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探讨情境教学法在 “高分子材料学”教学中有应用

2020-09-11 135 上传者：管理员

摘要：情境教学法通过将教学内容引入到生动活泼的教学情境过程中，使抽象难懂的知识场景化，从而让学生能够更加透彻地了解相关理论知识。“高分子材料学”课程是应用化学专业普遍开设的核心课程，其专业性和实践性强，学习难度大。文章以“高分子材料学”课程为例，讨论了基于参与式、实验式、生活式和仿真式“高分子材料学”情境化教学，该方法能够提升学生学习兴趣，极大提高了教学效果。

关键词：
情境化教学
情境教学
教学手段
高分子材料学
高等教学法
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“高分子材料学”是应用化学专业普遍开设的核心课程，在应用化学相关专业培养体系中占有重要的地位。目前大都采用关键知识点介绍和基础理论推导为主的教学方法。目前“高分子材料学”课程的教学方式单调，还有部分高分子教师直接以PPT照搬课本讲授为主要形式，并且偏重于高分子材料基础知识点的讲解。因此，在高分子材料学教学过程中，存在学生被动学习，课堂效率低，未能达到理想的教与学效果。

一、情境教学法及“高分子材料学”课程特点

情境教学法是指在课程教与学过程中，教师有意识地加入或穿插具有一定画面感、形象生动或者具体的教学场景，学生通过主动参与和体验这些场景，从而促使学生更容易掌握教学内容，并且促使学生的主动学习心理得到发展的教学方法[1,2]。情境教学法是以培养学生提出、分析和解决问题的能力，增强学生独立思考能力及提高学生实践意识，从而达到改善教学效果的一种教学方法[2,3,4]。情境教学法能有效地将复杂的理论基础知识点和简单的、实际的、理性的认知等诸因素合为一体，是一种较为有效的符合学生主动学习心理的教学方法[5]。近年来，情境模拟教学法在国内外许多高校的各类专业中得到了推广应用，并取得了明显的教学效果。

“高分子材料学”课程是应用化学专业本科学生的核心课程，涵盖高分子化学，高分子物理，高分子材料的结构与性能，功能高分子材料和常见聚合物材料的性能、加工和应用等内容。课程设置力求学生在高分子材料结构、性能、制备、加工和应用等方面有基本了解和掌握，为从事高分子材料相关工作打下基础。此课程涉及到众多的概念和复杂的公式演算等，是一门知识交叉性很强的核心课程[6]。

在实际教学中，由于“高分子材料学”课程是一门理论基础和实际应用相结合精密的课程，教师和学生在“高分子材料学”教与学的过程中都存在相当的困难，主要表现在：（1）学习内容以理论基础为主，难度大。“高分子材料学”的知识交叉较强，兼具有机化学、高等数学、机械学科等相关知识，学生学习本课程之前应该具有有机化学和高等数学等相关知识；（2）知识点多，“高分子材料学”涉及范围广。现有“高分子材料学”教材的理论知识多，也有部分高分子应用案例，但知识点多而分散，难以给学生培养深刻的宏观认识。（3）应用实践性强。作为应用化学专业开设的核心课程，需要为高分子开发的关键技术提供基本的知识储备，与实际高分子相关生产结合紧密，对学生高分子专业知识和实际动手能力要求较高。（4）教师教学水平有限。高分子材料专业的教师不但需要具有高分子材料的理论知识，并且具有在相关企业从事高分子开发的实战经验，能够将理论和实际应用结合起来。由于上述原因，高分子材料学课程教学实践难以实现，加上高分子材料学课程教学中对软硬件的投入不够，使高分子材料学教学难以取得预期的教学效果。

针对“高分子材料学”课程教学中存在的困难，情境模拟教学法是以培养学生提出、分析和解决问题的能力，增强学生独立思考能力及提高学生实践意识，从而培养高分子材料应用型专门人才，具有以下优势：

1.融合理论和实践教学。将理论教学内容置于有趣的，生动的，有画面感的情境之中，根据高分子材料学的教学内容，让学生参与到画面感的情境中，通过观察高分子现象或者解决高分子实际问题，代替较为记忆式学习，提高高分子教学的效果。

2.提高学生学习高分子材料学兴趣。完整的现实或虚拟情境能够让学生边学习边实践，理论教学知识有所依托，也可以引导学生把教学知识点串联起来，能够让学生摆脱高分子材料纯理论学习的枯燥晦涩，同时帮助学生快速见到高分子理论知识的运用效果，提高学生的学习高分子材料的兴趣。

