鄭瑾 王東偉

(中原工學院紡織學院 河南鄭州450007)

結構-性能思想在紡織化學教學中的應用

鄭瑾 王東偉

(中原工學院紡織學院 河南鄭州450007)

“結構決定性能”是化學學科中重要的學科思想。按照這一學科思想組織編排教學內容，將其滲透到紡織化學的各章節(jié)之中，可使教學內容更具有邏輯性和連貫性。

在本科教學中，基礎課內容與大部分專業(yè)課的內容不屬同一學科領域，基礎課的關聯(lián)課程較少，無法形成相互影響的集群效應。比如說，服裝設計與工程專業(yè)學生學習的重點在于服裝結構設計、服裝工藝設計、服裝銷售與市場等，相關的專業(yè)課程比較多;而在化學方面的課程只有紡織化學。雖然教師一再強調紡織化學對于理解服裝面料性能的重要性，但在僅有的一門化學課程中如何開展教學、如何使學生掌握該門課程的重要內容仍然是一個問題。

我們嘗試在紡織化學教學過程中，利用學科思想對整體教學內容進行設計和優(yōu)化，并利用學科思想設計教學策略，收到了較好的教學效果。依據此次教學實踐，總結了一些有益的經驗，可以為其他基礎課的教學提供參考。

1 為什么要在基礎課教學中強調學科思想

學科思想是某一學科顯著區(qū)別于其他學科的概念、思維方法、知識體系，只有掌握了學科思想，掌握了這一學科的思維方法和規(guī)律，才能在真正意義上掌握一門課程的知識。

在專業(yè)課教學中，存在不同課程之間相互支撐的集群效應，即使專業(yè)課教師不特別在課堂上提出學科思想，學生也會在無形之中形成對專業(yè)特點的認識。而對于某一門基礎課，由于缺少其他同類課程的支撐，學生難以建立課程的學科思想，對基礎課學習也不易重視且收獲較小。

因此，基礎課教師必須在較短的學時里，將該課程及其所在學科的最核心內容展示出來，要讓學生切實感受到該門課程及學科的魅力及精華。這就要求基礎課教師在教學過程中不僅要傳授相關的基礎知識，更要注意傳授基本的思想方法，注意培養(yǎng)學生用科學的思想方法去認識、分析、歸納、總結知識的能力。為了達到這一目的，就必須將學科思想介紹給學生，將授課內容與學科思想聯(lián)系起來。

2 學科思想在紡織化學課程內容中的體現

化學是有關物質變化及其結構、性能之間關系的學科［1-2］，結構決定性能(“結構-性能”)的思想是貫穿于化學學科的靈魂:結構是決定物質性能的內在因素，物質所表現出的某種性能必定存在與之對應的結構。紡織化學作為服裝設計與工程專業(yè)的化學基礎課，應將這一學科思想貫穿于教學內容的始終，從最基礎的結構層次開始講起，然后逐漸向高級的結構層次延伸?？上冉榻B原子的結構與性質;接著介紹有機小分子的結構與性質，重點闡述不同基團的結構與性質;再從重復單元的化學結構出發(fā)分析不同纖維之間理化性質不同的原因;在介紹高分子的結構層次時，重點學習相組成以及相結構與纖維宏觀性質之間的關系。課程內容安排見表1。表1中還列出了“結構-性能”思想在各章節(jié)中的體現。

表1 紡織化學教學內容及安排

下面以一些教學中的實例介紹不同結構層次中“結構-性能”思想如何在各章節(jié)中體現，并分析如何將學科思想滲透到教學內容中去。

2.1 原子結構的層次

元素的性質由其原子的結構決定。原子由原子核和核外電子構成，核外電子排布在核外不同的軌道上，并在空間形成不同的能級和形狀。電子層結構或能級中電子占據軌道的不同決定元素具有不同的性質。這是從根本層次上對“結構-性能”思想的闡釋。這部分內容是學習化學的基礎與出發(fā)點，對于物質結構特別是原子結構的理解，以及原子結構不同對元素性質的影響，是理解化學，特別是理解物質結構與性能關系的基礎。

