案例教学法在《高分子化学与物理》课程中的应用研究*

彭 波，郭文宇，黄海霞，李 松

(绵阳师范学院化学与化学工程学院，四川 绵阳 621000)

案例式教学是以典型案例作为教学内容的一种教学方法，从哈佛大学商学院的情景案例教学课中演变而来。即在教学过程中，由教师结合教科书上知识点，讲述相关案例并提出问题。然后，组织学生查阅资料和讨论分析。用掌握的理论知识来剖析案例，回答问题。案例教学法不仅有利于学生牢固掌握理论知识，而且还能学以致用，提高解决专业实际问题的能力。因此，在很多课程中已得到广泛应用。就高分子材料专业而言，案例教学法的应用已涉及《高分子化学》[1]、《高分子物理》[2-4]、《高分子界面与混合》[5]、《聚合物加工》[6]、《功能高分子》[7-8]、《精细高分子》[9]和《聚合物成型机械》[10]等诸多课程。

教育部、国家发展改革委和财政部在2015年联合发布了《关于引导部分地方普通本科高校向应用型转变的指导意见》。为加快融入地方区域经济的建设和发展，我校当年就根据绵阳市“中国科技城建设”新产业、新业态布局，开设了一些非师范的工科专业，旨在为电子信息、高端装备、新材料、新能源汽车、军工等当地特色产业集群的建设提供应用型和技能型人才与智力支持。笔者及团队承担的《高分子化学与物理》是新开设专业材料科学与工程中一门极其重要的专业基础课。它有机地糅合了《高分子化学》和《高分子物理》两门课的内容，适当压缩两门课的总学时，将“高分子材料合成-结构-性能”整体串联起来，利用50～60个学时的时间，“一口气”扼要讲述高分子化合物制备机理、应用性能、分子结构和运动以及力学状态与转变等知识。这种课程设置符合地方师范院校对大材料工科本科生提出的“专业大口径”，“就业宽渠道”和“应用技能型”的教学要求。本文将案例教学法引入到《高分子化学与物理》授课当中，结合地方产业具体情况优选案例，从案例的建立、实施和效果评价三个方面对该课程进行全方面改革。

1 案例的建立

案例建立不能凭空臆想，必须联系生活与生产实际。这有利于学生理性和感性地接触高分子材料。一个案例最好紧扣多个知识点。在学生学习完相关章节后适时抛出案例，便于同学们对高分子化学与物理知识的融会贯通。同时，本着地方高校服务区域经济以及兼顾学生就业去向的目的，列举案例时，应当多从当地企事业单位中寻找素材，引导学生本地就业，参加地方建设。

1.1 生活案例

目前我国高分子材料产量位居世界前列。尤其是化纤和塑料的产量分别位居世界第一和第二。高分子材料的使用已经融入到人们日常生活的各个方面。比如在讲解平衡线性缩聚反应时，涉及到反应特性与种类、官能度和等活性理论、聚合度-反应程度-平衡常数三者关系、分子量的控制等重要知识点。这时可抛出尼龙案例，列举它作为化纤和工程塑料在服装、绳、帐篷等方面的应用。组织学生自行查阅尼龙工业合成路线，引导学生运用理论知识去思考并解答“为什么尼龙66制备多用均缩聚而不是混缩聚”，“为什么体系中的水在反应后期需要排除”等问题。当讲解到后面晶体结构、结晶行为和熔融转变等高分子物理章节时，可以再次列举本案例。让同学们深度思考“同样是尼龙，为什么有的用作塑料，有的用作服装化纤”，“用作服装纺织材料时，与棉麻等天然高分子在结构和性能上的区别”等问题。同一案例在不同章节反复出现，更有利于初学者串联各个知识点，整体把控这门课程。

随着学习逐渐深入，尤其是到了后半学期，需要任课教师建立更加复杂的案例让同学们来剖析。复杂案例不仅涉及前面章节的多个知识点，而且更偏重于这些知识点的综合运用。众所周知，高分子粘弹性是很难理解的一个概念，通常放在最后一章。如果不列举案例很难将它讲得清楚。橡胶汽车轮胎的制作必须充分考虑高分子材料的粘弹性。所以以轮胎作为案例对象，贴近生活，使同学们更容易理解粘弹性。运动能力强的大分子产生的内摩擦力(内耗)小，材料使用寿命长，适合用作橡胶轮胎。那什么结构的大分子，运动能力强呢？可以在“高分子结构”这一章节中找到答案。同时，通过选取连锁或逐步聚合反应，能制备相应结构的橡胶。实施案例式教学时，可以参照上述主线进行讲解和引导学生思考。

