“四位一體”的高分子物理課程教學(xué)實(shí)踐探討*

孫鵬飛，范曲立

(南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院， 江蘇 南京 210003)

2020年是科學(xué)巨匠斯陶丁格提出高分子概念的第100年。經(jīng)過百年的發(fā)展高分子學(xué)科已從一個小幼苗發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科。更為重要的最近二十年來高分子已從一門獨(dú)立基礎(chǔ)學(xué)科，開始觸及到其他學(xué)科，正逐步發(fā)展成為一門真正的跨學(xué)科科學(xué)[1-3]。如今，高分子材料廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生、航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活等國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域。經(jīng)過百年的發(fā)展歷程，高分子學(xué)科已經(jīng)發(fā)展了高分子化學(xué)、高分子物理、高分子加工工程等多個分支學(xué)科。高分子學(xué)科人才的培養(yǎng)主要包括高分子化學(xué)、高分子物理、高分子工程、高分子成型加工以及相關(guān)的樹脂、橡膠和涂料等分支知識體系。其中高分子物理和高分子化學(xué)是高分子加工等其他實(shí)用高分子知識的基礎(chǔ)。更為重要的是高分子物理還是高分子化學(xué)與高分子生產(chǎn)、制備等實(shí)用知識體系的橋梁。所以，《高分子物理》課程在高分子材料與工程專業(yè)的培養(yǎng)過程中起到至關(guān)重要的作用。

1 高分子物理課程教學(xué)面臨的困難

國內(nèi)各大高校《高分子物理》課程的教科書及教學(xué)工作大多是基于上世紀(jì)60年代錢人元先生的講義筆記為基礎(chǔ)開展的。雖然復(fù)旦大學(xué)和中國科技大學(xué)的多位學(xué)者對《高分子物理》教科書進(jìn)行了更新修訂，但《高分子物理》的教學(xué)工作仍存在幾個難點(diǎn)。(1)理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)較多，需要在教學(xué)過程中深入淺出的教學(xué)方法讓學(xué)生理解枯燥的概念；(2)教學(xué)內(nèi)容較多，需要尋找教學(xué)主線，引導(dǎo)學(xué)生沿著教學(xué)主線學(xué)習(xí)整個課程的知識面；(3)教學(xué)中的一些工程實(shí)例較為落后，最近二十年多種新型的高性能高分子開始用于日常生活的各個方面，而《高分子物理》課程中缺乏相關(guān)新型功能高分子實(shí)例；(4)黨的十八大以來，課程思政在高校思想政治工作中的地位和作用得到進(jìn)一步明確和加強(qiáng)。如何在《高分子物理》課程教學(xué)中加強(qiáng)思政教育也是我們需要考慮的重點(diǎn)。

2 “四位一體”教學(xué)模式的提出

針對現(xiàn)代高分子學(xué)科的發(fā)展特點(diǎn)和《高分子物理》課程的教學(xué)現(xiàn)狀，筆者提出了“四位一體”教學(xué)模式，從而優(yōu)化《高分子物理》課程的教學(xué)方案，提升教學(xué)質(zhì)量。該教學(xué)模式的具體內(nèi)容是：(1)建立高分子鏈構(gòu)象教學(xué)主線：通過高分子鏈構(gòu)象串聯(lián)高分子鏈的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動、流動性及材料性能，實(shí)現(xiàn)從構(gòu)象到高分子物理知識面的擴(kuò)展；(2)利用形象化教學(xué)方法：以學(xué)生、宿舍、班級和專業(yè)對應(yīng)于高分子物理中結(jié)構(gòu)單元、鏈接、鏈段、主鏈和晶區(qū)等的概念，引導(dǎo)學(xué)生形象化理解高分子物理知識體系；(3)引入多種新型高分子材料工程實(shí)例：在課程教學(xué)過程的每個章節(jié)引入相應(yīng)的高分子材料工程實(shí)例及新型的高分子材料，講述工程實(shí)例和新型高分子材料中的高分子物理知識點(diǎn)，從而擴(kuò)展學(xué)生的理論知識面，增強(qiáng)工程知識和思維；(4)教學(xué)過程中融入課程思政教育：在《高分子物理》課程的相應(yīng)章節(jié)講解國內(nèi)高分子學(xué)人的相關(guān)研究成果或典型企業(yè)實(shí)例，體現(xiàn)國內(nèi)高分子人的家國情懷和使命擔(dān)當(dāng)，建立正確的價值觀。該教學(xué)方法將上述四點(diǎn)創(chuàng)新性內(nèi)容相互融合、相互支持，從而全方位提升了《高分子物理》課程的教學(xué)質(zhì)量。

