一、引言

任何一门课程总是囊括了诸多知识，传统的正规课程一般都是以章节为架构，这些知识便被分配在各个章节里。教材是依此体例和方式进行编撰的，课堂教学一般也是依此进行知识的讲解和传授。作为常规与传统，这种体例和方式既普遍也合理。

教学需要改革与创新，这是时代发展的要求[1-4]。教学创新的内涵十分丰富，但对课堂教学而言，主要是指课堂教学方式的变革。课堂教学方式的变革主要涉及两个方面：一是课堂组织形式，二是知识组织形式。课堂组织形式的变革是人们经常讨论和研究的，而知识组织形式的变革往往不被关注。其实，知识的呈现形式关乎能否激发学生对知识的兴趣，关乎学生对知识记忆的强度与时长以及学生对知识理解与领悟的深度，因此教师应在这方面予以足够的重视。

利用某一线索将相关知识串联起来或围绕某一中心将相关知识汇集在一起，谓之“知识群”。碎片化的知识显得单薄，而构建知识群可以有效地抵御知识的碎片化。我们认为，大学理科课程可以部分地尝试采用“知识群教学”策略对知识组织形式进行一定的变革。本文借助我们在高分子物理课程中围绕“高分子构型”概念建立知识群并开展教学的实例，介绍“知识群教学”策略，期望能对从事大学理科课程教学的同行提供一点借鉴与参考。

二、知识群构建方法

如何构建一个知识群呢？欲构建知识群，一定要先找到某些知识内容彼此之间的相关性。只有具有较强相关性的知识内容汇集，才可以称之为知识群。构建知识群有如下的策略与方法：

第一，依靠知识彼此之间的某种内在逻辑关系来构建知识群。所谓的逻辑关系，可以是并列关系(如碳水化合物中的单糖、双糖、寡糖和多糖)，因果关系(如某化合物的结构与其物理、化学性质)，制衡关系(如化学反应条件因素与产物的结构、产率和副产物种类等)，层次递进关系(如高分子的近程结构、远程结构、聚集态结构与织态结构)，相似相近关系(如构造异构、构型异构与构象异构)，相对或相反关系(如亲核取代反应、亲电取代反应；亲核加成反应、亲电加成反应)，时间顺序关系(如在科学史中人类对某一现象或问题的认识，总是有一个由浅入深的历史发展脉络)；等等。无论是借助哪种逻辑关系来组织知识以构建知识群，都要注意贴切、自然与丰富，力戒生硬、牵强的“拉郎配”式做法，这样才更容易为学习者所接受，从而收到良好的教学效果。

“江小白，男，外形英俊，生日是出生那天，保质期是永久的。主要功能是增加勇气，提高自信心。性格特征是简单、文艺。优点是便于携带，拿得出手。缺点是魅力太大，能瞬间秒杀清纯女和文艺男。”简单而又诙谐的自我介绍与当下80后、90后自我揶揄、求奇另类的心理诉求不谋而合，适用于任何一个“屌丝型、文艺心”的特征写照。“大众脸、黑框眼镜”，每个人似乎都能从小白哥身上找到自己的影子。

聚合物的结晶能力指的是聚合物能不能够结晶、结晶条件是否容易满足以及可达到的最大结晶度。在这一单元，首先承接上一节的知识，介绍有“有规立构聚合物”“无规立构聚合物”以及“规整度”的概念。聚合物主要是由等规立构异构的高分子所组成，或主要是由间规立构异构的高分子所组成的，称为有规立构聚合物；若某聚合物，它主要是由无规立构异构的高分子所组成，此聚合物即为无规立构聚合物。对于聚(α-取代烯烃)类高分子，只有有规立构聚合物才具有结晶能力，无规立构聚合物不具有结晶能力，这是因为只有前者才能满足晶体基元(结构单元)三维有序排列的条件。而且，聚合物结晶能力的大小跟聚合物的规整度有关。高分子在合成时，即便是采用配位聚合方法，也不能完全保证分子链上没有杂三元组片段(即无规立构异构的分子片段)存在。高分子链的规整程度用“规整度”这一指标来描述，它是指全同或间同立构结构在聚合物中所占的百分数。规整度越高则结晶能力越强。

