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【文章編號】0450-9889(2017)06C-0078-02
高分子材料是化工產(chǎn)品的一個分支,是目前發(fā)展最快、應(yīng)用前景最廣且最具生命力的一類化工產(chǎn)品;高分子行業(yè)的迅猛發(fā)展,急需大量復(fù)合型人才。而大多數(shù)高校高分子材料專業(yè)的人才培養(yǎng)側(cè)重在材料的合成等偏理論方面,對高分子材料加工成型為終極產(chǎn)品的工藝環(huán)節(jié)關(guān)注的程度不高。廣西大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)在化工材料加工工藝方面開設(shè)了系統(tǒng)的專業(yè)課程群,為“高分子材料成型與工藝”課程的設(shè)置打下了堅實的理論基礎(chǔ)。然而,廣西大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)沒有開設(shè)過高分子物理、高分子化學(xué)、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎(chǔ)等高分子基礎(chǔ)或?qū)I(yè)基礎(chǔ)課程,且該專業(yè)作為一個覆蓋范圍廣泛的交叉的專業(yè),開設(shè)的專業(yè)課程很多,所有的專業(yè)課程學(xué)時都高度壓縮。在高分子材料理論知識缺乏、課程學(xué)時數(shù)少、無配套實驗的背景下,本文從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、創(chuàng)新能力培養(yǎng)等方面對“高分子材料成型與工藝”課程教學(xué)改革進(jìn)行探索。
一、教材的選用
廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院“高分子材料成型與工藝”課程剛開設(shè)時,選用的教材是史玉升等編著的《高分子材料成型工藝》,學(xué)生通過學(xué)習(xí)可以掌握高分子材料的制備、性能、成型、評價及應(yīng)用,全面系統(tǒng)地了解高分子材料成型技術(shù)的最新知識。教學(xué)過程中,學(xué)生反映這本教材的難度太大,因為“高分子材料成型與工藝”是一門專業(yè)技術(shù)課程,需在完成化工熱力學(xué)、化工原理、物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、高分子物理和化學(xué)、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎(chǔ)等基礎(chǔ)理論課和專業(yè)基礎(chǔ)課程后,對學(xué)生進(jìn)行綜合訓(xùn)練。
“高分子材料成型與工藝”課程是在大三第一學(xué)期開設(shè)的專業(yè)課,此時學(xué)生已經(jīng)修完化工熱力學(xué)、化工原理、物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)等基礎(chǔ)理論課,然而基本沒有學(xué)過高分子物理、高分子化學(xué)、高分子材料、聚合物加工原理、高分子材料基礎(chǔ)等專業(yè)基礎(chǔ)課,高分子材料方面的基礎(chǔ)較差,加上這本教材講述的理論知識較少,所以學(xué)起來較吃力。根據(jù)學(xué)生的反映,學(xué)院及時更換了教材,采用周達(dá)飛等主編的《高分子材料成型加工》“九五”重點教材,該教材高度概括了高分子材料的最基礎(chǔ)的知識,對加工成型影響很大的高分子流變學(xué)基礎(chǔ)知識進(jìn)行較全面深入的介紹,全面介紹了高分子材料成型加工最常用的基本工藝,也兼顧了新技術(shù)和新方法,難度適中,得到學(xué)生好評。
二、教學(xué)內(nèi)容的改革
高分子材料成型技術(shù)涉及化學(xué)、材料、材料加工、機(jī)械等多種學(xué)科,“高分子材料成型與工藝”課程是一門專業(yè)技術(shù)課程,需要廣泛的理論知識基礎(chǔ)?;瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)的學(xué)生基本無高分子材料理論基礎(chǔ)知識,學(xué)習(xí)起來的確難度很大。非高分子材料專業(yè)的“高分子材料成型與工藝”課程要以“高分子材料―成型加工―制品性能”這條主線展開教學(xué)內(nèi)容,重點掌握三者的關(guān)系,強(qiáng)調(diào)成型加工對制品性能的重要性,這是本課程的主題思想,也是高分子材料的工程特征;選用“九五”重?c教材《高分子材料成型加工》,充分利用國內(nèi)外重要專業(yè)期刊了解行業(yè)最新動態(tài),不斷更新及補充教學(xué)內(nèi)容,確保教學(xué)內(nèi)容的先進(jìn)性;在教學(xué)內(nèi)容安排上,以高分子材料成型加工的大工程觀點為著眼點,以寬專業(yè)為目標(biāo),概況高分子材料理論基礎(chǔ)和概念(詳細(xì)的內(nèi)容指定參考范圍讓學(xué)生利用課外時間自學(xué)),從高分子材料的加工原理出發(fā),著重對成型加工工藝進(jìn)行討論。從高分子材料的成型加工的共性出發(fā),對模壓、擠出、注塑及壓延四大成型技術(shù)及工藝進(jìn)行重點講授,然后講授塑料、橡膠及復(fù)合材料的成型特點和區(qū)別,對于一些新的成型方法,以及教材中未涉及而在一些科技文獻(xiàn)中見報道的新的成型方法及工藝,教師建立了QQ群這樣的交流平臺,并將高分子領(lǐng)域權(quán)威的一些微信公眾號分享到平臺上,經(jīng)常轉(zhuǎn)發(fā)高分子材料國際國內(nèi)的重要進(jìn)展到平臺,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,讓學(xué)生以興趣為導(dǎo)向自動組成興趣學(xué)習(xí)小組的方式進(jìn)行自學(xué)。筆者首先通過課內(nèi)課外結(jié)合強(qiáng)化高分子理論基礎(chǔ)與概念,對成型加工影響最大的流變性在課堂上進(jìn)行詳細(xì)介紹,而其他性能如穩(wěn)定性、電性能、光性能等材料性能則作為課外學(xué)習(xí)內(nèi)容,在有限的學(xué)時內(nèi),節(jié)選核心內(nèi)容,把高分子材料合成、性能、加工及相互間的影響規(guī)律簡要完整地介紹。比如教材中同一種成型方法按不同的應(yīng)用體系分成很多小結(jié),而教學(xué)過程中每種成型工藝僅以一種材料為代表來講,但不同章節(jié)會選不同的材料體系來進(jìn)行,比如講橡膠的壓延,那么注塑可能選塑料,而擠出可能選復(fù)合材料,這樣來兼顧各類高分子材料的成型。
三、教學(xué)方法的改革
