“高分子物理”教學中科研反哺教學的路徑探析

董延茂　袁妍　周興　李繼航　麻伍軍

[摘 要] “高分子物理”作為材料化學專業(yè)的重要專業(yè)課，具有知識點多、深奧抽象等特點，學習難度較大。以提高課程學習成效為切入點，以科研反哺教學為抓手，以概念、材料應用、分子運動與轉變?nèi)矫鏄嫿ǜ叻肿游锢碇R體系，突出“組成—結構—運動—性能—應用”的教學主線，教學內(nèi)容緊密圍繞“結構”與“性能”展開，“分子運動”作為橋梁和紐帶，討論高分子材料性能的變化規(guī)律，通過精選教學內(nèi)容，課內(nèi)開展案例教學，提高學習興趣;課外開展創(chuàng)新實踐，促進學生能力提升。通過教學改革，提高了教師的教學能力和教學效果，為培養(yǎng)高素質創(chuàng)新性人才提供了思路。

[關鍵詞] 高分子物理;問題導向;科研反哺;案例教學;創(chuàng)新實踐

[基金項目] 2018年度蘇州科技大學“‘高分子物理課程教學綜合改革項目”（2018KJZG-40）

[作者簡介] 董延茂（1970—），男，遼寧大連人，博士，蘇州科技大學化學與生命科學學院教授（通信作者），主要從事高分子復合材料研究。

[中圖分類號] G642.0? ?[文獻標識碼] A? ?[文章編號] 1674-9324（2021）45-0141-04? ?[收稿日期] 2021-03-22

“高分子物理”作為蘇州科技大學材料化學專業(yè)的專業(yè)必修課，上接“高分子化學”，下連“高分子成型與加工”，具有重要地位。“高分子物理”具有內(nèi)容抽象、概念繁多等特點，知識點難以掌握，學生學習興趣、學習效果有待提高。“高分子物理”教學改革應該從激發(fā)學生的學習興趣著手，強化問題導向[1]。例如，通過案例分析、網(wǎng)絡教學平臺增加師生互動[2];在實踐教學環(huán)節(jié)，結合項目開展創(chuàng)新性的高分子物理實驗，提升學生的學習興趣;針對高分子物理難講、難學的特點，可構建以課堂為主，微信、慕課為輔的多元化學習環(huán)境，運用傳統(tǒng)講授、類比、互動和問題探究法等多種教學方法，注重過程化考核機制等教學改革措施[3];將專題講座教學法應用于課程教學[4]。本文關注學生對“高分子物理”課程的學習興趣，以提高教學效果為切入點，通過對教學內(nèi)容、教學方法、創(chuàng)新教育等方面進行研究與實踐，總結出如下具體教學改革內(nèi)容。

一、理清主線，精選內(nèi)容

按照教學大綱，“高分子物理”課程目標主要有三點：（1）深刻理解高分子化合物的結構、分子運動及其材料性能，掌握高分子材料組成、結構與性能的關系。（2）深刻理解高分子的基本知識，了解高分子物理變化的熱力學、動力學模型，理解高分子電學、熱學、光學等性能與高分子組成、結構、表面與界面的關系，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。（3）了解高分子物理與后續(xù)課程，如“高分子成型加工”的關系，培養(yǎng)學生的工程意識。知識架構是課程教學設計的總綱，圍繞“高分子物理”課程的課程目標和教學內(nèi)容，以概念、材料應用、分子運動與轉變?nèi)矫鏄嫿ǜ叻肿游锢碇R體系，突出“高分子組成—分子結構—分子運動—性能—應用”的教學主線，引進高分子物理學科的最新成果，并以教案、課件、課外閱讀資料、網(wǎng)絡資源、視頻、實物、教學大綱、作業(yè)等形式為學生提供學習資料。教學內(nèi)容緊密圍繞“結構”與“性能”展開，“分子運動”作為橋梁和紐帶，討論高分子材料性能的變化規(guī)律（見圖1）。在課程教學中，始終圍繞“組成—結構—性能—應用”的主線，通過關鍵詞串聯(lián)、章節(jié)內(nèi)容總結，方便學生記憶和理解。例如：在講授“高分子鏈的結構”時，通過提煉“構型”“構象”“三級結構”等關鍵詞，幫助學生掌握高分子近程結構、遠程結構等各層次結構的變化方式，掌握鏈柔性及其影響因素;在講授“高分子的凝聚態(tài)結構”時，通過比較晶態(tài)、非晶態(tài)、液晶態(tài)等結構及其性能的關系，幫助學生掌握高分子分子間作用力的種類和影響，掌握聚合物取向現(xiàn)象、機理及應用;在講授“聚合物的黏彈性”時，以力學松弛為主線，運用分子結構知識分析解釋聚合物的時溫等效原理等內(nèi)容[5]。

