高分子物理范文

高分子物理范文第1篇

本书分为11章：1.引言；2.高分子链化学结构的表征，介绍了决定高分子物理性质的主要化学结构因素，链的半柔顺性，链间的相互作用，分子量的分布，分子拓扑构造和链序列规整性；3.链构象统计和熵弹性，主要介绍了单链尺寸的高斯分布和橡胶弹性体的统计力学；4.高分子真实链构象的标度分析，并以此阐述其在高分子溶液中、聚电解质溶液中以及外力作用下的单链构象；5.链动力学的标度分析，分别介绍了简单流体、短链体系和长链体系的标度分析方法；6.高分子的变形，主要讲述了高分子的变形特点、松弛特点、玻璃化转变和黏流化转变、以及一些常规的力学分析方法；7.流变学简介，阐述了高分子的流动特点及高分子流体的粘弹性效应；8.高分子溶液统计热力学，介绍了包含高分子多组分混合体系的统计热力学，并介绍了Flory-Huggins溶液格子统计热力学理论；9.高分子相分离，介绍相分离的热力学和动力学以及两嵌段共聚物的微相分离；10.高分子结晶，介绍了高分子结晶的结构，及结晶动力学和热力学；11.高分子相分离与结晶之间的相互作用，介绍了相分离诱导的浓相结晶成核、相界面处诱导的结晶成核和单链体系的折叠链结晶成核。

本书是作者在复旦大学和南京大学多年课堂教学实践的经验总结，书中也介绍了相关主题的一些前沿研究进展，其风格不同于现有的国内外高分子物理教材，可以作为一部偏重基础的教学和科研参考书。其阅读对象为从事高分子物理化学、高分子材料和高分子工程科学研究和学习的广大科研工作者、教师、研究生和高年级本科生，特别适用于理工科类大学和科研院所高分子专业的读者。

鞠思婷，博士生

（国家纳米科学中心）

Ju Siting， Ph. D Candidate

（National Center for Nanoscience

高分子物理范文第2篇

美国国家工程院院士、华裔科学家程正迪说：“我特别希望大家要懂得做学问先做人的道理。要立天地之正气，做儒雅之学问，为民族的复兴贡献自己的力量。

“读书人不是暴发户，要有自己的风骨”

出生于1949年，与共和国同龄的程正迪，经历了上山下乡。在那个年代，对于未来，程正迪从未考虑过。

“我父亲是个电子工程师，他一生的想法就是要实业救国，总是告诫我说，‘你不能老是一张纸、一支笔、一个脑袋，你要做点为大家有用的事情’”，程正迪说：“作为知识青年，我在黑龙江做了五年农民，那个时候读书是没有选择的，可能大家都认为我是可以教育好的子女，所以把我抽调上来读书。这是很不容易的事情，当时我被分在了数学系，这不是我自己报考的志愿，都是分配的。但是我知道读书人不是暴发户，要有自己的风骨，有自己的气度。”

1977年，于华东师范大学数学系毕业后，程正迪来到了华东纺织工学院（现东华大学）担任数学教师。出身于工程师之家的程正迪自幼深受家庭的影响，一直在思考“如何选择一个与社会联系更紧密的专业方向”。

刚到学校，程正迪就被学校的高分子材料专业所吸引。他说，“当时东华的高分子专业在上海是很强的，在中国也很有地位，不仅有大师――著名的高分子材料专家钱宝钧教授，而且整个教师队伍的年龄结构和层次结构也非常好，每一位老师都有自己独特的研究成果。”

中国早期的高分子材料研究的领军人物钱宝均先生从英国曼斯特理工学院纺织化学专业毕业之后，就希望能将自己所学投入到祖国的建设中，于是他在华东纺织工学院建立了中国第一个化学纤维专业，目的只有一个，就是培养高分子材料的研究人才。

这就更坚定了程正迪要考高分子材料研究生的决心。虽说学数学培养了他优秀的逻辑思维能力，但要从头把高分子物理和高分子化学都学习好，程正迪当时付出了艰巨的努力。虽然家就在上海，但他整个暑假都没有回家，而是潜心学习。为了考研，他足足准备了一年多的时间，终于如愿以偿成为钱宝钧教授的学生。

从数学教师到高分子材料的研究生，转变的背后是程正迪对工程的强烈兴趣以及学以致用的人生理想。而当时对于高分子材料的研究，中国还处于初级阶段，也没有明确的专业划分，就读的学生大多数来自不同的专业领域。这种跨学科的做法，在今天看来，显然是相当明智的。因为高分子材料的研究和拓展需要有其他专业知识作为基础。而招不同专业的学生，希望能在交叉学科有所突破。

高分子材料是材料领域中的后起之秀，对于它的研究始于19世纪末20世纪初。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。包括橡胶、塑料、纤维、涂料等。由于它独特的易改性、易加工等特点使其具有其他材料所不可拟、不可取代的优质性能。从而广泛用于科技、国防建设、衣食住行等各个领域。

程正迪说：“高分子材料在我们生活中无处不在，和我们的生活息息相关。身上穿的衣服就是高分子纤维做的；汽车的四个轮胎是橡胶材料，也是高分子材料；现在众多包装材料也是高分子的塑料材料……更重要的是高分子材料在高科技上应用极其广泛，上天、入地、下海都要用到高分子材料，所以高分子材料渗透在我们生活、科研的方方面面，特别是最近在集成电路工业上，高分子材料具有不可替代的角色。”

32美元闯美国

1979年，程正迪跟着钱宝均先生开始接触高分子材料的相关知识，入门科目即为纤维材料。因为纤维材料有自身的特殊特点，它与塑料材料的结构和性能不完全一样，所以只能从纤维材料出发，而后不断地扩大到高分子材料。学习数学的程正迪根本没有接触过化学，所以高分子化学对他来说就是天书，他用了整整一年时间补习化学，才逐步跟了上来。

有着扎实的数学基础，又不断充实交叉学科的知识，程正迪没用多长时间就在高分子材料的研究上有了新的发现。

“因为我是从数学走进高分子的，总想将数学和高分子联系起来，要知道两个学科在学科的边界上往往容易出一点新的东西。所以当时我用数学的辩证法来解决一些高分子里的现象和问题，写了一篇文章，后来发表在《中国科学》上。”程正迪说，“当时这篇文章用的数学方法比较高级，也比较深奥，做高分子的人不太看得懂，但是我认为这篇文章和当时的训练带给我的是全新的思维能力和思维方式。我学会用非常有逻辑的思维方式去寻找问题，解决问题。”

由于当时中国高分子领域研究的现状，研究生专业的程正迪渴望想出国深造，那时候国内没有博士生，没有博士制度，最高学位就是硕士。而当时国内改革开放刚刚开始，出国留学显然不会像今天这般容易。

1981年，经历了众多周折的程正迪带着32美元飞到了美国的伦斯勒理工学院。攻读化学系博士学位。陌生的学习环境，严苛的科研要求，让程正迪吃了不少苦，修学分，而且一定要有好的分数，否则不仅奖学金泡汤，能否拿到学位都是一个问题。但是对于程正迪来说，自己是没有退路的，只能拼命去读书，常常整宿整宿泡在图书馆里。

正是凭着这样的努力，程正迪1985年获得美国RENSSELAER理工学院（RPI）化学系博士学位，师从著名高分子物理学家Bernhard Wunderlich教授，在本系做了2年的博士后之后，于1987年进入AKRON（阿克伦）大学高分子科学系任助理教授、副教授，并于1995年晋升教授，再到如今的美国工程院院士。三十多年的奋斗，程正迪在高分子材料领域取得了很多的突破性成就，曾为《Polymer》杂志资深主编，并先后担任了美国物理学会高分子物理分会的副会长和会长。

这些年来，程正迪以其丰硕的科研成果、严谨的科研作风以及高瞻远瞩的科研眼光荣获多个世界范围内极具影响力的专业奖项，如美国总统青年科学家奖、美国物理学会John H. Dillon奖章、国际热分析及量热学联盟最高学术奖 TA Instrument奖……

这些奖项中，最让人自豪的就是美国物理学会将2013年度 Polymer Physics Prize（高分子物理奖）授予程正迪，以表彰他对结晶性高分子的结晶过程、亚稳定性和相转变的基础研究领域里所做出的开拓性贡献。要知道这是世界上高分子物理学领域的最高奖项之一。美国物理学会每年从全球范围内遴选出一名在高分子物理科学研究中取得突出成就的优秀科学家，以表彰其对高分子物理科学所作出的创造性贡献。

程正迪也成为获得此奖的第一位中国改革开放后出国的留学生。

“科学不认老二，只认老大”