教學(xué)方法是影響教學(xué)目標(biāo)是否能夠?qū)崿F(xiàn)、實現(xiàn)的程度和效率的關(guān)鍵。非高分子材料專業(yè)的“高分子材料成型與工藝”課程教學(xué)存在兩個難點:一是許多內(nèi)容涉及高分子加工機(jī)械、設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作過程,這要求有實際感性認(rèn)識和直觀性;二是該課程的理論性和實踐性都很強(qiáng),如何在教學(xué)過程中實現(xiàn)理論與實際的結(jié)合,用理論來解釋生產(chǎn)中的實際問題,或以具體實例來說明理論,促使學(xué)生真正掌握知識。針對這些問題,“高分子材料成型與工藝”課程在教學(xué)過程中對教學(xué)方法、教學(xué)手段進(jìn)行了改革。
(一)現(xiàn)代化教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合?!案叻肿硬牧铣尚团c工藝”課程中許多內(nèi)容涉及高分子加工機(jī)械、設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作過程,這要求有實際感性認(rèn)識和直觀性,同時,該課程的理論性和實踐性都很強(qiáng)。筆者根據(jù)所選用教材,利用PowerPoint加入聲音、圖像、動畫、視頻等各種多媒體信息,并根據(jù)需要設(shè)計各種演示效果,將抽象、生澀難懂的知識形象生動地展示給學(xué)生,激起學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、吸引他們的注意力,大大加深學(xué)生對知識的理解和印象。由于化學(xué)化工學(xué)院缺乏相應(yīng)的高分子材料成型教學(xué)設(shè)備,教學(xué)小組聯(lián)系外界資源制作了幾個基本成型工藝的微課,同時廣泛收集案例、動畫演示及成型錄像,不斷補充到授課內(nèi)容中,讓學(xué)生對高分子成型工藝及設(shè)備等有更直觀的認(rèn)識,對課件內(nèi)容進(jìn)行更新和完善,豐富課堂內(nèi)容,加大課堂信息量,使學(xué)生獲得對高分子材料成型加工的理性和感性雙重認(rèn)識,使教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。
同時,教師也要注意吸取傳統(tǒng)教學(xué)中講解的優(yōu)點,將教師的語言、激情和應(yīng)變能力體現(xiàn)在多媒體教學(xué)中,并用眼神、情感、心靈與學(xué)生溝通,必要時還要進(jìn)行板書,讓學(xué)生徹底把握一些關(guān)鍵問題。
(二)采用“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法和啟發(fā)式互動式教學(xué)。與傳統(tǒng)的以教師為主體的“填鴨式”“灌輸式”教學(xué)方式不同,筆者在部分知識點的授課中嘗試采用“任務(wù)驅(qū)動”教學(xué)法,從傳統(tǒng)教學(xué)的講授、灌輸和教師主宰課堂,轉(zhuǎn)變?yōu)榻M織和引導(dǎo);從單純講解轉(zhuǎn)變?yōu)榕c學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕涣骱吞接?。筆者在講述“高分子材料配方設(shè)計”這一章內(nèi)容時,并沒有按照書本來進(jìn)行,而是布置了一道思考題“設(shè)計食品袋的配方”,讓學(xué)生通過自學(xué)課本內(nèi)容與上網(wǎng)查找相關(guān)知識等來完成這一思考題,并在學(xué)生完成后讓他們用PPT來展示成果,通過討論的形式與學(xué)生探討了配方設(shè)計中的一些原則與內(nèi)容。
啟發(fā)式互動式教學(xué)強(qiáng)調(diào)先讓學(xué)生積極思考,再進(jìn)行適時啟發(fā);教師不僅要加強(qiáng)自身專業(yè)素養(yǎng)和知識積累,而且更重要的是建立師生互動的教學(xué)過程,并營造良好的課堂教學(xué)氛圍,實現(xiàn)教學(xué)相長;教師注意自己角色的轉(zhuǎn)變,良好的學(xué)習(xí)情境可使學(xué)生了解學(xué)習(xí)任務(wù)的必要性和與學(xué)習(xí)任務(wù)相關(guān)的學(xué)習(xí)信息,從而激發(fā)學(xué)習(xí)意愿和濃厚的學(xué)習(xí)興趣;在教學(xué)過程中,對于重要的知識點,通過案例教學(xué),與學(xué)生共同分析和討論,啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。
關(guān)鍵詞:高分子材料改性;教學(xué)改革;實踐
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)41-0094-02
一、緒論
“高分子材料改性”是高等工科學(xué)校高分子材料與工程專業(yè)一門重要的專業(yè)課程。高分子改性的方法多種多樣,各種不同門類的改性方法之間相互關(guān)聯(lián)、相互依托,這不僅體現(xiàn)在理論范疇,而且體現(xiàn)在應(yīng)用領(lǐng)域。通過本門課程學(xué)習(xí),使學(xué)生掌握高分子材料改性的基本概念,改性原理、增強(qiáng)理論和技術(shù),共混工藝以及聚合物改性的最新研究進(jìn)展;了解常用的改性設(shè)備;培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)的有關(guān)基礎(chǔ)理論、基本知識去分析與解決實際問題的能力[1]。針對“高分子材料改性”課程的特點以及過去幾年的教學(xué)實踐,目前“高分子材料改性”課程教學(xué)中還存在以下3個主要問題:
1.授課計劃和授課內(nèi)容安排不合理?!案叻肿硬牧细男浴闭n程主要包括聚合物共混的基本概念、聚合物共混過程與調(diào)控、共混物的形態(tài)、共混體系相容熱力學(xué)、共混物性能的預(yù)測與影響因素、共混改性在塑料及橡膠等領(lǐng)域中的應(yīng)用、共混方法在短纖維填充體系及納米復(fù)合物材料中的應(yīng)用、聚合物共混工藝與設(shè)備等。對于強(qiáng)調(diào)實際應(yīng)用的高分子材料與工程專業(yè)的本科學(xué)時來說,該課程顯得尤其重要[2]。根據(jù)授課計劃安排,該課程開設(shè)32學(xué)時,存在著內(nèi)容多、課時少、授課內(nèi)容需要進(jìn)一步提煉等問題,難以在規(guī)定學(xué)時內(nèi)有效、連貫的開展教學(xué)活動。
