孫鵬飛 范曲立

[摘 要] 高分子物理的教學(xué)過(guò)程有眾多的晦澀概念，其中高分子鏈的構(gòu)象是貫穿整個(gè)高分子物理知識(shí)體系的一條主線，然而構(gòu)象的理解較為困難?；诙嗄甑慕虒W(xué)經(jīng)驗(yàn)，讓學(xué)生作為高分子鏈中的鏈段，形象化的講述高分子物理的構(gòu)象概念，并通過(guò)多個(gè)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生理解高分子中構(gòu)象的異同點(diǎn)。按照構(gòu)象的教學(xué)主線，介紹形象化教學(xué)的實(shí)施過(guò)程以及如何加強(qiáng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。

[關(guān)鍵詞] 高分子鏈;構(gòu)象;形象化教學(xué);主觀能動(dòng)性

高分子物理課程是高分子專業(yè)及相關(guān)材料專業(yè)的一門(mén)重要基礎(chǔ)課程，是學(xué)習(xí)聚合物共混改性、高分子成型加工等高分子專業(yè)課程的理論基礎(chǔ)，也是學(xué)生從事高分子工作及研究的理論來(lái)源。高分子物理課程抽象概念較多且較難理解，單純依靠老師的講解往往不能取得滿意的教學(xué)結(jié)果。[1-3]如何改變傳統(tǒng)的“填鴨式”枯燥的教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，讓學(xué)生能夠快速且形象化的理解高分子物理的知識(shí)體系，值得每位從事高分子物理教學(xué)人員思考。

一、形象化教學(xué)的提出

筆者注意到，高分子材料或者性能相對(duì)于小分子的最大區(qū)別就是其分子鏈較長(zhǎng)。高分子所具有的眾多優(yōu)越性能，如高彈性、粘彈性、使用的廣譜性均來(lái)源于高分子鏈的長(zhǎng)度。[4，5]同時(shí)，在教學(xué)過(guò)程中一般都是以一個(gè)專業(yè)為單位進(jìn)行教學(xué)，專業(yè)往往又由幾個(gè)班級(jí)組成，而每個(gè)班級(jí)又來(lái)源于各個(gè)宿舍，而宿舍又由學(xué)生組成。那么上課基本單位專業(yè)就可以和高分子鏈的結(jié)構(gòu)能夠?qū)?yīng)，可以講每個(gè)班級(jí)就是一條高分子鏈，每個(gè)宿舍可以對(duì)應(yīng)于高分子的鏈段，而每個(gè)同學(xué)就對(duì)應(yīng)于高分子鏈的重復(fù)單元。基于此，筆者利用專業(yè)和高分子鏈的相似性，提出形象化的教學(xué)方法。在進(jìn)行課程教學(xué)之前先讓上課的同學(xué)作為一條條的高分子鏈或者高分子鏈段做形象化的實(shí)驗(yàn)，然后再進(jìn)行課程的講解。這種方法加深了學(xué)生對(duì)高分子基本概念的理解，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

下面作者將對(duì)該教學(xué)方法在構(gòu)象概念等高分子物理課程進(jìn)行中的實(shí)施做簡(jiǎn)單介紹及總結(jié)。

二、高分子鏈的構(gòu)象概念

構(gòu)象概念來(lái)源于有機(jī)化學(xué)，是指碳-碳單鍵的內(nèi)旋轉(zhuǎn)造成空間電子云的分布發(fā)生變化。在高分子物理中，構(gòu)型與構(gòu)象概念同出現(xiàn)在高分子的近程和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)中。如果單純的利用書(shū)本知識(shí)對(duì)學(xué)生講解兩個(gè)概念，對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)難以理解。作者在教學(xué)過(guò)程中，選取一個(gè)宿舍的7～8位同學(xué)，讓同學(xué)站成一排，當(dāng)每位同學(xué)的位置是前后固定的時(shí)候就表現(xiàn)出構(gòu)型。而當(dāng)一個(gè)宿舍的同學(xué)按照一定的順序排成一排，在手牽手的前提下可以自由運(yùn)動(dòng)的時(shí)候表現(xiàn)出來(lái)的就是構(gòu)象的概念。當(dāng)同學(xué)固定位置的時(shí)候前后順序是固定的，從這個(gè)角度說(shuō)就是構(gòu)型。當(dāng)前后固定位置的同學(xué)在教室來(lái)回走動(dòng)，在保持前后順序不變的前提下，讓學(xué)生的隊(duì)伍擺成各種形式，可以是直直的，可以首尾相連，還可以擺成S型，這樣構(gòu)象就發(fā)生變化有了區(qū)別，但是構(gòu)型不變。這樣學(xué)生就很容易理解構(gòu)象和構(gòu)型的區(qū)別。