3 構(gòu)象教學(xué)主線

《高分子物理》課程的學(xué)習(xí)對于培養(yǎng)學(xué)生今后從事高分子相關(guān)工作具有重要意義，課程的教學(xué)能否成功的關(guān)鍵所在就是將理論性較強(qiáng)的高分子物理知識體系化繁為簡、調(diào)動學(xué)生的主動性及參與度[4]。針對這個問題作者是通過建立高分子鏈的構(gòu)象教學(xué)主線來實(shí)現(xiàn)的?！陡叻肿游锢怼分饕梢苑譃樗膫€教學(xué)內(nèi)容：高分子鏈內(nèi)的進(jìn)程結(jié)構(gòu)、遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)，高分子鏈之間的聚集態(tài)，高分子鏈的運(yùn)動及材料的力學(xué)性質(zhì)，高分子溶液。這四個內(nèi)容均是基于高分子鏈的構(gòu)象和大小，也就是構(gòu)象來來展開的，如在遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)中描述高分子鏈大小的均方末端距概念表示了構(gòu)象問題；高分子溶液中高分子是否能夠良好的溶液也是表現(xiàn)出高分子鏈的構(gòu)象是處于緊縮、無擾狀態(tài)或擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)；同樣，對于非晶態(tài)聚合的強(qiáng)迫高彈形變以及高彈態(tài)的高彈形變也是可以利用鏈段的運(yùn)動來聯(lián)系起來。所以在教學(xué)過程中只要沿著高分子鏈的構(gòu)象變化和大小這條線索，就能夠讓學(xué)生跨越各個章節(jié)系統(tǒng)性的理解高分子物理。從而擺脫對各個知識點(diǎn)的死記硬背各個孤立。

4 形象化教學(xué)方法

高分子物理課程缺乏形象性和教學(xué)內(nèi)容存在難以理解的問題。其次，個別學(xué)生還存在對生活缺乏激情和對人生缺乏目標(biāo)，在課堂上表現(xiàn)出一定的厭學(xué)情緒。因此，可以通過形象化教學(xué)方法，提高學(xué)生在教學(xué)過程中的參與度，引導(dǎo)學(xué)生在教學(xué)過程中對高分子產(chǎn)生興趣。高分子材料所表現(xiàn)出來的多種優(yōu)異性能均來源于高分子的大分子量或長的高分子鏈。可以在教學(xué)過程中分別將專業(yè)、班級、宿舍和學(xué)生分別對應(yīng)于多個高分子鏈、一條高分子鏈、一個高分子的鏈段、以及高分子鏈的重復(fù)單元?；谶@種上課專業(yè)與高分子鏈結(jié)構(gòu)的相似性，可以利用形象化舉例方式進(jìn)行教學(xué)。比如，可以舉例早上同學(xué)們從宿舍來教室上課，大家雖然不是很整齊的排隊(duì)來，但總體趨勢大家都是往教室的方向走，這就類似于高分子的取向概念。高分子的取向包括分子鏈的取向和鏈段的取向，鏈段的取向要小于分子鏈的取向，當(dāng)整個宿舍的同學(xué)一起來上課就可以看成鏈段的取向，如果兩三個專業(yè)一起去上課就可以看成高分子鏈的取向。這樣學(xué)生作為一個教學(xué)主體從而輕松的融入到教學(xué)過程中，加深了對枯燥概念的理解和增強(qiáng)了學(xué)生主動學(xué)習(xí)能力。