2.缺乏實踐環(huán)節(jié)。目前,“高分子材料改性”課程主要以講授為主,缺乏實踐環(huán)節(jié),學(xué)生主動參與較少,導(dǎo)致學(xué)生感性認(rèn)識不深。例如在第十章講解高分子共混改性設(shè)備時,學(xué)生們難以區(qū)分同向雙螺桿擠出機(jī)和異向雙螺桿擠出機(jī)的物料輸送方向,通過靜態(tài)的二維或三維圖片進(jìn)行講解時,其表現(xiàn)力度有限,無法有效地使學(xué)生理解和掌握兩類雙螺桿擠出機(jī)的工作原理和區(qū)別。
3.教材更新與完善。目前,江蘇科技大學(xué)“高分子材料改性”課程選用的教材是2006年王國全老師編寫的《聚合物共混改性原理與應(yīng)用》。本書為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材、“十一五”國家重點圖書。教材在廣泛總結(jié)國內(nèi)外高分子共混理論與應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上,融入了王國全老師多年來在高分子材料共混領(lǐng)域的教學(xué)與科研實踐經(jīng)驗編著而成[1]。目前,高分子共混改性等相關(guān)方法在高分子加工領(lǐng)域中的應(yīng)用不斷擴(kuò)展和壯大,但是該教材自2007年第一次出版后沒有進(jìn)行過更新和修訂,部分內(nèi)容與當(dāng)前發(fā)展現(xiàn)狀不符,例如教材第七章介紹五大通用塑料產(chǎn)量時,依據(jù)2006年的統(tǒng)計數(shù)據(jù),聚氯乙烯的產(chǎn)量僅次于聚乙烯居于第二位,而隨著聚氯乙烯應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)展,目前聚氯乙烯的產(chǎn)量已經(jīng)超過聚乙烯位居第一位,因此,目前的教材并不完全適應(yīng)于當(dāng)前高分子材料與工程專業(yè)“高分子材料改性”課程的教學(xué)。
4.考核方式不全面。目前,“高分子材料改性”課程考核方式為平時成績占30%,期末成績占70%。平時成績占比較低,期末成績占比較高,出現(xiàn)部分學(xué)生平時不重視課后作業(yè),期末考試時突擊復(fù)習(xí)通過考試的現(xiàn)象。這樣的考核方式無法反映出學(xué)生的真實水平和實際能力,也很難讓學(xué)生的實際應(yīng)用能力得以實質(zhì)性提高。
二、教學(xué)改革方法與手段
針對高分子材料與工程專業(yè)“高分子材料改性”的特點和目前存在的問題,結(jié)合江蘇科技大學(xué)的實際情況,要求學(xué)生在掌握聚合物共混改性原理和基本概念的基礎(chǔ)上,培養(yǎng)學(xué)生分析和解決實際問題的能力,作者結(jié)合該課程的特點以及過去幾年的教學(xué)實踐,總結(jié)了幾點教學(xué)改革方法。
(一)結(jié)合課程特點,調(diào)整授課計劃和內(nèi)容
針對授課內(nèi)容多、學(xué)時少的問題,有必要對課程進(jìn)行提煉整理,刪除部分與聚合物共混改性無關(guān)的內(nèi)容。例如教材第五章中相分離行為與均相結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的內(nèi)容對于物理化學(xué)專業(yè)十分重要,但是對高分子材料與工程專業(yè)學(xué)生來說,只需要在第五章中加以概述就能滿足本專業(yè)的教學(xué)要求。同時,對于后續(xù)的Flory-Huggins模型和狀態(tài)方程理論部分為高分子物理講授內(nèi)容,也可以進(jìn)行適當(dāng)刪減和提煉。另外,共混物的相界面學(xué)習(xí)對于分析多相共混體系的微觀結(jié)構(gòu)和性能至關(guān)重要,現(xiàn)有的授課計劃中相關(guān)內(nèi)容過于簡單,無法滿足高分子材料與工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)要求,因此有必要增加相關(guān)的授課內(nèi)容。
(二)增加實踐環(huán)節(jié),提高學(xué)生的感性認(rèn)識,培養(yǎng)學(xué)生解決實際問題能力
“高分子材料改性”是一門理論與實踐并重的課程,部分授課內(nèi)容較為抽象,學(xué)生只有通過親自實踐,才能對課堂學(xué)習(xí)的相關(guān)知識進(jìn)行充分的理解和消化吸收。同時,實踐環(huán)節(jié)的引入,學(xué)生們可以在實踐過程中提高感性認(rèn)識,培養(yǎng)學(xué)生的動手能力以及發(fā)現(xiàn)問題、查閱文獻(xiàn)、相互合作去分析解決問題的能力,這對于學(xué)生將來的學(xué)習(xí)和工作都具有重要意義。另外,實踐環(huán)節(jié)具有一定的趣味性,可以有效調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性[3]。
(三)優(yōu)化教學(xué)方法,發(fā)揮學(xué)生主動性
在以往的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn),課堂上學(xué)生的參與程度少,課后缺乏主動復(fù)習(xí),導(dǎo)致整體的教學(xué)效果不好。教學(xué)方法的改革應(yīng)倡導(dǎo)以學(xué)生為主,激發(fā)學(xué)生自身作為學(xué)習(xí)主體的意識,使知識的學(xué)習(xí)從傳統(tǒng)的灌輸式教育方式向主動吸收式的方向轉(zhuǎn)變,可以有效提高教學(xué)效果。例如可以將每堂課開始前的復(fù)習(xí)時間由以往的老師講改為學(xué)生講,上課前給學(xué)生5分鐘時間簡要總結(jié)上次課學(xué)習(xí)的主要知識點。這樣做一方面可以有效幫助學(xué)生提高上課時的注意力,另一方面可以督促學(xué)生課后及時復(fù)習(xí)課堂知識,更加牢固的掌握知識,做到融會貫通。同時該方法的推廣,還可以鍛煉學(xué)生的幻燈片制作水平并給每一位學(xué)生提供一個展現(xiàn)自己的機(jī)會,增加學(xué)生的主體意識[4]。
(四)優(yōu)化考核方法,引導(dǎo)學(xué)生全面發(fā)展
課程考核是檢驗教師教學(xué)效果和學(xué)生學(xué)習(xí)效果的重要方式和手段。以往的考核方式主要通過一張試卷來檢查學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,而學(xué)生往往可以通過突擊性的復(fù)習(xí)取得較高的分?jǐn)?shù),這樣的考核方式既不能準(zhǔn)確反映老師的教學(xué)效果,亦不能充分反映學(xué)生對知識的掌握程度[5]。根據(jù)高分子材料改性課程的特點,筆者在實際的課程考核中嘗試采取靈活多樣的考核方式。一是增加平時成績所占比重,將平時成績所占的比重從30%提高至40%,使學(xué)生認(rèn)識到平時學(xué)習(xí)的重要性;二是進(jìn)一步增加隨堂提問,提高學(xué)生上課時的注意力,減少課外作業(yè)在平時成績中所占的比重;三是引入課前5分鐘,讓學(xué)生利用幻燈片總結(jié)復(fù)習(xí)上節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容,督促學(xué)生養(yǎng)成課后復(fù)習(xí)的良好習(xí)慣。