1.2 生产案例

以绵阳为中心的川西北片区集中了大量与高分子材料相关的生产企业，覆盖材料合成、加工、成型与装配整个产业链，为本课程提供了丰富的生产案例素材。罗江树脂厂拥有完整的聚氯乙烯生产线。把聚氯乙烯合成案例放在自由基聚合反应章节讲述。同学们通过阅读由工厂提供的聚氯乙烯生产配方和工艺说明书，可以进一步知道“引发剂使用品种和用量，物料添加方式，反应时间”等具体信息，从而反过来强化对自由基聚合机理和实施方式的理解。东方绝缘材料股份公司生产的电气绝缘酚醛复合材料，是典型的体型缩聚案例。在课堂上剖析该案例，不仅能帮助学生强化平均官能度、凝胶点等概念，而且还能使大家提前接触配方设计，工艺控制和加工设备，为有效衔接后续专业课打好基础。金发科技公司是国内著名的改性塑料厂家，在绵阳也有产业布局，主要是通过熔融共混或复合法制备塑料改性料供给下游制件厂。相关生产案例几乎能覆盖高分子物理中所有章节。比如讲到“淬火”概念时，教科书上的表述为：高分子材料从熔融态迅速降温，快速躲过结晶温度区间，使大分子链来不及排入晶格，从而降低结晶性能或使其不结晶。由于该概念比较空洞，老师讲解和学生理解起来都比较费力。而工厂提供的涤纶生产实际案例则显示，高分子熔体在模具里面，通过冷空气骤冷快速降温后，最终制品由不透明变成透明。这正是“淬火”导致的一个直观结果，肉眼可见。这不仅使同学们深度理解了该知识点，而且还能引导学生进一步思考“结晶度、结晶形态和尺度与材料光学性能的关系”，“淬火与退火俩概念对比”等问题。

1.3 科研案例

如果说生活与生产教学案例有利于学生更好地掌握书本知识，那么通过列举科研案例，则能激发初学者深度学习和探索未知世界的欲望。由于“两弹一星”和“国防三线”建设等历史原因，国家在绵阳地区布局并留下了诸如中国工程物理研究院、中国电子科技集团公司第九研究所、中国空气动力研究与发展中心和中国燃气涡轮研究院等大量顶尖科研院所，从而确保了我校学生能“近距离”地感知相关科研案例。例如：在“高分子链上化学反应”章节，通常会列举纤维素侧羟基的硝化反应。此时就可以将硝化纤维素用作炸药或固体推进剂等含能材料的科研案例(中国工程物理研究院提供)向同学们详细讲述。另外，当学生掌握了聚酰胺合成、结构与加工的初步知识以后，我们可以抛出全芳聚酰胺的案例(中国空气动力研究与发展中心提供)。要求学生利用所学知识推导全芳聚酰胺这种特种工程塑料的结构，归纳合成和加工方法要点，从而理解它为什么可以用作军用防弹装备，而其他聚酰胺不能的原因。

2 案例的实施

开展案例式教学[4, 6, 10]一般有以下几种形式：视频观摩、实地走访、课堂讨论、撰写论文、幻灯片汇报、实验操作等。整合这些实施方法，在此基础上提出了适合本校工科学生的一些教学模式。

2.1 多课程融入教学模式

考虑到该课程主要以有机化学和物理化学为基础，同时也是高分子材料方向的入门课程。因此，在案例教学过程中，教师应该引导学生用基础化学知识深度剖析案例，同时将剖析的要点适当延伸到后续专业课程中去。这种承前启后的多课程融入教学，更容易将学生培养成学科人才。例如，在讲解自由基聚合相关案例时，将物理化学中有关动力学的知识引入进来，帮助学生理解自由基聚合反应历程。

2.2 翻转式教学模式

要求学生针对某议题，课前寻找资源自学。教师在课堂上组织学生上台展示案例并相互评议，最后归纳总结。翻转式教学一改“教师台上讲，学生台下听”的被动学习老模式，能最大限度调动学生学习主观能动性。

2.3 比较式教学模式

课堂上可以平行地抛出两个相关案例进行对比教学，例如聚氯乙烯的本体和悬浮聚合工艺。采用这种比较式教学模式，可以使学生更容易理解并掌握那些极易混淆的知识点。

2.4 现场教学模式

纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。我们安排少量课时，带领学生走进工厂，实地参观某产品的生产线，了解全套生产流程，聆听企业技术人员的讲解。这种身临其境的现场教学模式能提高学生对书本理论知识的掌握程度，激发大家用理论知识去解释生产中遇到的实际问题。学生的工程意识也将从理性到感性得到最终升华。

3 效果评价

案例教学法在《高分子化学与物理》课堂上已经实施了三届，其中两届学生毕业。我们采用阶段评价、过程性评价与目标评价相结合的综合性评价模式。结合课堂提问、学生作业、平时测验、课堂笔记、听课状态及考试情况评价学生成绩。考卷以“应用能力培养”为目的，设计与生产实践、科学研究紧密结合的应用型试题，重点考察学生综合利用课程所学知识解决实际问题的能力。

对比以往数据发现：运用案例教学法后，同学们在该课程上的考试成绩得到提升，后续课程学习领悟更快，讲台上表现力增强，考研率上升。本科毕业在高分子材料行业就业人数增加，企业认可度提高。用人单位反馈，认为我校材料科学与工程专业毕业生动手能力强，比职业技术学院的学生具备更多的理论知识。而与综合类或工科类一本大学的毕业生相比，我校学生心态更好，吃苦耐劳，能安心扎根基层工作。因此，在生产型企业人才市场上具有很大竞争力。

4 结 语

从目前来看，在《高分子化学与物理》课程当中应用案例教学法进行改革是成功的，教学效果明显。根据我校“教学型、地方型、应用型、师范型”的办学定位，围绕立德树人根本任务，下一步，我们将以培养卓越工程师为目标，探索灵活多变的课堂教学方法，继续深挖案例素材，丰富实施方案，完善评价体系。持续再检验几届学生后，将该教学成果推广到我校其他工科专业课程教学当中去。