基于對分課堂教學模式的《高分子物理》課程教學

王林艷，白靜靜，翟 燕

(太原工業學院 材料工程系，山西 太原 030008)

目前，我院正處在大力推進特色鮮明和有重要影響的應用型本科院校建設階段，同樣對于我們高分子材料與工程專業的教育來說，其目標也必須是面向特色鮮明和應用型的專業建設。《高分子物理》一直作為高分子材料與工程專業一門重要的課程，近年來，在“厚基礎、寬口徑、強能力、高素質”原則的指導下，對專業課程的教學課時進行了相應的壓縮，為保證在有限的教學時間內，使學生掌握該課程的主要內容，這就急需對該課程的教學內容進行完善整合，并在教學中不斷更新教學方法、豐富教學手段，以期最大限度地提高教學效果[1-3]。

現在的課堂教學以講授為主，雖然優秀的學生每時每刻都在配合老師，但也只是被動的接受，而生生，師生討論的過程，使效力與能力對分，一半是教師教會的，一半是自己學會的。對分課堂[4]的原則是“內化吸收”，先是老師精講留白，然后給學生時間內化吸收，這時不能討論，有問題先記下，第三個階段是討論解決問題，最后是老師講授回答問題。對分課堂分為當堂對方和隔堂對方，當堂對方是針對某個小知識點的對分，老師講授到某個時刻停下來，一分鐘學生獨立學習，一分鐘同桌討論，一分鐘教師抽查兩個學生，繼續講授，當堂對方結束。隔堂對分是以作業為基礎，引入差異化，個性化，反思性作業，讓學生有收獲，讓學生提前梳理成果，發現問題，有備而來，讓學生輸出學習成果，通過生生，師生互動交流檢驗，完善學習成果。

本文作者的《高分子物理》課程教學正是基于對分課堂的教學模式，提出當堂引導式教學和隔堂反思式教學。

1 當堂引導式教學

老師講授完一部分內容后，給學生3 min的時間思考即將要講授的內容，再給學生3 min的時間，以臨近座位的學生為三到五人的小組談論，交換答案，然后由老師抽查部分學生，引導學生完成相關的內容。

例如，講授聚合物的力學狀態，即粘彈行為的五個區域[5-6]時，先由教師講授清楚非晶態聚合物的三態，玻璃態，高彈態和粘流態，以及兩個區域，玻璃化轉變區域和粘流轉變區域的溫度區間、運動單元和力學特征等內容，如圖1所示。在此基礎上，結合結晶聚合物與非晶聚合物的結構異同點，老師提示學生結晶聚合物包含晶區和非晶區，非晶區服從于非晶態聚合物的力學狀態，而晶區可能存在晶型轉變和再結晶的過程，同時要考慮分子量的影響。先給出學生三分鐘的時間思考結晶聚合物的力學狀態，然后以臨座位的三到五名同學為小組討論三分鐘，交換答案。第四個階段是老師抽查一到兩個小組的學生，并補充完整相關的內容。

圖1 非晶態聚合物的溫度-形變曲線

圖2 晶態聚合物的溫度-形變曲線(結晶度大于40%)

圖3 晶態聚合物的溫度-形變曲線(結晶度小于40%)

學生經過前三個階段的學習，基本能完成高結晶度的溫度-形變曲線分析，如圖2所示，結晶度大于40%時，微晶體彼此連接，形成連續相，材料剛硬，觀察不到明顯的玻璃化轉變；溫度高于Tm時，晶區熔融，分子量大時，非晶區的Tf大于晶區的Tm，晶區熔融，先出現高彈態，后出現粘流態；分子量小時， Tf小于Tm，晶區熔融后，試樣直接進入粘流態。但學生經常會忽視結晶度較小時的溫度-形變曲線分析，如圖3所示，結晶度小于40%時，無定形部分占比例較大，所表現的力學特征與無定形態相近，有玻璃化轉變；Tg-Tm之間，高彈態與晶態共存，為柔韌的皮革狀態。同樣，老師先提示交聯聚合物的結構特點及交聯度的差異性，學生通過自我思考，小組討論，最后老師抽查，補充完整內容。

學生在這種課堂引導式的教學方法中結合非晶聚合物，結晶聚合物和交聯聚合物的結構異同點，能夠在教師的引導下完成后兩種結構的力學狀態。老師講授完非晶態聚合物的溶脹和溶解的特點，引導學生自己理解交聯聚合物及結晶聚合物的溶脹和溶解特點。老師講授完聚合物的蠕變過程后，引導學生自己完成聚合物的蠕變回復過程，以及交聯聚合物的蠕變及恢復過程。通過之前結構的學習，老師引導學生完成非晶態聚合物的應力-應變行為中分子運動機理、影響因素等的分析。這種課堂引導式教學，學生的自我思考有助于更深入透徹的理解相關內容，小組討論激發學習興趣，碰撞火花。

2 隔堂反思性教學

隔堂反思性教學是以作業為基礎，每班分八組，每組5名同學，針對課上內容反思日常生活中的一些現象和例子，課下小組討論，下次課上匯報，促進團隊合作，更好的理解相關知識。

“鏈段”是《高分子物理》課程中重要的概念[7-8]，等效自由連接鏈，Flory-Huggins格子模型理論，鏈的柔性，熵彈性和粘彈性等內容都要在深入透徹的理解“鏈段”概念的基礎上才能學好后續的內容。什么是“鏈段”？單個化學鍵不能獨立運動或旋轉，因為高分子的鏈式結構，一個鍵運動必然要帶動附近其它鍵一起運動。也就是說，一個鍵在空間的取向與相連的其它鍵有關。假設，高分子鏈中第 (i+1) 個鍵的取向與第1個鍵的取向無關，那么由這 i 個化學鍵組成的一段鏈就可以看成是一個獨立的運動單元，稱為“鏈段”。鏈段是隨機的,鏈段長度是一個統計平均值。教材中給出的“鏈段”概念抽象而模糊，古語《君子之澤五世而斬》意思是指君子的品行和家風經過幾代人之后就不復存在了，也指先輩積累的財富家產經過幾代人就會敗光了，以此來理解大分子鏈中能夠獨立運動的最小單元即“鏈段”的概念。并在此基礎上，讓學生課下小組討論反思日常生活中的一些現象和例子更好的理解“鏈段”的概念。第二次課學生列舉了風箏線，細鐵絲，自行車的車鏈等很多例子。同樣，基于蠕變和應力松弛，滯后和內耗的概念課下分組討論日常生活中的一些現象，更好的理解相關內容。通過隔堂反思性教學，理論聯系實際，更好的理解相關內容，生生互動交流檢驗，完善學習成果。