获得大奖是因为程正迪对结晶性高分子的结晶过程的研究中做出了开拓性贡献。其实这个领域正是程正迪当年博士论文的研究课题。

“高分子结晶这个课题实际上是从50年代开始形成的，当时有一些非常有名的高分子的权威教授在做这件事情。但是争论非常非常多。它的机理，它是怎么样结晶的，因为高分子是一个很长的一条链，这条链怎么放到晶格里面去，是大家经常所争论的问题。所以这个问题实际上我很好奇，我觉得这个问题实质上在高分子物理领域里面是一个中心问题当中的一个，所以我觉得要解决这个问题应该是很有趣的。所以我当时就选了这个问题。”程正迪说。

在现在的市场上，大家看到的高分子材料里有70%的高分子材料是结晶的，结晶高分子给了你在性质上的一个很大的优势。因为结晶高分子它有比较高的模量。它的强度比较强，而且它有较大的抗腐蚀性，所有的尼龙产品，现在人们穿的尼龙丝袜都是结晶高分子。如果没有结晶的话，这个丝袜就软绵绵的。完全没有弹性，结晶高分子实际上在高分子工业里边占了三分之二的一大部分。这也是结晶高分子的实际用途。

当年，为了完成这篇博士论文，得到第一手的实验资料，程正迪在实验室，一待就是三个多月，吃住都在实验室。经历过多少次的失败，他自己俨然已经记不清楚，但是看到最终的实验结果呈现在他眼前的时候，所有的付出都是值得的。

“今天，您已经有了很高的成就，那么继续走下去的动力是什么？”

“动力就是对神秘物质世界的探索和敬畏，就是好奇和挑战。如果你是做拓展材料应用的开发研究的，你的动力就是看到人类生活将有可能会改善和提高。只有这些动力才能促使你不断地去做科学。如果你只是追求名或者追求利，或者讲做当官的敲门砖，你这个动力是不会持久的。你这个科学家只是半截子的科学家。”

的确，虽然早早跨过了60岁的门槛，但是在科研的这条道上，他的心态一直是一个“新兵”，这么些年来，不管在什么地方，只要发现一些新的科学现象，他都会激动的难以入眠。有的时候凌晨两三点钟，想到新的思路，他也会跳起来跑进实验室。或许，这就是一个科学家的态度，亲自做实验一直是程正迪多年来不变的习惯。在他看来，高分子材料的研究是必须要通过实验来完成的，绝不是理论上的空谈就能有所发现的。高分子科学从本质上来讲是一门实验科学，做实验使得科研工作者更接近于科学。只有自己做的实验才会对课题的认识有更深刻的了解，才能从课题当中生出新的枝芽来，才能真正地了解和发展你的课题。

身为一位华裔科学家，中国传统文化对他的深厚影响常常流露出来，他挂在嘴边最多的话语就是：“做好学问，做好一个人，脚踏实地才是真才实学。”

高分子物理范文第3篇

Yan Xiujuan

（西安科技大学，西安 710054）

（Xi'an University of Science and Technology，Xi'an 710054，China）

摘要： 高分子热运动是高聚物的结构与性能间的内在联系的桥梁，它从本质上揭示出不同高分子结构与性能之间的关系。利用计算机仿真技术将高分子热运动进行仿真实现，是将微观的高分子运动形态和理论知识通过计算机手段使其形象化、视觉化。将高分子热运动的特点和高分子溶液运动的特点通过计算机仿真技术进行模拟实现。这将有助于进一步认识和了解高分子热运动，也有助于高分子材料专业的相关教学。

Abstract: The performance of polymer is the performance of macro-molecular motion. The thermal movement of polymer link structure and properties as a bridges, it reveals the nature of different relationships between polymer structure and properties. Using computer simulation technology in the polymer thermal simulation campaign is to visualize micro-movement of the polymer morphology and theoretical knowledge. The article mainly discussed characteristics of thermal movement and the characteristics of polymer solution movement through the computer simulation technology.It is helpful to further aware and understand polymer thermal motion and also benefit for polymer materials related to the teaching profession. It is also a modern manifestation of the direction in scientific research the field of cross-disciplinary.

关键词： 高分子热运动 计算机仿真 三维虚拟实现

Key words: polymer thermal motion；computer simulation；three-dimensional virtual reality

中图分类号：TP31 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）32-0315-02

1绪论

高聚物的性能是分子运动的宏观表现。了解分子运动的规律可以从本质上揭示出不同高分子纷繁复杂的结构与千变万化的性能之间的关系。高聚物的结构没有改变，只是所处的温度不同，分子运动的状况也不同，材料所表现出来的宏观物理性能就大不相同。因此高聚物的性能是分子运动的宏观表现。为了研究高聚物的各种物理性质，仅仅了解高聚物的微观结构是不够的，还须弄清其分子运动的规律。只有分子运动的解释，才可能建立起高聚物的结构与性能间的内在联系。分子运动是联系微观结构和各种宏观性质的桥梁。

研究高分子的一般运动以及高分子溶液的运动性质。主要研究内容包括：

①高分子运动的多重性；

②高分子运动的时间依赖性；

③高分子热运动与温度有关；

④高分子溶液运动。

2高分子热运动的参数设计

2.1 高分子热运动参数的选择

①均方末端距■

均方末端距的定义为：

■■h■■/Q（1）

式中hj为分子j的末端距，Q为所研究的分子数。

②均方旋转半径■

■■■■（2）

其中Si是第i个质量单元到到分子链重心O的距离。

③松弛时间τ

松弛时间与温度的关系符合Eyring理论，即：

τ=τ0eE/RT（3）

其中R为气体常数。T为热力学温度，E为松弛过程中所需要的活化能，τ0为常量。

2.2 主要参数实现和计算

2.2.1 主要参数的实现和参考数据

①仿真聚合物的选择在高分子热运动计算机仿真实现选择高聚物种类：聚乙烯PE（Polyethylene）、聚丙烯PP（Polypropylene）、聚苯乙烯PS（Polystyrene）和聚甲基丙烯酸甲酯PMMA（poly(methyl methacrylate)）。

②仿真聚合物近程结构相关参数仿真聚合物近程结构相关参数如下表所示：

③温度形变曲线

④聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的松弛转变（见表3）

2.2.2 高分子热运动计算机仿真实现中相关计算

①聚乙烯无扰链扩张体积计算

设含有1000个碳原子的聚乙烯链，C∞=7.4

其均方末端距为：

■=C■nl■=7.4×10■×0.154×10■cm■=17.55×10■cm■

均方回转半径为：S■=■/6=2.92×10■cm■

扩张体积半径为：r■=■=1.71×10■cm

扩张体积为：Ve=■π×1.71×10■cm■=20.95×10■cm■

一根该聚乙烯链的质量为：M=■=0.232×10■g

聚乙烯的密度为0.92，则扩张体积中聚乙烯的体积为：

V■=0.252×10■cm■

扩张体积中聚乙烯的体积分数为：Φ■■=■=0.020

同理可得：

②聚丙烯无扰链扩张体积计算设含有15000个碳原子的聚丙烯链，即由5000个链节。C∞=5.9。扩张体积中聚丙烯的体积分数为：Φ■■=■=0.023

③聚苯乙烯无扰链扩张体积计算设含有10000个碳原子的聚苯乙烯链，即由5000个链节。C∞=10.3。扩张体积中聚苯乙烯的体积分数为：Φ■■=■=0.0964

④聚氯乙烯无扰链扩张体积计算设含有10000个碳原子的聚氯乙烯链，即由5000个链节。C∞=6.7。扩张体积中聚氯乙烯的体积分数为：Φ■■=■=0.0735

⑤聚甲基丙烯酸甲酯无扰链扩张体积计算设含有10000个碳原子的聚甲基丙烯酸甲酯链，C∞=7.3。扩张体积中聚甲基丙烯酸甲酯的体积分数为：Φ■■=■=0.301

3仿真试验及可视化实现

3.1 高分子热运动仿真模型设计及仿真实现

以PVC链节旋转模型设计为例

高分子的运动单元――链节，做为高分子运动的一个基本的单元。以高聚物链节运动的特点来作为设计（即帧的设计）的主要依据。该仿真实现步骤如下：

3.1.1 根据尺寸制作出聚氯乙烯的分子链结构模型取16个结构单元作为计算机仿真模拟的对象，具体原子尺寸为：根据原子半径比例关系确立制作聚氯乙烯模型的尺寸为：碳：20；氢：10；氯：25；根据计算：10000个碳原子的均方末端距为：■=17.55×10-12cm2

由■=■=■，再根据比例放大取模型的分子链段长度（均方末端距■）■根据聚氯乙烯的分子式■制作其模型图。（图2）

3.1.2 帧设计对象选取选取2个结构单元作为动画设计对象（即链节）。（图3）

3.1.3 关键帧的设计以时间作为帧的设计坐标。根据链节的运动特点，其在绕旋转碳原子旋转时与温度有紧密关系的，在这里只研究他的运动状态和形式，其的运动节奏就不于考虑。这里取每250帧旋转角度90°。

①制定帧的设计范围选取1000帧；②创建关键帧，并输入选定对象的变化值；③选择一个视图，选定对象。在弹出的对话框选取旋转并点击多面的标志，在弹出的输入对话框“旋转变换输入”对话框中输入旋转的角度；④然后调整模型中各个动画元素的位置，点击窗口下方帧设计区的钥匙按钮。这样就创建好了一个关键帧。然后按照同样的方法设计多个关键帧。

3.1.4 生成动画文件的生成制定动画时间的长短。通过“时间配置”菜单修改动画持续时间。

4结论

本次仿真设计并完成了完成：PP侧基转动动画模型设计；PVC侧基转动动画模型设计；Pp侧基转动动画模型设计；PVC链节转动动画模型设计；PVC整链运动动画模型设计；PVC的温度形变曲线中分子链运动动画模型设计；PMMA松弛转变中分子链运动动画模型设计等计11个高分子物理运动三维模型。

研究高分子热运动情况，有助于了解高分子聚合物的各种相态形成、变化的本质，更是有助于掌握各种高分子材料的使用规律。利用计算机仿真技术来仿真实现高分子热运动，是将微观的高分子运动通过计算机手段使其宏观表现出来，将抽象的东西变为感性的，有助于进一步认识和了解高分子运动。

参考文献：

[1]王建军，宋武林等.纳米金属材料计算机模拟研究进展[J].材料导报，2008年3月第22卷：99-11.