三、教學(xué)改革效果
“高分子材料改性”課程從江蘇科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料與工程專業(yè)2009級開設(shè),目前已經(jīng)開設(shè)7屆。近三屆學(xué)生的成績分析表明,該課程平均優(yōu)良率為92%。通過本課程的學(xué)習(xí),使學(xué)生利用共混改性相關(guān)的基本知識去分析與解決實際問題的能力得到明顯提高,很多同學(xué)參與了本科生的創(chuàng)新計劃大賽,做了很多有意思的實驗性課題,部分同學(xué)取得了較好的成績。
四、結(jié)論
“高分子材料改性課程”教學(xué)改革是一項系統(tǒng)工程,筆者以培養(yǎng)學(xué)生有效利用共混改性相關(guān)的基本知識去解決實際應(yīng)用問題為出發(fā)點,通過調(diào)整授課計劃、增加實踐環(huán)節(jié)、優(yōu)化教學(xué)方法和考核方法,去引導(dǎo)學(xué)生樹立良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,充分掌握高分子共混改性的相關(guān)知識點。實踐證明,對“高分子材料改性課程”課程進(jìn)行教學(xué)改革能夠有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性,充分發(fā)揮學(xué)生自身潛力,為學(xué)生將來的學(xué)習(xí)與工作奠定堅實的基礎(chǔ)。
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Teaching Reform of "Polymer Materials Modified" Course
ZHUO Qi-qi
(College of Material Science and Technology,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang,Jiangsu 212003,China)
關(guān)鍵詞:教學(xué)探索;生物功能材料;生物醫(yī)用高分子
中圖分類號:G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)38-0198-02
青島農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與藥學(xué)院生物功能材料專業(yè)成立于2011年,專業(yè)成立時間短,國內(nèi)開設(shè)此專業(yè)的院校也非常少。開設(shè)的專業(yè)課程主要有:《高分子化學(xué)與物理》、《生物醫(yī)用高分子材料》、《可降解與吸收材料》、《生物材料學(xué)》、《無機(jī)生物材料》等。其中,《生物醫(yī)用高分子材料》是生物功能材料專業(yè)的重要專業(yè)課程,界定該課程的講授內(nèi)容、探討其講授方法、發(fā)展其教學(xué)規(guī)劃、增強(qiáng)該課程的培養(yǎng)效果,是非常有意義的一項課題?!渡镝t(yī)用高分子材料》課程是一門交叉課程,醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)、化學(xué)及材料等學(xué)科專業(yè)均有開設(shè),相互之間密切相連,其研究與開發(fā)兼有重大的社會與經(jīng)濟(jì)需求。此課程在生物功能材料專業(yè)中開設(shè),有利于學(xué)生對生物醫(yī)用高分子的概念、分類、結(jié)構(gòu)、應(yīng)用等的學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生對生物功能材料的研究興趣,提高其自主思考、創(chuàng)新能力。相對于《無機(jī)化學(xué)》、《有機(jī)化學(xué)》、《分析化學(xué)》等基礎(chǔ)課程,生物醫(yī)用高分子的相關(guān)研究尚短,理論不成熟、系統(tǒng),且內(nèi)容眾多、繁瑣,而該課程開課學(xué)時僅32學(xué)時。這樣的課時設(shè)置給我們的授課帶來了極大難度。如何上好《生物醫(yī)用高分子材料》、如何在有限的時間內(nèi)對該課程進(jìn)行系統(tǒng)的講解,讓學(xué)生對《生物醫(yī)用高分子材料》課程有一個清晰、系統(tǒng)的認(rèn)識,將是該課程授課教師需要重點探索的問題。作者從事高分子、生物材料的相關(guān)教學(xué)工作,具有一定的教學(xué)經(jīng)驗,就如何更好地開展《生物醫(yī)用高分子材料》課程教學(xué),凸顯其在生物功能材料專業(yè)中的作用,介紹相關(guān)見解和體會如下。
一、課程內(nèi)容與學(xué)生(生物功能材料專業(yè))素質(zhì)、能力之間構(gòu)效關(guān)系的建立
課程內(nèi)容是學(xué)生接觸到的直觀材料,是指導(dǎo)學(xué)生思考、分析、學(xué)習(xí)的基本要素。課程內(nèi)容選擇的適當(dāng)與否,直接關(guān)系到所培養(yǎng)學(xué)生素質(zhì)、能力的高低。選擇合適的講授內(nèi)容,應(yīng)遵循原則如下:
1.課程內(nèi)容是否可引起學(xué)生的興趣?興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的動力。課程內(nèi)容的設(shè)計是引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的第一步,一個優(yōu)秀的課程內(nèi)容預(yù)示著成功了一半。本教學(xué)中部分章節(jié)重點講述人工器官、醫(yī)療診斷用高分子材料,如牙科材料、眼科材料、醫(yī)用縫合線等,貼近生活中的應(yīng)用,一下子拉近了生物醫(yī)用高分子材料與大家的距離,在讓學(xué)生感覺有趣的情況下引發(fā)他們的思考,做到事半功倍的效果。同時,讓學(xué)生真正了解到課堂上學(xué)習(xí)的知識是有用的、與生活密切相關(guān)的,擊潰社會、校園傳播的“讀書無用論”,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、動力。