二、開展案例教學，激發(fā)學習興趣

課程教學中注重師生互動，通過案例教學啟發(fā)、培養(yǎng)學生的學習興趣，以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力;注重教學內(nèi)容與工程應用之間的聯(lián)系，通過測試、作業(yè)、講座、線上交流和課下實驗，開闊學生的視野，培養(yǎng)學生的研究能力;開展任務型專題教學，將教學內(nèi)容設計成不同專題[6]。

“高分子物理”案例庫的建設為“高分子物理”課程教學提供了堅實的保障（見表1）。這些案例大多來自日常生活和教師的科研實踐。通過互動式教學，將生活和科研實例引入課堂，開展專題學習模式，同時采用綜合型考核方式進行課堂教學改革，提高學生的學習興趣[7]。在2020年新冠肺炎疫情期間，在線上教學過程中，結合防疫材料給學生布置了醫(yī)用口罩所用高分子材料的相關作業(yè)和習題，學生很感興趣，在完成作業(yè)的同時拓展了認知領域。經(jīng)統(tǒng)計，2017—2019年，學生考試成績的優(yōu)良率由2017年的4.4%提高到2019年的10.1%，不及格人數(shù)由2017年的15.2%降到2019年的8.86%;畢業(yè)生在高分子相關領域的就業(yè)比例由2017年的35.2%提高到2019年的48.1%，就業(yè)單位對畢業(yè)生的能力評價良好;畢業(yè)生在高分子相關專業(yè)攻讀碩士研究生學位的比例也明顯提高。這些變化說明“高分子物理”課程的教學改革取得了初步成效。

三、理論結合實踐，促進創(chuàng)新實踐

為提升“高分子物理”課程的教學效果和人才培養(yǎng)質量，課程組把創(chuàng)新教育融入專業(yè)課程教育中。注重啟發(fā)、研討式教學方法的運用[8]，注意培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力，將日常生活中所遇到的各種涉及高分子物理知識的問題帶進課堂，引導學生思考、發(fā)現(xiàn)和分析，培養(yǎng)學生對高分子物理的學習興趣和創(chuàng)新精神。

1.教師在課程教學中介紹了最新研究和實踐成果，吸引學生關注高分子科技進展。承擔理論教學的教師同時指導學生實驗和“第二課堂”的創(chuàng)新實踐，注重開發(fā)創(chuàng)新實踐教學內(nèi)容。教師開發(fā)了20余項創(chuàng)新性與設計性實驗，包括高吸水樹脂的制備及性能研究，聚丙烯固相接枝丙烯酸及其表征，聚丙烯酰胺基可降解絮凝劑的設計合成與應用，阻燃環(huán)氧樹脂膠黏劑的合成、配制和應用，單分散聚苯乙烯微球的制備及光學性能研究，阻燃保溫聚氨酯泡沫塑料的制備與性能研究，溫敏性水凝膠的制備與性能研究，苯丙乳液聚合及外墻乳膠漆的配制，乙酸乙烯酯/丙烯酸丁酯共聚乳液制備及其紙塑覆膜性能研究，有機玻璃工藝品的制備與性能檢測，等等。這些教學內(nèi)容引進了教師的最新科研成果，對提高學生的學習興趣、加深知識理解具有良好的作用[9]。學生課下在教師的指導下進入“科技創(chuàng)新訓練營”“新材料學科綜合訓練中心”等科研訓練項目，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新實踐能力，解決復雜工程問題的能力。學生積極參加“挑戰(zhàn)杯”大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽、課外學術科技作品競賽、中國大學生高分子材料創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽（PMC）、中國“互聯(lián)網(wǎng)+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學科競賽，并取得了PMC大賽全國一等獎、“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽全國銀獎等榮譽。