[2]高健.纤维成形过程可视化计算机仿真的初步实现[J].计算机仿真，2005年7月第7期第22卷：125-127.

[3]李伯虎.发展中的计算机仿真技术[J].计算机仿真，1985年01期.

[4]王建军，宋武林等.纳米金属材料计算机模拟研究进展[J].材料导报，2008年3月第22卷第3期，99-118.

[5]何平笙，杨海洋，朱平平，瞿保钧.高分子物理实验[M].合肥：中国科学技术大学出版社，2002.194-208.

[6]杨明，张冰，王子才.建模与仿真技术发展趋势分析[J].系统仿真学报，1996.

[7]杨海洋，易院平，朱平平，何平笙.二维高分子链形态的计算机模拟[M].高分子通报，2003年10月.

[8]PG德热纳.高分子物理学中的标度概念[M].吴大诚，刘杰，朱谱新等译.北京：化学工业出版社，2002.

[9]李斌才.高聚物结构与物理性质[M].北京：科学出版社，1989.

[10]P G de Gennes．Scaling Concepts in Polymer Physics[M].Ithaca：Cornell University Press，1979．

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基金项目：陕西省教育厅项目（09JK148）；陕西省软科学项目（2010KRM71）；西安科技大学培育基金项目（2009038）；西安科技大学高教项目（GJY-2009-YB-7）。

高分子物理范文第4篇

一、围绕高分子的链结构,认识高分子的结构与性能

高分子物理具有“教学内容多、抽象概念多、各种性能之间的关系多、数学推导多和所涉及的基础知识多”等特点。许多教材都包括以下内容:化学结构、链结构、凝聚态结构、分子量、构象统计、溶液、橡胶弹性、粘弹性、流变学、转变与松弛、玻璃态、高弹态、粘流态、力学性能、电学性能等,各项内容之间没有联系或只有微弱的联系,基本相互独立。[1-3]学生往往害怕学高分子物理,觉得内容庞杂,没有头绪。因此,提高教学效果和教学质量的关键在于合理组织教学内容,协调好课程各部分内容之间的关系,做到“贯穿主线,系统讲述”。

高分子由于其独特的链状结构,分子运动也显示出特殊性,从而使其诸多性能显著不同于小分子体系。本课程的讲述可以从高分子结构的基本特征出发,以与小分子的比较为主线,阐述高分子的聚集态结构、溶液性质、力学性能(粘弹性)和电学性能等内容。例如,高分子的概念是建立在与小分子进行比较的基础上确立的,可以追溯到上世纪20年代H. Staudinger提出高分子是由长链大分子构成的观点。然而,当时普遍认为高分子是由小分子的不饱和碳氢化合物缔合为胶体颗粒而形成的,于是一场激烈的论战持续了数十年,最后H. Staudinger以自己的实验结果取得了论战的胜利,并最终确立了高分子的概念。[3]

说到高分子的长链结构,在构象统计中,链段概念清楚地表明了高分子和小分子的不同。Flo-ry-Huggins高分子溶液的似晶格模型,Flory的非晶态结构的无规线团模型以及晶态结构的插线板模型,以及高分子粘性流动的de Gennes“蛇形模型”,都明确地提出了高分子的结构特征不是由整个分子链参与决定的,而是由组成高分子链的链段基元决定的。正是高分子的链结构,由于熵最大化的需要,高分子链在自然状态下总是趋向无规线团的形状。在外力作用下,线团形状发生变化,撤除外力后,高分子链会自动恢复到原先的状态。也正是这种熵弹性,高分子的运动才具有不同于小分子的特殊性。橡胶弹性直接来自于熵弹性。粘弹性也来自于熵弹性,由于高分子的长链结构,分子间往往相互缠绕、穿透,从而使高分子物质表现出异于小分子的超乎寻常的高粘度,这就是粘弹性的“粘”的根源。由于巨大的粘度,高分子链的运动往往表现出强烈的时间依赖性,即对外界的刺激的响应很难是瞬时的,会表现出显著的时间延迟,这就是松弛,包括聚合物的力学松弛和介电松弛都是如此。

可见,高分子不同于小分子的特殊性都可以追溯到高分子的长链结构上,高分子物理的大部分内容都已贯穿于这条主线之中。沿着这条主线,学生可以不必死记硬背,就能够很好地理解和掌握高分子物理的大部分知识。

二、分组调研,鼓励学生积极主动参与教学活动

在已完成高分子化学学习的基础上,学生对高分子的合成方法及高分子材料的特点有了一定的认识,但对高分子物理中的微观结构及其对材料性能的影响等几乎没有概念。为使学生尽快适应新的学习内容,掌握必要知识,笔者首先围绕高分子的长链结构这条主线,科学合理地系统安排各教学环节,同时还注重培养学生独立思考问题、分析问题的能力,鼓励学生积极主动参与到教学活动中来。

笔者把比较容易理解的知识列为自学内容,课堂进行提问检查;有些概念易产生混淆,就提前给学生思考题,组织学生进行课堂讨论,通过辩论,加深学生对问题的理解和认识;把还存有争议的一些理论介绍给学生,引导学生分析讨论,让学生在讨论过程中学会接受各种学术观点,培养创新能力,避免被传统观念束缚。

在课程的后半阶段,笔者引导学生分组调研,针对某一种具体的聚合物产品,从化学合成、结构分析、所具有的性能及应用出发,运用高分子物理中所讲述的知识,举办学习论坛,谈谈对高分子结构与性能的认识;参与研讨能促使学生课后复习、查阅相关资料,学生通过实例理解和掌握基本概念和基础知识,也可以从不同聚合物的角度,加深对高分子结构与性能的认识。

三、以科研促进教学,培养学生的创新意识

根据学科发展和课程特点,在不断进行教学改革、完善教学内容的同时,笔者还积极参加科学研究和教学研究工作,通过阅读大量国内外文献资料,跟踪学科发展动向,把握学科前沿课题,及时将国内外学者的最新研究成果和见解在教学过程中适时介绍给学生;引导学生放眼于整个高分子材料学科的研究状况,并将所学知识融会贯通,在国内外各种文献资料和最新科研成果中汲取营养、丰富自己,并积极开展对不同看法的自由辩论,培养学生的创新意识。例如,在讲述高分子的力学性能内容时,笔者专门拿出一些时间来介绍清华大学张希院士的研究成果———高分子单链的力学性能,[4]通过基于原子力显微镜技术的单分子拉伸的力谱的研究,来认识高分子体系中分子内与分子间的相互作用,弥补了现有教材的局限和不足,收到了良好效果。

另外,笔者结合科研工作中发现的问题及研究成果,给学生讲述高分子物理的知识,避免了单纯讲授概念的抽象性和不连贯性,激发了学生浓厚的科研兴趣。例如,讲述影响聚合物的力学性能的因素时,笔者结合“多嵌段环氧丙烷聚氨酯改性环氧树脂”项目的研究成果,[5]探讨了聚合物改性对其力学性能的影响;在介绍高聚物热稳定性的时候,结合已完成的聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸丙二醇酯共聚酯的差热分析数据,[6]清楚地显示了化合物组成对聚合物体系的耐热性的影响。这些实际的科研案例,极大地调动了学生对科研创新的兴趣和学习高分子物理的积极性。笔者还组织学生在二、三年级进入实验室,参加老师的科研课题,开展力所能及的研究活动,进一步激发创造欲望。

