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淺論提高高分子物理課堂教學(xué)效果的幾點(diǎn)體會(huì)論文
【摘要】針對(duì)高分子物理課程的特點(diǎn)，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(shí)際并結(jié)合典型案例以及充分利用多媒體四個(gè)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。
【關(guān)鍵詞】高分子物理 教學(xué)效果
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(duì)學(xué)生深入掌握專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能有著深遠(yuǎn)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(diǎn)被公認(rèn)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(rèn)為高分子物理理論性強(qiáng)、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(shí)課堂上能夠聽懂老師授課內(nèi)容，但是在實(shí)際中遇到高分子物理具體問(wèn)題，感覺不知如何解決等問(wèn)題。針對(duì)以上存在的典型問(wèn)題，高分子物理老師對(duì)該課程教學(xué)進(jìn)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(wèn)答式互動(dòng)教學(xué)等。作者所在學(xué)校將此課程安排在大學(xué)三年級(jí)的第一學(xué)期進(jìn)行，此階段的學(xué)生對(duì)于該專業(yè)的認(rèn)識(shí)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(diǎn)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(guò)程中，作者有以下一些體會(huì)和感受。
1注重高分子物理史的講解
高分子物理的每個(gè)概念、公式，都有其出現(xiàn)的時(shí)間和年代，都是為解決一定的問(wèn)題而提出的。適當(dāng)講授高分子物理史，幫助學(xué)生通過(guò)高分子物理歷史訊號(hào)和高分子物理科學(xué)家認(rèn)識(shí)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(rèn)識(shí)。比如在講解高分子的鏈結(jié)構(gòu)高分子鏈的交聯(lián)時(shí)，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(guò)一天后靴子會(huì)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(shí)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(guò)氫鍵作用產(chǎn)生物理交聯(lián).通過(guò)以上講解使學(xué)生認(rèn)識(shí)到交聯(lián)的重要性及對(duì)材料性能的影響，體會(huì)高分子物理的魅力，同時(shí)也擴(kuò)大了學(xué)生的知識(shí)面，加深學(xué)生對(duì)高分子物理知識(shí)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(gè)突出特點(diǎn)，一些概念高度抽象、不好理解，這對(duì)于剛剛接觸高分子物理的學(xué)生們來(lái)說(shuō)，理解起來(lái)有相當(dāng)?shù)碾y度。如果在講解過(guò)程中，照本宣科，學(xué)生不僅印象不深，還會(huì)出現(xiàn)前學(xué)后忘，而且容易把概念相互混淆。那么，如何達(dá)到“多而不亂”、“多而不忘”的學(xué)習(xí)效果呢?以“高分子鏈無(wú)規(guī)線團(tuán)”概念為例，課本上的定義比較抽象，難理解，在講課時(shí)可以將其具體化，并以Staudinger當(dāng)時(shí)認(rèn)為高分子鏈?zhǔn)怯舶鸢鸬母妥樱@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(zhǎng)鏈分子，以上高分子鏈形象生動(dòng)的比喻加深了學(xué)生對(duì)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?yàn)樯呤抢溲獎(jiǎng)游�，其體內(nèi)熱量主要來(lái)自周圍的環(huán)境，在溫度低的時(shí)候被凍僵保持不動(dòng)以節(jié)省能量，這種狀態(tài)這有點(diǎn)類似高分子的玻璃態(tài)，在溫度高的時(shí)候從外界獲得能量可以運(yùn)動(dòng)，這點(diǎn)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(yùn)動(dòng)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(jì)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(lái)，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(shí)上只要抓住內(nèi)能對(duì)橡膠彈性的貢獻(xiàn)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(shí)際并結(jié)合典型案例教學(xué)
高分子物理理論性強(qiáng)，應(yīng)用性也很強(qiáng)，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(duì)于教師在講授這些基本知識(shí)的時(shí)候，不能只是簡(jiǎn)單的以課本上高度概括的語(yǔ)言來(lái)描述，應(yīng)注意理論聯(lián)系實(shí)際，并穿插豐富的，不斷更新的例子來(lái)說(shuō)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(duì)著名的芳綸纖維聚對(duì)苯二甲酞對(duì)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(xì)分析該聚合物結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，其由剛性長(zhǎng)分子構(gòu)成而且其分子鏈沿長(zhǎng)度方向高度取向，并且分子間有很強(qiáng)的氫鍵作用，其強(qiáng)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(guò)，因此可用來(lái)做防彈背心。此外，該液晶態(tài)聚合物熔點(diǎn)在500℃以上，很難熔融加工，結(jié)晶性很強(qiáng)也很難溶解，杜邦公司StephanieKwolek選用復(fù)合溶劑N一甲基毗咯烷酮和少量無(wú)機(jī)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(wèn)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(jī)無(wú)機(jī)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(huì)，不僅使學(xué)生加深了對(duì)多組分體系結(jié)構(gòu)與性能的了解，還引發(fā)了同學(xué)對(duì)科研的興趣，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)理論的重要性，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。
4充分運(yùn)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(yùn)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(shí)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(shí)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(duì)其結(jié)構(gòu)組成還不熟悉，在制作課件時(shí)作者就充分考慮到這點(diǎn)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(diǎn)。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(zhǎng)等、高分子的溶解過(guò)程、高分子粘彈性的四元件模型可通過(guò)圖片、FLASH動(dòng)畫，可以讓學(xué)生們能夠從多角度、直觀、形象、生動(dòng)地進(jìn)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(dòng)性，積極思考，并興趣盎然地參與教學(xué)活動(dòng)。
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(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)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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