针对工科应用化学、化学工程与工艺等非高分子专业,在高分子化学课程的教学过程中注重教学内容的合理组织,做到重点突出,主次分明。课堂内采用启发式、互动式教学方式,积极运用形象化语言进行教学;课外则利用信息化教学手段予以辅助。
课程讲授中强调理论联系实际,结合适当的实例引导学生注意细节,做到学以致用。为持续改善教学效果,保证教学质量在稳定的基础上逐步提高,通过定期问卷调查的形式建立长期反馈机制,及时跟踪和总结,全面提升高分子化学素质教育的水平。
工科专业;高分子化学;教学研究;教学方法;教学质量引言作为新兴高分子学科的重要分支,高分子化学也被称为第五大化学,在高等学校化学相关专业培养体系中占据相当重要的地位。尤其是对于工科院校非高分子专业而言,高分子化学课程的开设对于引导应用化学、化学工程与工艺等专业的学生积极面向高分子材料、高分子化工等行业进行自我规划、自我发展有着特殊和重要的作用。
我校非本专业高分子化学主要面向应用化学和化学工程与工艺专业开设,平均每年选课人数在300人以上。
与高分子材料与工程专业不同,非本专业高分子化学教学的侧重点在于为学生开启一扇通往高分子科学的窗户,引导学生了解高分子化学在高分子学科中的地位、通晓课程的主要研究对象和研究内容、理解和掌握高分子化学理论的基本框架、基本概念和基本原理;在此基础上通过后续任意选修课的学习对其它高分子学科领域进行补充和加强。
经过几年教学实践、教学积累与探索,工科非本专业高分子化学课程已经形成了比较完善的教学体系,2007年获校级精品课程资助进行进一步建设。作者结合多年来的教学体会,对工科非本专业高分子化学课程教学进行初步探讨并总结如下。
梳理教学内容,做到重点突出、主次分明在选好教材、消化、吸收和融合教材内容的基础上,处理好“干”与“枝”的关系,避免将高分子化学的丰富内容演绎成“大杂烩”和“糊涂账”。在课程内容方面做到重点突出、主次分明;如此既可满足工科非本专业大多数学生的学习需要,亦能照顾到学有余力学生的要求,有利于培养学生的自学能力及独立提出问题、分析问题和解决问题的综合素质。
我校工科非本专业高分子化学选用浙江大学潘祖仁编着、适用于高等工科院校的优秀统编教材《高分子化学》作为教材。
依据潘祖仁《高分子化学》第四版新颖、深度适中、逻辑性强的章节和内容编排,教学过程中抓好逐步聚合和连锁聚合两大板块,将高分子反应的机理/动力学作为主线贯穿其中,辅以具体实例和聚合方法,兼顾高分子化学最新的科技进展,做到重点突出,主次分明,在有限的学时分配中提高教学效率,改善教学效果。
例如,在缩聚和逐步聚合一章中,着重抓好线形缩聚的机理及动力学、体形缩聚与凝胶点的预测两方面重点内容,渐次展开;具体的缩聚物及其它逐步聚合物则予以简单介绍。再如,自由基聚合一章中主要围绕聚合机理和热力学、聚合速率及动力学、聚合度及分布三个重点开展教学,阻聚、缓聚、各种速率常数的测定等内容则相对简化处理。
注重启发式、互动式、信息化教学高分子化学课程面向的对象是拥有一定化学基础的大三学生,因此在教学实践中必须注重教育观念的转变,改革授课方式。课堂上坚决摒弃“填鸭式”灌输的教学形式,推行“启发式”和“互动式”教学方法以充分调动学生的主动思维,提高学生学习的积极性。
例如,在讲解线形缩聚的分子量分布时,先提问官能团等活性概念及其涵盖的两方面含义,温故知新;再结合概率论的相关内容(尚未开概率论的专业通过引导学生理解抛硬币的几率切入)提出x-聚体的形成概率;最后结合x-聚体的结构与学生一起逐步推导出数量、质量分布函数。
