陳成群，游名花，陳紅

（福州大學(xué)至誠(chéng)學(xué)院，福建福州350002）

自2017年初開始，隨著《教育部高等教育司關(guān)于開展“新工科”研究與實(shí)踐的通知》發(fā)布，各高校都開始調(diào)整了培養(yǎng)目標(biāo)，改革課程體系，更新教學(xué)內(nèi)容，深化工程教育改革，實(shí)現(xiàn)“新工科”建設(shè)的快速發(fā)展[1]。因此根據(jù)“產(chǎn)業(yè)需求”和行業(yè)“技術(shù)發(fā)展”趨勢(shì)培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是我國(guó)工程教育的根本任務(wù)[2]，只有根據(jù)“產(chǎn)業(yè)需求”和行業(yè)“技術(shù)發(fā)展”培養(yǎng)出來(lái)的人才能夠始終滿足產(chǎn)業(yè)需要以及產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展。

隨著高分子材料的廣泛應(yīng)用，企業(yè)和社會(huì)對(duì)于高分子專業(yè)知識(shí)的人才需求日益增加。特別在當(dāng)前疫情下，醫(yī)用口罩和防護(hù)服等物品的緊缺，更說明高分子材料越來(lái)越成為人們不可或缺的必需品。為了滿足這一需求，許多非高分子的工科類專業(yè)，特別是化學(xué)化工類相關(guān)的專業(yè)，都會(huì)開設(shè)“高分子化學(xué)與物理”課程，以提高學(xué)生的綜合能力。

1 課程現(xiàn)狀

“高分子化學(xué)”與“高分子物理”是高分子相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，其中“高分子化學(xué)”側(cè)重介紹聚合反應(yīng)的機(jī)理以及不同機(jī)理下的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及聚合物的控制，為解決實(shí)際高聚物的合成提供理論依據(jù)。“高分子物理”側(cè)重于介紹高聚物的結(jié)構(gòu)及不同于小分子的性質(zhì)，為高聚物實(shí)際應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。由于是非高分子專業(yè)，所以課程的學(xué)時(shí)數(shù)一般設(shè)置比較少，專業(yè)中將兩門課程合為一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，這使得授課的內(nèi)容和講授方式的選擇尤為重要[3]。新工科背景下，對(duì)于非高分子專業(yè)的本科生來(lái)說，重要的是熟悉關(guān)于高分子的基本原理及高分子基本性能的知識(shí)，注重將理論知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合，使這些知識(shí)為解決實(shí)際工程問題提供理論依據(jù)，才能滿足未來(lái)“產(chǎn)業(yè)需求”和行業(yè)“技術(shù)發(fā)展”。

結(jié)合本學(xué)院現(xiàn)狀及存在問題，本文進(jìn)行了教學(xué)方式的探研、深化教學(xué)模式改革和實(shí)踐，以期提高教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生的應(yīng)用素質(zhì)培養(yǎng)和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

2 課程主要特點(diǎn)

2.1 概念多且相近，易混淆

“高分子化學(xué)與物理”這門課程總體有以下特點(diǎn)：①相近的概念繁多。比如數(shù)均分子量與重均分子量，分別是以分子數(shù)量和重量作為統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)，數(shù)均分子量在高分子化學(xué)方面是鏈接各個(gè)公式的紐帶，而重均分子量是高分子性能的基礎(chǔ)[4]；②內(nèi)容比較抽象。比如，為了使分子的柔順性表述得更加直觀，引入了鏈段的概念，定義很明確，但鏈段的長(zhǎng)度是隨著條件的不同而變化，這對(duì)學(xué)生的抽象思維能力要求較高，因此部分學(xué)生理解就比較困難；③公式難記。高分子相關(guān)公式的推導(dǎo)都需要一定的假設(shè)才能得到，而不同的反應(yīng)機(jī)理，各個(gè)假設(shè)之間差別非常大，這就使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中比較吃力，從而影響了學(xué)習(xí)的積極性；④內(nèi)容多，學(xué)時(shí)少。課程只設(shè)置了48學(xué)時(shí)，這就要求教師在較短的學(xué)時(shí)內(nèi)教授較多的知識(shí)點(diǎn)，從而使學(xué)生感覺枯燥，難以接受。

