姚木蘭，朱慶洋，陳麗娟

(皖西學(xué)院材料與化工學(xué)院，安徽 六安 237012)

我院高分子教研室的任課教師緊跟時代的發(fā)展步伐，在《功能高分子材料》的理論教學(xué)課程中，針對相關(guān)重難點制作成“微課”，結(jié)合微課“主題突出，短小精悍”的特點[1-3]，期望能夠進一步優(yōu)化課堂內(nèi)外教學(xué)效率。本文主要闡述了《功能高分子材料》課程中“光致變色高分子材料”微課教學(xué)設(shè)計，具體包括教學(xué)背景、教學(xué)目標(biāo)與重難點、教學(xué)方法和策略以及教學(xué)安排四個方面[4]，并錄制相應(yīng)的“微課”教學(xué)視頻，目的在提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率和教學(xué)質(zhì)量，服務(wù)廣大學(xué)生群體。

1 教學(xué)背景

光致變色高分子材料是《功能高分子材料》教學(xué)過程中重要的教學(xué)內(nèi)容之一，是光功能高分子材料的重要組成部分，對光致變色高分子的認(rèn)識、理解和掌握直接關(guān)乎新型光致變色高分子材料的設(shè)計合成及應(yīng)用，具有十分重要的意義。本節(jié)課所講授的“光致變色高分子材料”是我?！豆δ芨叻肿硬牧稀氛n程中的第四章“光功能高分子材料”第五節(jié)“光致變色高分子材料”的教學(xué)內(nèi)容；教材選用羅祥林主編的“中國石油和化學(xué)工業(yè)優(yōu)秀教材一等獎，普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材”——《功能高分子材料》[5]。“光致變色高分子材料”這一節(jié)內(nèi)容是在掌握了有機光致變色小分子的類型及變色機理，高分子的合成方法及分子設(shè)計的基礎(chǔ)上構(gòu)建的兼具聚合物好的加工性能以及小分子光致變色性能的一種新型光致變色高分子材料體系。學(xué)生對這一節(jié)的學(xué)習(xí)有助于形成更豐富，更完整的光致變色高分子的設(shè)計思路，更重要的是這節(jié)課可以開拓學(xué)生眼界，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)功能高分子材料的興趣，同時也培養(yǎng)了學(xué)生探索科學(xué)的能力。

2 教學(xué)目標(biāo)與重難點

2.1 教學(xué)目標(biāo)

(1)了解常見的光致變色有機小分子的種類；

(2)能夠基于材料結(jié)構(gòu)分析其光致變色的機理；

(3)利用高分子化學(xué)的合成手段設(shè)計各種結(jié)構(gòu)的光致變色高分子材料。

2.2 教學(xué)重點

(1)對光致變色現(xiàn)象概念的掌握；

(2)光致變色本質(zhì)的理解；

(3)常見的光致變色有機小分子材料的類型及光致變色機理。

2.3 對教學(xué)重點的處理

為了引起學(xué)生們對本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣，加深學(xué)生們對光致變色材料及光致變色器件的認(rèn)識，本節(jié)課開始就引入一段微視頻，介紹由三種光致變色高分子材料經(jīng)過3D打印技術(shù)制備的一枚模型戒指，該枚戒指在不同波段光照下顯示出不同的顏色，由此勾起同學(xué)們的好奇心，然后播放三種光致變色小分子母體材料在紫外光及可見光照射下的光致變色行為，由此展開該知識點的深入剖析。

基于以上視頻，首先引入光致變色現(xiàn)象的定義，即物質(zhì)在光照射時呈現(xiàn)顏色或者在可見光照射下產(chǎn)生顏色變化，停止光照后又能回復(fù)原來顏色的現(xiàn)象。然后介紹生活中常見的光致變色現(xiàn)象，包括光致變色玻璃、眼鏡、手鏈以及印染在T恤上的圖案，以此進一步引起同學(xué)們學(xué)習(xí)熱情。同時提出問題，材料為什么會有光致變色現(xiàn)象的出現(xiàn)？與學(xué)生互動環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的習(xí)慣和能力。然后引出光致變色的本質(zhì)(見圖1)，即物質(zhì)在光照下由一種穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)(A)可逆地轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)(B)，雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)間吸收波長差異越大，光致變色顏色分辨率越大，變色顯著。

圖1 光致變色物質(zhì)雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變及對應(yīng)吸收波長的變化Fig.1 Transformation of bistable structure of photochromic material and its corresponding change of absorption wavelength

那么雙穩(wěn)態(tài)之間是如何轉(zhuǎn)變的呢？由此引出常見的有機光致變色小分子的母體結(jié)構(gòu)及其變色機理，通過這種層層遞進的引導(dǎo)式教學(xué)方法能夠激起學(xué)生們的學(xué)習(xí)積極性以及獨立思考的習(xí)慣。