高分子物理范文第5篇

关键词： 民族院校 《高分子物理》课程 教学改革

《高分子物理》课程是高分子科学各专业的重要专业基础课程。该课程以物理学、有机化学、物理化学、高分子化学等基础课为基础，又为后继课程聚合物合成工艺、聚合物加工原理等打下理论基础。高分子物理是研究聚合物结构与性能之间关系的一门学科，其主要任务是使学生掌握有关聚合物的多层次结构、分子运动及主要物理、机械性能的基本概念、基本理论和基本研究方法，建立高分子的结构与性能之间关系，为从事高分子设计、改性、加工、应用奠定基础[1]。针对《高分子物理》课程“抽象概念多、数学推导多”的特点[2]和民族院校学生的专业基础较非民族院校学生薄弱的特点，我们有必要在教学过程中不断改善教学方法和考试模式，以期获得良好的教学效果。

一、民族院校《高分子物理》课程的基本情况

针对我校民族学生基础知识薄弱，而《高分子物理》课程“抽象概念多、数学推导多”的特点，我们选定的教材是金日光和华幼卿主编的第三版《高分子物理》[3]，该教材重视基础，精选内容，符合在高分子物理教学中，采用强化重点，适当弱化非核心内容；强化理论概念，适当弱化推导过程的特点。

此课程总学时为80学时，其中实践环节16学时为独立设课。课程以高分子的结构、高分子溶液、聚合物分子量和聚合物的分子运动为重点学习内容，同时了解聚合物的其他性能，如橡胶弹性、粘弹性、流变性等。本教学采用多媒体教学方式，采用课堂提问和讨论等多种形式进行学习，期末通过考试的方式考核学生，采用笔试与平时成绩相结合的方法，平时成绩包括作业和上课情况，笔试成绩与平时成绩分别占70%和30%。在该课程教学中，实施适当弱化理论前沿；强化平时的学习和讨论，适当弱化期末考试等措施，以期获得良好的教学效果。

二、突出重点，强化重点

《高分子物理》课程中有大量的数学推导，涉及的知识较多，学生如果基础较差或者遗忘了这些知识，就会造成学习兴趣低下，上课不专心听讲开小差等现象。如高分子链的构象统计理论、高分子稀溶液的晶格模型理论、稀溶液理论、橡胶弹性的统计理论等内容，如果完全不讲，学生对理论及其中的概念的理解就会很肤浅，经不起推敲，甚至一部分学生根本没有理解，但是如果详细地讲解，则会耗费大量的课时，大多数学生也没有兴趣，因此我们处理此类问题的方式是把关键点及相关数学公式列出，让学生在课上看着书将推导过程讲解一遍，然后重复关键的数学公式及公式的意义，并辅助课后习题的讲解，这样会使学生对需要掌握的重点知识有较深入的了解，并掌握这些公式的运用[4]。

三、注重理论联系实际，加深理解

《高分子物理》相对来说是一门理论性较强的科目，课程内容如果没有语言的衬托，难免会让人觉得有些枯燥。因此在课堂上，我们应尽量多举一些形象的例子，多做一些生动的比喻，用简练的语言归纳总结，在帮助学生理解授课内容的同时，也吸引学生的注意力。如讲解高聚物溶解过程时，采用“线形聚合物，先溶胀，后溶解；结晶聚合物，先熔融，后溶解；交联聚合物，只溶胀，不溶解”进行归纳概括，方便学生联想记忆。学生记住这个口诀后，当回答这个问题时，就可以将其展开进行回答，如线形聚合物的溶解过程就是溶剂分子渗入聚合物内部，即溶剂分子和高分子的某些链段混合，使高分子体积膨胀—溶胀，然后高分子被分散在溶剂中，整个高分子和溶剂混合—溶解。

另外，在课堂上还可以在课件中加入一些直观的图形事例，比如在讲解高分子溶液这一章，开始介绍高分子溶液理论之前，将不同浓度的高分子溶液的产品图片展示出来，说明粘合剂，涂料、油漆，溶液纺丝，增塑和共混等不同的加工过程需要的高分子溶液是不同的，间接地说明了高分子溶液的流变性能在成型工艺中的重要性。

三、实验教学，科研教学

《高分子物理实验》是独立设课，其目的就是要提高高分子物理实验在高分子物理课程中的地位，可以通过高分子物理实验加深对理论概念的理解。下表为《高分子物理实验》项目的设置及学时分配，可通过这些项目的实验，加深学生对高分子物理重点难点的理解，进一步强化教学效果。另外，由于高分子是一门新兴的学科，随着时代的不断进步，高分子物理学的内容也在不断完善。我们在讲解高分子物理的课程中，时刻注意结合自己的科研来讲，用科研的一些经验结果启发学生的思维，加强学生对抽象知识点的理解。并且可以让学生在课余时间加入自己的课题实验中，通过动手动脑使学生对理论知识有更深一层的理解[5-6]。

总之，在整个高分子物理教学过程中，紧紧抓住聚合物结构与性能的相互关系这条主线，突出教学重点，不断完善教学方法和教学内容，通过实验和科研的锻炼，使学生的认知不断得到提高，从而提高《高分子物理》课程的教学质量。

参考文献：

[1]彭桂荣，李青松，李青山等.高分子通报2007，（8），60-63.

[2]翟震，郗向丽，李海梅等.河南教育学院学报（自然科学版），2002，3，15-16.

[3]金日光，华幼卿.《高分子物理》第三版.北京：化学工业出版社，2006.

[4]武照强.科技信息，2007，35，163.

[5]王建其，曹墨源，周宇杰，徐君庭，沈烈.高分子通报，2010，8，97-100.

高分子物理范文第6篇

关键词： 高分子物理 教学团队 选择性教学 学习兴趣

高分子物理是高等理工科院校高分子专业学生重要的基础课程之一，如何进行这门课的教学，有很多方法，比如采用多媒体教学、互动式教学、形象教学等[1]。本文主要从加强学科之间老师的联系和沟通、有效组织教学团队、选择性教学、激发学生兴趣等方面探讨如何上好《高分子物理》这门课程。

1.加强不同学科之间教师的联系和沟通

高分子物理是一门以数学、物理和化学（物理化学、有机化学和结构化学等）等课程为基础的课程。如果这些课程没学好，就很难将高分子物理这门课程学好。纵观目前的基础课程教学，只是为教而教。因此我们应该与这些相关课程的授课教师进行沟通和交流，让他们在教学过程中有的放矢地对相关内容进行重点讲述，在讲述这些课程的时候能够举例说明这些内容在高分子物理课程中的应用。例如：物理化学这门课程其实是在高分子物理课程的重要基础。学生在物理化学课程中学习到的吉布斯自由能、熵变、焓变等内容都要在高分子物理课程中“聚合物溶液”这个章节进行应用与延伸。如果化学系相关老师在向学生传授这些内容时能够提及其在高分子物理中的应用，那么高分子方向的学生对其所学的知识就会更感兴趣。从而更加重视这些基础课的学习，为专业基础课如高分子物理课程的学习打下良好基础。

2.组建教学团队

笔者认为除了教学方法方式的改进外，还应该从整个专业的角度进行教学团队的组织和建设。前苏联著名教育实践家和教育理论家苏霍姆林斯基曾说：“哪个学校里有一位优秀的数学教师，数学就会成为学生最喜爱、最感兴趣的学科，就会在许多学生身上发现杰出的数学才能。”这说明了优秀教师对培养出色学生的重要性。在现如今知识大爆炸的时代，人们的研究内容越来越精细化。就高分子这门科学来说，基本上可以说没有精通高分子各个方向的全才，都是专才，对聚合物加工过程比较熟悉的人，对高分子溶液可能只懂得皮毛。如果只有一个老师讲授这门课程，教学效果就难以令人满意。因此我们提出组建教学团队。高分子物理课程的各个章节都有各自的特点，我们可以针对各个学校自身特点和学院本专业的老师在各个研究领域的特长，分别开展教学。这样可以使课程内容的讲解更深入浅出、更丰富。

组建教学团队的时候，我们应考虑老中青的结合。由于老教师有着丰富的教学经验，因此可充分发挥他们的传帮带的作用。中年教师起到中流砥柱的作用，一方面他们经过多年的教学，具有了丰富的教学经验，另一方面他们精力充沛，思维活跃，对专业方向的发展把握得比较准确。年青教师虽然教学经验少，但他们具有学习能力强，易于接受新思想、新教法等特点，敢于去开拓和探索。他们在这样的教学团队中可以不断地进步，最终发展成为经验丰富、能够独当一面的教师。

3.选择性教学

大学课程的教学并非全覆盖式的教学，除了讲述专业课程的基本知识外，课程内容还可以根据教师自身的特点确定讲解要点。因此，我们应根据各自学校高分子专业的学科特色和科研特色，教师的科研方向，构建自己的高分子物理课程的教学体系。可以编写具有自己专业特色的高分子物理教材或讲义。复旦大学何曼君新版《高分子物理》教材是目前很多高校选用的教材，这本书偏重理论，省略了一些实际的应用。例如这本书省略了熔融指数的讲解，其实这种方法是工业界目前普遍采用高分子熔体的流动性表征方法。这可能与复旦大学高分子科学系研究方向主要偏向理论方面有关。所以这本书并不适合一般的工科院校的学生使用。