2.課程內(nèi)容是否與專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)息息相關(guān)?本專業(yè)為生物功能材料,致力于生物功能材料高素質(zhì)、強(qiáng)能力人才的培養(yǎng),選擇課程內(nèi)容時應(yīng)密切聯(lián)系“生物”、“功能”、“材料”三概念。選擇一本《生物醫(yī)用高分子材料》教材,并不意味著本教材所有內(nèi)容均需詳細(xì)講解,與專業(yè)人才培養(yǎng)相關(guān)的重點講解,不相關(guān)的則可只言片語帶過。如緒論中對生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展、由來的講解,可用0.5學(xué)時或更少的時間講述;而對該材料的生物相容性、安全性評價及其應(yīng)用,則需重點講述。有目的、有選擇性地講授課程內(nèi)容,突出重點,結(jié)合實際應(yīng)用講解。
3.課程內(nèi)容是否緊跟學(xué)術(shù)前沿?《生物醫(yī)用高分子材料》課程中,部分章節(jié)對典型的生物醫(yī)用高分子材料進(jìn)行了講解,如聚乳酸、聚磷酸酯等。本科學(xué)生主要專注于理論知識的學(xué)習(xí),及一定程度創(chuàng)新、動手能力的培養(yǎng),對于化學(xué)、材料合成方法、技術(shù)的發(fā)展知之甚少。講授《生物醫(yī)用高分子材料》課程時,適當(dāng)介紹相關(guān)材料研究的最新熱點,如聚乳酸的合成方法、特殊的性能等,有利于學(xué)生綜合素質(zhì)能力的培養(yǎng)。
4.課程內(nèi)容與開設(shè)課時是否匹配?針對課時較少的現(xiàn)狀,需對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的安排。首先講述高分子材料的生物相容性、安全性,及其和生物體的相互作用;再次講述生物醫(yī)用高分子材料在人工器官、醫(yī)療診斷、藥物緩控釋、組織工程等領(lǐng)域中的應(yīng)用;接著講述生物醫(yī)用高分子材料的性能及其改性;最后依據(jù)前面信息,總結(jié)關(guān)系規(guī)律,講述生物醫(yī)用高分子材料的設(shè)計方法。這樣既保證了對該課程的系統(tǒng)講解,使學(xué)生對生物醫(yī)用高分子材料的基本概念、分類及應(yīng)用有了初步了解,又沒有因為課程過難或過多給學(xué)生造成負(fù)擔(dān)。
二、教學(xué)方法的優(yōu)化探討
眾所周知,大學(xué)的課堂基本上都是教師高談闊論,學(xué)生按部就班,到了考試周就劃重點,瘋狂背,及格就萬事大吉,但這并不是我們設(shè)計的目標(biāo)結(jié)果,我們的目標(biāo)是希望每一位學(xué)生都真真正正地學(xué)到知識。因此,有必要建立良好的教學(xué)方法、教學(xué)模式、教學(xué)手段。教學(xué)方法是教師和學(xué)生為了實現(xiàn)共同的教學(xué)目標(biāo),完成共同的教學(xué)任務(wù),在教學(xué)過程中運用的方式與手段的總稱。包括教師教的方法(教授法)和學(xué)生學(xué)的方法(學(xué)習(xí)方法)兩大方面,是教授方法與學(xué)習(xí)方法的統(tǒng)一。教授法必須依據(jù)學(xué)習(xí)法,否則便會因缺乏針對性和可行性而不能有效地達(dá)到預(yù)期的目的。但由于教師在教學(xué)過程中處于主導(dǎo)地位,所以在教法與學(xué)法中,教法處于主導(dǎo)地位。在課堂上應(yīng)使用多媒體與板書相結(jié)合的教學(xué)方法。多媒體教學(xué)可具體、直觀、生動地表達(dá)抽象的現(xiàn)象,促進(jìn)學(xué)生對知識的理解、吸收。比如,制作材料合成、加工、性能表征及應(yīng)用的視頻,打破傳統(tǒng)的“說―聽”教學(xué)模式。新的方法是積極鼓勵引導(dǎo)學(xué)生參與到課堂中來,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,努力讓學(xué)生主動學(xué),讓學(xué)習(xí)效率更高。材料包括材料的組成、材料的性能、材料的使用,三者之間環(huán)環(huán)相扣,抓住了這一點就能很好的讓同學(xué)們更好地理解一種材料的產(chǎn)生,更能鍛煉同學(xué)們的整體思維。鼓勵同學(xué)們自主學(xué)習(xí),學(xué)生在課堂的時間是非常短暫的,更多的是課余時間,老師在課堂上提出幾個探討性的問題,鼓勵同學(xué)們成立小組相互討論,引導(dǎo)同學(xué)們上網(wǎng)查詢資料,到圖書館資料室查資料,增加自己的眼見,豐富知識。使同學(xué)們在課堂學(xué)的知識能理論聯(lián)系實際,學(xué)以致用。在課堂上講到一種材料,如硅膠,可以作為隆胸的材料等。通過具體實際的例證說明此種材料的用途,加深同學(xué)們的理解。在課堂上讓同學(xué)們認(rèn)真地做筆記,在做筆記的同時也加深了理解,同時也能讓同學(xué)們更加深入的思考。同時在教學(xué)過程中,應(yīng)開展互動式教學(xué),促進(jìn)教師、學(xué)生之間的緊密溝通交流。作者在課堂上采取提問、討論與學(xué)生上講臺相結(jié)合的教學(xué)方法,增加了教與學(xué)雙方的主動性,取得了較好的效果。比如在講述生物醫(yī)用高分子材料相容性與安全性知識點時,在課前教師可先提出問題:補牙時使用劣質(zhì)材料,則會導(dǎo)致牙齒發(fā)炎、疼痛,分析其原因、闡述理由。讓學(xué)生通過預(yù)習(xí)和查閱資料獨立思考,得出自己的結(jié)論。下次上課時,可讓學(xué)生先就自己的結(jié)論相互討論,教師進(jìn)行糾正或補充。這樣既促使學(xué)生進(jìn)行了課前預(yù)習(xí),也提高了學(xué)生的自學(xué)能力。
三、結(jié)語
以上就是我們對生物醫(yī)用高分子材料課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法的探索和改革,改革的目的是讓同學(xué)們更好地理解學(xué)習(xí)知識,讓學(xué)習(xí)的效率更高。更好地培養(yǎng)專業(yè)基礎(chǔ)知識穩(wěn)扎、具有創(chuàng)新性思維的優(yōu)秀專業(yè)人才,而達(dá)到這一目的,無疑改革和創(chuàng)新才是動力源泉與保證。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞 高分子科學(xué)導(dǎo)論 案例教學(xué) 考核機(jī)制
包裝材料對包裝的發(fā)展起到巨大的推動作用,有時甚至引起發(fā)展上質(zhì)的飛躍。①高分子材料作為現(xiàn)代包裝材料的一個極為重要的組成部分,是包裝工程專業(yè)學(xué)生必須掌握的知識。高分子科學(xué)導(dǎo)論主要包括高分子的合成與化學(xué)反應(yīng)、高分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系、高分子的分析與表征、典型高分子材料的性質(zhì)與應(yīng)用,以及高分子科學(xué)的發(fā)展歷程和研究前沿。②知識點多,內(nèi)容繁雜,而教學(xué)時數(shù)只有48學(xué)時。如何安排好教學(xué)的內(nèi)容、教學(xué)重點,按照包裝工程專業(yè)是需求進(jìn)行課程建設(shè),成為一個非常有意義的課題。課程內(nèi)容豐富、實用性強(qiáng),是包裝工程專業(yè)學(xué)生的必修課程。如何強(qiáng)化學(xué)生的參與意識,提高教學(xué)效果,本文從以下三個方面進(jìn)行了探索和總結(jié)。
