民族院校面向工程實踐能力培養(yǎng)的《高分子物理》課程教改模式的探討

韓 非，杜江華，劉 瀟，高 心，魏 杰

(北方民族大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院， 寧夏 銀川 750021)

《高分子物理》是研究高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門科學(xué)，與高分子材料的分子設(shè)計、合成工藝、改性方法、成型工藝、實際應(yīng)用等都有非常密切的聯(lián)系，是高分子材料與工程及其相關(guān)專業(yè)的最重要的，也是必不可少的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課之一。是研究聚合物結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系的一門學(xué)科， 其主要任務(wù)是使學(xué)生掌握有關(guān)聚合物的多層次結(jié)構(gòu)、分子運動及主要物理、機械性能的基本概念、基本理論和基本研究方法，建立高分子的結(jié)構(gòu)與性能之間關(guān)系，為從事高分子設(shè)計、改性、加工、應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[1]。針對民族院校學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)相對其他高校學(xué)生薄弱的實際狀況，本課程的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握高分子材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系以及高聚物分子運動規(guī)律，為后續(xù)的高聚物成型加工工藝、聚合反應(yīng)工程等專業(yè)課打下堅實的理論基礎(chǔ)。本課程的主要任務(wù)是系統(tǒng)闡述高分子的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性能以及相互聯(lián)系，主要內(nèi)容包括高分子的結(jié)構(gòu)、分子運動和高分子材料的高彈性、粘彈性、流變性、電性能、力學(xué)強度和溶液性質(zhì)。增強學(xué)生創(chuàng)新實踐意識，對學(xué)生進行工程實踐教育[2-4]。

1 民族高校高分子物理課程現(xiàn)狀

目前高校關(guān)于高分子物理課程教學(xué)中，尤其在我們民族院校不可避免的出現(xiàn)以下兩個問題：

一個方面，高分子物理課程教學(xué)課時較少，普遍為80課時及16～32課時的實驗課，而我們民族院校只有64課時理論課時，面對的高分子物理信息量很大，概念、原理性的問題需要較多課時講授，對化學(xué)、數(shù)學(xué)和物理都需要一定的基礎(chǔ)；并且教學(xué)難點很多[5-6]：高分子構(gòu)像的理解以及分布統(tǒng)計、Flory-Huggins似晶格模型的構(gòu)建條件及應(yīng)用、自由體積理論等。設(shè)計的范圍較廣，包括各類學(xué)科的交叉，在有限的課時條件下很難完成詳細完整的講解。

另一方面，由于高分子物理課程的理解強調(diào)基本概念、理論以及應(yīng)用。尤其對于民族高校中部分學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，很難對于概念理論在實際現(xiàn)象解釋中加以利用，如果教師僅僅在課程中以教材為模板，灌輸式的填鴨教學(xué)，則只能是機械介紹內(nèi)容，或是在PPT上簡單介紹內(nèi)容，缺乏學(xué)生學(xué)習(xí)主動積極性，也不可能在本課程后續(xù)的學(xué)習(xí)中獨立思考問題，以基礎(chǔ)概念、理論來解決實際生活中處處可見的高分子問題[7-8]。當(dāng)然也就談不上對于接下來所學(xué)習(xí)的課程予以理解貫通。

2 教學(xué)改革

面對出現(xiàn)的種種問題，從北方民族大學(xué)材料學(xué)院高分子專業(yè)14級開始，至今對兩屆學(xué)生進行了教學(xué)改革，主要分為課程教學(xué)改革以及實驗實踐環(huán)節(jié)改革。

2.1 課程教學(xué)改革

2.1.1 內(nèi)容改革

對于高分子物理課程主線進行進一步細化，包含結(jié)構(gòu)與性能兩個主要方面。從熟悉的小分子入手，了解小分子與高分子的區(qū)別，從一次、二次到遠程結(jié)構(gòu)，展開高分子的柔順性、鏈段的獨特運動形式后所呈現(xiàn)出的鏈的運動特性以及其熵彈性粘彈性等內(nèi)容。在實際講授過程中，利用生活中高分子的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生對于基礎(chǔ)知識的了解，可以采用生活實例，例如在講解高分子溶液具有的粘度以及松弛時間方面，以一杯高分子溶液與一杯水在同時被子彈擊中后所產(chǎn)生不同的運動狀況為例，來了解高分子溶液以及加深對于高分子溶液特用現(xiàn)象的理解。也可以利用形象法，比如高聚物的熔體或是高分子的溶液在攪拌時候，會產(chǎn)生爬桿現(xiàn)象，可用PPT為媒介，演示當(dāng)把一些線條放入溶液當(dāng)中，給于一定的攪拌速度，也會產(chǎn)生類似的現(xiàn)象；以此形象法使學(xué)生理解高分子的熔體或是高分子溶液依然是由高分子鏈所構(gòu)成，類似于線團。