2.2 價鍵、基團結構的層次

在有機化學中，依據官能團的不同對物質進行分類的思想實際上就是“結構-性能”思想的具體表現。具有同一結構特征(基團)的物質具有相似的性質，基團的性質就決定了有機物的性質。基團的性質又由構成基團的原子及其連接方式決定。這部分內容主要在有機化學基礎知識一章中講述。

在烷烴與烯烴的性能對比中，其結構上的差異就是單鍵和雙鍵的差異，表現出的化學性質的差異實際上就是單鍵與雙鍵性質的差異。由于單鍵是兩個sp3雜化軌道交疊形成的σ鍵，電子云流動性比較小，活潑性比較低;而對于不飽和鍵，因為具有電子云流動性比較大的π鍵，活潑性較高，因此烯烴容易發(fā)生親電加成反應。

在醛酮醌一節(jié)，由于3類物質的結構中都含有羰基，因此表現出的化學性質比較相似。羰基上氧原子電負性比較大，電子云主要分布于氧原子周圍，而碳原子則容易被親核試劑進攻發(fā)生羰基上的親核加成反應。

基團決定性質的思想是結構決定性能思想的一個具體表現，這一思想在第五、六、七章中也都有體現。比如，天然纖維(如纖維素纖維、蛋白質纖維)具有良好的吸濕性，是因為在纖維素的結構中包含有大量的羥基;而在蛋白質纖維中包含有大量的酰胺基團，這些極性基團的存在是其具有良好吸濕性的原因。

2.3 聚集態(tài)結構的層次

從物質的化學結構到材料結構的跨越主要表現在:相結構是直接影響材料性能的主要因素，而基本的化學結構或者說化學組成則是通過影響相結構而對材料性能發(fā)生影響。高分子的化學組成指價鍵、基團的種類及其在空間的排列方式，而要了解高分子材料如纖維的性能，則必須從化學組成跨越到相結構的層次。在高分子材料領域常常使用聚集態(tài)結構這一概念來表示材料的相結構。

高分子鏈以不同的方式排列、堆砌組成高分子材料的不同聚集態(tài)結構，如結晶態(tài)結構、無定型態(tài)結構、取向態(tài)結構等。聚集態(tài)結構是決定纖維性能的主要因素。在第五、六、七章中，我們重點講述的就是纖維的化學組成及相結構對纖維性能的影響，尤其是聚集態(tài)結構對纖維性能的影響。

在第六章中，對于同屬纖維素纖維的棉纖維與麻纖維，其化學組成相同，都由D-葡萄糖單元通過β-1，4-苷鍵相互連接而成。但在聚集態(tài)結構上，麻的取向度與結晶度較高，使麻的力學性能(如強度和模量)優(yōu)于棉纖維。另外，在分析棉、麻的吸濕性和透濕性時，二者的吸濕性都比較優(yōu)異，然而麻纖維在透濕性方面顯著優(yōu)于棉纖維，其結構上的原因是什么?利用類似問題可引導學生從不同結構層次展開分析，使學生對結構決定性能的思想產生更為深刻的了解。

3 利用學科思想進行紡織化學課程教學的實施策略

通過以上內容可以看出“結構-性能”思想貫穿于整個紡織化學課程教學的始終，每一章節(jié)中都包含有這一學科思想的具體表現。除了在教學內容上充分重視學科思想之外，我們還采取了一些具體的教學方法和策略以增加教學效果。

3.1 重視第一節(jié)課

心理學上存在首因效應，認為第一印象是影響對一件事物看法的重要因素。這門課的主要內容是什么，它在課程體系中處于什么地位?主講教師的水平如何，授課風格是活潑還是呆板，是否具有吸引力?學生頭腦中的這些問題在第一節(jié)課里就會得到回答。從這方面來說，無論是專業(yè)課還是基礎課，教師都應對第一節(jié)課給予充分的重視和認真的準備。如果教學策略實施得當，第一節(jié)課能夠抓住學生的心，可以說這門課程的教學就已經成功了一半。

