栗 麗 伍一波 陳 飛

(北京石油化工學(xué)院 材料科學(xué)與工程學(xué)院，北京 102617)

《高分子物理》課程是高校高分子材料及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要核心課程，主要研究聚合物材料結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系及其分子運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在規(guī)律，是連接高分子材料的合成、制備與加工的理論基礎(chǔ)課，與高分子的生產(chǎn)和應(yīng)用密切相關(guān)[1]。目前國(guó)內(nèi)大部分高校對(duì)于《高分子物理》的教學(xué)和考核主要側(cè)重教師講授、作業(yè)、階段測(cè)評(píng)?；诟叻肿游锢碚n程的重要性，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)手段等方面進(jìn)行了改革。比如，劉瓊瓊老師等以高分子的熱運(yùn)動(dòng)聯(lián)系結(jié)構(gòu)與性能，對(duì)高分子物理課程進(jìn)行了重組[2]。桂林電子科技大學(xué)的季蓉老師等提出通過(guò)互動(dòng)式教學(xué)、將生活和科研實(shí)例引入課堂，開(kāi)展專(zhuān)題學(xué)習(xí)模式，同時(shí)采用綜合型考核方式等進(jìn)行課堂教學(xué)改革，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果[3]。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中增加了小組討論環(huán)節(jié)，增加了學(xué)生的主動(dòng)性和參與度，而且每章采用一張圖進(jìn)行總結(jié)，令每一章的知識(shí)點(diǎn)清晰明了。

1 目前教學(xué)現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

目前《高分子物理》的教學(xué)和考核主要側(cè)重教師講授、作業(yè)、階段測(cè)評(píng)。實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，存在學(xué)生們課后復(fù)習(xí)鞏固少，知識(shí)點(diǎn)掌握不牢，認(rèn)為課程內(nèi)容繁雜、毫無(wú)規(guī)律，存在知識(shí)點(diǎn)比較散的問(wèn)題，前后很難聯(lián)系，導(dǎo)致課程結(jié)束之后沒(méi)有形成自己的知識(shí)體系，在具體分析問(wèn)題的時(shí)候存在困難。

究其原因，主要在于《高分子物理》課程本身術(shù)語(yǔ)和概念繁多、公式推導(dǎo)繁雜，高分子結(jié)構(gòu)涉及鏈結(jié)構(gòu)(主鏈、側(cè)基)、構(gòu)型、構(gòu)象、共聚、分子量及其分布、有序態(tài)結(jié)構(gòu)(結(jié)晶、取向)、增塑、共混、填充等。性能涉及溶解性、橡膠彈性、粘彈性、熱學(xué)性能、力學(xué)性能、流變學(xué)性能等。高分子物理課程的整體框架脈絡(luò)以及各知識(shí)點(diǎn)之間都有聯(lián)系，只是沒(méi)有形成系統(tǒng)、形成邏輯，沒(méi)有將其可視化展示出來(lái)。

2 思維導(dǎo)圖引入教學(xué)過(guò)程

受愛(ài)因斯坦做筆記方法的啟發(fā)，英國(guó)人托尼·布贊(Tony Buzan)于20世紀(jì)60年代提出思維導(dǎo)圖(Mind Mapping)，其具有放射性思考能力和多感官學(xué)習(xí)特性。研究表明，思維導(dǎo)圖對(duì)于促進(jìn)學(xué)生邏輯思維和創(chuàng)新思維發(fā)展具有很好作用[4-6]。基于《高分子物理》課程的特點(diǎn)，可通過(guò)思維導(dǎo)圖將繁多的知識(shí)點(diǎn)呈現(xiàn)出來(lái)，在教學(xué)過(guò)程中引入思維導(dǎo)圖。對(duì)于教師，采用思維導(dǎo)圖形式構(gòu)建更適合學(xué)生理解和掌握的知識(shí)體系；對(duì)于學(xué)生，采用分組學(xué)習(xí)、自己動(dòng)腦的方式繪制思維導(dǎo)圖，從而激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)習(xí)主動(dòng)性，引發(fā)學(xué)生思考。

