非高分子专业_高分子化学与物理_教学中的几点体会.pdf

基金项目 哈尔滨工程大学 2009 年教学改革工程项目 作者简介 徐晓冬 1974 女 博士 副教授 主要从事高分子合成和高性能高分子材料方面的教学和研究工作 E mail xuxiaodong hrbeu edu cn 非高分子专业 高分子化学与物理 教学中的几点体会 徐晓冬 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院 哈尔滨 150001 摘要 高分子科学已渗透于各个领域与学科 形成了一个无法替代的交叉学科 因此 工科化学或材料相关 专业纷纷开设高分子相关课程 高分子化学与物理 作为哈尔滨工程大学材料化学专业的主干课之一 包括 高分子化学和高分子物理两个侧面 其中高分子化学部分侧重高分子合成的基本理论知识 高分子物理部分则 侧重于高分子的结构与性能 本文分析了高分子化学与物理的课程特点 总结了在课堂教学中采取的行之有 效的措施和教学尝试 介绍了在课堂教学过程中 如何导入心理教育 提高学生的学习兴趣 关键词 材料化学 高分子化学与物理 教学 心理教育 随着高分子科学与技术的不断发展 高分子科学已渗透于各个领域与学科 形成了一个无法替代的 交叉学科 对于与高分子相关的专业 专业课程一般设置 高分子化学 与 高分子物理 其中 高分子化 学 侧重聚合反应机理的学习 高分子物理 重点介绍高聚物的结构与性能间的关系 这样能够系统地讲 授高分子科学的两个侧面 而对于非高分子专业的本科生 要求掌握有关高分子的基本理论知识和应用 技能 一般将这两门课揉合在一起 开设 高分子化学与物理 课程 高分子化学与物理 是哈尔滨工程大学材料化学专业的主干课之一 课程的学时数为 48 学时 目前 该专业只有这一门高分子基础课程 在这样少的学时条件下 要使那些对于高分子完全陌生的学生理解 并掌握高分子的基本概念与原理 授课内容的选择及讲授方式是非常重要的 通过三年不断地尝试和教 学实践 作者积累了一定的教学经验 取得了比较满意的教学效果 该专业的毕业生中有很多人从事与高 分子相关的行业 在社会发展中发挥自己的聪明才干 1 高分子化学与物理 的课程特点 1 1 概念繁多 容易混淆 高分子化学与物理所涉及的概念繁多 而且复杂难懂 容易混淆 一个典型的例子是构型和构象的 概念 构型是指分子链中由化学键所固定的原子在空间的几何排列 而构象是指分子链中由单键内旋转 所形成的原子 或基团 在空间的几何排列 1 应该说这两个定义既简洁明快又准确 但学生理解起来还 是存在一定的困难且容易混淆 再如 结构单元 单体单元 重复单元这几个概念 在意义上既有相似之 处 又有所不同 在一定条件下又可以等同 因此对于初学者来说很容易混淆 类似的情况还有阻聚和缓 聚 转化率和反应程度 分子量和分子量分布 静态柔顺性和动态柔顺性 均方末端距和均方回转半径 自 由连接链和自由旋转链 高弹性和粘弹性等 1 2 公式众多 难于记忆 高分子化学与物理的公式虽然明显少于物理化学 但也存在公式众多 难于记忆的情况 例如 在自 由基聚合反应动力学部分就有十几个公式 2 涉及初级自由基的生产速率方程 引发速率方程 链增长速 率方程 链终止速率方程 稳态假设下求解的自由基浓度方程 聚合总速率方程等 而在动力学链长 链 转移反应和聚合度这部分 则涉及动力学链长的定义表达式和多种表达式 以及链转移反应对平均聚合 74 高 分 子 通 报2010年 5 月 度影响的多个表达式 另外 在自由基共聚合部分 线形缩聚物的聚合度部分和高分子链的构象统计部 分 均涉及到众多的公式 要想完全靠死记硬背记住这些公式是比较困难的 而将这些公式熟练应用则 更加困难 1 3 内容抽象 难于理解 高分子化学与物理的理论性很强 其中的一些基础理论都是建立在一定的假设基础上的 比较抽象 难以理解 如自由基聚合的反应动力学 就是建立在增长链自由基等活性假定 稳态假设和聚合总速率 