“四位一體”的高分子物理課程教學實踐探討*

孫鵬飛，范曲立

(南京郵電大學材料科學與工程學院， 江蘇 南京 210003)

2020年是科學巨匠斯陶丁格提出高分子概念的第100年。經過百年的發展高分子學科已從一個小幼苗發展成為一門獨立的學科。更為重要的最近二十年來高分子已從一門獨立基礎學科，開始觸及到其他學科，正逐步發展成為一門真正的跨學科科學[1-3]。如今，高分子材料廣泛應用于醫療衛生、航空航天、國防、工農業生產及日常生活等國民經濟的各個領域。經過百年的發展歷程，高分子學科已經發展了高分子化學、高分子物理、高分子加工工程等多個分支學科。高分子學科人才的培養主要包括高分子化學、高分子物理、高分子工程、高分子成型加工以及相關的樹脂、橡膠和涂料等分支知識體系。其中高分子物理和高分子化學是高分子加工等其他實用高分子知識的基礎。更為重要的是高分子物理還是高分子化學與高分子生產、制備等實用知識體系的橋梁。所以，《高分子物理》課程在高分子材料與工程專業的培養過程中起到至關重要的作用。

1 高分子物理課程教學面臨的困難

國內各大高?！陡叻肿游锢怼氛n程的教科書及教學工作大多是基于上世紀60年代錢人元先生的講義筆記為基礎開展的。雖然復旦大學和中國科技大學的多位學者對《高分子物理》教科書進行了更新修訂，但《高分子物理》的教學工作仍存在幾個難點。(1)理論性強，數學公式的推導較多，需要在教學過程中深入淺出的教學方法讓學生理解枯燥的概念；(2)教學內容較多，需要尋找教學主線，引導學生沿著教學主線學習整個課程的知識面；(3)教學中的一些工程實例較為落后，最近二十年多種新型的高性能高分子開始用于日常生活的各個方面，而《高分子物理》課程中缺乏相關新型功能高分子實例；(4)黨的十八大以來，課程思政在高校思想政治工作中的地位和作用得到進一步明確和加強。如何在《高分子物理》課程教學中加強思政教育也是我們需要考慮的重點。

2 “四位一體”教學模式的提出

針對現代高分子學科的發展特點和《高分子物理》課程的教學現狀，筆者提出了“四位一體”教學模式，從而優化《高分子物理》課程的教學方案，提升教學質量。該教學模式的具體內容是：(1)建立高分子鏈構象教學主線：通過高分子鏈構象串聯高分子鏈的結構、運動、流動性及材料性能，實現從構象到高分子物理知識面的擴展；(2)利用形象化教學方法：以學生、宿舍、班級和專業對應于高分子物理中結構單元、鏈接、鏈段、主鏈和晶區等的概念，引導學生形象化理解高分子物理知識體系；(3)引入多種新型高分子材料工程實例：在課程教學過程的每個章節引入相應的高分子材料工程實例及新型的高分子材料，講述工程實例和新型高分子材料中的高分子物理知識點，從而擴展學生的理論知識面，增強工程知識和思維；(4)教學過程中融入課程思政教育：在《高分子物理》課程的相應章節講解國內高分子學人的相關研究成果或典型企業實例，體現國內高分子人的家國情懷和使命擔當，建立正確的價值觀。該教學方法將上述四點創新性內容相互融合、相互支持，從而全方位提升了《高分子物理》課程的教學質量。

3 構象教學主線

《高分子物理》課程的學習對于培養學生今后從事高分子相關工作具有重要意義，課程的教學能否成功的關鍵所在就是將理論性較強的高分子物理知識體系化繁為簡、調動學生的主動性及參與度[4]。針對這個問題作者是通過建立高分子鏈的構象教學主線來實現的?！陡叻肿游锢怼分饕梢苑譃樗膫€教學內容：高分子鏈內的進程結構、遠程結構，高分子鏈之間的聚集態，高分子鏈的運動及材料的力學性質，高分子溶液。這四個內容均是基于高分子鏈的構象和大小，也就是構象來來展開的，如在遠程結構中描述高分子鏈大小的均方末端距概念表示了構象問題；高分子溶液中高分子是否能夠良好的溶液也是表現出高分子鏈的構象是處于緊縮、無擾狀態或擴展狀態；同樣，對于非晶態聚合的強迫高彈形變以及高彈態的高彈形變也是可以利用鏈段的運動來聯系起來。所以在教學過程中只要沿著高分子鏈的構象變化和大小這條線索，就能夠讓學生跨越各個章節系統性的理解高分子物理。從而擺脫對各個知識點的死記硬背各個孤立。

