思维导图在《高分子物理》课程教学中的应用探讨

栗 丽 伍一波 陈 飞

(北京石油化工学院 材料科学与工程学院，北京 102617)

《高分子物理》课程是高校高分子材料及相关专业的一门重要核心课程，主要研究聚合物材料结构与性能的关系及其分子运动的内在规律，是连接高分子材料的合成、制备与加工的理论基础课，与高分子的生产和应用密切相关[1]。目前国内大部分高校对于《高分子物理》的教学和考核主要侧重教师讲授、作业、阶段测评。基于高分子物理课程的重要性，从教学内容、教学方法和教学手段等方面进行了改革。比如，刘琼琼老师等以高分子的热运动联系结构与性能，对高分子物理课程进行了重组[2]。桂林电子科技大学的季蓉老师等提出通过互动式教学、将生活和科研实例引入课堂，开展专题学习模式，同时采用综合型考核方式等进行课堂教学改革，提高学生的学习兴趣和教学效果[3]。我们在教学过程中增加了小组讨论环节，增加了学生的主动性和参与度，而且每章采用一张图进行总结，令每一章的知识点清晰明了。

1 目前教学现状及存在问题

目前《高分子物理》的教学和考核主要侧重教师讲授、作业、阶段测评。实际教学过程中，存在学生们课后复习巩固少，知识点掌握不牢，认为课程内容繁杂、毫无规律，存在知识点比较散的问题，前后很难联系，导致课程结束之后没有形成自己的知识体系，在具体分析问题的时候存在困难。

究其原因，主要在于《高分子物理》课程本身术语和概念繁多、公式推导繁杂，高分子结构涉及链结构(主链、侧基)、构型、构象、共聚、分子量及其分布、有序态结构(结晶、取向)、增塑、共混、填充等。性能涉及溶解性、橡胶弹性、粘弹性、热学性能、力学性能、流变学性能等。高分子物理课程的整体框架脉络以及各知识点之间都有联系，只是没有形成系统、形成逻辑，没有将其可视化展示出来。

2 思维导图引入教学过程

受爱因斯坦做笔记方法的启发，英国人托尼·布赞(Tony Buzan)于20世纪60年代提出思维导图(Mind Mapping)，其具有放射性思考能力和多感官学习特性。研究表明，思维导图对于促进学生逻辑思维和创新思维发展具有很好作用[4-6]。基于《高分子物理》课程的特点，可通过思维导图将繁多的知识点呈现出来，在教学过程中引入思维导图。对于教师，采用思维导图形式构建更适合学生理解和掌握的知识体系；对于学生，采用分组学习、自己动脑的方式绘制思维导图，从而激发学生的兴趣，提高学习主动性，引发学生思考。

2.1 教师“教”过程中思维导图的运用

高分子物理的任务是通过分析分子运动和结构的特点来最终指导分析高分子的性能。分子运动是结构与性能的内在桥梁，但是仍然很宽泛，在分析实际问题时仍然会感到无从下手。高分子物理中存在一根主线，即高分子与普通分子的区别在于链段，链段的柔性与后面章节中的弹性、玻璃化温度、熔点、分子运动等等都有内在的联系。我们通过采用思维导图的方式，在总结每章节内容的基础之上，贯通各章相关知识点间的联系，建立知识点间的逻辑架构，使学生充分理解和掌握。如图1所示，单键内旋转带来了分子链的三种稳定的构象变化。卷曲g构象为链卷曲的因素，g构象越多，链越卷曲，高分子链在自然状态下为无规线团，也就是高分子链最自然的状态，符合熵回复定律，橡胶弹性中主要为熵变。

图1 通过内旋与构象关联各章节内容的思维导图示意

反式t构象为链伸展的因素。结晶的聚合物分子链构象，指分子链在晶格中的排列，取能量最低原则，t构象时侧基间距离最远能量最低，所以形成平面锯齿构象。结晶与链的规整性和对称性有关，结构规整对称，容易结晶。另外，结晶和熔融是两个相反的过程，但是聚合物的结晶温度低于熔融温度，从分子运动角度来讲，结晶只有链段在晶格中的排列运动，而熔融涉及到整条分子链的运动，因此所需能量更高。单键内旋转能力带来了柔性，柔性取决于t和g之间的能垒，内旋越容易，链的柔性越好。两个单键内旋转中间的一段分子为链段，链段是高分子运动单元中的独特存在。链段运动影响了聚合物的热性能，是玻璃化转变温度的标志，链柔性是分析玻璃化转变温度Tg，熔点Tm大小的一个重要方面，链段运动的快慢与粘弹性中应力松弛、蠕变、滞后和内耗有关，在使用温度接近Tg时这些现象最明显。这样，通过内旋与构象联系起各章节相关内容，在具体分析问题过程中逻辑思路会更加清晰，可以使学生在对比理解中加深记忆。

2.2 学生“学”过程中思维导图的运用

教学过程中通过将学生们分成学习小组，采用小组作业的方式，让学生回顾相关的知识点，分组作业时让学生们相互讨论，互相提问，绘制出思维导图，引发学生积极思考和讨论，参与设计自己的学习架构，学以致用。在下节课上课前教师预留5～10分钟时间，由一组学生的代表采用思维导图的方式对预留的相关知识点进行回顾，通过学生讲解回顾，将知识点由“新知”变“旧知”，达到对知识点的灵活掌握和深入理解。

3 结语

针对《高分子物理》课程的特点，依托思维导图工具，构建更适合学生掌握的教与学的知识体系，以增强学生对各章相关联知识点的理解和掌握，并通过学生的分组学习培养学生的学习能力以及团队合作能力。