1 教學(xué)內(nèi)容上,突出以專業(yè)特點為導(dǎo)向
教學(xué)大綱的完善和更新是教學(xué)內(nèi)容建設(shè)的基本骨架?,F(xiàn)代教學(xué)理念認(rèn)為,教學(xué)大綱不是教學(xué)內(nèi)容的堆砌,而是教學(xué)的指導(dǎo)性文件。③④課程大綱的完善是以創(chuàng)新教育理念為指導(dǎo),傳授知識和培養(yǎng)能力為主線,并要充分地展示課程教學(xué)設(shè)計思想。根據(jù)我校高分子科學(xué)導(dǎo)論教學(xué)時數(shù)少,同時專業(yè)方向又是以包裝材料和包裝工藝為主要方向,以食品、藥品及化妝品包裝為主要應(yīng)用領(lǐng)域,如何選擇甚至編寫合適的教材,如何確定本課程包含的各部分內(nèi)容,合理分配學(xué)時,成為提升高分子科學(xué)導(dǎo)論教學(xué)效果的一個非常重要的因素。在本課程的教學(xué)中,在對第一部分高分子合成化學(xué)部分的學(xué)習(xí)中,主要精力集中在對于反應(yīng)基本原理的認(rèn)識和各種高分子化合物的命名及分子量的影響因素。而不對聚合理論做深入探討。在第二部分,高分子材料結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)知識中,對材料的力學(xué)性能進(jìn)行了著重介紹。作為包裝容器的設(shè)計、加工和使用,這是考察材料的關(guān)鍵點,同時還需要介紹相關(guān)的耐熱、耐化學(xué)性及其他一些基本性能。使得學(xué)生在課程學(xué)習(xí)后,對材料的基本理化性能有一個初步認(rèn)識。第三部分是將材料的加工,對于包裝材料而言,如何將粒料通過注射、吹塑、模壓等方式制備成包裝容器,這是一個能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的部分,也是與學(xué)生將來從事包裝職業(yè)聯(lián)系最緊密的部分。因此,從內(nèi)容上、從學(xué)時上予以加強(qiáng)。尤其是針對我校包裝專業(yè)比較偏重的食品包裝,各種液狀貨品的包裝容器(如各種瓶、壺、桶)以及各種薄膜的主要原材料( PE、PP、PET、PA 等)和主要加工工藝(擠出吹塑成型、注塑吹塑成型、注塑成型、單/雙向拉伸等)進(jìn)行了較為詳細(xì)的展開。
2 在教學(xué)方法上,輔助以案例教學(xué)
掌握和運用好的教學(xué)方法是提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段,也是課程建設(shè)的重要內(nèi)容。⑤案例教學(xué)是一種非常行之有效的教學(xué)方式,能更加直觀地讓學(xué)生理解書本知識,聯(lián)系實際。例如在講高分子材料的應(yīng)用的內(nèi)容時,對身邊的包裝產(chǎn)品進(jìn)行舉例,例如牙膏是我們生活中不可或缺的日用品,因此市場競爭十分激烈。國際牙膏巨頭美國高露潔公司在進(jìn)入我國牙膏市場以前,曾做過大量的市場調(diào)查發(fā)現(xiàn),牙膏包裝的同質(zhì)化競爭嚴(yán)重。針對這些特點,高露潔采用了創(chuàng)新的復(fù)合管塑料內(nèi)包裝。結(jié)果大獲成功,在短短的幾年時間內(nèi),迅速占領(lǐng)了我國1/3的牙膏市場份額。這個例子,充分讓學(xué)生認(rèn)識到,高分子材料對于傳統(tǒng)材料的替代作用及其適用范圍十分廣闊,從而激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在講述高分子注射成型工藝時候,拿出在工廠收集的殘次樣品,對氣眼、流痕、欠注、銀紋/水花、縮痕、熔接痕等常見問題進(jìn)行分析。以氣眼為例,是由于困在型腔內(nèi)氣體不能被及時排出,易導(dǎo)致出現(xiàn)表面起泡,制件內(nèi)部夾氣,注塑不滿等現(xiàn)象。其改進(jìn)方法,從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計上,減少厚度的不一致,盡量保證壁厚均勻。這些處理手段,又都可以通過前期所學(xué)的高分子化學(xué)和高分子物理相關(guān)的鏈段運動、熔體流動、聚集態(tài)變化等相關(guān)知識進(jìn)行解釋。從而使所學(xué)知識得到綜合體現(xiàn),提高了學(xué)生的聯(lián)想、歸納能力,深化了對理論知識的理解,同時有助于其將來在工作中分析并解決一些實際問題。
3 優(yōu)化考核模式,多重手段調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性
構(gòu)建課堂教學(xué)模式時,主要采用教師引導(dǎo),充分地調(diào)動學(xué)生的主動性教學(xué)方法,而考核方式的優(yōu)化,則是對學(xué)生一種非常有效的激勵方式。為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,將考核方式改為論文+PPT講述+期末考試的模式,其中平時考勤、作業(yè)占二十分,論文占二十分,PPT講述占二十分,期末考試占四十分。考慮到學(xué)生還處于大二階段,尚未接觸到文獻(xiàn)調(diào)研等課程,經(jīng)過簡單教授學(xué)生如何使用百度等網(wǎng)絡(luò)搜索引擎以及初步學(xué)習(xí)使用中國知網(wǎng),重慶維普等中文數(shù)據(jù)庫,武裝了學(xué)生的文獻(xiàn)調(diào)研手段,同時也充分調(diào)動學(xué)生的積極性,促使學(xué)生發(fā)揮主觀能動性去查閱文獻(xiàn)資料和標(biāo)準(zhǔn),并按照正規(guī)的綜述論文格式規(guī)范進(jìn)行撰寫。學(xué)生雖然還比較稚嫩,在專業(yè)領(lǐng)域幾乎尚無法真正領(lǐng)會,但初步的鍛煉,拓展了專業(yè)視野,深化了對本專業(yè)的認(rèn)識,提高了用所學(xué)知識去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題并進(jìn)行歸納的能力。雖然還不能提出和解決較為復(fù)雜的問題,但這種鍛煉已經(jīng)起到了非常顯著的效果。大二第二學(xué)期,包裝專業(yè)學(xué)生就可以以高分子材料為出發(fā)點,申請大學(xué)生創(chuàng)新的科技項目,其申請數(shù)每年都占到本專業(yè)的很大部分。另一個考核內(nèi)容是將學(xué)生按四人一組進(jìn)行分組,每組做個PPT并請一位同學(xué)進(jìn)行講述,考核成績作為該組四位同學(xué)的成績。通過做PPT講述,學(xué)生需要自行組織圖片和說明,并進(jìn)行PPT的設(shè)計,直至最后講述。十分鐘的講述和五分鐘的提問,有助于并在一定程度上能集思廣益,學(xué)生之間相互交流和討論。再經(jīng)過最后的考試,學(xué)生需要對所學(xué)課程進(jìn)行一個全面的復(fù)習(xí)和總結(jié),三者結(jié)合,使得學(xué)生對整個學(xué)習(xí)內(nèi)容都有較為直觀、詳盡的認(rèn)識。