第二，若许多知识共同涉及某一主题，或某些知识围绕某一特定的中心而形成有机联结，则这些知识也可以构成一个颇有“凝聚力”的知识群。比如，普弹性、高弹性、黏弹性和塑性等概念，都涉及材料的“形变与回复”的主题，具有很强的相关性和很好的对比性，对这几个概念的阐释与例证分析的内容，就可以构成一个“坚固”的知识群。围绕某一特定的中心而构建知识群的方法也很常用。文中要介绍的知识群，就是围绕着“高分子构型”这一具体的概念构建起来的。经过筛选，我们采用如下五方面的知识内容作为主体，构建以“高分子构型”概念为中心的知识群：(1)“高分子构型”概念的定义及本质内涵；(2)高分子的构型异构现象；(3)决定高分子构型的因素；(4)高分子的构型对聚合物结晶能力的影响；(5)高分子构型对聚合物性质的影响。下文进行具体陈述。

对于高分子的旋光异构，则以PP的合成为例进行讲述，中间穿插一点化学史的内容。这里涉及2种引发剂，即齐格勒—纳塔(Ziegler-Natta)引发剂和茂金属引发剂。

三、知识群教学策略实施举例

某聚合物，组成它的高分子是何种形式的异构体，决定于该聚合物的合成条件。聚合时引发剂的种类、引发剂的用量以及聚合反应温度等都可以成为影响因素式决定因素。

(一)“高分子构型”概念的定义

对于高分子的顺反异构，我们举丁二烯聚合的例子：当采用钴、镍和钛催化体系时，丁二烯聚合的产物主要为顺式结构，而采用钡或醇烯催化时则主要为反式结构[6]11-13。

4.防治方法。彻底清塘，有机肥要充分发酵后再使用，保持优良的水质，加强管理，科学投饵，提高鱼体免疫能力，有寄生虫时及时杀虫。发病季节定期泼洒生石灰或漂白粉，防止此病发生。

通过如此的讲解方式，高分子构型的内涵被揭示得清清楚楚，学生头脑中先前的困惑也一扫而空。高分子构型的概念真正在学生心中建立了起来。

(二)高分子的构型异构现象

有机小分子的构型异构现象包括顺反异构与旋光异构两种情况。高分子的构型异构现象同之。高分子的顺反异构归因及表述与小分子的顺反异构很相似。然而，高分子的旋光异构跟有机小分子的旋光异构则存在很大的不同，表现在异构体的表示方法与标记方法、异构体的名称、手性碳原子数目与异构体数目之关系等诸多方面。基于此，我们在讲此部分内容时，首先回顾有机小分子的旋光异构相关知识内容，然后引出高分子的旋光异构有关问题，并指出其彼此间所存在的差异。

2.6 出血的预防 每日观察患儿皮肤有无淤血、淤斑、胃部不适、视力改变、尿色加深，特别是PICC针眼处有无渗血。让患儿绝对卧床休息，加床档保护。保持病室湿度在50% ～60%，使患儿感觉舒适。穿宽松柔软的衣服减少摩擦，凡能引起患儿受伤的物品如指甲刀等全部移走。尽量减少有创操作，每次采血或注射后局部按压5 min以上。

有机小分子的构型可采用显示三维空间关系的透视式与费歇尔投影式来表示，而高分子一般不方便用透视式，普遍用费歇尔投影式来表示；有机小分子构型的标记方法，最初的有D/L法，由于其存在一定的局限性，IUPAC于1979年建议采用R/S法[9]。高分子的构型，无法用R/S法进行标记，因为其结构单元上的手性碳原子是准手性的，或曰“假手性”的。D/L法当然也不适合用于高分子构型的立体的表示。

高分子的构型异构体可以用i、s及a等符号来标记。若高分子可视为是由同一构型基本单元所组成，称为等规立构或全同立构，标记为i(isotactic)；若高分子可视为是由2种构型基本单元交替排列所形成，称为间规立构或间同立构，标记为s(stereotactic)；若高分子只能被视为是由2 种(或2 种以上)的构型基本单元通过无规键接而成的，称为无规立构或杂同立构，标记为a(atactic)。