3.节约高分子材料的教学资源。如果把学生的学习环境置于真实的生产和生活场景中，需要大量的高分子相关资源投入，并且，高分子相关企业基于自身安全等因素的考虑，给予学生的参观学习机会也较少，高分子材料情境模拟教学法可以达到与高分子企业生产活动较为接近的效果。

4.改善高分子材料教学传递方式。传统高分子材料授课教学中，教师和学生之间是授与学的关系；高分子材料学情境教学过程中，知识传授由单向教学转化为互动教学，促进学生创新性思维，提高了高分子课堂教学质量。

在“高分子材料学”情境教学法时，需要对“高分子材料学”课程的知识点进行系统分析，明确哪些知识点适用于情境教学，并结合参与式、实验式、生活式和仿真式情境模式，建立相关知识点的典型素材库，引导学生主动融入高分子材料情境教学环节，在潜移默化中培养学生的高分子材料工程实践能力和创新意识。

二、应用案例分析

总结作者曾在高分子相关企业工作的经验，且长期在“高分子材料学”课程中理论结合实际开展情境教学实践，经过经验积累发现，如下五种情境教学手段能一定程度上提高“高分子材料学”教学效果。

（一）参与式情境教学

参与式情境教学是指班级成员协作完成某一特定情境任务，对相关知识进行讲解说明、现场示范的一种理论和实践相结合的教学方法。在“参与式”课程教学中，学生更易理解和掌握相关的理论知识和操作技能[7]。例如，以高分子数均分子量和重均分子量讲解为例，随机选取21位学生，以他们的身高为例，让学生从矮到高排列，第11位（最中间）同学的身高可以近似认为是数均分子量；学生从矮到高的位置不变，将学生分为前后2组，使前组的“身高和”等于后组的“身高和”，则前后组相邻学生的身高可以近似认为是重均分子量（图1）。再如，研究自由基共聚组成的2个关键因素：竞聚率和单体组成，以女生和男生分别比作2种聚合物单体，用过独木桥的情景来描述该过程。显然，男女比例相近时，男生力气大导致经过独木桥的男生更多，这种现象可以归结为单体的竞聚率；随后，女生足够多，则经过独木桥的女生数也相应增加，该现象解释单体组成对自由基共聚的影响。这样参与情境可以更好的理解共聚组成的关键因素：竞聚率和单体组成。参与式教学强化与拓展了学生能力，实现了由单纯传授知识的教学体系转变为传授知识与探索研究相结合的教学模式。通过参与式的教学方法，培养学生对理论知识点的分析、加工和综合概括能力。

图1高分子数均分子量和重均分子量示意图（身高为例）

图2高分子注塑加工模拟图

（二）实验式情境教学

化学是一门实验学科，高分子材料学也不例外。在高分子材料学课堂教学中，针对其基本概念和理论，加上相应的高分子实验情境再现，有利于学生对高分子材料基本概念和基本理论的深入理解。例如，在高分子聚合方法讲解时，可以通过边演示实验边讲解的教学方法。这样，学生可以更形象地了解本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合和乳液聚合在聚合成分，聚合场所，生产特征，产品特征等方面的知识。上课时也可以利用简易进行实验式情境教学。应用普通医用注射器模拟磨具的磨口，现场观察挤出的高分子，说明高分子挤出物具有胀大现象，加快高分子挤出速度，出现高分子不稳定性流动，如波浪形、不稳定破裂等。

（三）生活式情境教学

高分子材料课程中部分内容是抽象的理论内容，在课堂上引入日常生活和经历的情境，可让学生先感性认识教学内容，尔后上升到理性认识[8]。例如，爬杆效应：高聚物浓溶液或熔体是在搅拌时会顺着搅拌棒向上爬的现象，当我们把棉线投入水中后，搅拌时，棉线也会发生爬竿现象，其实浓溶液或者熔体的高分子链就如棉线。应力松弛：在恒定的温度和高分子形变不变的情况下，高分子材料内部应力随时间增加而逐渐衰减的现象；女同学扎辫子的橡皮筋会慢慢失去弹性，可以很好地解释应力松弛的特点。高分子链运动：通过链段的依次运动来完成，正如蚯蚓的蠕动，由前一运动单元的运动带动其邻近运动单元运动，这样依次传递下去，最终完成高分子链运动。由若干个键组成的一段可作为一个独立运动单元的链，称为链段。高分子长链发生质心移动，必须通过链段的依次运动来完成，正如蚯蚓的蠕动，由前一运动单元的运动带动其后邻近运动单元运动，这样依次传递下去，最终完成整体的质心移动。

