宇文力輝

【摘 要】功能高分子材料是高分子專業(yè)主要的專業(yè)課程，它建立在高分子物理、高分子化學等相關學科的基礎上，與化工、環(huán)境、信息、物理、醫(yī)學、生物等學科存在廣泛的交叉融合，是當前高分子學科中發(fā)展最為迅速的領域之一。功能高分子材料具有種類繁多、知識體系復雜、知識更新快等特點，對課堂教學提出了較高的要求。筆者根據(jù)自身的教學經(jīng)驗探討如何較好地開展教學實踐并采取相應的教學改革措施。

【關鍵詞】功能高分子材料;結(jié)構-性能關系;多媒體;教學實踐

Teaching Practice and Exploration of the Course “Functional Polymer Materials”

YUWEN Li-hui

（School of Material Science and Engineering， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing Jiangsu 210023， China）

【Abstract】As a main specialized course for undergraduate students majored in polymer， “Functional Polymer Materials” is based on polymer chemistry， polymer physics and other relative courses and intersects with chemical engineering， environmental， information， physics， medicine， biology and other subjects. “Functional Polymer Materials” is one of the most rapidly developing subjects in polymer science field. Due to the numerous kinds of functional polymer materials， complicated knowledge system and rapidly updated novel knowledge， proper classroom teaching pattern for this course should be used. In this manuscript， I will discuss the teaching practice and teaching reforms for this course based on my teaching experience.

【Key words】Functional polymer material; Structure property relationship; Multimedia; Teaching practice

自從20世紀以來，高分子學科發(fā)展迅猛，各種新材料、新理論、新模型、新應用不斷涌現(xiàn)，在傳統(tǒng)的高分子化學與高分子物理的基礎上發(fā)展出功能高分子材料這一重要分支。功能高分子材料是本科高分子材料專業(yè)的專業(yè)課，也是化學、材料等相關專業(yè)的專業(yè)選修課程。功能高分子材料課程教學內(nèi)容較多，主要包括反應型高分子、導電高分子、電活性高分子、液晶高分子、吸附型高分子、光敏高分子、高分子功能膜、醫(yī)用高分子等內(nèi)容。該課程通過系統(tǒng)地總結(jié)功能高分子材料的合成、結(jié)構、性能、應用和研究方法，使學生掌握功能高分子的基本性質(zhì)、結(jié)構-性能關系、設計方法和制備策略，了解功能高分子研究的方法和應用領域，從而對功能高分子材料具有全面的認識和深入的理解。

1 貫徹結(jié)構-性能關系的教學主線

目前合成纖維、合成橡膠、塑料、涂料、高分子粘合劑等高分子材料的應用十分廣泛，然而該類材料分子內(nèi)缺乏反應基團，化學與物理性質(zhì)較為單一，屬于常規(guī)高分子材料。相對而言，功能高分子材料則具有光、電、力、熱、磁、化學、生物等性能，在化工、環(huán)保、能源、信息、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等領域具有獨特的應用價值。功能高分子材料之所以具有不同于常規(guī)高分子材料的獨特性能，主要與其結(jié)構具有直接關系。功能高分子材料學科的主要任務是研究影響材料性能的因素，尤其是結(jié)構與性能之間的關系，從而設計出滿足工業(yè)生產(chǎn)與人們生活所需的各種新型功能材料。因而結(jié)構-性能關系在功能高分子材料課程中具有重要地位，它不僅是學生理解材料性能的理論基礎，同時也是設計新型功能材料的所遵循的規(guī)律。因而，在課堂教學過程中需要貫徹結(jié)構-性能關系的教學主線，使學生能夠利用結(jié)構-性能關系來理解每一類功能高分子的性質(zhì)特點，進而以此為基礎有能力學習并設計新型功能高分子材料。

盡管材料學科中結(jié)構-性能關系的研究已經(jīng)很多，但是功能高分子材料有其自身特點，即存在分子、超分子、微觀、宏觀等不同層次的結(jié)構。層次不同的結(jié)構對于材料性能具有不同的影響，因而功能高分子材料的結(jié)構-性能關系是學生最難掌握的內(nèi)容，既是教學的重點也是難點。對此，在課堂教學過程中不僅需要在課程的概述部分重點講述不同層次結(jié)構對于材料性能的影響規(guī)律，而且需要在每一章結(jié)合實例具體講解不同類型高分子材料的結(jié)構-性能關系，從而使學生能夠深入理解并掌握該重要規(guī)律。