讲解时以聚丙烯(PP)作为具有旋光异构现象的高分子化合物的典型[7]32。如此讲解，学生既巩固了旧知识，又感受到新知识之“新”，从而使得学习乐趣自然地生发出来。最后，指出绝大多数的常规高分子其旋光异构体并无旋光性，这是由于其结构单元上的手性碳原子是 “假手性的”。对于手性碳原子数目与高分子异构体数目之关系问题，以及既有顺反异构又有旋光异构的高分子的异构问题等，可以安排学生根据书本或通过查阅文献资料自学[10]。

本工程地下室顶板覆土大部分厚1.5m，标准跨度为8.4m×8.4m，综合考虑经济性且避免以往类似的地下车库工程发生的事故，选择井字梁作为地下室顶板的承重结构，其他特殊区域如坡道、楼梯、设备间和有较大集中荷载的区域按实际情况设置主次梁。经计算，将主次梁的配筋率控制在1.5%～2%，且地下1层梁顶面和底面的纵向钢筋应比计算值增大10%。

(三)决定高分子构型的因素

本节给出以“高分子构型”概念为中心的知识群教学实施的具体过程及教学效果。在课堂上，我们依上文所罗列的(1)～(5)知识内容的顺序进行授课，因为这一顺序正好符合了高分子化合物“合成—结构—性质—应用”的逻辑关系。下面就如何讲授这些知识做详细介绍，并藉此说明知识群教学策略的优点。

正当安文浩准备洗耳恭听，看看是什么事能让董事长伯虎都欲言又止的时候，没成想，他听到伯虎说了这样一句话——

一直以来，国内教科书以及专业词典对“构型”这一概念的定义，都采取了基本相同的方式。比如高分子物理教科书对 “构型”给出的定义是：“构型是指由化学键所决定的原子在空间的几何排列。构型由化学键规定，只有破坏化学键才能使之改变。”[6]11-13尽管这一定义并没有错，但却容易造成初学者在理解上的困惑：构型与构象这两个概念，都是用来描述分子中各原子或基团在空间的不同排列的[7]32，即用来描述分子的立体结构的，那么它们到底有什么不同？为什么一定要用这两个概念来描述一个分子的立体化学？我们抛开书本上对“构型”给出的传统定义，通过对原子构型和分子构型分开进行定义指出，原子构型是指分子中某一原子上的取代基在空间的特定几何排列，这种几何排列是由分子在其生成时所形成的化学键所决定的，是不可变的。而分子构型是一个用来描述“分子中的那些原子与各自的取代基之间不可变空间关系总和”的抽象概念，从而将分子构型的本质内涵清晰地揭示出来。在此基础上给出了“高分子构型”的定义，它是指高分子中所有的“原子跟原子上的取代基之间不可变空间关系”的总和[8]。进一步地，指出构象与构型不同。构象是一个具象的概念，它是指分子的立体结构。如果说一个分子的构型是与生俱来的，因而是确定的、不可变的，构象则因单键的内旋转而不断发生着变化，因而对某一确定的分子而言，其在不同时刻可能呈现不同的构象。一个高分子链通常含有大量的单键，由于分子的热运动，其构象变化不定，形态各异且不可计数。

知识群教学的方式，在实际教学过程中如何安排呢？这要根据具体的情况分别对待。客观地讲，在一门课程当中，完全使用知识群教学的方式并不现实，但可以局部或穿插使用。比如，在几个章节的教学完成之后的时段，或在本课程教学的后期或末尾阶段，教师根据课程内容或学生对教学内容学习掌握的情况，安排一个或几个规模适当的专题，每个专题的内容，都是整合前面章节中的某些相关联的知识点(即知识群)，以达到使学生将前后所学到的知识彼此衔接、相互连缀、融会贯通的目的。以 “以学生为中心”的教学理念为指引[5]，也可以在教师的提示与指导下，让学生自己在课下、或者在分组讨论课上完成知识群的构建，这同样可以达到预定的教学目的。研究生的课堂教学，除了要注意知识的基础性之外，更需注重知识的综合性、实践性和应用性，因此在针对研究生的课堂教学中，可以较多地利用知识群策略去准备和组织教学内容。

