民族院校面向工程实践能力培养的《高分子物理》课程教改模式的探讨

2018-05-09杜江华

山东化工 2018年8期

韩非，杜江华，刘潇，高心，魏杰

(北方民族大学材料科学与工程学院，宁夏银川 750021)

《高分子物理》是研究高分子材料的结构与性能之间关系的一门科学，与高分子材料的分子设计、合成工艺、改性方法、成型工艺、实际应用等都有非常密切的联系，是高分子材料与工程及其相关专业的最重要的，也是必不可少的专业技术基础课之一。是研究聚合物结构与性能之间关系的一门学科，其主要任务是使学生掌握有关聚合物的多层次结构、分子运动及主要物理、机械性能的基本概念、基本理论和基本研究方法，建立高分子的结构与性能之间关系，为从事高分子设计、改性、加工、应用奠定基础[1]。针对民族院校学生的专业基础相对其他高校学生薄弱的实际状况，本课程的教学目的是使学生掌握高分子材料结构与性能之间的内在联系以及高聚物分子运动规律，为后续的高聚物成型加工工艺、聚合反应工程等专业课打下坚实的理论基础。本课程的主要任务是系统阐述高分子的微观结构、宏观性能以及相互联系，主要内容包括高分子的结构、分子运动和高分子材料的高弹性、粘弹性、流变性、电性能、力学强度和溶液性质。增强学生创新实践意识，对学生进行工程实践教育[2-4]。

1 民族高校高分子物理课程现状

目前高校关于高分子物理课程教学中，尤其在我们民族院校不可避免的出现以下两个问题：

一个方面，高分子物理课程教学课时较少，普遍为80课时及16～32课时的实验课，而我们民族院校只有64课时理论课时，面对的高分子物理信息量很大，概念、原理性的问题需要较多课时讲授，对化学、数学和物理都需要一定的基础；并且教学难点很多[5-6]：高分子构像的理解以及分布统计、Flory-Huggins似晶格模型的构建条件及应用、自由体积理论等。设计的范围较广，包括各类学科的交叉，在有限的课时条件下很难完成详细完整的讲解。

另一方面，由于高分子物理课程的理解强调基本概念、理论以及应用。尤其对于民族高校中部分学生学习基础薄弱，很难对于概念理论在实际现象解释中加以利用，如果教师仅仅在课程中以教材为模板，灌输式的填鸭教学，则只能是机械介绍内容，或是在PPT上简单介绍内容，缺乏学生学习主动积极性，也不可能在本课程后续的学习中独立思考问题，以基础概念、理论来解决实际生活中处处可见的高分子问题[7-8]。当然也就谈不上对于接下来所学习的课程予以理解贯通。

2 教学改革

面对出现的种种问题，从北方民族大学材料学院高分子专业14级开始，至今对两届学生进行了教学改革，主要分为课程教学改革以及实验实践环节改革。

2.1 课程教学改革

2.1.1 内容改革

对于高分子物理课程主线进行进一步细化，包含结构与性能两个主要方面。从熟悉的小分子入手，了解小分子与高分子的区别，从一次、二次到远程结构，展开高分子的柔顺性、链段的独特运动形式后所呈现出的链的运动特性以及其熵弹性粘弹性等内容。在实际讲授过程中，利用生活中高分子的现象，引导学生对于基础知识的了解，可以采用生活实例，例如在讲解高分子溶液具有的粘度以及松弛时间方面，以一杯高分子溶液与一杯水在同时被子弹击中后所产生不同的运动状况为例，来了解高分子溶液以及加深对于高分子溶液特用现象的理解。也可以利用形象法，比如高聚物的熔体或是高分子的溶液在搅拌时候，会产生爬杆现象，可用PPT为媒介，演示当把一些线条放入溶液当中，给于一定的搅拌速度，也会产生类似的现象；以此形象法使学生理解高分子的熔体或是高分子溶液依然是由高分子链所构成，类似于线团。

2.1.2

方法改革高分子物理课程内容较多，所涵盖的知识面很广，包括四大基础化学以及高分子化学，部分章节还需要高等数学以及大学物理的基础性知识。而民族高校中部分学生基础薄弱，在大学学习期间又缺乏自管能力，导致在讲解中困难重重。因此，我们结合民族院校实际情况，对于班级学生进行分组讨论式的互动教学，把不同学习成绩，学习程度的学生分成一个个学习小组，对于出现的概念让组内成员先进行总结以及扩展理解，之后邻近小组互相提问以及解答，以此提高学生学习积极性。例如，高分子聚合物在成型加工过程多以熔体形式进行，其中包括以下温度：脆性温度、玻璃化转变温度、熔限、粘流转变温度以及分解温度。在理解各个温度基本概念的基础上，分小组找出其中的规律，尤其是结构因素和环境因素改变的情况下，各个温度的改变形式。通过小组作业，既能够加强学生对于本课程的理解，而且对于后续课程(类似橡胶成型工艺以及塑料成型工艺)的课程设计中的分工合作，都能起到积极推动的作用。

2.2 实践教学改革

北方民族大学材料科学与工程学院高分子专业于2006年招生，是国内成立较晚的高分子专业，在高分子物理实践教学改革起步较晚。但面对我国工业化的高速发展，对于专业工程技术人才的需求，如何改革高分子物理实验以及相对应的实践改革，是放在我们民族高校面前的急需解决的问题。面对民族高校学生学科基础差异性较大，整体培养目标人群为少数民族地区的学生，在经过近十年的教学尝试，我们在三个方面期许对高分子物理进行实践教学改革：

(1)教学课程中的理论联系实际，例如在讲授玻璃化转变温度(Tg)之后，实验课程中会安排大家了解差式扫描量热器(DSC)的原理及实际操作，要求学生掌握利用DSC测试Tg的具体应用，同时要求学生自己利用教材知识，自己学习自由体积理论，并利用其设计实验测试聚合物的Tg。这样既调动了学生的学习积极性，还能够深刻广泛的掌握所学习的知识。

(2)实验课。我们由于办学时间短，在不断满足学生实验需求的下，逐渐完善教学体系，主要包含表1实验内容[9]。

表1 高分子物理实验

(3)实践实习。从专业设置之初，学院领导及相关教师就达成一致，高分子专业的学生在学习相关基础理论知识的同时，一定不忘走出学校，在工厂企业的实际设备、问题中回顾自己、检视自己是否合格的完成了学习。例如我们在讲授聚合物的静态力学行为内容中，对于蠕变的学习很多学生缺乏实际认识，我们便与周边的乳胶手套生产企业进行互助合作，与学生深入工厂，与工程师面对面进行沟通，了解蠕变性能对于制品的影响，以此加深学生对于所学知识的理解。