2.1.2

方法改革高分子物理課程內(nèi)容較多，所涵蓋的知識面很廣，包括四大基礎(chǔ)化學(xué)以及高分子化學(xué)，部分章節(jié)還需要高等數(shù)學(xué)以及大學(xué)物理的基礎(chǔ)性知識。而民族高校中部分學(xué)生基礎(chǔ)薄弱，在大學(xué)學(xué)習(xí)期間又缺乏自管能力，導(dǎo)致在講解中困難重重。因此，我們結(jié)合民族院校實際情況，對于班級學(xué)生進行分組討論式的互動教學(xué)，把不同學(xué)習(xí)成績，學(xué)習(xí)程度的學(xué)生分成一個個學(xué)習(xí)小組，對于出現(xiàn)的概念讓組內(nèi)成員先進行總結(jié)以及擴展理解，之后鄰近小組互相提問以及解答，以此提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。例如，高分子聚合物在成型加工過程多以熔體形式進行，其中包括以下溫度：脆性溫度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、熔限、粘流轉(zhuǎn)變溫度以及分解溫度。在理解各個溫度基本概念的基礎(chǔ)上，分小組找出其中的規(guī)律，尤其是結(jié)構(gòu)因素和環(huán)境因素改變的情況下，各個溫度的改變形式。通過小組作業(yè)，既能夠加強學(xué)生對于本課程的理解，而且對于后續(xù)課程(類似橡膠成型工藝以及塑料成型工藝)的課程設(shè)計中的分工合作，都能起到積極推動的作用。

2.2 實踐教學(xué)改革

北方民族大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院高分子專業(yè)于2006年招生，是國內(nèi)成立較晚的高分子專業(yè)，在高分子物理實踐教學(xué)改革起步較晚。但面對我國工業(yè)化的高速發(fā)展，對于專業(yè)工程技術(shù)人才的需求，如何改革高分子物理實驗以及相對應(yīng)的實踐改革，是放在我們民族高校面前的急需解決的問題。面對民族高校學(xué)生學(xué)科基礎(chǔ)差異性較大，整體培養(yǎng)目標(biāo)人群為少數(shù)民族地區(qū)的學(xué)生，在經(jīng)過近十年的教學(xué)嘗試，我們在三個方面期許對高分子物理進行實踐教學(xué)改革：

(1)教學(xué)課程中的理論聯(lián)系實際，例如在講授玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)之后，實驗課程中會安排大家了解差式掃描量熱器(DSC)的原理及實際操作，要求學(xué)生掌握利用DSC測試Tg的具體應(yīng)用，同時要求學(xué)生自己利用教材知識，自己學(xué)習(xí)自由體積理論，并利用其設(shè)計實驗測試聚合物的Tg。這樣既調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，還能夠深刻廣泛的掌握所學(xué)習(xí)的知識。

(2)實驗課。我們由于辦學(xué)時間短，在不斷滿足學(xué)生實驗需求的下，逐漸完善教學(xué)體系，主要包含表1實驗內(nèi)容[9]。

表1 高分子物理實驗

(3)實踐實習(xí)。從專業(yè)設(shè)置之初，學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)及相關(guān)教師就達成一致，高分子專業(yè)的學(xué)生在學(xué)習(xí)相關(guān)基礎(chǔ)理論知識的同時，一定不忘走出學(xué)校，在工廠企業(yè)的實際設(shè)備、問題中回顧自己、檢視自己是否合格的完成了學(xué)習(xí)。例如我們在講授聚合物的靜態(tài)力學(xué)行為內(nèi)容中，對于蠕變的學(xué)習(xí)很多學(xué)生缺乏實際認識，我們便與周邊的乳膠手套生產(chǎn)企業(yè)進行互助合作，與學(xué)生深入工廠，與工程師面對面進行溝通，了解蠕變性能對于制品的影響，以此加深學(xué)生對于所學(xué)知識的理解。

3 結(jié)語

民族高校高分子物理課程的學(xué)習(xí)，在與其他高校相比有他的特殊性，我們面對的學(xué)生以及學(xué)生通過四年的本科學(xué)習(xí)對于社會的貢獻均不一樣，在這樣的前提下，我們希望通過一系列課程、一系列改革對于學(xué)生在高分子物理的學(xué)習(xí)中能夠真正做到學(xué)以致用。

[1] 彭桂榮，李青松，李青山，等. 《高分子物理》教學(xué)中的幾點體會[J].高分子通報,2007 (8):60-63.

[2] 雅 菁，劉志鋒，辛 穎，等．材料類專業(yè)實驗中心建設(shè)與實驗教學(xué)改革的探索與實踐[J]． 實驗室科學(xué)，2009(1):27-30．

[3] 何 峰，馮小平，謝峻林．材料專業(yè)設(shè)計性實驗教學(xué)改革與實踐[J]． 實驗室科學(xué)，2012( 2):9-12．

[4] 劉仿軍，鄢國平，喻湘華，等．高分子材料與工程專業(yè)人才培養(yǎng)模式研究與實踐[J]．武漢工程大學(xué)學(xué)報，2009，31(6):88-91.

[5] 金日光,華幼卿.高分子物理[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

[6] 何曼君,張紅東,陳維孝,等.高分子物理[JM]上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2007.

[7] 馬德柱,何平笙,徐種德.高聚物的結(jié)構(gòu)與性能[M].2版.北京:科學(xué)出版社,1995.

[8] 梁紅波，鐘 衛(wèi)，熊 磊．高分子物理課程的教學(xué)體會[J]． 高教論壇，2009(1):80-81．

[9] 李 谷，符若文.高分子物理實驗[M].北京：化工工業(yè)出版社，2014.