结构-性能思想在纺织化学教学中的应用

郑瑾 王东伟

(中原工学院纺织学院 河南郑州450007)

结构-性能思想在纺织化学教学中的应用

郑瑾 王东伟

(中原工学院纺织学院 河南郑州450007)

“结构决定性能”是化学学科中重要的学科思想。按照这一学科思想组织编排教学内容，将其渗透到纺织化学的各章节之中，可使教学内容更具有逻辑性和连贯性。

在本科教学中，基础课内容与大部分专业课的内容不属同一学科领域，基础课的关联课程较少，无法形成相互影响的集群效应。比如说，服装设计与工程专业学生学习的重点在于服装结构设计、服装工艺设计、服装销售与市场等，相关的专业课程比较多;而在化学方面的课程只有纺织化学。虽然教师一再强调纺织化学对于理解服装面料性能的重要性，但在仅有的一门化学课程中如何开展教学、如何使学生掌握该门课程的重要内容仍然是一个问题。

我们尝试在纺织化学教学过程中，利用学科思想对整体教学内容进行设计和优化，并利用学科思想设计教学策略，收到了较好的教学效果。依据此次教学实践，总结了一些有益的经验，可以为其他基础课的教学提供参考。

1 为什么要在基础课教学中强调学科思想

学科思想是某一学科显著区别于其他学科的概念、思维方法、知识体系，只有掌握了学科思想，掌握了这一学科的思维方法和规律，才能在真正意义上掌握一门课程的知识。

在专业课教学中，存在不同课程之间相互支撑的集群效应，即使专业课教师不特别在课堂上提出学科思想，学生也会在无形之中形成对专业特点的认识。而对于某一门基础课，由于缺少其他同类课程的支撑，学生难以建立课程的学科思想，对基础课学习也不易重视且收获较小。

因此，基础课教师必须在较短的学时里，将该课程及其所在学科的最核心内容展示出来，要让学生切实感受到该门课程及学科的魅力及精华。这就要求基础课教师在教学过程中不仅要传授相关的基础知识，更要注意传授基本的思想方法，注意培养学生用科学的思想方法去认识、分析、归纳、总结知识的能力。为了达到这一目的，就必须将学科思想介绍给学生，将授课内容与学科思想联系起来。

2 学科思想在纺织化学课程内容中的体现

化学是有关物质变化及其结构、性能之间关系的学科［1-2］，结构决定性能(“结构-性能”)的思想是贯穿于化学学科的灵魂:结构是决定物质性能的内在因素，物质所表现出的某种性能必定存在与之对应的结构。纺织化学作为服装设计与工程专业的化学基础课，应将这一学科思想贯穿于教学内容的始终，从最基础的结构层次开始讲起，然后逐渐向高级的结构层次延伸。可先介绍原子的结构与性质;接着介绍有机小分子的结构与性质，重点阐述不同基团的结构与性质;再从重复单元的化学结构出发分析不同纤维之间理化性质不同的原因;在介绍高分子的结构层次时，重点学习相组成以及相结构与纤维宏观性质之间的关系。课程内容安排见表1。表1中还列出了“结构-性能”思想在各章节中的体现。

表1 纺织化学教学内容及安排

下面以一些教学中的实例介绍不同结构层次中“结构-性能”思想如何在各章节中体现，并分析如何将学科思想渗透到教学内容中去。

2.1 原子结构的层次

元素的性质由其原子的结构决定。原子由原子核和核外电子构成，核外电子排布在核外不同的轨道上，并在空间形成不同的能级和形状。电子层结构或能级中电子占据轨道的不同决定元素具有不同的性质。这是从根本层次上对“结构-性能”思想的阐释。这部分内容是学习化学的基础与出发点，对于物质结构特别是原子结构的理解，以及原子结构不同对元素性质的影响，是理解化学，特别是理解物质结构与性能关系的基础。

2.2 价键、基团结构的层次

在有机化学中，依据官能团的不同对物质进行分类的思想实际上就是“结构-性能”思想的具体表现。具有同一结构特征(基团)的物质具有相似的性质，基团的性质就决定了有机物的性质。基团的性质又由构成基团的原子及其连接方式决定。这部分内容主要在有机化学基础知识一章中讲述。

在烷烃与烯烃的性能对比中，其结构上的差异就是单键和双键的差异，表现出的化学性质的差异实际上就是单键与双键性质的差异。由于单键是两个sp3杂化轨道交叠形成的σ键，电子云流动性比较小，活泼性比较低;而对于不饱和键，因为具有电子云流动性比较大的π键，活泼性较高，因此烯烃容易发生亲电加成反应。

在醛酮醌一节，由于3类物质的结构中都含有羰基，因此表现出的化学性质比较相似。羰基上氧原子电负性比较大，电子云主要分布于氧原子周围，而碳原子则容易被亲核试剂进攻发生羰基上的亲核加成反应。

基团决定性质的思想是结构决定性能思想的一个具体表现，这一思想在第五、六、七章中也都有体现。比如，天然纤维(如纤维素纤维、蛋白质纤维)具有良好的吸湿性，是因为在纤维素的结构中包含有大量的羟基;而在蛋白质纤维中包含有大量的酰胺基团，这些极性基团的存在是其具有良好吸湿性的原因。

2.3 聚集态结构的层次

从物质的化学结构到材料结构的跨越主要表现在:相结构是直接影响材料性能的主要因素，而基本的化学结构或者说化学组成则是通过影响相结构而对材料性能发生影响。高分子的化学组成指价键、基团的种类及其在空间的排列方式，而要了解高分子材料如纤维的性能，则必须从化学组成跨越到相结构的层次。在高分子材料领域常常使用聚集态结构这一概念来表示材料的相结构。