各个高校院系高分子专业的老师的研究方向都有侧重点，不可能完全涵盖高分子学科的所有内容。例如，我们学院的老师的研究均不涉及液晶这一领域。所以这章的内容我们基本不作为重点讲述，只是一带而过。其实台湾地区、英国等高等学校的高分子物理课程早已采用选择性教学，他们上课的内容相对简单得多。但是事实证明，他们培养出的人才在科研界和工业界都是非常优秀的，这也充分说明高分子物理课程的内容不在乎是否讲得全而在乎是否讲得精。

4.激发学生兴趣

伟大的科学家爱因斯坦说：“兴趣是最好的老师。”如果使学生对这门课程感兴趣，他们自然就会学好。因此我们要多途径地激发学生学习《高分子物理》课程的兴趣。

首先，把老师的科研成果与高分子物理课程的知识点联系起来。结合科研工作中发现的问题及研究成果，给学生讲述高分子物理的知识，避免了单纯讲授概念的抽象性和不连贯性，激发了学生浓厚的科研兴趣[2]。

其次，教师应进行案例教学或者形象化教学，把日常生活中的生活现象、发生的实事新闻与高分子物理课程的知识点联系起来。例如，时温等效原理是高分子物理教学中很重要的一个原理，它的内容是：同一个力学松弛既可以在温度较高和较短的时间内观察到，又可以在较低的温度和较长的时间内观察到，因此升高温度和延长观察时间，对于高分子运动是等效的，对高聚物的黏弹也是等效的。因此我们在讲授“时温等效原理”这一概念时，可举下面的例子：一件雨衣挂在墙上，夏天我们可以发现它很快变形、老化，而冬天几乎看不出它的变化。这就是由于冬天和夏天的温度差别很大，造成不同雨衣力学松弛的速度不同，如果想观察到雨衣在冬天也有变形、老化现象就需要更长时间。这就是时温等效原理。这样举例讲解时温等效原理，非常直观、形象和易懂。

以上基本上都是从教师的教的方面阐述如何激发学生对高分子物理这门课程的兴趣，如何上好这门课。其实教和学应该统一起来。经常有老师说现在的学生习惯于被动学习。那么如何调动学生的学习积极性，培养学生对高分子物理课程的兴趣呢？我认为应鼓励学生通过参加国家大学创新实验、上海市创新实验、大学生创新计划等方式，使学生参与到高分子领域的研究中，培养其探索未知领域的好奇心，从而培养其对这些课程的兴趣。培养学生查阅文献的能力和自学能力，如有的章节或个别问题，可以布置给他们，让他们课后查资料，上课时讨论。这样往往会收到事半功倍的效果。

参考文献：

[1]姚金水，李梅，张献，乔从德，刘伟良.形象教学法在高分子物理教学中的应用.高分子通报，2010，9：110-113.

高分子物理范文第7篇

关键词：大班授课、小班研讨；教学模式；实践

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）18-0207-02

近几年，大班授课、小班研讨这种创新型课堂教学模式逐渐在我国高校中被采用，四川大学高分子科学与工程学院在本科学生高分子物理课程的教学中尝试采用了大班授课、小班研讨的教学模式。有效地激发了学生的想象力和创造力，调动了学生学习的积极性主动性，加强了教师与学生之间的互动与交流，加深了学生头脑中对课程一些基本原理、问题的理解，有效提高了教学效果。

一、高分子物理课程中引入“大班授课、小班研讨”教学模式的意义

著名的哲学家、数学家阿尔弗雷德·诺斯·怀特海曾经对于大学的意义做过这样一番精彩的论述：“大学是进行教育和从事研究的场所。大学之所以有理由存在，是因为它使老少两代人在富于想象力的学习中，保持了知识与生活热情之间的联系”。如果能为书本上的知识插上想象的翅膀，年轻人就能激发无穷的创造力。这就是我们将“大班授课、小班讨论课”模式引入高分子物理课程的初衷，即在课本知识的基础上，给学生广阔的思考空间，以激发他们无穷的想象力和创造力。大班授课以向学生传授课程的基本概念、基础理论为主，小班讨论以讨论、分析和解决实际问题为主，为学生答疑解惑。大班授课、小班研讨就是将这两种传统的教学模式结合起来的课堂教学方法。在课程教学过程中，具体是老师根据教学大纲的安排进行主体内容、知识与理论的讲授；小班研讨是将大班的学生分成讨论小组，在教师组织与指导下进行的相互讨论。这需要教师事先布置讨论题目和学习任务，要求学生要提前准备，查阅相关资料，然后对这些资料进行归纳、分析和整理。小班讨论时需要学生分工合作、充分表达、善于倾听、学会总结，教师则要抓住适当时机进行点评并加以引导。相比于大班授课小班研讨课的班级小、人数少，所以学生的参与度高，每个学生都能参与，并且必须动脑、动手、开口。小班研讨课改变了单一的通过老师讲授获取知识的方式，知识不再是的单向传递，而是一种多向交互。小班研讨课的内容丰富、形式多样，更能调动学生学习的积极性主动性，学生在讨论前需要做充分的准备，学会收集信息，并做出相应的分析和判断，再综合运用知识发现问题、提出问题、分析问题和解决问题。此外，在讨论过程中需要认真倾听与表达，有利于加深学生对所学知识的理解，更能激发学生的想象力和创造力。“高分子物理”属于高分子材料等专业本科生的专业基础课，课程内容繁多、体系庞杂、知识点多，虽然与高分子材料的实际性能结合得较为紧密，但内容机理相对枯燥，使用形式单一的讲授法，学生理解非常困难，无法达到预期的教学效果，更无法培养学生强烈的好奇心、独特的思维方式和丰富的想象力，因此对于大班授课、小班研讨有着内在的本质性的要求。

二、大班授课、小班研讨的在高分子物理课程中的实施

大班授课沿用了以往传统的讲授法，主要给学生们系统讲授课程的主要内容；小班研讨则形式多种多样，针对一些与课程相关的实际问题展开讨论。在大班授课、小班研讨的实施过程中，小班研讨是这种教学模式的核心，需要实实在在做好讨论前的准备、讨论中的组织和讨论后的评价三个环节的工作。

1.小班讨论课前的充分准备。首先教师在讨论前要精选教学内容，只有那些具备多种选择并与高分子材料实际应用紧密结合的教学内容，才适合选作学生的讨论题目。此外，还要有一个范围相对广一些的研讨主题供学生选择。所以我们在选题上着实下了一番心思，希望既能与高分子物理学科紧密联系又能激发同学们的思考，于是我们在基本科学问题的基础上，设置了一些情景模拟题，以下是其中一个思考题：“你是中国海洋石油总公司（简称中海油）的一名高级工程师，有一天新闻中传来噩耗，你们的渤海湾油田发生非常严重的漏油事故。给渤海湾水域环境造成了非常严重的危害，事件平息后，公司高层决定你们实验室未来两年的研究重点是在完全水环境下超疏水亲油材料的研发，用于对水体中油污的清理。今天你将要向公司高层陈述你所设计的这种超疏水亲油材料。（提示：发泡材料为佳，质量轻，在水中不会因为重力作用而下沉）”。这个思考题的目的是让同学设计一种超疏水亲油材料，结合上去年中海油的漏油事故，让学生对这个题目的现实意义有更深层次的理解。同学们在表现形式上也有更多的选择。然后，将学生进行合理分组，由小组组成讨论大组，大组人数控制在20人左右。将讨论题目布置给学生，并使学生明确教学目标以及自己所要做的事情。学生在讨论课前所要做的准备就是大量收集与题目相关的资料和信息，并对这些材料进行归纳整理，准备进行讨论。

2.小班讨论过程中教师的组织和学生的参与。讨论过程中学生是主体，这就既要求他们积极主动地表达自己的观点，又要求他们能认真仔细地倾听别人的看法。教师则主要负责讨论的组织和引导，把握讨论进展的程度，在恰当的时机给予适当的指导，力求使每一位学生都参与到讨论中来。研讨进行的过程中，要将主题发言、点评和自由讨论相结合。在讨论中我们的具体方法是：先由每个小组选出一人，关于讨论题目进行5分钟的观点陈述或说明；再进入自由提问时间；小组成员（未做陈述者）提出问题，也可指定其他任一小组成员（未做陈述者）回答，也可以抢答（但也必须是小组内未做陈述者），若小组只有一人，则陈述、提问及回答等全部由自己完成；如此循环，直至每个小组成员都回答一次问题，结束；最后每小组选出一名成员，针对刚才的讨论进行总结，时间为2分钟。学生在讨论课环节的成绩占期末成绩的10%，讨论课环节的成绩包括两部分：评委给分加上讨论中发言、提问等表现的加分；任课教师、助教、高年级研究生（友情客串）组成评委组，评委给分由每位评委给分，去掉最高分和最低分后的平均值。讨论的形式可以多种多样，实验证明学生们各方面才能都远远超出我们的预想，各个组的内容都很丰富、形式也很多样化，如：小品、相声、话剧、访谈、歌曲等等。将高分子物理的相关知识通过这些新颖的形式表现出来，这样既能使学生较为准确的掌握，课堂氛围又轻松有趣，又能充分调动他们的积极性和主动性。通过小班研讨课，同学们纷纷表示得到了很多收获。台上的同学表演的精彩纷呈，台下的同学提问也非常的热烈。每个同学都加入到了这次活动中来。最后经过评委现场打分决出了“最佳创意奖”、“最佳全能奖”、“最佳辩手”的奖项，并给获奖的团队颁发了奖品。