首先，教師要在第一節(jié)課里講清楚這門課的來龍去脈。包括這門課程在培養(yǎng)方案里所占的地位，有哪些先修課程和后續(xù)課程，它對該專業(yè)學生今后的學習和工作起什么作用等。以達到使學生重視這門課程的目的。

其次，教師要介紹這門課程的具體教學內容、教學目的和要求。使學生對本課程的輪廓有比較清晰的認識，增強學習的目的性和邏輯性。

第三，教師務必要在介紹具體的教學內容時闡述與本門課程相關的學科思想。使學生不但知道這門課要講哪些具體內容，還要知道課程的核心內容是什么以及課程的思想方法是什么。使學生了解到該課程的知識不是一盤散沙，而是一個渾然一體的大廈。

3.2 在教學中注意熏陶和暗示

學習需要不斷地強化記憶，使新的思維方法或者體驗內化為自覺的行為方式，這個過程必須經由一定量的積累來完成。我們之所以說基礎課教學缺少集群效應，正是因為它相關課程少，學習時間短，很難使學生建立起相應的學科思想。

因此，在第一節(jié)課里介紹學科思想只是一個開始，在此后展開的課程教學過程中，更要依此學科思想為靈魂，將其貫穿于整個教學活動中。只有具備了思想性的學習才是真正意義上的高級學習過程，在此基礎上對新知識的接受速度才能大大提高。加深學生對學科思想的印象，讓學生從被動地接受學科思想，到在課程內容中能夠發(fā)現學科思想，再到自覺地使用學科思想分析并解決問題，從而完成量變到質變的飛躍。這也是我們在教學內容中處處貫穿“結構-性能”思想的根本原因和目的。

3.3 運用學科思想解決專業(yè)問題

自覺地使用學科思想分析并解決問題是我們追求的目標，因此，在基礎課教學過程中注意加強基礎課學科思想與所授專業(yè)之間的聯(lián)系，運用學科思想解決專業(yè)問題，這對于提高學生對基礎課的學習興趣，提高基礎課的學習效果有著重要的意義?？梢詭椭鉀Q目前基礎課教學中存在的諸如與專業(yè)脫鉤、學習目的性不強、不會運用基礎課知識等問題。

在介紹聚集態(tài)結構對纖維性能的影響時，將“結構-性能”思想延伸為“結構-性能-用途”，即“結構決定性能，性能決定用途”的思想。仍以天然纖維素纖維為例，棉和麻具有相同的化學結構，但具有不同的聚集態(tài)結構。麻的結晶度和取向度都高于棉，表現為麻的強度和模量較高，另外由于麻纖維在宏觀的縱向上有裂隙，導致麻的導濕性優(yōu)于棉纖維，更適于作為潮熱的夏季的衣物面料。而棉由于比較柔軟，可以儲納較多的空氣，具有優(yōu)良的保暖作用，在干冷的冬季穿著更溫暖舒適。這樣就將“結構-性能”思想與授課專業(yè)聯(lián)系起來，學生對于“結構-性能”思想在面料的選擇和使用中的意義有了更為深刻的了解，就更容易增加他們對紡織化學課程學習的興趣和重視。

4 結語

(1)在基礎課教學中，應給予學科思想充分的重視。學科思想在教學中的運用，可以讓學生在較短的時間里領會基礎課的魅力，并能收到事半功倍的效果。

(2)從第一節(jié)課就開始闡述基礎課的學科思想，并把這種學科思想貫穿于整個教學過程的始終，以加深學生對學科思想的印象，使之內化為學生的一種自覺的思維方式。

(3)加強基礎課學科思想與所授專業(yè)之間的聯(lián)系，運用學科思想解決專業(yè)問題，這對于提高學生對基礎課的學習興趣，提高基礎課的學習效果有重要的意義。

［1］ 董景禮，張曉霞.阜陽師范學院學報(自然科學版)，2005，22(2):90

［2］ 董海.化學教學，2007(4):69