【關(guān)鍵詞】點、面結(jié)合;知識點;教學(xué)新模式;探討
0 引言
《高分子物理》是一門新興的學(xué)科,是在長期的生產(chǎn)實踐和科學(xué)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的,是高等工科院校高分子材料科學(xué)與工程專業(yè)的核心主干課程,是研究高分子結(jié)構(gòu)與性能間關(guān)系的科學(xué),也是研究聚合物分子運動規(guī)律的科學(xué)[1]。通過本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握聚合物的多層次結(jié)構(gòu)分子運動及主要物理機(jī)械性能的基本概念理論和研究方法。為高分子設(shè)計、改性、加工、應(yīng)用奠定基礎(chǔ),對學(xué)生深入掌握專業(yè)知識有深遠(yuǎn)影響。然而《高分子物理》概念多、抽象、結(jié)構(gòu)紛繁且性能多變,被視為高分子專業(yè)最難講授和最難學(xué)的專業(yè)課程。不少同學(xué)認(rèn)為,高分子物理理論性強(qiáng)、推導(dǎo)多、在課堂教學(xué)中缺乏學(xué)習(xí)興趣,同學(xué)們在學(xué)習(xí)過程中普遍感到無從下手,力不從心[2]。
針對以上問題對該課程教學(xué)方法進(jìn)行研究,以增強(qiáng)教學(xué)效果、調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。對現(xiàn)有的教學(xué)模式進(jìn)行改革,采用點、面立體教學(xué)模式,讓學(xué)生充分了解各個知識點,通過引入多種、全面的教學(xué)方法,讓學(xué)生從整體上了解高分子物理的基本概率和理論知識。
1 點、面立體教學(xué)模式
以課本上的知識點中心,發(fā)散到和這個知識點相關(guān)的各個知識面,采用不同教學(xué)手段相結(jié)合。首先課本上理論講授知識點,結(jié)合當(dāng)前的科研相關(guān)成果,講解這個知識點的應(yīng)用,結(jié)合計算機(jī)模擬技術(shù)建立形象的思維,通過實體的圖形數(shù)據(jù)深入的理解知識點,達(dá)到能夠熟悉掌握并靈活應(yīng)用的效果。
教學(xué)初期讓學(xué)生對高分子物理這門課程有個總體的認(rèn)識,大概理解這個課程是做什么用,和我們以前學(xué)習(xí)的高分子課程有什么不同,在整個高分子專業(yè)課程中的地位和重要性。從總體的面上,幫助學(xué)生理順各章節(jié)之間的內(nèi)在聯(lián)系,明確課程前后內(nèi)容的邏輯關(guān)系,完善高分子物理知識體系框架結(jié)構(gòu),強(qiáng)化高分子結(jié)構(gòu)內(nèi)涵,重視高分子運動機(jī)制描述,突出高分子性能與結(jié)構(gòu)和運動之間關(guān)系的關(guān)聯(lián)[3]。高分子物理學(xué)的主要內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)、分子運動及性能,結(jié)構(gòu)包括高分子鏈結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu);性能包括力學(xué)性能、熱性能、電學(xué)性能、光學(xué)性能及表面與界面性能等; 分子運動則包括高分子的三種狀態(tài)及松弛轉(zhuǎn)變[4]。授課時應(yīng)將各個知識點的內(nèi)容詳細(xì)的講解、推導(dǎo),讓學(xué)生真正從
隨著教學(xué)過程的深入,學(xué)生在基本理解高分子物理的研究內(nèi)容和特點后,需要讓學(xué)生深入理解高分子物理中基本術(shù)語,高分子物理課程中有許多內(nèi)涵相近、相關(guān)或相互對應(yīng)的術(shù)語。如高分子、大分子,非晶態(tài)、無定形態(tài),銀紋、裂紋等是內(nèi)涵相近的術(shù)語,構(gòu)造、構(gòu)型、構(gòu)象,高彈性、黏彈性,滯后、力學(xué)損耗、損耗因子,蠕變、應(yīng)力松弛,松弛時間、推遲時間,屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度等是內(nèi)涵相關(guān)的術(shù)語,近程結(jié)構(gòu)、遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu),結(jié)晶態(tài)、非晶態(tài),動態(tài)模量、動態(tài)柔量,應(yīng)變軟化、應(yīng)變硬化,有規(guī)立構(gòu)聚合物、無規(guī)立構(gòu)聚合物,取向、解取向等可視為內(nèi)涵相對的術(shù)語[5]。在高分子物理課程的教學(xué)中,對眾多基本術(shù)語的深入講解是一個首要和基本的任務(wù)。對于這些基本術(shù)語是否理解和掌握,意味著對有關(guān)基本概念是否理解和掌握,在理解基本概率的基礎(chǔ)上,結(jié)合當(dāng)前和這個知識點相關(guān)的科研成果,讓學(xué)生能夠真實的感受這個知識點很有用。
在仔細(xì)理解各個知識點后,將知識點發(fā)散到各個面,結(jié)合當(dāng)前的研究熱點或研究進(jìn)展,全面的介紹和講授的知識點相關(guān)的研究工作。真正做到能夠即學(xué)即用,達(dá)到事半功倍的效果。
2 實例講授高分子物理非晶態(tài)聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變
2.1 課本知識點講授
玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象是非常復(fù)雜的,至今還沒有比較完善的理論可以解釋實驗事實?,F(xiàn)有的玻璃化轉(zhuǎn)變理論包括:自由體積理論、熱力學(xué)理論、動力學(xué)理論、模態(tài)耦合理論、固體模型理論等。每一種理論只能解決玻璃化轉(zhuǎn)變中部分實驗現(xiàn)象,課本中重點討論自由體積理論。