三、不同狀態(tài)中高分子鏈構(gòu)象的區(qū)別

高分子鏈在不同的狀態(tài)下，如溶液、結(jié)晶和無(wú)定型態(tài)下具有不同的構(gòu)象。在良溶液中高分子鏈以無(wú)規(guī)線團(tuán)的形式存在，在結(jié)晶中高分子鏈的構(gòu)象又變成了鋸齒鏈或者螺旋鏈，而在無(wú)定型的玻璃態(tài)下高分子鏈的構(gòu)象則是無(wú)規(guī)線團(tuán)。為了讓學(xué)生對(duì)這些區(qū)別有形象的認(rèn)識(shí)，筆者在教學(xué)過(guò)程中采用了同學(xué)參與的形象化教學(xué)模型。讓10個(gè)同學(xué)先在一起隨意排列成類(lèi)似面條的狀態(tài)然后再前后手牽手，這就表現(xiàn)出無(wú)規(guī)線團(tuán)的狀態(tài)。在高分子的結(jié)晶中不同的分子鏈結(jié)構(gòu)形成結(jié)晶時(shí)的構(gòu)象也有差別，如側(cè)基比較小的聚乙烯形成鋸齒狀構(gòu)象，而側(cè)基比較大的聚丙烯由于甲基側(cè)基的排斥作用則形成螺旋鏈構(gòu)象。在這里，可以先讓幾個(gè)身材比較瘦小的同學(xué)以一定的距離排列，由于體態(tài)較小排成了鋸齒狀構(gòu)象，再選幾個(gè)身材比較胖的同學(xué)排列，由于體態(tài)較大，同學(xué)之間的排斥大，在小空間內(nèi)同學(xué)無(wú)法同時(shí)站立，這樣讓學(xué)生改變位置形成大家都比較舒服但總能量不是最低的螺旋鏈構(gòu)象。

四、高分子溶液中分子鏈的構(gòu)象排列

在高分子溶液部分講述通過(guò)Flory-Huggins晶格模型推導(dǎo)高分子溶液的混合熵時(shí)，需要將高分子的鏈段排入到晶格模型中。為了讓學(xué)生能夠形象化的見(jiàn)到鏈段在晶格模型中的排列，作者在教學(xué)過(guò)程中將每個(gè)學(xué)生比作鏈段，讓一個(gè)宿舍的同學(xué)手牽手組成一條高分子鏈，將教室的座位比作晶格模型，讓宿舍的每個(gè)同學(xué)一次按照Flory-Huggins晶格模型理論坐到相應(yīng)的位置。這樣學(xué)生就能非常形象化的理解，一條高分子鏈引起的熱力學(xué)的變化要大于相同數(shù)目的小分子，同時(shí)又小于同數(shù)目鏈段的熱力學(xué)。學(xué)生在真實(shí)位置排列中是能夠真實(shí)的感受鏈段直接的相互牽扯，從而對(duì)Flory-Huggins晶格模型的理解更為真實(shí)有效。

五、凝膠滲透色譜測(cè)試高分子的分子量

在凝膠滲透色譜（GPC）測(cè)試高分子的分子量時(shí)，需要讓學(xué)生理解GPC的測(cè)試原理是基于高分子在溶液中的體積來(lái)進(jìn)行的，大分子量的高分子認(rèn)為在柱子中走過(guò)的路程短流出體積小，小分子量的高分子則走過(guò)的路程長(zhǎng)流出體積大。除了利用書(shū)本的GPC原理示意圖外，筆者在本部分教學(xué)時(shí)選擇了高矮胖瘦不等的同學(xué)，讓大家在教室排好的座位中穿梭，穿梭過(guò)程中學(xué)生就會(huì)發(fā)現(xiàn)很多較小的空間胖一點(diǎn)的同學(xué)無(wú)法穿過(guò)，而瘦小的同學(xué)則可以穿過(guò)，從而理解了高分子鏈體積的大小和GPC路程以及流程體積的關(guān)系。

總之，在高分子物理的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)于分子鏈的構(gòu)象、粘彈性等眾多繁雜的物理概念和模型單純通過(guò)講解不易取得良好的教學(xué)效果。利用形象化教學(xué)模式，將學(xué)生作為教學(xué)的主體融入到教學(xué)過(guò)程中有利于提高學(xué)生的積極性，較為輕松的讓學(xué)生對(duì)晦澀的概念容易理解。在高分子物理的教學(xué)過(guò)程應(yīng)更為注重概念的理解，而不是概念和定義的死記硬背?？梢宰寣W(xué)生從書(shū)本中走出來(lái)，又通過(guò)自身的實(shí)驗(yàn)走入書(shū)本。

參考文獻(xiàn)

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