2.2 授課方式單一，難以吸引學(xué)生興趣

作為傳統(tǒng)的授課方法，“五段教學(xué)法”廣泛出現(xiàn)在各個(gè)學(xué)校和各個(gè)課程的教學(xué)環(huán)節(jié)，對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的講解，這種方法應(yīng)該非常有效，但填鴨式的教學(xué)，對(duì)于目前強(qiáng)調(diào)應(yīng)用的“新工科”背景下，顯示出了不少的弊端：①學(xué)生知識(shí)的獲得主要是被動(dòng)地吸收教師的講授，這樣會(huì)使得學(xué)生養(yǎng)成對(duì)教師的依賴，失去主動(dòng)學(xué)習(xí)、主動(dòng)思考的能力，而忽略了這些知識(shí)獲得的起源探究；②課堂的講授教學(xué)法沒有考慮學(xué)生個(gè)體的差異，這其中包括基礎(chǔ)的差異以及習(xí)慣和理解能力的不同，而僅僅以同一種方式傳授，自然吸收的效果也有差異，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，導(dǎo)致最終成績(jī)的差異就比較大；③目前社會(huì)對(duì)高分子人才的要求不單單是對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握，還要求能很好地應(yīng)用這一學(xué)科的知識(shí)，單純的講解授課方式不利于學(xué)生對(duì)于高分子合成及應(yīng)用本質(zhì)的理解，不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。

2.3 考核不完善，缺少實(shí)際工程應(yīng)用

由于學(xué)時(shí)的限制，課堂的講授也只能疲于知識(shí)點(diǎn)的講解，教學(xué)過程也只能圍繞教材，課程的考核僅限于教材知識(shí)點(diǎn)。而對(duì)于非高分子專業(yè)的學(xué)生而言，重點(diǎn)是應(yīng)用，缺少實(shí)際工程的應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)的目的就變得迷茫，學(xué)習(xí)的主動(dòng)性也會(huì)降低，這樣，就不能激發(fā)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐能力及應(yīng)用的創(chuàng)新能力，導(dǎo)致培養(yǎng)出的學(xué)生適應(yīng)社會(huì)需求慢，創(chuàng)新發(fā)展受限。

3 拋錨式教學(xué)實(shí)施過程

拋錨式教學(xué)，又稱“實(shí)例式教學(xué)”或“基于問題的教學(xué)”，是溫特比爾特認(rèn)知與技術(shù)小組初開發(fā)的一種學(xué)習(xí)和教學(xué)策略，它將教師和學(xué)生的角色轉(zhuǎn)變?yōu)椤耙龑?dǎo)者”和“實(shí)踐者”，最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，讓學(xué)生在實(shí)際的環(huán)境中去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，從而更好地完成知識(shí)的構(gòu)建。拋錨式教學(xué)的基本程序可分為三部分：創(chuàng)設(shè)問題情境；拋出問題→自主探究，協(xié)作學(xué)習(xí)；解決問題→評(píng)價(jià)總結(jié)，深化應(yīng)用[5]。其主要實(shí)施步驟如圖1所示。

3.1 創(chuàng)設(shè)問題情境，拋出問題

戴維·梅里爾認(rèn)為，當(dāng)學(xué)習(xí)者在現(xiàn)實(shí)世界問題或者任務(wù)的情境中掌握知識(shí)和技能時(shí)，其學(xué)習(xí)會(huì)得到促進(jìn)心[6]。教師可依據(jù)問題的場(chǎng)景將需要學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)以問題的形式拋給學(xué)生，這樣，可引導(dǎo)學(xué)生一步步地探究知識(shí)的本質(zhì)。

在“縮聚及其他逐步聚合反應(yīng)”這一章節(jié)中，所有的實(shí)驗(yàn)理論都是根據(jù)卡羅瑟斯研究尼龍的實(shí)驗(yàn)過程創(chuàng)立起來(lái)的，所以，我們可以通過卡羅瑟斯的一些實(shí)驗(yàn)資料，來(lái)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)縮聚基本理論的理解。

資料1：1930年卡羅瑟斯用乙二醇和癸二酸縮合制取聚酯，在實(shí)驗(yàn)中卡羅瑟斯的同事希爾在從反應(yīng)器中取出熔融的聚酯時(shí)發(fā)現(xiàn)了一種有趣的現(xiàn)象：這種熔融的聚合物能像棉花糖那樣抽出絲來(lái)，而且這種纖維狀的細(xì)絲即使冷卻后還能繼續(xù)拉伸，拉伸長(zhǎng)度可以達(dá)到原來(lái)的幾倍，經(jīng)過冷拉伸后纖維的強(qiáng)度和彈性大大增加。他們隨后又對(duì)一系列的聚酯化合物進(jìn)行了深入的研究。由于當(dāng)時(shí)所研究的聚酯都是脂肪酸和脂肪醇的聚合物，具有易水解、熔點(diǎn)低（＜100℃）、易溶解在有機(jī)溶劑中等缺點(diǎn)，卡羅瑟斯因此得出了聚酯不具備制取合成纖維的錯(cuò)誤結(jié)論，最終放棄了對(duì)聚酯的研究。