对于自由基聚合的分子量问题,启发式教学可打破教材叙述的常规,先从链自由基的终止形式讲起;结合前面已经学习过的偶合、歧化两种终止形式的比例测定,引导学生考虑只要再知道链自由基的平均聚合度即可求解出数均聚合度;最后顺理成章地引入动力学链长的概念,反推回去即得聚合度表达形式。
自由基聚合分子量分布的讲解侧重于启发学生对于偶合终止的形式下深入思考x-聚体的形成方式,即y-聚体与(x-y)-聚体的偶合;通过y在1至(x-1)范围内的遍历,可更为简洁地得到数量分布函数的表达形式。同时,对于教材中未曾具体讨论的x为奇数和偶数的不同情况,引导学生思考形成x-聚体的各种组合方式上的不同点,最后殊途同归,得到统一的数量分布函数表达式。
对于“互动式”教学的模式,张镭[3]提出了让学生上讲台反串教师的角色进行授课的尝试;作者也认为如此可避免照本宣科,提高学生学习的兴趣。然而,安排学生上台讲课必须充分考虑到他们对实际知识的掌握程度,据此对内容进行合理的选取,否则可能难以取得良好的互动效果。
因此,我们一般选取“聚合物的化学反应”一章中的部分认知性内容,鼓励学生上讲台讲授。在经过学生讲课→其他学生评价→教师点评和总结→反诸求己找问题→自我提高、相互提高的一整套流程后,既可及时、准确地注意到教学中的不足,又可活跃课堂气氛;学生反映相关章节的理解和记忆效果良好。当然,要保证学生上讲台授课取得更好的效果,需要视情况组织好课前辅导及试讲;教师点评环节除在学生讲解的基础上画龙点睛外,需注意以表扬为主,充分激发学生参与互动教学的积极性和责任心。
为适应信息化的需要,课堂教学中除布置课后作业外,结合具体章节和高分子化学前沿布置相应的思考专题,引导学生充分利用图书和网络资源查找相近教材(如潘才元主编《高分子化学》)及其它最新扩展性资料进行对照和总结,进一步激发学生的求知欲和学好本课程的主动性;优秀的专题报告在精品课程网页上予以张贴鼓励。
另外,在学生宿舍普遍具备宽带上网的基础上,根据高分子化学的教学进度将电子教案、多媒体课件、练习题库及答案等通过校园网博客(Blog)或BBS论坛分段发布、定时更新;但发布的内容需做到适度控制,在发挥网络辅助教学快捷优点的同时,尽量避免部分学生对其产生依赖。
与此同时,向学生公布授课教师用户名及电子邮件,利用网络身份的平等性消除潜在的交流障碍,架设起教师与学生之间良好互动的纽带和桥梁,促进课外教学的互动性和信息化。目前,信息化教学形式正在进一步探索和完善中。
积极推行形象化教学教学内容是否能够形象表达直接关系到学生对课程的兴趣是否浓厚、学习积极性是否高涨,对于课堂气氛是否生动也有着很大的影响。例如,将双手比作2体系进行线形缩聚的两个官能团、用上台阶比喻线形缩聚的逐步特性和中间过程;用多米诺骨牌比喻自由基聚合的链增长、用人的出生和死亡讲解自由基寿命等,通过与生活实际的结合和类比,使学生迅速理解与掌握聚合反应的基本概念及特点。
·形象化语言同时可以解决比较抽象的理论难点。比如在讲解自由基聚合基元反应特点的时候,以翻滚过山车作为比喻:将引发剂分解生成初级自由基过程类比于过山车受牵引缓慢爬升的过程,活化能高,慢引发;单体自由基形成瞬间类比于过山车上升至顶点;快增长的过程相当于过山车迅速俯冲,此时自由基迅速引发单体增长;而且,过山车难以在轨道上随意停留可以看做自由基链增长难以停留在聚合度递增的中间产物上;链终止的速终止特点相当于过山车到达终点的紧急制动而停止;进一步借此讲解速终止的“速”快于快增长的“快”。