3.小班讨论课后的总结与展望。同学们对“小班讨论”课给予了很高的评价，总结之后可以用“新颖、有趣、丰富”三个词来形容。“新颖”是指选题的创新性，援引一位同学的话：“我从未上过如此有趣的课程，原以为高分子物理都是严肃而枯燥的，没想到和生活如此贴近，我们学习更有劲儿了！希望这种形式的课程能够多一些。”“有趣”体现在表现形式的多样性。每个青年人都是一个有待开发的小宇宙，在这次讨论课中，作为老师也有很多收获，我们看到了每个学生身上的潜力，更坚定了我们作为一名教师的使命感和光荣感。小班讨论课同学们呈现的知识用“丰富”来形容一点也不为过。同学们在资料的收集和查找上也花费了一番功夫，调动了网络、纸质图书、四川大学数据库等一切资源。经过讨论课，无论是老师还是学生都觉得获益匪浅。小班讨论课结束后，根据收集的学生的反馈，结果表明我们在“高分子物理”课程的教学中采用的“大班授课、小班研讨”的教学模式达到预期的目的，现有的讨论题目在近几年仍适合在其它班级继续讨论。今后教学中的应进一步加强“小班讨论”，一方面拓宽讨论内容，另一方面在讨论形式上引入辩论等形式。这正是小班讨论式教学法与大班讲授法的区别之处，在成绩的评定时侧重的是学生在讨论过程中的表现，而非讨论的结果；这就要求在评价讨论结果的同时，对学生在整个讨论过程中的态度、思维过程、行为细节等进行相应的记录与评价，所以如何更科学合理地评定小班讨论中学生的成绩是值得今后商榷的问题。

大学是培育人才的最高殿堂，而大学教育的成功并不仅仅由考试成绩的优劣来衡量。跳脱出让学生在课堂上“吃大锅饭”的教学模式而重视每一个学生的个体关怀是助力学生走向成功的重要途径。激发学生的创造力并给与他们更广阔的舞台是这次高分子物理“小班讨论课”的核心价值所在。而我们也在教学改革的道路上成功的迈出了第一步。

参考文献：

[1]张志明，徐天凤，李婷婷.高高分子教学中开设小班研讨课的意义探讨[J].广东化工，2012，40（13）：197-203.

[2]丁英宏.谈大班授课、小班研讨模式在思想和中国特色社会主义理论体系概论教学中的运用[J].辽宁师专学报（社会科学版），2012，83（5）：64-66.

高分子物理范文第8篇

摘 要：该研究针对不同相互作用类型、强度和距离的高分子物理凝胶体系（如：网络尺寸均一与非均一的物理凝胶、聚电解质凝胶和高分子/无机纳米杂化水凝胶、双网络增强水凝胶等），重点发展静态与动态光散射、小角中子散射、固体核磁共振谱、激光共聚焦显微镜和微流变等方法，在不同尺度上研究物理凝胶化过程中分子链与链段由平衡态的各态历经向平衡的非各态历经转变，理解物理凝胶的多层次结构及其动态结构多样性的物理本质，明晰分子链“捕获”和束缚溶剂在物理凝胶形成过程中的作用，分析物理凝胶形成过程中力学响应规律，不同尺度上认识高分子物理凝胶化机理及其结构与性能的调控机制。利用微流控技术制备尺寸精确可调的微凝胶，研究分子链在受限空间下的物理凝胶化机理和动态结构多样性本质，结合在片（On-chip）包埋技术，为制备具有潜在应用前景、具有特殊环境应能力（如：对光、电、磁等的响应）的多功能微凝胶材料提供科学依据。发展动态Monte Carlo、分子动力学、耗散粒子动力学和动态密度泛函等模拟方法，研究高分子物理凝胶及物理微凝胶模型体系的溶胶-凝胶转变过程，认识物理交联网络几何拓扑结构演化与凝胶化的关联和体积相变的物理本质，明晰微凝胶颗粒在体积相变过程中力学性能的变化规律以及体积相变的尺寸依赖性，理解高分子物理凝胶特殊环境响应性的物理本质，拓展高分子物理凝胶化的理论模型。在实验与模拟结果相互佐证的前提下，借助物理凝胶的刺激响应性和可逆性，通过调控高分子物理凝胶多层次结构和相互作用，实现特征松弛时间和特定结构尺寸的控制，为智能高分子凝胶材料的设计和制备提供指导。

关键词：高分子物理凝胶 凝胶化 机理 结构 功能

Abstract：Physical gelation of polymers is considered to be the “capture” of molecular chains in a certain time and space scales， the formation of physical crosslinking between molecular chains， and the transition of molecular chain movements from ergodic to non-ergodic. There exists large difference on the structure size obtained from dynamic rheological and the neutron scattering， which indicates that the physical gel of polymers has the structural multilevel property， this property leads to the completely different behaviors of the gels on different relaxation time or mechanical response. Thus， to understand the physical gelation mechanism and the essence of its dynamic structure diversity are significant to the design of polymer gels. The present project aims at physical gel systems with interactions of different types， strength and distance， the project focuses on the development of different methods to study the transition of molecular chains and segment from ergodic at equilibrium state to non-ergodic at equilibrium state during the physical gelation process at different scales， to understand the multilevel structure of physical gels and the physical essence of its dynamic structure diversity， to clarify the function of the “capture” of molecular chains and bound solvent during the formation of physical gels， and to analyze the mechanical response laws during the formation of physical gels to know the gelation mechanism and ways of adjusting the structure and property of gels at different scales. On the basis of the certifiable results between experiments and simulation， the controlling of characteristic relaxation time and structural size could be realized with the stimuli-responsibility and reversibility of physical gels and by adjusting the multilevel structure of physical gels and interactions， which can provide the guidance to the design and preparation of intelligent polymer gel materials.

Key Words：Polymer physical gel； Gelation； Mechanism； Structure； Function

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高分子物理范文第9篇

关键词： 高分子化学 高分子物理 生物功能材料 教学探索

高分子化学和高分子物理是高分子科学相关专业的专业基础课。在专业课程设计中，一般两门课程独立设置，其中各占有48到72学时不等。我校的生物功能材料专业开设了高分子方面的课程，其中高分子化学与物理是该专业的专业基础课。根据该专业特点，生物功能材料涉及领域较广，从无机陶瓷材料到有机高分子材料都有涉及。该专业学生只需掌握有关高分子化学和高分子物理的基本理论知识和应用技能，因此我们开设了高分子化学与物理课程，所设学时为56学时，开设时间安排在二年级下学期，为三年级开设《高分子材料化学》等课程打下一定基础。该课程内容涉及高分子材料的合成与实施方法，高分子材料的结构、性能、成型加工及其应用，是一门多学科交叉、实用性很强的学科。根据该课程具有涵盖内容广，物理化学和有机化学知识运用较多等特点，这样有限的课时设置就给授课带来了一定困难，导致学生在理解和应用本课程知识方面具有一定难度。另外，我校该专业物理化学课程设置在二年级下学期和三年级上学期，其中物理化学反应动力学部分讲授时间较晚，这也给高分子化学与物理的授课带来了一定困难。那么如何在有限的学时内系统地讲授高分子学科基础知识，是本文需要重点探讨的问题。

1.选择教材，合理安排教学内容

受授课学时的限制，我们选用的教材是化学工业出版社出版的《高分子化学与物理基础》，由魏无际等主编。该教材系统地阐述高分子化学与物理的基本概念、基本知识、基本原理和基本测试方法，教材内容全面，难度适中，比较适合生物功能材料专业的教学要求。针对课时较少的现状，我们对教学内容进行了合理安排。对于高分子化学部分，重点讲解高分子的基础概念、缩聚和逐步聚合、自由基聚合、聚合方法、阴离子聚合等内容，自由基共聚合、阳离子聚合、配位聚合等可较简单讲解，聚合物的化学反应章节主要由学生自学。这样既保证了学生能够掌握高分子化学的基本概念及反应，又没有因为课程过难给学生造成学习困难。对课程中的某些内容，例如聚合动力学的推导，在物理化学中化学动力学部分还没讲解的情况下，我们在教学中不要求学生记住所有推导和公式，仅提出聚合动力学基本知识，引导学生自己进行动力学推导。对于高分子物理部分，我们重点讲解高分子的结构、高分子的分子运动、力学状态及其转变，简单讲解高分子固体的基本力学性质、高分子溶液的基本性质章节，对高分子电学、热学和光学的基本性质章节主要由学生自学。这样课程的安排，重点讲解能够加强学生对高分子学科基本知识的掌握；简单讲解能够扩大学生的知识面、引导有科研需求的学生课下加强该部分内容的掌握；自学部分主要为了深化学生对高分子学科知识的理解。重点讲解、简单讲解与学生自学相结合的教学方法，突出了本课程重点、拓宽了学生知识面，克服了高分子学科教学中内容多、概念多、数学推导多等难于克服的难点。

