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高分子物理課堂教學(xué)效果的幾點體會
【論文關(guān)鍵詞】高分子物理 教學(xué)效果
【論文摘要】針對高分子物理課程的特點，作者在高分子物理課堂教學(xué)中，從高分子物理歷史背景、基本概念公式、理論聯(lián)系實際并結(jié)合典型案例以及充分利用多媒體四個方面闡述了如何提高高分子物理課堂教學(xué)效果，并培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣和專業(yè)思維能力。
高分子物理是研究高分子的結(jié)構(gòu)、性能及其相互關(guān)系的學(xué)科，它與高分子材料的合成、加工、應(yīng)用等都有非常密切的內(nèi)在聯(lián)系，是高分子專業(yè)的一門非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程的學(xué)習(xí)對學(xué)生深入掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識和基本技能有著深遠的影響。然而高分子物理具有概念多而抽象、結(jié)構(gòu)紛繁而復(fù)雜、性能多變等特點被公認為高分子專業(yè)最難講和最難學(xué)的專業(yè)課。不少學(xué)生認為高分子物理理論性強、數(shù)學(xué)推導(dǎo)多等，因而課堂上缺乏足夠?qū)W習(xí)興趣。另外一些學(xué)生反應(yīng)平時課堂上能夠聽懂老師授課內(nèi)容，但是在實際中遇到高分子物理具體問題，感覺不知如何解決等問題。針對以上存在的典型問題，高分子物理老師對該課程教學(xué)進行改革研究，探索各種教學(xué)方法如案例教學(xué)、啟發(fā)式、問答式互動教學(xué)等。作者所在學(xué)校將此課程安排在大學(xué)三年級的第一學(xué)期進行，此階段的學(xué)生對于該專業(yè)的認識還比較局限，筆者在高分子物理課堂教學(xué)中采取了一些適合本專業(yè)特點的方法和措施，以提高教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣、積極性和專業(yè)思維能力。在此過程中，作者有以下一些體會和感受。
1注重高分子物理史的講解
高分子物理的每個概念、公式，都有其出現(xiàn)的時間和年代，都是為解決一定的問題而提出的。適當講授高分子物理史，幫助學(xué)生通過高分子物理歷史訊號和高分子物理科學(xué)家認識高分子物理，有助于學(xué)生了解本學(xué)科的發(fā)展，積累一定的感性認識。比如在講解高分子的鏈結(jié)構(gòu)高分子鏈的交聯(lián)時，引入橡膠硫化的發(fā)明史:兩千五百年前亞馬遜河流域的印地安人將橡膠樹汁徐在腳上，發(fā)明了橡膠靴子，不過一天后靴子會逐漸解體，直到1839年，Goodyear將橡膠原汁加入硫，使橡膠分子發(fā)生交聯(lián)制造出穩(wěn)定的橡膠，開啟了橡膠工業(yè)的時代。另外，結(jié)合本系涂料專業(yè)特色，給學(xué)生介紹目前涂料的發(fā)展前沿自愈合涂料，其基本原理是高分子之間通過氫鍵作用產(chǎn)生物理交聯(lián).通過以上講解使學(xué)生認識到交聯(lián)的重要性及對材料性能的影響，體會高分子物理的魅力，同時也擴大了學(xué)生的知識面，加深學(xué)生對高分子物理知識的理解。
2深入淺出地講授基本概念、基本公式
基本概念多是高分子物理課程的一個突出特點，一些概念高度抽象、不好理解，這對于剛剛接觸高分子物理的學(xué)生們來說，理解起來有相當?shù)碾y度。如果在講解過程中，照本宣科，學(xué)生不僅印象不深，還會出現(xiàn)前學(xué)后忘，而且容易把概念相互混淆。那么，如何達到“多而不亂”、“多而不忘”的學(xué)習(xí)效果呢?以“高分子鏈無規(guī)線團”概念為例，課本上的定義比較抽象，難理解，在講課時可以將其具體化，并以Staudinger當時認為高分子鏈是硬梆梆的竿子，但這并不能顯示橡膠的彈性特性，Kuhn提出高分子鏈象意大利面條一樣有彈性、柔韌性的長鏈分子，以上高分子鏈形象生動的比喻加深了學(xué)生對高分子鏈構(gòu)象的理解。再以“玻璃態(tài)和橡膠態(tài)”概念為例，把高分子鏈段比作蛇，因為蛇是冷血動物，其體內(nèi)熱量主要來自周圍的環(huán)境，在溫度低的時候被凍僵保持不動以節(jié)省能量，這種狀態(tài)這有點類似高分子的玻璃態(tài)，在溫度高的時候從外界獲得能量可以運動，這點與聚合物的橡膠態(tài)類似，以上比喻使學(xué)生很容易理解玻璃態(tài)和橡膠態(tài)聚合物的鏈段運動情況，而且印象深刻不容易忘記。又如交聯(lián)橡膠彈性的統(tǒng)計力學(xué)應(yīng)力一應(yīng)變狀態(tài)方程非常重要，它將聚合物微觀結(jié)構(gòu)與其宏觀力學(xué)性能聯(lián)系起來，課本上推導(dǎo)比較復(fù)雜，步驟多、公式多，不好理解而且容易忘。事實上只要抓住內(nèi)能對橡膠彈性的貢獻為零，橡膠彈性的本質(zhì)是嫡彈性，按照以下思路推導(dǎo)，思路比較清晰而且好理解，學(xué)生也就很容易理解公式中各參數(shù)的物理意義。