（四）仿真式情境教学

虚拟仿真技术是利用互联网、人工智能和虚拟现实技术等建构的在一定场景下模拟真实实验设备的虚拟实验软件教学系统，利用该教学系统可以将真实的教学用实验设备以及整个实验流程虚拟化的呈现出来，学生有一种亲身体验的感觉[9]。通过三维仿真实验平台，能够实现传统实验教学模式难以达到的教学效果，可使抽象枯燥的教学变得丰富多彩，教学过程变得更加直观、生动。在高分子材料学课程中，可以通过仿真式情境教学讲解“高分子材料学”中生涩难懂地重难点内容。例如，用Flash动画模拟高分子注塑成型加工（图2），可以正确直观认识挤出机的组成结构、模具系统结构和挤出成型原理，逼真的模拟挤出成型的操作过程。通过虚拟仿真教学，学生在虚拟的场景中可以熟悉挤出机的操作原理和操作步骤，并掌握挤出成型过程中参数设置的方法。

（五）微课的情境教学

微课情境教学是在教学过程中，围绕确定教学知识点录制的短视频课程，微课视频通常具有较好的生活性和趣味性，易于让学生接受、理解和掌握知识点[10,11,12]。在教学过程中，充分利用“互联网+”思维，录制微课进行情境教学。针对高分子材料教学过程中具体教学知识点，学生也可以Google或百度学术搜索该高分子知识点的相关微课视频，并从不同角度分组进行学习、整理和剖析。学生在课堂上采用小组汇报和相互提问等形式，对各小组学习高分子的情况进行综合评价，随后教师再结合高分子教学知识点、重点及难点进行系统总结归纳。通过确定高分子教学目标，Google或百度学术搜索和整理，小组讨论，学生由被动学习高分子材料为主动有兴趣积极参与学习，对一些高分子难理解的内容有了深刻认识。

三、使用评价

情境教学积极倡导体验式、互动式和启发式的教学方法，构筑“实践和理论”相结合的教学方式，激发了学生学习的主动性，从而使学生对高分子材料产生浓厚的兴趣。但情境教学也有使用条件，必须考虑高分子材料学课程的知识点和学生数量等因素。要合理地应用高分子情境教学法，需注意以下关键点。（1）高分子材料知识点的选择：开展情境教学，需要对高分子知识点进行筛选，特别是涉及高分子三级结构，高分子共聚合等理论性较强的重难点，找出适合情境教学的知识点。（2）课堂过程中情境教学环节设置要适度，情境教学与其他教学方法互相穿插结合，不能整堂课使用情境教学，通过教学经验，约课堂1/3时间采用情境教学较为合适。（3）在高分子情境教学过程中，评价综合成绩时，需要有客观的标准。

自从“高分子材料学”情境教学实践来，作者也有如下困难。（1）时间成本：备课过程的工作量增加，包括相关素材收集和情境教学内容的设计等；（2）资金成本：实验式和仿真式情境教学需要投入较多的资金，购买相应的道具、设备和软件，甚至需要在实验室和机房等专门教室进行教学。（3）学生学习高分子材料习惯的转变：高分子材料情境教学法需要调动学生的学习心理，与“满堂灌”模式差异大，消除学生情境教学的“害羞”等心理情绪，使学生从被动接收高分子知识中跳出来，这需要教师与学生的互相适应，增加了高分子材料学开展情境教学的难度。

2017年以来，采用情境教学模式，已经取得较好的教学效果。主要体现在以下2方面：（1）采用不记名问卷调查的形式，获得了高分子材料课程情境教学的作用和效果。发调查问卷143份，问卷回收率l00%。从问卷调查的结果可以看出，95.8%的学生都很赞同情境教学模式；93.3%的学生认为情境教学比传统教学模式更能激发学习兴趣；91.8%的学生认为情境教学更有利于理解和掌握高分子材料的结构和原理；90.2%的学生认为情境教学模式有利于提高学生的综合素质。由此可看出，在高分子材料学课程的情境教学模式能够得到学生的普遍认可。（2）高分子材料学课程期末考试成绩有明显提高。情境教学模式前，卷面分数不及格率为18.9%左右，学生对高分子材料的结构、性能和应用掌握不够扎实，容易丢分；通过情境教学，学生的期末考试成绩及格率明显上升，卷面80分以上达到53%以上，不及格率仅为5%，可见学生对基础知识的掌握明显增强。

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