自由體積理論最初由Fox和Flory提出來的,主要工作是由Turnbull和Cohen完成。自由體積理論認(rèn)為:液體或固體的體積由兩部分組成,一部分是被分子占據(jù)的體積,稱為已占體積;另一部分是未被占據(jù)的體積,稱為自由體積。后者以“空穴”的形式分散于整個物質(zhì)之中,自由體積的存在為分子鏈通過轉(zhuǎn)動和位移調(diào)整構(gòu)象提供可能性。當(dāng)高聚物冷卻時,自由體積先逐漸減小,到達(dá)某一溫度時,自由體積達(dá)到最低值,維持不變。此時,高聚物進(jìn)入玻璃態(tài)。因而高聚物的玻璃態(tài)可視為等自由狀態(tài)[1]。
在玻璃態(tài)下,聚合物溫度隨溫度升高發(fā)生的膨脹,只是由于正常的分子膨脹過程造成的,包括分子振動振幅的增加和鍵長的變化。到玻璃化轉(zhuǎn)變點,分子熱運動已具有足夠的能量,而且自由體積也開始解凍而參加到整個膨脹的過程中去,因而鏈段獲得了足夠的運動能量和必要自由空間,從凍結(jié)進(jìn)入運動。
2.2 玻璃化轉(zhuǎn)變知識點推導(dǎo)演示
理論知識點講授之后,需要給學(xué)生推導(dǎo)理論的由來和公式的演算過程,雖然大部分的推導(dǎo)書本上有,但是有些省略的步驟,可能讓學(xué)生不能獨自的完全推導(dǎo)出來。結(jié)合自由體積理論示意圖推導(dǎo),可以將Doolittle方程和WLF方程做個簡單的介紹,然后推導(dǎo)得到自聚合物的自由體積分?jǐn)?shù)等于2.5%,直接在黑板上板書整個過程,讓學(xué)生能夠體會到公式是有根據(jù),同時增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)高分子物理學(xué)中公式的信心,應(yīng)該會有很好的效果。
實驗中研究玻璃化轉(zhuǎn)變,主要方法是聚合物發(fā)生玻璃化變化時,測量發(fā)生急劇變化的物理性能,主要有測比容、線膨脹系數(shù)、折光率、溶劑在聚合物中的擴(kuò)散系數(shù)、比熱容、動力學(xué)損耗等隨溫度的變化,可以重點講述比較典型的幾類,如圖1、圖2、圖3:
通過課本上的部分實驗數(shù)據(jù),讓學(xué)生能夠直觀的理解玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的客觀性,加深對玻璃化轉(zhuǎn)變溫度公式的理解。
2.3 玻璃化轉(zhuǎn)變知識點發(fā)散到知識面
結(jié)合當(dāng)前玻璃化轉(zhuǎn)變的研究熱點,將知識點發(fā)散到面,使學(xué)生更加全面的理解知識點。近些年來,非晶態(tài)聚合物玻璃化轉(zhuǎn)變研究的熱點比較多,在給學(xué)生講授的時候,可以選擇一個熟悉的研究熱點進(jìn)行講解。如大分子物質(zhì)如聚合物、蛋白質(zhì)分子等受限于納米孔洞的玻璃化轉(zhuǎn)變,Schonhals[6]發(fā)現(xiàn)聚二甲基硅氧烷(PDMS)受限于2.5~20nm孔洞中的鏈段運動性均較本體強(qiáng),隨著孔徑的減小受限體系的溫度依賴性由VFT行為轉(zhuǎn)變?yōu)锳rrhenius行為;Russell[7]等人應(yīng)小角 X射線散射(SAXS)和中子散射的方法發(fā)現(xiàn),聚苯乙烯鏈(PS)受限于比其本體狀態(tài)鏈尺寸小的氧化鋁孔洞中時,由于高分鏈之間纏結(jié)的減少,鏈整體的運動性增強(qiáng),粘度降低。DSC實驗表明鏈段運動的分布變寬,但其運動性并沒有發(fā)生明顯變化;Richterli[8]等人應(yīng)用中子自旋回波的方法研究了聚二甲基硅氧烷受限于 26nmAAO孔洞中的動力學(xué)行為,第一次發(fā)現(xiàn)了在分子受限于納米孔洞,在緊鄰孔壁表面的強(qiáng)吸附層與孔中心本體層之間存在一個中間相,它的鏈松弛行為受到固定在孔壁上鏈的影響(如圖4所示)。Kinimicht[9]等人應(yīng)用NMR的方法研究受限的高分子熔體,發(fā)現(xiàn)高分子熔體即使在比其自身尺度大得多的受限空間中,其tube-reptation模型算得的有效管徑都小r本體狀態(tài),“緊縮效應(yīng)”(corest effect)的概念被用來解釋這一實驗現(xiàn)象。
圖4 受限于AAO納米孔洞中高分子鏈的三層模型
教師在講課時,可以重點講解一個受限條件下玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變研究成果,讓學(xué)生從目前的科研中感受到學(xué)習(xí)的知識點很有必要,而且研究的前景十分寬廣,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和興趣。
3 思考和探索
高分子物理的總體課時并不多,所以不是所有的章節(jié)都需要采用點、面結(jié)合的教學(xué)方式,需要合理分配教學(xué)課時,盡量在有限的教學(xué)課時里,讓學(xué)生充分掌握學(xué)習(xí)知識的方法,提高興趣。首先使學(xué)生明確學(xué)習(xí)高分子物理的意義,將術(shù)語真正地講透徹,在教學(xué)過程中牢牢地把握住教學(xué)主線,注意方式方法,例如從某個知識點強(qiáng)化理論概念,然后立體的發(fā)散到和知識點相關(guān)的面,并通過運用多種教學(xué)方法,形成一個知識的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使學(xué)生牢固掌握高分子物理中的知識。結(jié)合現(xiàn)有的一些科研熱點,調(diào)動學(xué)生的積極性,使其主動參與到教學(xué)活動中來,培養(yǎng)創(chuàng)新意識。我們主要是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,只有這樣才能提高運用知識的能力,開拓眼界,啟發(fā)思維,使認(rèn)知過程不斷充實提高,達(dá)到提升教學(xué)質(zhì)量的目的。
4 體會
高分子物理是一門難學(xué)難教的課程,作為高分子材料與工程本科專業(yè)重要的基礎(chǔ)課,對學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)其它專業(yè)課有深遠(yuǎn)的影響。總之,在高分子物理的教學(xué)過程中,應(yīng)突出重要知識點的詳細(xì)講解、推導(dǎo),然后有這個知識點發(fā)散到相關(guān)的知識面,形成以這個知識點為中心的空間知識網(wǎng),對學(xué)生牢固的掌握知識將會有很大的幫助,提高學(xué)生對課程內(nèi)容的理解,培養(yǎng)和提高學(xué)生分析、解決問題的能力。但是在講授的過程中,由于受到教學(xué)課時的限制,需要整體把握,不能對每個知識點面面俱到,需要有篩選的進(jìn)行該方法的教學(xué)。
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