3理論聯(lián)系實際并結(jié)合典型案例教學(xué)
高分子物理理論性強，應(yīng)用性也很強，高分子物理教材限于篇幅主要闡述基本原理、基本理論、等方面的內(nèi)容，應(yīng)用方面講得比較少。對于教師在講授這些基本知識的時候，不能只是簡單的以課本上高度概括的語言來描述，應(yīng)注意理論聯(lián)系實際，并穿插豐富的，不斷更新的例子來說明，這樣可以使學(xué)生能夠更好的理解和掌握高分子物理。如在聚合物的液晶態(tài)一節(jié)中課本上對著名的芳綸纖維聚對苯二甲酞對苯二胺(杜邦公司的商品名為Kevlar)介紹較少，在講解中可以詳細分析該聚合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，其由剛性長分子構(gòu)成而且其分子鏈沿長度方向高度取向，并且分子間有很強的氫鍵作用，其強度是鋼絲的5-6倍，因此由該纖維組成的織物能防止子彈的穿過，因此可用來做防彈背心。此外，該液晶態(tài)聚合物熔點在500℃以上，很難熔融加工，結(jié)晶性很強也很難溶解，杜邦公司Stephanie Kwolek選用復(fù)合溶劑N一甲基毗咯烷酮和少量無機鹽氯化鈣使其溶解，而氯化鈣的作用主要是破壞分子間的氫鍵，從而解決了溶解問題，以上案例使學(xué)生深刻的理解了液晶聚合物的結(jié)構(gòu)與性能，而且還了解了其溶解的原理和加工的方法。作者主要從事有機無機納米復(fù)合材料的研究，積累了一些有關(guān)納米復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與性能的照片、數(shù)據(jù)與樣品。在“高分子玻璃化轉(zhuǎn)變、結(jié)晶、高分子的力學(xué)行為、粘彈性”等章節(jié)中列舉了較多的本課題組的研究成果和體會，不僅使學(xué)生加深了對多組分體系結(jié)構(gòu)與性能的了解，還引發(fā)了同學(xué)對科研的興趣，使學(xué)生認識到學(xué)習(xí)理論的重要性，提高了學(xué)習(xí)的主動性。
4充分運用多媒體教學(xué)
高分子物理學(xué)中涉及很多聚合物和許多抽象的概念，模型、公式和曲線，學(xué)生憑空難想象也難以理解。充分運用多媒體教學(xué)，使抽象的教學(xué)內(nèi)容具體化、清晰化，同時能大大增加課堂信息量、提高教學(xué)效率。如由于學(xué)生在大三上半學(xué)期同時學(xué)習(xí)高分子化學(xué)和高分子物理，在高物講解中涉及到一些聚合物學(xué)生對其結(jié)構(gòu)組成還不熟悉，在制作課件時作者就充分考慮到這點在課件中給出聚合物的分子結(jié)構(gòu)式，幫助學(xué)生理解聚合物結(jié)構(gòu)特點。在如在講解高分子的構(gòu)型與構(gòu)象、高分子的晶態(tài)結(jié)構(gòu)中像單晶、球晶、串晶、球晶生長等、高分子的溶解過程、高分子粘彈性的四元件模型可通過圖片、FLASH動畫，可以讓學(xué)生們能夠從多角度、直觀、形象、生動地進行觀察，使難以理解的內(nèi)容形象化，有助于學(xué)生發(fā)揮學(xué)習(xí)的主動性，積極思考，并興趣盎然地參與教學(xué)活動。
總之，高分子物理作為高分子專業(yè)的最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，教師應(yīng)在教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生對高分子物理的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)他們的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生想學(xué)，并使其具有自主學(xué)習(xí)的能力和具有一定的專業(yè)思維能力，為學(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程或今后從事高分子相關(guān)工作奠定良好的基礎(chǔ)。
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