功能高分子材料的結(jié)構具有元素組成、官能團結(jié)構、高分子鏈段結(jié)構、高分子微觀構象結(jié)構、材料的超分子結(jié)構和聚集態(tài)、材料的宏觀結(jié)構等不同的層次，依次包括原子、原子團、鏈段、分子、超分子的微觀尺度結(jié)構以及宏觀結(jié)構，其中官能團結(jié)構和分子鏈結(jié)構是兩個重點內(nèi)容，前者決定了分子的大部分化學性質(zhì)，而后者主要影響材料的物理化學性質(zhì)。例如，高分子還原劑的還原能力來源于分子中包含的有機錫、硫醇等還原性基團，而高分子骨架主要使還原劑的分子量增大、溶解度降低，從而在保持小分子還原劑的還原能力的同時具有不溶性，從而使產(chǎn)物的分離純化工藝大大簡化。

2 通過前沿進展專題補充知識結(jié)構

功能高分子材料是一門交叉學科，涉及化工、電子、信息、生命、醫(yī)學、能源等多個領域，并與相關學科存在深入而廣泛的交叉融合，因而功能高分子材料的知識結(jié)構也在隨著其它學科的發(fā)展而迅速變化。為了適應功能高分子材料知識更新快的特點，不僅需要在課堂教學中介紹完整的知識體系，而且要補充相關領域不斷產(chǎn)生的最新進展。然而由于教材的版本更新相對較慢，所以需要在課堂教學過程中針對每一章節(jié)加入前沿進展專題，以補充相關的最新知識。

例如，近年來納米科技發(fā)展迅猛，新型的高分子-納米復合功能材料成為當前的研究熱點，各種新穎的研究成果不斷涌現(xiàn)，極大豐富了功能高分子材料的構成與應用。根據(jù)這些變化，教學中增加了高分子光電功能納米材料的專題，重點介紹共軛高分子與富勒烯、量子點等復合材料在太陽能電池中的應用進展;在醫(yī)用高分子材料一章，針對當前高分子在藥物輸運與控制釋放方面的研究進展，歸納了響應性高分子載藥專題，列舉對于化學、光、熱、磁等外界刺激信號具有響應能力的高分子載藥體系。由于相關領域在腫瘤治療中具有重要應用價值，同時載藥體系往往具有有趣的控制釋放機理，提高了學生的學習興趣，也補充了教材在相關內(nèi)容上的不足。

3 利用多媒體增強教學內(nèi)容的表現(xiàn)力

功能高分子材料課程的知識點較多，信息量很大，而教材中的圖形較少，大多為文字內(nèi)容。心理學的研究表明，人們在學習過程中依靠單一的文字閱讀獲得知識時容易疲勞，記憶與理解的效率也會降低;相對而言，人們對于形象信息的感知速度更快，記憶能力更強。為此，授課過程中需要借助PowerPoint（PPT）的多媒體功能對教學內(nèi)容進行圖形化。首先，需要對教材的內(nèi)容進行提煉，總結(jié)出主要知識點，利用關系圖構建知識框架，將文字內(nèi)容形象化、條理化;細節(jié)內(nèi)容進行列表，有利于歸納和比較;重點內(nèi)容進行色彩處理，從而提高了可讀性。其次，功能高分子材料的應用性較強，與工業(yè)生產(chǎn)與生活關系緊密，受限于篇幅和印刷用紙的材質(zhì)，教材中多無相關的圖形，尤其是彩圖。在準備PPT課件時，通過網(wǎng)絡搜集相關資料并利用PPT的圖形制作能力，補充相關的示意圖、示例圖，使得相關的功能高分子材料從應用背景、化學結(jié)構、性能原理、器件結(jié)構等均做到“有圖有真相”，顯著提升了學生的注意力和學習興趣，使得抽象的結(jié)構-性能關系更容易理解，同時也使得學生能夠聯(lián)系到實際生活，感受到功能高分子材料的應用價值。

例如，在電活性高分子材料一章中，高分子電致發(fā)光材料與器件是其中的重要內(nèi)容，相關領域產(chǎn)品已經(jīng)開始商業(yè)化并展示出良好的發(fā)展前景，但是相關的器件工作原理較為復雜，對于高分子專業(yè)的學生具有一定的難度。為此，在實際授課過程中，首先將當前某著名品牌的手機顯示屏作為實例，介紹相關材料的成分與結(jié)構，并借助立體的器件結(jié)構示意圖解釋器件的工作機理與高分子材料在其中的作用，使得學生可以通過直觀的方式學習抽象的知識。在高分子功能膜材料一章中，膜分離機制是重點內(nèi)容，而其中過篩分離是最常見的一種機制。為增強學生對于該原理的認識，PPT課件中使用了動畫示意圖，將不同尺寸的粒子依次通過不同孔徑的篩網(wǎng)而被截留的過程直觀表現(xiàn)出來，使抽象的分離機理一目了然。