4 形象化教學方法

高分子物理課程缺乏形象性和教學內容存在難以理解的問題。其次，個別學生還存在對生活缺乏激情和對人生缺乏目標，在課堂上表現出一定的厭學情緒。因此，可以通過形象化教學方法，提高學生在教學過程中的參與度，引導學生在教學過程中對高分子產生興趣。高分子材料所表現出來的多種優異性能均來源于高分子的大分子量或長的高分子鏈?？梢栽诮虒W過程中分別將專業、班級、宿舍和學生分別對應于多個高分子鏈、一條高分子鏈、一個高分子的鏈段、以及高分子鏈的重復單元?；谶@種上課專業與高分子鏈結構的相似性，可以利用形象化舉例方式進行教學。比如，可以舉例早上同學們從宿舍來教室上課，大家雖然不是很整齊的排隊來，但總體趨勢大家都是往教室的方向走，這就類似于高分子的取向概念。高分子的取向包括分子鏈的取向和鏈段的取向，鏈段的取向要小于分子鏈的取向，當整個宿舍的同學一起來上課就可以看成鏈段的取向，如果兩三個專業一起去上課就可以看成高分子鏈的取向。這樣學生作為一個教學主體從而輕松的融入到教學過程中，加深了對枯燥概念的理解和增強了學生主動學習能力。

5 高分子材料工程實例

大量高性能的高分子材料被開發出來用于我們的日常生活，在教學過程中根據課程的章節適當的引入新開發的高分子材料，并講述材料的高性能與高分子物理直接的關系。使學生在課堂學習中能快速的將學習的知識應用于真實的工程實例，增強學生學習的滿足感。培養學生的解決復雜工程問題的能力和解決問題的思維方式是該部分的重點[5-6]。比如，高分子樹脂按照性能及使用場所可以分成通用高分子塑料、工程塑料和特種塑料。然而工程塑料在高分子物理的教學中較少作為應用實例進行講述，學生對此類高分子的結構對性能的影響了解較少，這對于學生今后的工作較為不利。作者利用聚氨酯為例，指導學生從聚氨酯的分子結構，合成的單體，以及如何通過調控合成單體的種類來調節其性能等方面入手提高學生的工程思維和書本的知識運用能力。此外，作者還在高分子結晶和高分子溶液部分的教學過程中以特種工程塑料高分子(聚酰亞胺)為例進行講述，引導學生分析此類高分子的耐高溫性能和耐低溫性能與其主鏈結構的關系。所以，通過在《高分子物理》的課程中加入功能性高分子可以增加學生對高分子專業的認同感，讓學生了解以后的工作主要進行何種工作，在擴展知識面的同時能夠引導學生利用高分子物理知識解決復雜的工程問題。

6 融入課程思政

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調，把思想政治工作貫穿教育教學全過程，實現全程育人、全方位育人。在課程的教學過程中作者通過增加我國高分子學人的創新性工作、老一輩科學家在我國高分子學科建立和發展過程中付出的艱辛及國內高分子企業的成長歷程，實現《高分子物理》課程的思政教育，將學生培養成為合格的社會主義建設者。如在高分子液晶方面加入了周其鳳院士創新性設計的甲殼型液晶，以及我國學者發現的主鏈型液晶在剪切應力下高分子鏈的取向所形成的條帶織構；在高分子鏈的取向部分，引入我國科學家提出非晶態高分子的分子鏈高度取向局部鏈段無規取向的概念及方法；還有在高分子結晶部分，加入我國科學家在高分子單晶培養所做出的卓越貢獻?？傊?，將思政教育滲入課題的每一節課，發揮具體高分子物理課程與思政教育的協同作用，圍繞具體知識和思想教育形成培育時代新人的系統合力。

7 結 語

通過在教學過程中以高分子鏈構象為教學主線，通過實施形象化教學方法發揮學生的學習能動性；根據不同的教學章節增加工程知識及新型高分子的開發實例，拓展了學生的知識面；引入國內高分子學科的新型研究內容，國內優秀高分子企業的發展歷程及現狀，增強了學生的愛國榮譽感，實現《高分子物理》課程的課堂思政教育。為《高分子物理》課程教學質量的提高提供一個切實可行的教學思路，提供一些理論分析和一定的實踐。