2.理论联系实际，提高学生学习兴趣

高分子化合物广泛存在于日常生活中，如穿着用的化学纤维、自然界存在的棉、麻、丝绸等，食品行业中的蛋白质、淀粉、纤维素，建筑行业中用的涂料、各种高分子管材、胶黏剂、有机玻璃，行驶工具中应用的橡胶、工程塑料、增强纤维等。高分子科学在人们的日常衣、食、住、行中发挥着极其重要的作用，其是一门应用基础型的学科。高分子化学与物理的教学，单纯的讲解很难引起学生的学习兴趣，教学效果不显著。为提高学生学习兴趣，我们在讲解基本知识的同时，注重理论和实际相结合，列举了大量实例。例如讲解缩聚反应时，对涤纶、尼龙等一些重要的缩聚物的生产原理进行了重点讲解，对聚乳酸生物材料进行了系列概述，包括其生产方法、原理和应用等；自由基共聚合部分，讲到聚丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS树脂）、丁苯橡胶（SBR橡胶）等一些著名共聚物和常见聚烯烃产品及它们的制备原理、主要性能和用途。其中举例聚四氟乙烯（PTFE）用于流量泵、反应釜内衬和搅拌棒外面涂层，聚氯乙烯（PVC）用于各种集成吊顶和各种垃圾袋等。在高分子发展史中，讲授诺贝尔奖成果和获得者的发明典故，例如电高分子的发现、齐格勒-纳塔催化剂的发展，以增强课堂的趣味性；讲述了第二次世界大战期间高分子的发展典故。此外，让学生翻看塑料水杯的材质、衣服标签让学生认识各种标志上一些材质的名称，指出我们的水杯、服装由哪些合成高分子构成，并讨论目前常用的化学纤维名称和聚合原理；通过举例讲解方式，激发学生自主学习兴趣。

3.多媒体与板书教学方法相结合，提高教学质量

高分子化学与物理基础课程知识面广，其涵盖了高分子化学、高分子物理、高分子加工等方面内容。该课程教学信息量大、理论性强，学生理解相对比较困难。因此，我们在教学过程中注意多种教学形式相结合，提高教学质量。课堂主要采用多媒体教学方式，同时辅以板书讲解，取得了不错的教学效果。利用多媒体教学方法既能够将理论的知识直观体现出来，又能够将难于理解的教学内容形象地展示出来，这样可以使学生更容易理解所学内容。例如，在讲解配位聚合时，利用动画演示双金属活性中心机理和单金属活性中心机理中单体分子的插入过程与链增长过程；自由基聚合实施方法中，利用制作动画模拟悬浮聚合和乳液聚合过程中单体的分散过程，高分子物理中拉伸对高分子结晶形态的影响、动态黏弹性模型，等等。通过多媒体的运用，可以使抽象的教学内容具体化，有效提高学生学习的趣味性。多媒体课件也会存在一些缺陷，比如讲课节奏过快，学生难以吸收；教师过于关注幻灯片屏幕，减少了和学生的交流互动，等等。在实际教学过程中，还应注意和板书的有效结合，对重点知识内容采用板书的形式进行讲解，取得了不错的效果。

4.网络教学方法的运用

针对多媒体教学存在讲课节奏过快，学生难以吸收等缺陷和板书教学进度缓慢等特点，对重要章节，我们采取课堂与课下网络教学相配合的方法。网络教学在原来多媒体教学基础上，对教学过程和教学内容提供了全面支持。目前学校构建了一个比较完整的网上教学支撑环境，提供多媒体录播室进行教学视频的录制，最后把课件与录制视频统一上传到网络教学平台。网络教学有许多传统学习方法无可比拟的优点，例如学生学习自主性增强，真正发挥学习的主观能动性，学生学习在时间和空间上少了许多限制，学习的探究性更加深入。另外，网络背景下学生在获取不同的资源时可以进行比较，相互之间取长补短，知识面更广。随着现在网络技术的发展，学生可以在宿舍、教室和学校多媒体教室通过网络对课堂内容进行学习。网络教学方法的运用，大大弥补了课堂多媒体课件存在一些不足，大大提高了教学效率。

5.开展互动式教学，发挥学生的学习主动性

教学是教师和学生的共同行为，学生是课堂的主体，教师是学生学习知识的引导者。目前高校教学方式偏重以教师“教”为主，忽视了学生“学习”的主动性，学生始终处于“被动学习”地位。这样的“被动学习”，导致学生具有学习压力大、心理负担重等特点。针对这一现状，我们采取课堂互动的教学方式，包括师生提问、讨论和学生上讲台相结合的方式进行教学活动，取得了一定效果。比如在下课前教师先提出下一节课的预习内容，提出一些讨论问题，例如在讲述缩聚反应时，提出不同聚合时间获得聚合物分子量是否相同、什么样的单体能够发生缩聚反应、什么样的单体能够获得支化的高分子等问题。让学生通过查阅资料，自己寻找答案，并在下次课堂上让学生进行讨论，然后教师补充。这样既提高了学生的学习思考能力，又增强了学生的学习主动性，提高了学习兴趣。另外，我校为农业院校，虽然学习《高分子化学与物理课程基础》课程的学生是非农业专业，但是部分学生毕业后或许从事涉农相关服务业。考虑到此种情况，我们在授课内容安排上，对目前农业应用的高分子材料和高分子在农业方面的潜在应用进行了讨论，给他们提供了创造性思维。比如在讲自由基聚合章节时，我们就对强吸水树脂的制备现状和发展前景，主要针对其在农业生产中的应用进行了讲述，对高分子薄膜在农业中的应用及带来的“白色污染”与应对措施进行了讨论。通过这样的讨论，我们锻炼了学生分析思考问题的能力，这为学生工作与科学研究的创新思维形成打下了基础，提高了学生的学习积极性和学习兴趣，加深了对本课程的理解。

6.结语

通过对本校生物功能材料专业《高分子化学与物理基础》课程教学中的一些课程设计特点、面临的问题及目前采取的措施进行了总结。《高分子化学与物理基础》虽然是一门专业基础课，但其理论性强、概念抽象难懂，如何让学生在掌握该课程基本理论的同时，调动学生的学习积极性，培养学生的自主学习能力和创新意识，是教学工作中需要不断探索的问题。我们将在总结已有教学经验的基础上，继续对本课程教学方法的改善与创新进行探索，以提高该课程的教学质量。

参考文献：

[1]魏无际，俞强，崔益华.高分子化学与物理基础（第二版）.北京：化学工业出版社，2011.

[2]黄海霞.应用化学专业《高分子化学与物理》课程教学探索.广州化工，2013，41（12）.

[3]徐晓东.非高分子专业《高分子化学与物理》教学中的几点体会.高分子通报，2010（5）.

高分子物理范文第10篇

【关键词】点、面结合；知识点；教学新模式；探讨

0 引言

《高分子物理》是一门新兴的学科，是在长期的生产实践和科学经验的基础上逐渐发展起来的，是高等工科院校高分子材料科学与工程专业的核心主干课程，是研究高分子结构与性能间关系的科学，也是研究聚合物分子运动规律的科学[1]。通过本课程的学习使学生掌握聚合物的多层次结构分子运动及主要物理机械性能的基本概念理论和研究方法。为高分子设计、改性、加工、应用奠定基础，对学生深入掌握专业知识有深远影响。然而《高分子物理》概念多、抽象、结构纷繁且性能多变，被视为高分子专业最难讲授和最难学的专业课程。不少同学认为，高分子物理理论性强、推导多、在课堂教学中缺乏学习兴趣，同学们在学习过程中普遍感到无从下手，力不从心[2]。

针对以上问题对该课程教学方法进行研究，以增强教学效果、调动学生的学习积极性。对现有的教学模式进行改革，采用点、面立体教学模式，让学生充分了解各个知识点，通过引入多种、全面的教学方法，让学生从整体上了解高分子物理的基本概率和理论知识。

1 点、面立体教学模式

以课本上的知识点中心，发散到和这个知识点相关的各个知识面，采用不同教学手段相结合。首先课本上理论讲授知识点，结合当前的科研相关成果，讲解这个知识点的应用，结合计算机模拟技术建立形象的思维，通过实体的图形数据深入的理解知识点，达到能够熟悉掌握并灵活应用的效果。