2.1 教師“教”過(guò)程中思維導(dǎo)圖的運(yùn)用

高分子物理的任務(wù)是通過(guò)分析分子運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)來(lái)最終指導(dǎo)分析高分子的性能。分子運(yùn)動(dòng)是結(jié)構(gòu)與性能的內(nèi)在橋梁，但是仍然很寬泛，在分析實(shí)際問(wèn)題時(shí)仍然會(huì)感到無(wú)從下手。高分子物理中存在一根主線(xiàn)，即高分子與普通分子的區(qū)別在于鏈段，鏈段的柔性與后面章節(jié)中的彈性、玻璃化溫度、熔點(diǎn)、分子運(yùn)動(dòng)等等都有內(nèi)在的聯(lián)系。我們通過(guò)采用思維導(dǎo)圖的方式，在總結(jié)每章節(jié)內(nèi)容的基礎(chǔ)之上，貫通各章相關(guān)知識(shí)點(diǎn)間的聯(lián)系，建立知識(shí)點(diǎn)間的邏輯架構(gòu)，使學(xué)生充分理解和掌握。如圖1所示，單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)帶來(lái)了分子鏈的三種穩(wěn)定的構(gòu)象變化。卷曲g構(gòu)象為鏈卷曲的因素，g構(gòu)象越多，鏈越卷曲，高分子鏈在自然狀態(tài)下為無(wú)規(guī)線(xiàn)團(tuán)，也就是高分子鏈最自然的狀態(tài)，符合熵回復(fù)定律，橡膠彈性中主要為熵變。

圖1 通過(guò)內(nèi)旋與構(gòu)象關(guān)聯(lián)各章節(jié)內(nèi)容的思維導(dǎo)圖示意

反式t構(gòu)象為鏈伸展的因素。結(jié)晶的聚合物分子鏈構(gòu)象，指分子鏈在晶格中的排列，取能量最低原則，t構(gòu)象時(shí)側(cè)基間距離最遠(yuǎn)能量最低，所以形成平面鋸齒構(gòu)象。結(jié)晶與鏈的規(guī)整性和對(duì)稱(chēng)性有關(guān)，結(jié)構(gòu)規(guī)整對(duì)稱(chēng)，容易結(jié)晶。另外，結(jié)晶和熔融是兩個(gè)相反的過(guò)程，但是聚合物的結(jié)晶溫度低于熔融溫度，從分子運(yùn)動(dòng)角度來(lái)講，結(jié)晶只有鏈段在晶格中的排列運(yùn)動(dòng)，而熔融涉及到整條分子鏈的運(yùn)動(dòng)，因此所需能量更高。單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)能力帶來(lái)了柔性，柔性取決于t和g之間的能壘，內(nèi)旋越容易，鏈的柔性越好。兩個(gè)單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)中間的一段分子為鏈段，鏈段是高分子運(yùn)動(dòng)單元中的獨(dú)特存在。鏈段運(yùn)動(dòng)影響了聚合物的熱性能，是玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的標(biāo)志，鏈柔性是分析玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，熔點(diǎn)Tm大小的一個(gè)重要方面，鏈段運(yùn)動(dòng)的快慢與粘彈性中應(yīng)力松弛、蠕變、滯后和內(nèi)耗有關(guān)，在使用溫度接近Tg時(shí)這些現(xiàn)象最明顯。這樣，通過(guò)內(nèi)旋與構(gòu)象聯(lián)系起各章節(jié)相關(guān)內(nèi)容，在具體分析問(wèn)題過(guò)程中邏輯思路會(huì)更加清晰，可以使學(xué)生在對(duì)比理解中加深記憶。

2.2 學(xué)生“學(xué)”過(guò)程中思維導(dǎo)圖的運(yùn)用

教學(xué)過(guò)程中通過(guò)將學(xué)生們分成學(xué)習(xí)小組，采用小組作業(yè)的方式，讓學(xué)生回顧相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，分組作業(yè)時(shí)讓學(xué)生們相互討論，互相提問(wèn)，繪制出思維導(dǎo)圖，引發(fā)學(xué)生積極思考和討論，參與設(shè)計(jì)自己的學(xué)習(xí)架構(gòu)，學(xué)以致用。在下節(jié)課上課前教師預(yù)留5～10分鐘時(shí)間，由一組學(xué)生的代表采用思維導(dǎo)圖的方式對(duì)預(yù)留的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行回顧，通過(guò)學(xué)生講解回顧，將知識(shí)點(diǎn)由“新知”變“舊知”，達(dá)到對(duì)知識(shí)點(diǎn)的靈活掌握和深入理解。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)《高分子物理》課程的特點(diǎn)，依托思維導(dǎo)圖工具，構(gòu)建更適合學(xué)生掌握的教與學(xué)的知識(shí)體系，以增強(qiáng)學(xué)生對(duì)各章相關(guān)聯(lián)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握，并通過(guò)學(xué)生的分組學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力。