5 高分子材料工程實(shí)例

大量高性能的高分子材料被開發(fā)出來用于我們的日常生活，在教學(xué)過程中根據(jù)課程的章節(jié)適當(dāng)?shù)囊胄麻_發(fā)的高分子材料，并講述材料的高性能與高分子物理直接的關(guān)系。使學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中能快速的將學(xué)習(xí)的知識應(yīng)用于真實(shí)的工程實(shí)例，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的滿足感。培養(yǎng)學(xué)生的解決復(fù)雜工程問題的能力和解決問題的思維方式是該部分的重點(diǎn)[5-6]。比如，高分子樹脂按照性能及使用場所可以分成通用高分子塑料、工程塑料和特種塑料。然而工程塑料在高分子物理的教學(xué)中較少作為應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行講述，學(xué)生對此類高分子的結(jié)構(gòu)對性能的影響了解較少，這對于學(xué)生今后的工作較為不利。作者利用聚氨酯為例，指導(dǎo)學(xué)生從聚氨酯的分子結(jié)構(gòu)，合成的單體，以及如何通過調(diào)控合成單體的種類來調(diào)節(jié)其性能等方面入手提高學(xué)生的工程思維和書本的知識運(yùn)用能力。此外，作者還在高分子結(jié)晶和高分子溶液部分的教學(xué)過程中以特種工程塑料高分子(聚酰亞胺)為例進(jìn)行講述，引導(dǎo)學(xué)生分析此類高分子的耐高溫性能和耐低溫性能與其主鏈結(jié)構(gòu)的關(guān)系。所以，通過在《高分子物理》的課程中加入功能性高分子可以增加學(xué)生對高分子專業(yè)的認(rèn)同感，讓學(xué)生了解以后的工作主要進(jìn)行何種工作，在擴(kuò)展知識面的同時能夠引導(dǎo)學(xué)生利用高分子物理知識解決復(fù)雜的工程問題。

6 融入課程思政

習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強(qiáng)調(diào)，把思想政治工作貫穿教育教學(xué)全過程，實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人。在課程的教學(xué)過程中作者通過增加我國高分子學(xué)人的創(chuàng)新性工作、老一輩科學(xué)家在我國高分子學(xué)科建立和發(fā)展過程中付出的艱辛及國內(nèi)高分子企業(yè)的成長歷程，實(shí)現(xiàn)《高分子物理》課程的思政教育，將學(xué)生培養(yǎng)成為合格的社會主義建設(shè)者。如在高分子液晶方面加入了周其鳳院士創(chuàng)新性設(shè)計(jì)的甲殼型液晶，以及我國學(xué)者發(fā)現(xiàn)的主鏈型液晶在剪切應(yīng)力下高分子鏈的取向所形成的條帶織構(gòu)；在高分子鏈的取向部分，引入我國科學(xué)家提出非晶態(tài)高分子的分子鏈高度取向局部鏈段無規(guī)取向的概念及方法；還有在高分子結(jié)晶部分，加入我國科學(xué)家在高分子單晶培養(yǎng)所做出的卓越貢獻(xiàn)?？傊?，將思政教育滲入課題的每一節(jié)課，發(fā)揮具體高分子物理課程與思政教育的協(xié)同作用，圍繞具體知識和思想教育形成培育時代新人的系統(tǒng)合力。

7 結(jié) 語

通過在教學(xué)過程中以高分子鏈構(gòu)象為教學(xué)主線，通過實(shí)施形象化教學(xué)方法發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)能動性；根據(jù)不同的教學(xué)章節(jié)增加工程知識及新型高分子的開發(fā)實(shí)例，拓展了學(xué)生的知識面；引入國內(nèi)高分子學(xué)科的新型研究內(nèi)容，國內(nèi)優(yōu)秀高分子企業(yè)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀，增強(qiáng)了學(xué)生的愛國榮譽(yù)感，實(shí)現(xiàn)《高分子物理》課程的課堂思政教育。為《高分子物理》課程教學(xué)質(zhì)量的提高提供一個切實(shí)可行的教學(xué)思路，提供一些理論分析和一定的實(shí)踐。