4 借助課外科研實踐提升學生創(chuàng)新能力

當前社會經(jīng)濟對高分子學科人才的要求不斷提高，高素質(zhì)的人才不僅需要具有良好的知識基礎，而且需要具有創(chuàng)新能力。受到課堂教學課時與形式的限制，高分子材料專業(yè)學生僅能夠接觸到基本的合成與表征實驗，而功能高分子材料的相關實驗較少，缺乏相關的實踐訓練和能力培養(yǎng)過程。為增強學生獨立的研究與開發(fā)能力，我們向?qū)W生開放實驗室，設置與功能高分子材料課程內(nèi)容相關的科研課題，吸引有興趣的學生，尤其是打算畢業(yè)后讀研究生或從事研發(fā)工作的同學，在課余時間進入實驗室參與功能高分子合成、結(jié)構與成分表征。近兩年來已有超過十名同學參與了課外科研實踐，申請并獲得多項學校本科生創(chuàng)新實踐項目的支持，掌握了原子自由基轉(zhuǎn)移聚合等高分子可控合成技術，制備了多種嵌段高分子材料并用于調(diào)控納米粒子的組裝，制備了一系列具有優(yōu)異光電性能的新型高分子納米復合材料。課外科研實踐活動培養(yǎng)了學生探索未知的興趣，提高了學習的主動性與積極性，拓展了他們的知識面，培養(yǎng)了新型功能高分子材料的設計能力，有助于實現(xiàn)學生創(chuàng)新能力的個性化培養(yǎng)。

5 課程的考核方式

功能高分子材料課程的教學目標是讓學生掌握功能高分子材料的結(jié)構-性能關系、制備方法、表征手段及應用的知識，初步具備新型功能高分子材料的設計能力。傳統(tǒng)的評價模式注重學生對于知識掌握的系統(tǒng)性和準確性，主要采用閉卷考試的方式，然而本課程具有知識系統(tǒng)復雜、知識量大、知識更新快等特點，所以閉卷考試的考核方式容易導致學生采用死記硬背的方式學習;另一方面，當前大力提倡素質(zhì)教育，更為注重學生創(chuàng)新能力，因而在課程的考核評價模式需要相應調(diào)整。課程的總評成績由期末成績和平時成績組成，期末成績占總評的70%，采用開卷考試方式，平時成績占總評的30%。首先，采用開卷考試可以弱化知識記憶在評估中的比例，通過設計較多的綜合題以突出學生對知識的理解和運用能力的考核，減少學生突擊復習應付考試的現(xiàn)象，也有助于減少學生的課業(yè)負擔;另一方面，平時成績主要用于考察學生上課時回答提問與課程討論的情況，對于評價學生的知識掌握與運用能力具有重要參考價值，不僅是考試的重要補充部分，還可以提高學生參與課堂教學的積極性。

6 結(jié)語

針對功能高分材料課程的特點及其在高分子專業(yè)學生培養(yǎng)中的重要地位，在課堂教學中堅持貫徹結(jié)構-性能關系的教學主線，補充相關領域的進展專題以豐富課程的知識結(jié)構，充分利用多媒體教學的優(yōu)勢增強教學內(nèi)容的形象性和生動性，提供課外科研見習課題供學生進行科研實踐，從而提高了學生的學習積極性、實踐能力和創(chuàng)新能力，發(fā)展出有效的教學模式和評價方法。

【參考文獻】

[1]趙文元，王亦軍.功能高分子材料[M].2版.北京：化學工業(yè)出版社，2013.

[2]劉永紅，紀仁杰.教、輔、研三位一體培養(yǎng)創(chuàng)新人才的方法研究[J].高等理科教學，2013，108（2）：80-83.

[3]石爽，封祿田.多媒體在高分子科學教學中的應用[J].科技教育，2011，03，195.

[4]李旦，趙希文，齊晶瑤，吳春燕，孟憲奎.“創(chuàng)新研修課”的建設與探索[J].中國大學教學，2009，11：28-30.

[責任編輯：湯靜]