子課堂教學(xué)質(zhì)量。

在“高分子材料學(xué)”情境教學(xué)法時(shí)，需要對(duì)“高分子材料學(xué)”課程的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，明確哪些知識(shí)點(diǎn)適用于情境教學(xué)，并結(jié)合參與式、實(shí)驗(yàn)式、生活式和仿真式情境模式，建立相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的典型素材庫，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)融入高分子材料情境教學(xué)環(huán)節(jié)，在潛移默化中培養(yǎng)學(xué)生的高分子材料工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。

二、應(yīng)用案例分析

總結(jié)作者曾在高分子相關(guān)企業(yè)工作的經(jīng)驗(yàn)，且長期在“高分子材料學(xué)”課程中理論結(jié)合實(shí)際開展情境教學(xué)實(shí)踐，經(jīng)過經(jīng)驗(yàn)積累發(fā)現(xiàn)，如下五種情境教學(xué)手段能一定程度上提高“高分子材料學(xué)”教學(xué)效果。

（一）參與式情境教學(xué)

參與式情境教學(xué)是指班級(jí)成員協(xié)作完成某一特定情境任務(wù)，對(duì)相關(guān)知識(shí)進(jìn)行講解說明、現(xiàn)場示范的一種理論和實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)方法。在“參與式”課程教學(xué)中，學(xué)生更易理解和掌握相關(guān)的理論知識(shí)和操作技能[7]。例如，以高分子數(shù)均分子量和重均分子量講解為例，隨機(jī)選取21位學(xué)生，以他們的身高為例，讓學(xué)生從矮到高排列，第11位（最中間）同學(xué)的身高可以近似認(rèn)為是數(shù)均分子量;學(xué)生從矮到高的位置不變，將學(xué)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(xué)生的身高可以近似認(rèn)為是重均分子量（圖1）。再如，研究自由基共聚組成的2個(gè)關(guān)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(dú)木橋的情景來描述該過程。顯然，男女比例相近時(shí)，男生力氣大導(dǎo)致經(jīng)過獨(dú)木橋的男生更多，這種現(xiàn)象可以歸結(jié)為單體的競聚率;隨后，女生足夠多，則經(jīng)過獨(dú)木橋的女生數(shù)也相應(yīng)增加，該現(xiàn)象解釋單體組成對(duì)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(guān)鍵因素：競聚率和單體組成。參與式教學(xué)強(qiáng)化與拓展了學(xué)生能力，實(shí)現(xiàn)了由單純傳授知識(shí)的教學(xué)體系轉(zhuǎn)變?yōu)閭魇谥R(shí)與探索研究相結(jié)合的教學(xué)模式。通過參與式的教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)點(diǎn)的分析、加工和綜合概括能力。

（二）實(shí)驗(yàn)式情境教學(xué)

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)學(xué)科，高分子材料學(xué)也不例外。在高分子材料學(xué)課堂教學(xué)中，針對(duì)其基本概念和理論，加上相應(yīng)的高分子實(shí)驗(yàn)情境再現(xiàn)，有利于學(xué)生對(duì)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(shí)，可以通過邊演示實(shí)驗(yàn)邊講解的教學(xué)方法。這樣，學(xué)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(chǎn)特征，產(chǎn)品特征等方面的知識(shí)。上課時(shí)也可以利用簡易進(jìn)行實(shí)驗(yàn)式情境教學(xué)。應(yīng)用普通醫(yī)用注射器模擬磨具的磨口，現(xiàn)場觀察擠出的高分子，說明高分子擠出物具有脹大現(xiàn)象，加快高分子擠出速度，出現(xiàn)高分子不穩(wěn)定性流動(dòng)，如波浪形、不穩(wěn)定破裂等。

（三）生活式情境教學(xué)