資料2：1935年初卡羅瑟斯決定用戊二胺和癸二酸合成聚酰胺（即聚酰胺510），實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，這種聚酰胺拉制的纖維其強(qiáng)度和彈性超過了蠶絲，而且不易吸水，很難溶，不足之處是熔點(diǎn)較低，所用原料價(jià)格很高，還不適宜于商品生產(chǎn)。緊接著卡羅瑟斯又選擇了己二胺和己二酸進(jìn)行縮聚反應(yīng)，終于在1935年2月28日合成出聚酰胺66，杜邦公司隨后進(jìn)行商品生產(chǎn)開發(fā)，這就是后來(lái)的尼龍-66。

資料3：卡羅瑟斯對(duì)直鏈酸與乙醇的縮合速率進(jìn)行了研究，得到了以下的數(shù)據(jù)：

圖1 拋錨式教學(xué)的實(shí)施步驟

根據(jù)這些資料，我們可以拋出以下問題：

（1）聚酯是不是都有易水解、熔點(diǎn)低、易溶解在有機(jī)溶劑中等缺點(diǎn)而無(wú)法合成高聚物？

（2）卡羅瑟斯轉(zhuǎn)向研究聚酰胺說明了什么問題？

（3）從資料3能否得出，官能團(tuán)的活性將隨分子量增加而遞減？那高聚物又如何得到？

3.2 自主探究，協(xié)作學(xué)習(xí)，解決問題

這些問題根據(jù)資料1～3看似合理，卻又和事實(shí)差別比較大。為了增加學(xué)生間的交流，我們把學(xué)生按3～5人分成若干小組，首先先讓學(xué)生自主探究、獨(dú)立思考問題，然后團(tuán)隊(duì)協(xié)作、小組討論，利用教材及網(wǎng)絡(luò)資料提出解決問題的辦法。綜合學(xué)生產(chǎn)生的困惑，協(xié)助完成解答。比如，從資料1我們可以引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，卡羅瑟斯只對(duì)脂肪酸和脂肪醇的聚合物進(jìn)行了研究，那有沒有非脂肪酸和醇的聚合研究？對(duì)于資料2，我們可以引導(dǎo)學(xué)生理解，酰胺鍵的穩(wěn)定性要大于聚酯；對(duì)于資料3，只顯示出了n=3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，那么對(duì)于n＞3的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是不是也要探究？待學(xué)生明白探究的方向，教師可以向?qū)W生繼續(xù)提供相關(guān)資料。

資料4：就在卡羅瑟斯放棄了這一研究以后，1940年英國(guó)的溫費(fèi)爾德(T.R.Whinfield,1901～1966)在汲取這些研究成果的基礎(chǔ)上，改用芳香族羧酸(對(duì)苯二甲酸)與二元醇進(jìn)行縮聚反應(yīng)，合成了聚酯纖維——滌綸，這對(duì)卡羅瑟斯不能不說是一件很遺憾的事情。

資料5：直鏈酸與乙醇的縮合速率（續(xù)）

從資料4，我們要引導(dǎo)學(xué)生理解，在高分子化學(xué)研究的道路上，不要輕易放棄任何一個(gè)方向，而這需要有良好的知識(shí)基礎(chǔ)。根據(jù)資料5，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)，隨著鏈的增加，酸和醇縮合的速率是基本不變的，引導(dǎo)學(xué)生得出弗洛里官能團(tuán)等活性理論：不同鏈長(zhǎng)的端基官能團(tuán)，具有相同的反應(yīng)能力和參加反應(yīng)的機(jī)會(huì)，即官能團(tuán)的活性與分子的大小無(wú)關(guān)。

3.3 評(píng)價(jià)總結(jié)，深化應(yīng)用

上述案例中，師生圍繞著卡羅瑟斯研究尼龍-66的實(shí)驗(yàn)和過程這個(gè)“錨”展開研究討論，并最終構(gòu)建出弗洛里官能團(tuán)等活性理論這一重要的概念。與傳統(tǒng)的教師為主灌輸式的教學(xué)不同，拋錨式教學(xué)是將需要認(rèn)知的這個(gè)“錨”提前拋給了學(xué)生，引導(dǎo)學(xué)生圍繞著這個(gè)“錨”開展研究及團(tuán)隊(duì)討論協(xié)商，其主要的優(yōu)勢(shì)在于，合適的情境下，以問題為主導(dǎo)，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力，并通過團(tuán)隊(duì)間合作的方式獲取知識(shí)，提高能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文將拋錨式教學(xué)運(yùn)用到“高分子化學(xué)與物理”課程教學(xué)中，通過情境的營(yíng)造、問題的提出與解決，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和能力，掌握了解決高分子問題的基本方法和策略，對(duì)提高學(xué)生應(yīng)用技術(shù)培養(yǎng)具有重要的意義。