等于链增长速率这三个基本假定的基础上的 3 又如 线形缩聚动力学部分则引入了官能团等活性的概 念 而共聚物组成方程的推导也是建立在多个假定的基础之上的 另外 很多概念也是抽象的 如链段 分子链的柔顺性 均方末端距 高斯链 等效自由连接链和液晶等概念 对于这些内容的理解更多地要依 靠学生的抽象思维能力 因而学生最终掌握的效果很难保证 1 4 学时不足 课时紧张 对于高分子相关的专业 一般分别开设高分子化学和高分子物理课程 其中高分子化学在 48 至 72 学时不等 高分子物理在 48 至 64 学时不等 而对于非高分子专业 一般将高分子化学与高分子物理合 并 开设高分子化学与物理课程 本校的材料化学专业即是这种情况 开课学时为 48 学时 这样的课时设 置给完成高分子化学与物理课程系统的教学增加了难度 2 针对课程特点进行的教学尝试 高分子化学和物理的基础知识所涉及的面较广 但不求很深 希望学生在理解基本概念和掌握基础 理论的基础上能够灵活地运用 从而培养他们分析与解决实际问题的能力 针对本课程的特点 经过几 年的教学实践和摸索 作者总结了在课堂教学中采取的行之有效的措施 有如下几点 2 1 注重基本概念的讲解 运用多种方法加深学生的理解 避免死记硬背 高分子化学与物理的基本概念繁多 有些概念很容易混淆 还有些概念很抽象 难于理解 针对容易 混淆的概念 将它们作为一个概念组 放在一起讲解 通过归类辨析 对于内涵截然相对者做到历历分明 而细微差别者也可做到了然于心 4 通过比较和对比的学习方法 使基本概念的理解变得容易 也大大 增强了记忆的效果 避免了死记硬背 针对一些抽象概念 则通过形象生动的比喻 帮助学生理解 例如 液晶概念的诠释 液晶是 20 世纪 电子界最伟大的发明之一 De Gennes 1991 年诺贝尔物理学奖得主 被誉为 液晶之父 为其发明人 De Gennes在 1974 年出版了 液晶物理学 至今仍是液晶领域内的基准权威教材 可读性极强 而且比 喻生动易懂 比如液晶的排列就在书中被比喻为篮子里的苹果 当 篮子 晃动的时候 液晶就会重新排 列 经过这样的比喻 还有谁会不明白液晶如何重新排列呢 可见 生动的比喻对于抽象概念的理解是 有很大帮助的 再如 柔顺性的概念 是指高分子链能够改变其构象的性质 5 如此简单的定义 理解起来却存在一 定的困难 作者在授课过程中将高分子链比喻成绳子 对于刚性的高分子链 可以看作是拔河用的粗绳 而柔性的高分子链则可以看作是朝鲜族舞蹈象帽舞演员头上自由旋转的细飘带 这组比喻的运用使得柔 性链和刚性链的差别一目了然 2 2 有效利用多媒体资源 注意课件和板书的结合应用 使用多媒体可以将枯燥乏味的理论知识直观和形象化 可以将教学过程生动地展示给学生 使学生 更容易理解所学内容 同时加大信息量 减少板书量 在有限的时间内讲授更多的知识 能够充分调动学 生的学习积极性和发挥学生的学习自主性及个性 但对于高分子化学与物理这门概念抽象 公式繁多的课程 多媒体课件的演示功能受到了一定程度 的限制 这是因为 多媒体课件显示的速度过快 压缩了学生对于概念和公式的理解消化时间 如果不能 充分重视 很容易使学生感到课程难于理解而逐渐失去了学习的兴趣和动力 因而在多媒体课堂教学 中 必须注意课件教学和板书教学的协调应用 在实际的教学过程中 公式推导多数用板书一步步推演 75 第 5 期高 分 子 通 报 的形式进行 如聚合反应动力学和二元共聚方程的推导 多媒体课件起到一个辅助演示或复习板书推导 过程的作用 尽量避免从头到尾采用单一的教学形式 即只用板书或者只用课件显示 通过多媒体课件 和板书的结合应用 在公式推导过程中 学生既动脑思考又能跟上教师的思路 而且在实际应用时即使记 不清公式的具体表达形式 也可以通过自己推演得到 2 3 采用启发式和互动教学 发挥学生的学习主动性 教学是教师和学生的双边共同活动 教师是课堂教学的主导 但学生才是课堂教学的主体 因此 在 课堂教学中需要给学生留出足够的自主思考和互动空间 