2.本課程將校內(nèi)與校外相結合，通過產(chǎn)教融合引進企業(yè)工程師、行業(yè)專家來課堂上課，課下聯(lián)合指導畢業(yè)設計（論文）、學科競賽、實習實踐，開闊學生視野，提高學生的創(chuàng)新能力，促進學生在高分子領域就業(yè)創(chuàng)業(yè)。

為了全面科學地測量與評價學生的能力，本課程從課程教學、實踐教學兩個途徑，從課堂表現(xiàn)、平時測評、期中考試、期末考試、產(chǎn)學研合作單位反饋、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)指導教師評價、實驗測評、后修課程評價及其課程設計、畢業(yè)設計（論文）、用人單位等多個方面，測量與評價學生在“高分子物理”課程學習中獲得的能力。

四、結語

通過優(yōu)選教學內(nèi)容、開展案例教學、課內(nèi)外教學實踐相結合，提升了學生的學習興趣。以科研反哺教學為抓手，保證了“高分子物理”課程的教學成效，促進了學生創(chuàng)新能力的提升。

參考文獻

[1]徐世愛.淺談高分子物理課程建設的實踐與體會[C]//中國化學會高分子學科委員會.中國化學會2017全國高分子學術論文報告會摘要集——主題S：高分子教育與學科發(fā)展.成都：中國化學會，2017.

[2]王賀云，魏忠，呂銀，等.高分子物理項目化教學法改革模式的探討[J].課程教育研究，2017（45）：185.

[3]鄧偉，劉立柱，陳宇飛，等.“互聯(lián)網(wǎng)+”時代高分子物理課程的教學改革[J].高師理科學刊，2017，37（6）：88-90.

[4]張麗華，謝海波，魯圣軍，等.專題講座教學在高分子物理課程中的實踐與探索——以動態(tài)黏彈性為例[J].科技視界，2018（16）：168-170.

[5]趙呈孝，雷文.對《高分子物理》課程教學的幾點思考[J].當代化工研究，2017（10）：56-57.

[6]邱海霞.任務型專題教學在高分子物理中的實踐[J].高分子通報，2016（7）：91-94.

[7]雷文，趙呈孝，余旺旺，等.《高分子物理》案例庫的建設研究[J].高分子通報，2018（2）：66-69.

[8]周應學，楊小紅，羅璐，等.基于知識構架型的高分子物理課程教學設計與實踐[J].化工時刊，2018，32（3）：50-52.

[9]朱利平，唐安琪，吳子良，等.《高分子物理實驗》的組合化教學實踐[J].高分子通報，2017（12）：65-69.

Study on the Path of Scientific Research Back Feeding Teaching in the Polymer Physics Course

DONG Yan-mao， YUAN Yan， ZHOU Xing， LI Ji-hang， MA Wu-jun

（School of Chemistry and Life Sciences， Suzhou University of Science and Technology， Suzhou， Jiangsu 215009， China）

Abstract： As an important professional course of material chemistry major， the Polymer Physics course has a large number of profound and abstract knowledge points and is difficult to learn. Taking the improvement of learning effect of the course as the starting point， taking scientific research back feeding teaching as an effective means， a polymer physics knowledge system is constucted in three aspects： concept， material application， and molecular movement and transformation， highlighting the teaching line of “composition—structure—movement—performance—application”. The teaching content is closely centered on “structure” and “performance”， and “molecular motion” is used as a link to discuss the change law of polymer material properties. Through careful selection of teaching content， case teaching is carried out in class to improve students learning interest and innovative practice outside class is conducted to promote the improvement of students ability. The teaching reform improves teachers teaching ability and teaching effect， which provides ideas for the cultivation of high-quality innovative talents.

Key words： Polymer Physics; problem orientation; scientific research back feeding teaching; case teaching; innovation practice