高分子材料課程中部分內(nèi)容是抽象的理論內(nèi)容，在課堂上引入日常生活和經(jīng)歷的情境，可讓學(xué)生先感性認(rèn)識(shí)教學(xué)內(nèi)容，爾后上升到理性認(rèn)識(shí)[8]。例如，爬桿效應(yīng)：高聚物濃溶液或熔體是在攪拌時(shí)會(huì)順著攪拌棒向上爬的現(xiàn)象，當(dāng)我們把棉線投入水中后，攪拌時(shí)，棉線也會(huì)發(fā)生爬竿現(xiàn)象，其實(shí)濃溶液或者熔體的高分子鏈就如棉線。應(yīng)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(nèi)部應(yīng)力隨時(shí)間增加而逐漸衰減的現(xiàn)象;女同學(xué)扎辮子的橡皮筋會(huì)慢慢失去彈性，可以很好地解釋應(yīng)力松弛的特點(diǎn)。高分子鏈運(yùn)動(dòng)：通過鏈段的依次運(yùn)動(dòng)來完成，正如蚯蚓的蠕動(dòng)，由前一運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)其鄰近運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)，這樣依次傳遞下去，最終完成高分子鏈運(yùn)動(dòng)。由若干個(gè)鍵組成的一段可作為一個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)單元的鏈，稱為鏈段。高分子長鏈發(fā)生質(zhì)心移動(dòng)，必須通過鏈段的依次運(yùn)動(dòng)來完成，正如蚯蚓的蠕動(dòng)，由前一運(yùn)動(dòng)單元的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)其后鄰近運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)，這樣依次傳遞下去，最終完成整體的質(zhì)心移動(dòng)。

（四）仿真式情境教學(xué)

虛擬仿真技術(shù)是利用互聯(lián)網(wǎng)、人工智能和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等建構(gòu)的在一定場景下模擬真實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的虛擬實(shí)驗(yàn)軟件教學(xué)系統(tǒng)，利用該教學(xué)系統(tǒng)可以將真實(shí)的教學(xué)用實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及整個(gè)實(shí)驗(yàn)流程虛擬化的呈現(xiàn)出來，學(xué)生有一種親身體驗(yàn)的感覺[9]。通過三維仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式難以達(dá)到的教學(xué)效果，可使抽象枯燥的教學(xué)變得豐富多彩，教學(xué)過程變得更加直觀、生動(dòng)。在高分子材料學(xué)課程中，可以通過仿真式情境教學(xué)講解“高分子材料學(xué)”中生澀難懂地重難點(diǎn)內(nèi)容。例如，用Flash動(dòng)畫模擬高分子注塑成型加工（圖2），可以正確直觀認(rèn)識(shí)擠出機(jī)的組成結(jié)構(gòu)、模具系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(xué)，學(xué)生在虛擬的場景中可以熟悉擠出機(jī)的操作原理和操作步驟，并掌握擠出成型過程中參數(shù)設(shè)置的方法。

（五）微課的情境教學(xué)

微課情境教學(xué)是在教學(xué)過程中，圍繞確定教學(xué)知識(shí)點(diǎn)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(xué)生接受、理解和掌握知識(shí)點(diǎn)[10-12]。在教學(xué)過程中，充分利用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，錄制微課進(jìn)行情境教學(xué)。針對(duì)高分子材料教學(xué)過程中具體教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生也可以Google或百度學(xué)術(shù)搜索該高分子知識(shí)點(diǎn)的相關(guān)微課視頻，并從不同角度分組進(jìn)行學(xué)習(xí)、整理和剖析。學(xué)生在課堂上采用小組匯報(bào)和相互提問等形式，對(duì)各小組學(xué)習(xí)高分子的情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，隨后教師再結(jié)合高分子教學(xué)知識(shí)點(diǎn)、重點(diǎn)及難點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié)歸納。通過確定高分子教學(xué)目標(biāo)，Google或百度學(xué)術(shù)搜索和整理，小組討論，學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)高分子材料為主動(dòng)有興趣積極參與學(xué)習(xí)，對(duì)一些高分子難理解的內(nèi)容有了深刻認(rèn)識(shí)。