这就要求任课教师采取适宜的授课方式以达到 良好的教学效果 作者在教学过程中注意减缓授课语速 并启发学生积极思考 采用讲授 提问 讨论和 学生上讲台相结合的互动式教学方法 首先 在课件制作时 要使核心问题凸显 启发学生思考 激发学生的学习兴趣 促使学生发挥主观 能动性 形成课堂的互动 其次 加强课堂讨论 让学生有自主思考的空间 具体的做法是 选取部分难 点内容 留给学生作为课后作业 引导学生利用丰富的网络资源和图书馆资源 独立思考 得出自己的结 论 并在下次课堂留出少许时间 教师和同学共同讨论 如丙烯为什么不能进行自由基聚合 高分子为什 么没有气态 再次 实现教师和学生的角色互换 由学生走上讲台进行讲授 例如聚合方法这部分内容 难点很少 让学生预先备课 然后选择数名学生依次上台进行讲解 教师只对学生讲课中的疏漏和不够清 楚的地方予以说明补充 并请其他学生给予评价 这种方式深受学生的欢迎 既加深了他们对课程的理 解 又培养了他们的观察力 注意力 记忆力和组织能力等 同时 学生通过备课 也能充分理解教师备课 的辛苦 更加深了学生和教师的相互理解 2 4 理论联系实际 密切贴近生活 高分子材料由于原料来源丰富 制造方便 品种繁多 节省能源和投资 用途广泛 其用量相当于金 属 木材和水泥之和 因此在材料领域的地位日益突出 已成为现代社会生活中衣 食 住 行 用各个方面 所不可缺少的材料 所以 很多高分子材料都是日常生活中常见的制品所用的原料 为了帮助学生认知 聚合物 在讲授聚合物的分类和应用时 将具体的生活制品用图片的形式展示给学生 可以帮助学生更形 象生动的记忆聚合物的名称和具体应用 其次 引导学生自己去发现高分子材料在生活中的应用和地位 例如 给学生留一个题为 生活中的 高分子材料 的课后大作业 让学生自主选题 通过查阅资料 整理为一篇短文 介绍一种在生活中必不可 少的高分子材料 另外 通过给学生留课后阅读资料的方式 激发学生自主学习能力和学习兴趣 如高分 子科学与诺贝尔奖 通用塑料与工程塑料 复合材料与高分子合金 乙丙橡胶与硅橡胶等 此外 由于课时的限制 在教学过程中应注意提炼课程重点 避免将课程内容无限扩展开 要尽量将 重点内容作为课堂教学的中心 3 在课堂教学中导入心理教育 让学生在潜移默化中提高学习的兴趣 专业教育的终极目标是培养有健全人格与性格 能对社会做出一定的贡献而自身又充分地享受到自 我发展所带来的成功感和幸福感的人 而非培养仅仅具有某一专业的知识 但在人格上却有缺陷的 专业 机器 6 作为教师 如果注重对学生的个人关怀 注重师生间的交流 从心理上提高学生的学习兴趣 则 往往能取得令人满意的教学效果 3 1 从培养学生积极的思维方式入手 引导学生以积极的心态对待学习 人的思维方式对人的心态及行为起着决定性作用 思维方式可分为积极的思维方式与消极的思维 方式 有些人介于两者之间 具有不同程度的类型偏向性 若干的实验及生活中的实际例证表明 具有 积极思维方式的人拥有更健康的身体 更成功的事业与更幸福的人生 在 高分子化学与物理 的教学过 程中 作者有意识地引导学生以积极的心态对待学习 着力培养学生克服与消极思维方式紧密关联的负 面情感 培养他们积极的思维模式 在课堂教学中 积极引导学生克服自卑感 挫败感 不管该生其他课 程的学习成绩如何 只要积极地参与本课程的学习 老师就给予他们最积极的肯定与鼓励 课间与学生积 76 高 分 子 通 报2010年 5 月 极交流 告诉学生们如何面对挑战 克服挫折 并就发生的事件或挫折进行正确的解释和引导 通过这些 努力 学生的自信心得到极大的鼓励与提升 往往都能以积极的心态投入到本课程的学习中 因此取得了 令人满意的教学效果 3 2 在课堂教学中引入激励机制 激发学生的学习动机 动机是一切活动包括学习活动的起因 动机在学习中起着关键性的作用 而激励便是用外因使学生 的内因动机得到进一步的激活 促使学生的行为向目标行进 因此 学习动机对学生的自主学习起着重 