2.4 教學(xué)難點

光致變色高分子材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.5 對教學(xué)難點的處理

提出問題，為什么要設(shè)計光致變色高分子材料？引導(dǎo)同學(xué)思考而后解答，由于光致變色有機小分子難于加工，無法制成相關(guān)器件，因而其應(yīng)用受到了限制，引入高分子材料具有易于成型加工的特點，解答為何要設(shè)計制備光致變色高分子材料。講解如何設(shè)計光致變色高分子材料時，首先帶領(lǐng)同學(xué)們回顧高分子化學(xué)的相關(guān)知識點(見圖2)，包括聚合物的合成方法和設(shè)計思路，結(jié)合相應(yīng)的動畫和視頻，并在黑板上帶領(lǐng)大家一起畫出相應(yīng)的示意圖從而將復(fù)雜抽象的內(nèi)容簡單直觀化，降低學(xué)生對理論知識難點的理解難度。

圖2 光致變色高分子材料的設(shè)計思路

Fig.2 Design of photochromic polymer materials

更為具體的講解如何設(shè)計光致變色高分子材料，以含偶氮苯為母體結(jié)構(gòu)的材料為例，①將光致變色小分子與高分子的共混獲得光致變色高分子材料；②通過設(shè)計含有偶氮苯的乙烯基單體通過連鎖聚合反應(yīng)，或者設(shè)計偶氮二苯甲酸與二元胺的逐步聚合反應(yīng)，實現(xiàn)小分子到大分子的轉(zhuǎn)變；③通過光致變色小分子與已有的高分子之間的接枝反應(yīng)將其嫁接到高分子材料上獲得光致變色高分子材料[6]。這種引導(dǎo)遞進式的知識講解化難為易，有助于同學(xué)們更為具體的掌握知識點，以及有效地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，并逐步形成科學(xué)態(tài)度與科學(xué)精神。

3 教學(xué)策略和方法

3.1 教學(xué)策略

本節(jié)課一開始就播放一段與課程相關(guān)的微視頻，介紹了由三種光致變色材料經(jīng)過3D打印技術(shù)制備的一枚模型戒指，該枚戒指在不同波段光照下顯示出不同的顏色，由此勾起同學(xué)們的好奇心，然后播放了三種光致變色小分子在紫外光及可見光照射下的光致變色行為，為何會有這樣的轉(zhuǎn)變？提出問題，由此引起學(xué)生們對本節(jié)課程內(nèi)容的學(xué)習(xí)興趣。接著通過對小分子光致變色材料相關(guān)內(nèi)容的講解，讓學(xué)生了解并掌握本節(jié)課程的相關(guān)內(nèi)容和原理。然后拋出小分子材料難以制備器件的問題引導(dǎo)學(xué)生們思考，最后引出將光致變色小分子材料與高分子進行共混，聚合以及接枝來賦予材料易于加工的性能。從而建立“提出問題—思考問題—解決問題”的教學(xué)過程，通過這樣一種教學(xué)策略達(dá)到首尾呼應(yīng)的目的，學(xué)生不僅可以主動構(gòu)建知識，更重要的是過程中能夠?qū)W會研究化學(xué)問題的過程與方法。

3.2 教學(xué)方法

(1)演示法

充分利用圖片、動畫、視頻等資料，提供學(xué)生學(xué)習(xí)功能高分子材料的感性材料，加深學(xué)生對所學(xué)內(nèi)容的理解和認(rèn)識。

(2)啟發(fā)式教學(xué)法

對講解內(nèi)容中的問題，通過設(shè)問，并采用啟發(fā)式教學(xué)方法，與學(xué)生積極互動，讓學(xué)生積極思考，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和專注度。

(3)問題探究法

課程結(jié)束給學(xué)生布置課后習(xí)題，通過進一步查閱資料鞏固和加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解和認(rèn)識，提高學(xué)生學(xué)以致用的能力。

4 教學(xué)安排

表1 教學(xué)安排Table 1 Teaching arrangement

5 結(jié) 語

本文針對“光致變色高分子材料”微課的教學(xué)設(shè)計，一方面有助于提高學(xué)生對光致變色高分子材料的認(rèn)識水平。另一方面提高學(xué)生的分析、推理及設(shè)計能力，讓他們更深層次體會功能高分子材料的奇、趣、美。此外，作為高校教師，應(yīng)該緊跟時代步伐，借助于互聯(lián)網(wǎng)“互聯(lián)互通”的特點，通過相關(guān)理論知識點的微課教學(xué)設(shè)計的規(guī)劃及錄制高質(zhì)量的微課教學(xué)視頻，將其運用到教學(xué)實踐中，從而有助于提高教學(xué)質(zhì)量，服務(wù)廣大學(xué)生群體。