三、使用評(píng)價(jià)

情境教學(xué)積極倡導(dǎo)體驗(yàn)式、互動(dòng)式和啟發(fā)式的教學(xué)方法，構(gòu)筑“實(shí)踐和理論”相結(jié)合的教學(xué)方式，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從而使學(xué)生對(duì)高分子材料產(chǎn)生濃厚的興趣。但情境教學(xué)也有使用條件，必須考慮高分子材料學(xué)課程的知識(shí)點(diǎn)和學(xué)生數(shù)量等因素。要合理地應(yīng)用高分子情境教學(xué)法，需注意以下關(guān)鍵點(diǎn)。（1）高分子材料知識(shí)點(diǎn)的選擇：開展情境教學(xué)，需要對(duì)高分子知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行篩選，特別是涉及高分子三級(jí)結(jié)構(gòu)，高分子共聚合等理論性較強(qiáng)的重難點(diǎn)，找出適合情境教學(xué)的知識(shí)點(diǎn)。（2）課堂過程中情境教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)置要適度，情境教學(xué)與其他教學(xué)方法互相穿插結(jié)合，不能整堂課使用情境教學(xué)，通過教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，約課堂1/3時(shí)間采用情境教學(xué)較為合適。（3）在高分子情境教學(xué)過程中，評(píng)價(jià)綜合成績時(shí)，需要有客觀的標(biāo)準(zhǔn)。

自從“高分子材料學(xué)”情境教學(xué)實(shí)踐來，作者也有如下困難。（1）時(shí)間成本：備課過程的工作量增加，包括相關(guān)素材收集和情境教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計(jì)等;（2）資金成本：實(shí)驗(yàn)式和仿真式情境教學(xué)需要投入較多的資金，購買相應(yīng)的道具、設(shè)備和軟件，甚至需要在實(shí)驗(yàn)室和機(jī)房等專門教室進(jìn)行教學(xué)。（3）學(xué)生學(xué)習(xí)高分子材料習(xí)慣的轉(zhuǎn)變：高分子材料情境教學(xué)法需要調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，與“滿堂灌”模式差異大，消除學(xué)生情境教學(xué)的“害羞”等心理情緒，使學(xué)生從被動(dòng)接收高分子知識(shí)中跳出來，這需要教師與學(xué)生的互相適應(yīng)，增加了高分子材料學(xué)開展情境教學(xué)的難度。

2017年以來，采用情境教學(xué)模式，已經(jīng)取得較好的教學(xué)效果。主要體現(xiàn)在以下2方面：（1）采用不記名問卷調(diào)查的形式，獲得了高分子材料課程情境教學(xué)的作用和效果。發(fā)調(diào)查問卷143份，問卷回收率l00%。從問卷調(diào)查的結(jié)果可以看出，95.8%的學(xué)生都很贊同情境教學(xué)模式;93.3%的學(xué)生認(rèn)為情境教學(xué)比傳統(tǒng)教學(xué)模式更能激發(fā)學(xué)習(xí)興趣;91.8%的學(xué)生認(rèn)為情境教學(xué)更有利于理解和掌握高分子材料的結(jié)構(gòu)和原理;90.2%的學(xué)生認(rèn)為情境教學(xué)模式有利于提高學(xué)生的綜合素質(zhì)。由此可看出，在高分子材料學(xué)課程的情境教學(xué)模式能夠得到學(xué)生的普遍認(rèn)可。（2）高分子材料學(xué)課程期末考試成績有明顯提高。情境教學(xué)模式前，卷面分?jǐn)?shù)不及格率為18.9%左右，學(xué)生對(duì)高分子材料的結(jié)構(gòu)、性能和應(yīng)用掌握不夠扎實(shí)，容易丟分;通過情境教學(xué)，學(xué)生的期末考試成績及格率明顯上升，卷面80分以上達(dá)到53%以上，不及格率僅為5%，可見學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握明顯增強(qiáng)。

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