關于提高《高分子物理》教學效果的幾點改革意見

周 瑾，錢立武，錢金明，黃志良

(池州學院，安徽 池州 247100)

《高分子物理》課程作為高分子材料與工程專業的必修基礎理論課，其重要性無以言表。它和高分子化學作為專業基礎理論課程，對高分子專業的課程學習起至關重要的作用，學好這門課程可以為《高分子材料加工》《高分子材料改性》等后續專業課程的學習打下良好的基礎。

但是，《高分子物理》是一門理論性非常強的課程，具有概念多、公式繁雜、知識點零碎、數學推導繁多的特點[1-2]，因此需要物理、數學、有機化學、物理化學等多學科知識作為基礎[3-4]。而且《高分子物理》是一門新興的學科，是在人們長期的生產實踐和科學實驗的基礎上逐漸發展起來的，即實踐先于理論[5]。因此，在實際的教學過程中，如果授課教師只是一味地講解、放映多媒體課件或者板書推導公式等方式進行教學，會導致課堂氣氛沉悶，學生學習興趣不高[1]，甚至打瞌睡、玩手機等，教學效果可想而知。因此，針對這門“難教”又“難學”的課程，如何能夠在規定的課時內，高質量地完成教學任務，充分調動學生的積極性，激發學生的學習興趣，提高教學效果，是一項具有挑戰性的課題。因此，針對《高分子物理》學科的特殊性，結合多年的教學經驗，筆者對提高《高分子物理》教學效果提出以下幾點探討意見。

1 適當介紹高分子科學的發展簡史

在課程的一開始，適當介紹高分子科學的發展簡史及對高分子科學發展有重大貢獻的高分子科學家的勵志故事。例如，高分子科學的創始人Hermann Staudinger在提出高分子是由長鏈大分子構成的觀點時，動搖了傳統的膠體理論的基礎，因此，他的觀點遭到膠體論者的激烈反對，有的學者曾勸告說：“離開大分子這個概念吧！根本不可能有大分子那樣的東西”，但是施陶丁格沒有退卻，他更認真地開展有關課題的深入研究，堅信自己的理論是正確的。經過不斷的實驗研究，許多實驗結果逐漸證明施陶丁格的理論更符合事實，1932年，施陶丁格總結了自己的大分子理論，出版了劃時代的巨著《高分子有機化合物》成為高分子科學誕生的標志。除了Hermann Staudinger之外有很多科學家為高分子科學的發展做出了重要的貢獻，Karl Ziegler、Giulio Natta、Paul J. Flory等等，他們的主要貢獻見表1。有了這些滿滿的“正能量”，相信一定能有效激發學生的學習動力。

表1 高分子科學家與諾貝爾獎Table 1 Polymer scientists and Nobel prizes

2 引入高分子科學的最新理論，激發同學探索高分子科學的激情

高分子科學作為一個年輕的學科，很多的理論體系仍不夠完善，一些實驗現象也不能很好地被解釋，甚至原本認為正確的理論會被推翻。因此，高分子物理理論體系在不斷更新，每年都會有一些新的理論研究成果發表。在講解高分子物理中的相關理論的同時 ，適當介紹最新的理論研究成果，一方面能促進學生對理論知識的理解，另一方面能激發學生探索科學知識、勇攀科學高峰的激情。

3 充分發揮高分子物理實驗的作用

根據本專業人才培養方案，高分子物理理論課程和實驗課程是在同一學期開設，為了改善高分子物理的課堂教學模式，提高高分子物理課程的教學效果將高分子物理理論課程與高分子物理實驗課程有機結合起來，即將理論講解與實驗操作進行有機地結合，一方面實驗操作可以加深理論知識的理解和記憶，同時，理論知識又可以為實驗的操作提供理論依據，并解釋實驗現象。

3.1 在理論課程中展示高物實驗儀器的原理

在講授理論課程的時候，將相關實驗的儀器或測試原理以動畫或短視頻的形式進行展示，激發學生的學習興趣。例如，在講到平均分子量的定義及其測定方法時，可向學生展示凝膠滲透色譜儀(GPC)的結構及色譜柱的分離原理，促進學生理解高分子化合物分子量的不均一性，即同一樣品中的分子鏈長短不一，之后再引入分離后的各個組分按照不同的數學統計方法進行求平均，即得聚合物的幾種不同平均分子量的定義。這樣有利于學生掌握高分子化合物具有分子量多分散性的特點，并加深對各種統計平均分子量的理解和記憶，又能使學生掌握凝膠滲透色譜儀測分子量的基本原理。

3.2 理論課程與實驗課程同步進行

根據高分子物理理論課程的教學進度表合理、巧妙地安排高分子物理實驗的各個項目，使學生在學習完理論課程之后及時進行實驗操作，一方面加深對所學的概念、理論知識加深理解和記憶，另一方面結合實驗操作掌握實驗儀器的測試原理、儀器操作及注意事項。例如，在講到聚合物的結晶形態時，對于最常見的結晶形態--球晶的結晶過程過于抽象化，學生不容易理解，可將偏光顯微鏡觀察聚乙烯的球晶形態的實驗項目安排在理論教學之后，學生通過偏光顯微鏡直接觀察球晶的生長過程，印象深刻。

3.3 將一些“微型小實驗”引入課堂

高分子物理課程里有很多的概念和理論，學生理解起來有一定的難度，單純通過多媒體的模擬演示不能有效激發學生的學習興趣，對于一些簡單、易于操作、沒有危險性的實物和小實驗，可以引入課堂，起到活躍課堂氣氛，激發學生積極性的效果，還可以請學生參與，自己動手，主動學習。例如，在講到高分子鏈的內旋轉構象時，分子鏈在空間的旋轉非常抽象，可借用有機化學中的烷烴的球棍模型，組合成一定長度的碳鏈，從小分子的構象引入，理解高分子的內旋轉構象，還可請同學自己對長鏈的球棍模型進行旋轉，觀察不同構象時分子鏈的形態。又如，在講到高分子溶液的“似晶格理論”時，計算混合過程的熵變時需要先計算混合前后體系的微觀狀態數，該理論將溶液體系中溶劑分子及聚合物鏈段的排列看做是在晶格中的排列，一個溶劑分子占據一個格子，一個高分子占據x個相連的格子，進而通過統計學的理論計算體系的微觀狀態數。因此，在教學中可以用棋盤模擬晶格模型，黑子和白子分別表示聚合物鏈段和溶劑分子，進行排列，也可以讓學生自己動手“排一排”，理解體系微觀狀態數的計算公式。再如，在講到聚合物流體的流動特性時，為了讓學生更好地理解聚合物的高黏度和隨著剪切速率提高黏度降低的特性，可將聚合物溶液和水帶到教室，讓同學們自己“攪一攪”，對比之中感受聚合物的“粘性”，并不斷提高攪拌速度，感受聚合物流體“剪切變稀”的假塑性流體的特性。

4 結語

在高分子物理的教學過程中，教師充分發揮指導者的作用，從學科背景、學科前沿及實驗教學三個方面切入，充分調動學生的積極性，發揮學生的課堂主體者的作用，讓學生主動學習，相信一定能改善高分子物理的教學效果。