教学初期让学生对高分子物理这门课程有个总体的认识，大概理解这个课程是做什么用，和我们以前学习的高分子课程有什么不同，在整个高分子专业课程中的地位和重要性。从总体的面上，帮助学生理顺各章节之间的内在联系，明确课程前后内容的逻辑关系，完善高分子物理知识体系框架结构，强化高分子结构内涵，重视高分子运动机制描述，突出高分子性能与结构和运动之间关系的关联[3]。高分子物理学的主要内容包括结构、分子运动及性能，结构包括高分子链结构、聚集态结构；性能包括力学性能、热性能、电学性能、光学性能及表面与界面性能等； 分子运动则包括高分子的三种状态及松弛转变[4]。授课时应将各个知识点的内容详细的讲解、推导，让学生真正从

随着教学过程的深入，学生在基本理解高分子物理的研究内容和特点后，需要让学生深入理解高分子物理中基本术语，高分子物理课程中有许多内涵相近、相关或相互对应的术语。如高分子、大分子，非晶态、无定形态，银纹、裂纹等是内涵相近的术语，构造、构型、构象，高弹性、黏弹性，滞后、力学损耗、损耗因子，蠕变、应力松弛，松弛时间、推迟时间，屈服强度、极限强度、拉伸强度、冲击强度、弯曲强度等是内涵相关的术语，近程结构、远程结构，结晶态、非晶态，动态模量、动态柔量，应变软化、应变硬化，有规立构聚合物、无规立构聚合物，取向、解取向等可视为内涵相对的术语[5]。在高分子物理课程的教学中，对众多基本术语的深入讲解是一个首要和基本的任务。对于这些基本术语是否理解和掌握，意味着对有关基本概念是否理解和掌握，在理解基本概率的基础上，结合当前和这个知识点相关的科研成果，让学生能够真实的感受这个知识点很有用。

在仔细理解各个知识点后，将知识点发散到各个面，结合当前的研究热点或研究进展，全面的介绍和讲授的知识点相关的研究工作。真正做到能够即学即用，达到事半功倍的效果。

2 实例讲授高分子物理非晶态聚合物的玻璃化转变

2.1 课本知识点讲授

玻璃化转变现象是非常复杂的，至今还没有比较完善的理论可以解释实验事实。现有的玻璃化转变理论包括：自由体积理论、热力学理论、动力学理论、模态耦合理论、固体模型理论等。每一种理论只能解决玻璃化转变中部分实验现象，课本中重点讨论自由体积理论。

自由体积理论最初由Fox和Flory提出来的，主要工作是由Turnbull和Cohen完成。自由体积理论认为：液体或固体的体积由两部分组成，一部分是被分子占据的体积，称为已占体积；另一部分是未被占据的体积，称为自由体积。后者以“空穴”的形式分散于整个物质之中，自由体积的存在为分子链通过转动和位移调整构象提供可能性。当高聚物冷却时，自由体积先逐渐减小，到达某一温度时，自由体积达到最低值，维持不变。此时，高聚物进入玻璃态。因而高聚物的玻璃态可视为等自由状态[1]。

在玻璃态下，聚合物温度随温度升高发生的膨胀，只是由于正常的分子膨胀过程造成的，包括分子振动振幅的增加和键长的变化。到玻璃化转变点，分子热运动已具有足够的能量，而且自由体积也开始解冻而参加到整个膨胀的过程中去，因而链段获得了足够的运动能量和必要自由空间，从冻结进入运动。

2.2 玻璃化转变知识点推导演示

理论知识点讲授之后，需要给学生推导理论的由来和公式的演算过程，虽然大部分的推导书本上有，但是有些省略的步骤，可能让学生不能独自的完全推导出来。结合自由体积理论示意图推导，可以将Doolittle方程和WLF方程做个简单的介绍，然后推导得到自聚合物的自由体积分数等于2.5%，直接在黑板上板书整个过程，让学生能够体会到公式是有根据，同时增强学生学习高分子物理学中公式的信心，应该会有很好的效果。

实验中研究玻璃化转变，主要方法是聚合物发生玻璃化变化时，测量发生急剧变化的物理性能，主要有测比容、线膨胀系数、折光率、溶剂在聚合物中的扩散系数、比热容、动力学损耗等随温度的变化，可以重点讲述比较典型的几类，如图1、图2、图3：

通过课本上的部分实验数据，让学生能够直观的理解玻璃化转变温度的客观性，加深对玻璃化转变温度公式的理解。

2.3 玻璃化转变知识点发散到知识面

结合当前玻璃化转变的研究热点，将知识点发散到面，使学生更加全面的理解知识点。近些年来，非晶态聚合物玻璃化转变研究的热点比较多，在给学生讲授的时候，可以选择一个熟悉的研究热点进行讲解。如大分子物质如聚合物、蛋白质分子等受限于纳米孔洞的玻璃化转变，Schonhals[6]发现聚二甲基硅氧烷（PDMS）受限于2.5～20nm孔洞中的链段运动性均较本体强，随着孔径的减小受限体系的温度依赖性由VFT行为转变为Arrhenius行为；Russell[7]等人应小角 X射线散射（SAXS）和中子散射的方法发现，聚苯乙烯链（PS）受限于比其本体状态链尺寸小的氧化铝孔洞中时，由于高分链之间缠结的减少，链整体的运动性增强，粘度降低。DSC实验表明链段运动的分布变宽，但其运动性并没有发生明显变化；Richterli[8]等人应用中子自旋回波的方法研究了聚二甲基硅氧烷受限于 26nmAAO孔洞中的动力学行为，第一次发现了在分子受限于纳米孔洞，在紧邻孔壁表面的强吸附层与孔中心本体层之间存在一个中间相，它的链松弛行为受到固定在孔壁上链的影响（如图4所示）。Kinimicht[9]等人应用NMR的方法研究受限的高分子熔体，发现高分子熔体即使在比其自身尺度大得多的受限空间中，其tube-reptation模型算得的有效管径都小r本体状态，“紧缩效应”（corest effect）的概念被用来解释这一实验现象。

图4 受限于AAO纳米孔洞中高分子链的三层模型

教师在讲课时，可以重点讲解一个受限条件下玻璃态转变研究成果，让学生从目前的科研中感受到学习的知识点很有必要，而且研究的前景十分宽广，激发学生学习的动力和兴趣。

3 思考和探索

高分子物理的总体课时并不多，所以不是所有的章节都需要采用点、面结合的教学方式，需要合理分配教学课时，尽量在有限的教学课时里，让学生充分掌握学习知识的方法，提高兴趣。首先使学生明确学习高分子物理的意义，将术语真正地讲透彻，在教学过程中牢牢地把握住教学主线，注意方式方法，例如从某个知识点强化理论概念，然后立体的发散到和知识点相关的面，并通过运用多种教学方法，形成一个知识的空间网络结构，使学生牢固掌握高分子物理中的知识。结合现有的一些科研热点，调动学生的积极性，使其主动参与到教学活动中来，培养创新意识。我们主要是激发学生学习兴趣，只有这样才能提高运用知识的能力，开拓眼界，启发思维，使认知过程不断充实提高，达到提升教学质量的目的。

4 体会

高分子物理是一门难学难教的课程，作为高分子材料与工程本科专业重要的基础课，对学生后续学习其它专业课有深远的影响。总之，在高分子物理的教学过程中，应突出重要知识点的详细讲解、推导，然后有这个知识点发散到相关的知识面，形成以这个知识点为中心的空间知识网，对学生牢固的掌握知识将会有很大的帮助，提高学生对课程内容的理解，培养和提高学生分析、解决问题的能力。但是在讲授的过程中，由于受到教学课时的限制，需要整体把握，不能对每个知识点面面俱到，需要有筛选的进行该方法的教学。

【参考文献】

[1]何曼君，张红东，陈维孝，等. 高分子物理[M]. 北京：复旦大学出版社， 2007.

[2]张焕芝. 《高分子物理》课程教学改革的探索[J]. 科技信息，2013（17）：177-177.

[3]付文， 王丽. 高分子物理教学改革探讨[J]. 化工高等教育， 2010， 27（5）：69-71.

[4]余若冰， 徐世爱， 张德震. 高分子物理教学几点思考和体会[J]. 化工高等教育， 2014， 31（3）：93-95.

[5]侯维敏， 詹世平. 提高高分子物理课堂教学效果的实践与探索[J]. 长春教育学院学报， 2014， 30（13）.

[6]Dobriyal P. Enhanced mobility of confined polymers[J]. Nature Materials， 2007， 6（12）：961-965.

[7]Krutyeva M， Wischnewski A， Monkenbusch M， et al. Effect of nanoconfinement on polymer dynamics： surface layers and interphases.[J]. Physical Review Letters， 2013， 110（10）：1214-1222.

[8]Schonhals A， Goering H， Schick C， et al. Polymers in nanoconfinement： What can be learned from relaxation and scattering experiments？[J]. Journal of Non-Crystalline Solids， 2005， 351（33-36）：2668-2677.