要的推动作用 是学生学习活动顺利进行的重要支持性条件 学生课堂学习的主要动机集中反映在成就 动机上 即是个人愿意去做 去完成自认为重要或者有价值的工作 并力求达到完美的一种内在的推动力 量 虽然大学生已接近成人 但他们内心也同样渴望教师的激励 这种激励产生的效果是巨大的 尤其对 于那些在学习上缺乏自信的差生 激励将作为促进他们产生心理能量的内在驱动力 有时教师的一次表 扬与鼓励甚至可以成为改变学生一生的转折点 在课堂教学中多运用激励机制可使课堂气氛活跃 学生 情绪高涨 思维活跃 思维深度与广度提高 增强学生自信心与增加学习的愉悦感 3 3 利用积极的心理效应 避免消极的心理效应 首先 巧借首因效应 激发潜在的学习兴趣 首因效应也叫第一印象 是指初次与陌生人接触 留下 的印象影响以后的认知 7 无可否认 第一印象存在着一定的心理认知偏差 但如果教师在教学过程中 巧妙的运用首因效应 在课程的教学之初就留给学生良好的第一印象 重视首次学习效应 牢牢抓住学生 的学习兴趣 为以后的教学打下坚实的基础 其次 避免超限效应 保持积极的学习态度 超限效应来在美国幽默作家马克 吐温的经历 有一 次他在教堂听牧师演讲 最初 他觉得牧师讲得很好 令人感动 准备捐款 过了十分钟 牧师还没讲完 他 有些不耐烦了 决定只捐一些零钱 又过了十分钟 牧师还没讲完 于是他决定一分钱也不捐 8 可见 刺 激过多 过强和作用时间过久都会引起心理上的极不耐烦或反抗 在教学过程中 如果注意学生的心理 承受度 避免超限效应的负面影响 往往可以激发学生的积极情感反应 例如 在教学时间上做到从不提 前上课和拖堂 让学生在休息时间充分放松 在教学内容上抓住重点和难点 舍弃细枝末节和啰嗦重复 保持学生的有效注意力 在作业难度方面 尽量避免因作业难度过大导致的放弃和抄袭现象 多布置些创 新性的作业 让大多数学生都可以 跳一跳摘到桃子 以调动学生的学习的主观能动性和积极性 4 结语 高分子化学与物理是一门理论性强 概念抽象难懂且较难掌握的课程 作为材料化学专业的重要专 业基础课 学生需要掌握高分子的基本概念和理论 教师则需要不断地探索教学方法 采用多种手段提高 教学的交互性和生动性 以调动学生学习的主动性和积极性 成功的教育在于使学生想学 并使其具有自 主学习的能力 这样才能取得令人满意的教学效果 参考文献 1 吴其晔 冯莺 高分子材料概论 北京 机械工业出版社 2004 2 潘祖仁 高分子化学 北京 化学工业出版社 2007 3 王槐三 寇晓康 高分子化学教程 北京 科学出版社 2007 4 贺昌城 高分子通报 2008 5 57 60 5 何曼君 张红东 陈维孝 等 高分子物理 上海 复旦大学出版社 2007 6 刘明琼 毛明勇 重庆交通学院学报 社科版 2006 6 2 103 104 7 任顺元 心理效应学说 杭州 浙江大学出版社 2004 8 刘儒德 教育中的心理效应 上海 华东师范大学出版社 2006 77 第 5 期高 分 子 通 报 Some Experience on the Teaching of Polymer Chemistry and Physics for Non Polymer Majored Students XU Xiao dong Collegeof Materials Science and Chemical Engineering Harbin Engineering University Harbin 150001 China Abstract Polymer science has become an un substitute subject due to its multidisciplinary properties Consequently the specialties related to chemistry or materials usually opened a course of polymer A