再如,在讲解与自动加速现象相关的凝胶效应时,将双基终止比喻成A、B两个城市的甲、乙两个人相约吃饭:甲赶去乙所在城市的过程可类比于链自由基质心的平移并接近;甲找到乙订餐的饭店相当于链段调整和重排;甲乙两人见面并进行用餐可以理解为双基终止的过程。
由此,通过形象、具体化的例子“活化”自由基聚合的基元反应特点以及链终止的抽象过程,非常有利于学生接纳吸收。
知识型、研究型教学并重,引导学生注意细节高分子化学课程主体内容除了机理、动力学等主线以外,文字性说明的内容和细节在教学过程中亦不可偏废。教学中适当推行知识型教学与研究型教学结合的方式,对培养具有创新意识、创造能力的复合型应用型专业人才有着重要的意义,同时也符合工科专业培养“基础扎实、实践能力强、综合素质高、具有创新精神的应用型高级专门人才”的高等教育培养目标。
针对工科非高分子专业高分子学科后续课程设置相对较少的现实情况,广泛借助现实生活中的实例、通过多媒体演示等手段增加学生对该课程的学习兴趣。教学中分别通过实物展示、仪器介绍、教学与科研相结合的形式推行贴近实际、注重实用的教学。
譬如,上课时将平时搜集的各种通用聚合物粒料、成品、实际应用等通过实物或图片的形式进行展示,加深学生的感性认识,强化直观效果。此外,由于作者所在院校与非本专业高分子化学理论课相配套的实验体系尚不够完善,学生对教材中的高分子化学实验仪器的认知相对比较匮乏。
因此,对于教材中未详加介绍的简单仪器如膨胀计、乌氏粘度计、封管等结合实物教具或图片对其结构和使用方法占用少量时间进行扼要的介绍,有利于拓宽学生的视野和知识面。
另外,将课堂教学与教师科研工作有机结合,引导工科专业学生注重细节,“授之以鱼”的同时“授之以渔”。如教材中第2章P48页关于聚氨酯弹性体性质的介绍“聚氨酯弹性体分子中无双键,热稳定性好,耐老化,并具有强度高、电绝缘、难燃、耐磨的优点,但不耐碱”的描述中,对于“但不耐碱”的细节,作者结合ABS塑料制件成型后对于聚氨酯废料进行去除的技术需要,先展示塑料制件及其附着聚氨酯废料的实物,引导学生观察并思考合适的去除方法;随后介绍可采取成本低廉的乙醇-水-氢氧化钠体系去除聚氨酯废料的实验设计、解决问题的全过程,增加学生们的工程实践经验,引导他们树立更高的学习目标,自我拓展并学以致用。
建立反馈机制,跟踪教学质量通过定期问卷调查的形式跟踪教学质量,问卷一般可以分为两种形式。一种形式是预先设定题目和答案供选择,如“您对该课程的学习兴趣如何?”提供答案“A.很感兴趣,喜欢学;B.比较感兴趣;还行;C.
不感兴趣,但不能不学;D.讨厌,不学”供选择。另一种形式是针对特定专题征求学生的意见和建议,如“您在学习过程中遇到的主要困难是”,不设固定选项以便学生畅所欲言说出自己的想法。
问卷的内容可涉及学生对课程地位和作用的理解、学习兴趣、对内容的掌握程度、学习中存在的困难、课后作业完成情况、教师上课存在的问题等,不一而足;问卷调查可于期中和期末各开展一次,期中反馈的主要目的是及时了解学生在听讲、作业等学习环节中存在的问题并考查学生对于重点、难点的掌握程度,对后续章节侧重点及教学方式做合理修正和改进;期末调查则全面总结教师在课程教学工作中存在的优缺点,为下一年度的教学提供有益借鉴。