以Ziegler-Natta引发剂合成PP，从1953年德国人Karl Ziegler (1903—1979年) 采用四氯化钛/三乙基铝为引发剂在温和的条件下(60℃～90℃，0.2MPa～1.5MPa)成功合成高密度聚乙烯讲起。这一新型引发剂在乙烯聚合上的成功，促使Ziegler将其用在丙烯的聚合上，然而结果仅得到了低等规度的聚合产物。1954年，意大利人Giulio Natta (1898—1973年) 以三氯化钛/三乙基铝为引发剂成功合成了高等规度的聚丙烯(iPP)。Ziegler与Natta由于在此方面(配位聚合)的成就共同荣获1963年诺贝尔化学奖[11]。

茂金属引发剂是由五元环的环戊二烯基类化合物(简称“茂”)、ⅣB族过渡金属和非茂配体三部分组成的有机金属络合物的简称。1985年，Kaminsky等首次采用“亚乙基茚基二氯二锆茂/甲基铝氧烷”引发体系，获得了高等规度的PP。[12]1988年，Even等采用“异丙叉(环戊二烯基)(芴基)二氯二锆茂/甲基铝氧烷”引发体系实现了丙烯高活性的间规立构聚合，得到理想的间规立构聚丙烯(sPP)[13]，自此拉开了sPP工业化生产和商业化应用的序幕。

采用含Ti量很低(0.1%)的二氯化镁/四氯化钛/三乙基铝引发体系，可以引发丙烯单体聚合得到等规度仅为6%的无规立构聚丙烯(aPP)[14]。而采用结构巧妙设计的茂金属引发剂，更是可以非常方便与高效地合成aPP[15]。

在讲此部分内容时，捎带将配位聚合机理、Ziegler与Natta获得诺贝尔化学奖等相关知识内容作简要回顾，这样做的目的，是为了让学生对这一单元的知识有一个由表及里、由浅入深的认识过程，从而使其在脑中形成一个完整而深刻的印象。

(四)高分子的构型对聚合物结晶能力的影响

因沥青公路易受雨水侵蚀，所以需积极加强对其防护，在铺设完成之后，施工技术人员需反复用沥青及时地在公路两侧进行涂刷，想要达到较好的防雨效果，一般需涂刷3遍以上，不然容易造成塌陷的发生。施工技术人员为了保证公路排水性能，需建造防水性能非常好的盲沟，按照实际情况进行，可对其起到很好的防护作用。不仅如此，为了防止公路路面受到雨水对其侵蚀，进一步提升防水性能，可在公路两旁种植植物。

核桃种植业是整个核桃产业发展的基础，但如果没有加工业的增值和销售业的促销相配套，核桃产业也很难发展壮大起来。从调研情况看，全县尚没有一家进行核桃深加工或一条龙服务的龙头企业，核桃种植专业合作社虽成立有几家，但大部分有名无实，没有发挥实际作用。目前有收益的农户仍是自种自销，或小商贩上门收购，或依靠“马路市场”，有的甚至因无市场而滞销，使种植农户感觉没有希望。

对于存在顺反异构现象的聚合物而言，无论其主要是由全顺式结构的异构体所组成，还是主要由全反式结构者所组成，均能够结晶。反式结构者结晶能力更强，这是因为反式的对称性优于顺式。

(五)高分子的构型对聚合物性质的影响

不同构型的高分子，其宏观聚集体(聚合物)的性质也会有较大的差别，从而也就决定了其在生产和生活中应用的场合和范围。

长期以来，由于体制、机制、技术上的限制，我国并没有系统的开展统一的地理国情监测，多头开展和多部门共同参与地理国情监测带来数据重复采集、监测标准不统一和监测结果主观性等问题，无法满宏观决策和公共服务对地理国情的真实需求，因此准确规范的基础数据显得尤为重要。地理国情普查的一个主要目的就是利用其精确普查的地表三维数据和各种要素集为地理国情监测系统提供规范完整的基础性数据[3]，有利于建立统一的地理国情监测体系和权威发布平台，为下一步开展常态化的土地利用、生态环境、能源矿产评估、水资源、自然灾害等地理国情监测打下夯实的基础。