高分子链以不同的方式排列、堆砌组成高分子材料的不同聚集态结构，如结晶态结构、无定型态结构、取向态结构等。聚集态结构是决定纤维性能的主要因素。在第五、六、七章中，我们重点讲述的就是纤维的化学组成及相结构对纤维性能的影响，尤其是聚集态结构对纤维性能的影响。

在第六章中，对于同属纤维素纤维的棉纤维与麻纤维，其化学组成相同，都由D-葡萄糖单元通过β-1，4-苷键相互连接而成。但在聚集态结构上，麻的取向度与结晶度较高，使麻的力学性能(如强度和模量)优于棉纤维。另外，在分析棉、麻的吸湿性和透湿性时，二者的吸湿性都比较优异，然而麻纤维在透湿性方面显著优于棉纤维，其结构上的原因是什么?利用类似问题可引导学生从不同结构层次展开分析，使学生对结构决定性能的思想产生更为深刻的了解。

3 利用学科思想进行纺织化学课程教学的实施策略

通过以上内容可以看出“结构-性能”思想贯穿于整个纺织化学课程教学的始终，每一章节中都包含有这一学科思想的具体表现。除了在教学内容上充分重视学科思想之外，我们还采取了一些具体的教学方法和策略以增加教学效果。

3.1 重视第一节课

心理学上存在首因效应，认为第一印象是影响对一件事物看法的重要因素。这门课的主要内容是什么，它在课程体系中处于什么地位?主讲教师的水平如何，授课风格是活泼还是呆板，是否具有吸引力?学生头脑中的这些问题在第一节课里就会得到回答。从这方面来说，无论是专业课还是基础课，教师都应对第一节课给予充分的重视和认真的准备。如果教学策略实施得当，第一节课能够抓住学生的心，可以说这门课程的教学就已经成功了一半。

首先，教师要在第一节课里讲清楚这门课的来龙去脉。包括这门课程在培养方案里所占的地位，有哪些先修课程和后续课程，它对该专业学生今后的学习和工作起什么作用等。以达到使学生重视这门课程的目的。

其次，教师要介绍这门课程的具体教学内容、教学目的和要求。使学生对本课程的轮廓有比较清晰的认识，增强学习的目的性和逻辑性。

第三，教师务必要在介绍具体的教学内容时阐述与本门课程相关的学科思想。使学生不但知道这门课要讲哪些具体内容，还要知道课程的核心内容是什么以及课程的思想方法是什么。使学生了解到该课程的知识不是一盘散沙，而是一个浑然一体的大厦。

3.2 在教学中注意熏陶和暗示

学习需要不断地强化记忆，使新的思维方法或者体验内化为自觉的行为方式，这个过程必须经由一定量的积累来完成。我们之所以说基础课教学缺少集群效应，正是因为它相关课程少，学习时间短，很难使学生建立起相应的学科思想。

因此，在第一节课里介绍学科思想只是一个开始，在此后展开的课程教学过程中，更要依此学科思想为灵魂，将其贯穿于整个教学活动中。只有具备了思想性的学习才是真正意义上的高级学习过程，在此基础上对新知识的接受速度才能大大提高。加深学生对学科思想的印象，让学生从被动地接受学科思想，到在课程内容中能够发现学科思想，再到自觉地使用学科思想分析并解决问题，从而完成量变到质变的飞跃。这也是我们在教学内容中处处贯穿“结构-性能”思想的根本原因和目的。

3.3 运用学科思想解决专业问题

自觉地使用学科思想分析并解决问题是我们追求的目标，因此，在基础课教学过程中注意加强基础课学科思想与所授专业之间的联系，运用学科思想解决专业问题，这对于提高学生对基础课的学习兴趣，提高基础课的学习效果有着重要的意义。可以帮助解决目前基础课教学中存在的诸如与专业脱钩、学习目的性不强、不会运用基础课知识等问题。

在介绍聚集态结构对纤维性能的影响时，将“结构-性能”思想延伸为“结构-性能-用途”，即“结构决定性能，性能决定用途”的思想。仍以天然纤维素纤维为例，棉和麻具有相同的化学结构，但具有不同的聚集态结构。麻的结晶度和取向度都高于棉，表现为麻的强度和模量较高，另外由于麻纤维在宏观的纵向上有裂隙，导致麻的导湿性优于棉纤维，更适于作为潮热的夏季的衣物面料。而棉由于比较柔软，可以储纳较多的空气，具有优良的保暖作用，在干冷的冬季穿着更温暖舒适。这样就将“结构-性能”思想与授课专业联系起来，学生对于“结构-性能”思想在面料的选择和使用中的意义有了更为深刻的了解，就更容易增加他们对纺织化学课程学习的兴趣和重视。

4 结语

(1)在基础课教学中，应给予学科思想充分的重视。学科思想在教学中的运用，可以让学生在较短的时间里领会基础课的魅力，并能收到事半功倍的效果。

(2)从第一节课就开始阐述基础课的学科思想，并把这种学科思想贯穿于整个教学过程的始终，以加深学生对学科思想的印象，使之内化为学生的一种自觉的思维方式。

(3)加强基础课学科思想与所授专业之间的联系，运用学科思想解决专业问题，这对于提高学生对基础课的学习兴趣，提高基础课的学习效果有重要的意义。

［1］ 董景礼，张晓霞.阜阳师范学院学报(自然科学版)，2005，22(2):90

［2］ 董海.化学教学，2007(4):69