反式聚丁二烯的结晶能力比顺式聚丁二烯强。顺式结构者在常温下根本不结晶，其玻璃化温度为-108℃，可以充当橡胶使用，即顺丁橡胶，它是七大合成橡胶品种之一。反式聚丁二烯由于结晶作用使得其只能作为塑料使用。这是顺反异构的例子。

对于旋光异构，仍旧以PP作为实例，从熔点、拉伸强度、冲击强度、透明性等方面，介绍iPP、sPP和aPP在性质上的差异。

iPP的等规度一般超过90%，容易结晶，结晶度可以达到60%～70%，熔点170℃～175℃，拉伸强度最高可以达到41MPa，iPP的不足是低温下抗冲击性能差；sPP的结晶度为20%～30%，熔点125℃～148℃，熔体流动速率(M.F.R)为4.9g/10min的sPP，其拉伸强度为16.5MPa，弯曲弹性模量为550MPa；与之相对比，M.F.R为4.0g/10min的iPP的弯曲弹性模量为1 650MPa[16]。可见sPP的机械性能不如iPP，另外sPP的加工性也较差。但sPP的冲击强度高，而且具有优异的透明性、热密封性与耐辐射性质。aPP的分子量一般为3 000至1万乃至几万，在室温下为微带黏性的白色蜡状固体，其拉伸强度不大于0.784MPa，软化温度为90℃～150℃，一般不能单独作材料使用。

学生由此可以从对同一指标的相应数据之比较中切实地体会出，高分子的构型对聚合物性质的影响是非常明显的。另外，还对iPP、sPP和aPP在社会生产与生活诸领域中各自的典型应用作适当介绍，上述知识内容分布在《高分子物理》教材的不同章节内，且有一小部分内容属于高分子化学课程。按照传统的教学方法，这些内容是不会放在一起进行讲授的。我们的教学实践表明，将这些具有强相关特征的知识汇集在一起，并按照上文所述的顺序分先后一一讲授，由于知识点勾连成串，学生对知识记忆的效果得以明显提高。另外，孤立的、碎片化的知识变成相关联的、系统化的知识，学生对各个知识点的理解和领悟就可以达到更高的水平。比如，由于了解了iPP、sPP与aPP的不同性质及应用，学生对高分子的构型异构问题的重要性便能了然于心，而不是仅仅停留在感知层面上；由于知晓了高分子构型对聚合物性质有至关重要的影响，他们就能站在一定的高度上去看待配位聚合，从而也就能很自然地理解为什么在1963年将诺贝尔化学奖授予Ziegler与Natta两位科学家，等等。反过来，学生对于“高分子构型”的概念就有了更高的认知热度，促使其更深入地理解和体会这一概念的内涵，最终将对此概念的理解真正落到实处。在这样一个各知识点相互触动、彼此激荡乃至学生对这些知识循环往复认识的过程中，一方面，加深加强了学生对所学知识的认识，另一方面，这一系统化知识背后所隐藏的科学思想、研究方法以及在学科发展历史上人们对有关问题的认知过程也逐渐显露，从而使学生的学术水平、学科能力在无形中得以提高。但是，将上述知识按照传统的章节安排之序来进行讲授，是不容易达到如此效果的。

四、结论

“知识群教学”策略，要求依靠某种内在的逻辑关系，或围绕某一主题或概念，将相关知识内容串联或汇集在一起构建所谓“知识群”，从而把零散的甚至碎片化的知识变成系统化的知识。采用此教学策略，不仅可以强化学生对知识的记忆，帮助其更好地理解和认识本专业领域的学科特征、学术内涵以及相关知识与技术在人类现实生活与生产中的应用实践，更重要的是能够更好地激发学生对所学课程乃至所学专业的兴趣，激发其对科学与技术的热爱，从而使学生的学习变被动为主动，走上追本溯源、横向扩展、纵向深入乃至交叉融合的自主学习、探究式学习的道路，为促进其成为具有深厚学科基础的创新型人才提供助力。面向大学本科高年级学生与研究生的某些理科课程，可以考虑适当采用“知识群教学”策略。

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