“高聚物的结构与性能” 课程简介 主讲:朱平平 全面提升课程的教学质量: ?倡导并积极开展教学研究 ?不断引入新思路新概念新资料 ?开发特色实验配合教学 ?主动与同行交流 ?建设精品课程 ?学生普遍受益 1. 倡导并积极开展教学研究 ? “高聚物的结构与性能”(即“高分子物理”)：以高 聚物为对象全部物理内容的课程，内容庞杂，头 绪繁多，概念抽象，公认此课难讲 ?如何把高分子的特点讲透（重点、难点、教学主 线）？ ?与小分子相比有什么本质差别（结构、性能、服 从规律）？ ?要求我们对“高分子物理”课有透彻的理解 ?高分子物理是凝聚态物理中最有可能获得 突破的领域之一 ?特别是近十几年来我国学者在高分子凝聚 态基本物理问题的研究领域取得了显著的 研究成果，提出了一些新的看法、新的概 念 ?研究：高分子学科的定位，教学计划的制 定，教学内容，教学方法，等 教学研究项目 序号 立项时间 项目名称 负责人 类别 1 1998年 高分子科学与教学体系研究 何平笙 省级 2 2004年 “互动式教学模式”在高分子物理 课程教学中的应用及完善 朱平平 校级 3 2002年 本科、硕士、博士连续培养 高分子学科高级人才 何平笙 校级 4 2002年 高分子学科在大学本科阶段的定位 和课程设计 何平笙 校级 5 2001年 化学基础教学新体系研究 —关于高分子科学知识的教学 朱平平 校级 6 2000年 高分子物理简明教程 多媒体教材编写 何平笙 校级 7 1998年 高分子物理课程 教学内容、教学方法和教材编写 何平笙 校级 获奖的教学研究成果 成果名称 获奖时间等级 主要完成人 全面提升高分子物理 重点课程的教学质量 2005年国家级教学成果二等奖 2005年安徽省教学成果一等奖 2004年校级教学成果一等奖 何平笙，朱平平， 杨海洋 高分子溶液粘度测定的实 验 改进及粘度法对高分子间 相 互作用的分析和表征 2003年中国分析测试协会 科学技术三等奖 杨海洋，李 浩， 朱平平，等 高分子科学教学研究和人 才培养 2002年校级教学成果二等奖 何平笙，杨海洋， 朱平平 高分子物理课程教学内 容、教学方法和教材编写 2000年校级教学成果一等奖 何平笙 高分子物理专业课程教学 1989年安徽省教学成果二等奖 何平笙，马德柱 公开发表28篇教学研究论文 ? 教学方法介绍 （ 3篇） ? 新概念新思路（ 8篇） ? 重点难点释疑（ 10篇） ? 特色实验介绍（ 3篇） ? 实验改进（ 4篇） 教学方法介绍（ 3篇）： 1. He Pingsheng, Teaching study on polymer science and engineering. International Journal of Engineering Education: Theory and Practice, 2002,11(7):33～ 36 2. 何平笙，朱平平，杨海洋．在 “高聚物的结构与性能 ”课程中讲透 高聚物的特点．高分子通报， 2001， (5): 74～ 79 3. 何平笙．如何培养我国高分子物理专门人才 . 高分子通报， 2000， (3): 89～ 94 新概念新思路（ 8篇）： 1. 何平笙，杨海洋，朱平平．聚合物粘弹性力学模型的电学类 比 ．化学通报， 2004， 67(6):w53 2. 朱平平，何平笙，杨海洋．高分子中的整体与局部 . 化学通报， 2003， 66(2):w47 3. 朱平平，杨海洋，何平笙．从麦克斯韦速度分布函数直接推导高 分子链末端距分布函数 ．高分子通报， 2004， (6): 91~93 4. 朱平平，杨海洋，何平笙．在 “高聚物的结构与性能 ”课程中应该 引入的几个新概念 ．高分子通报， 2003， (3): 80～ 82 5. 何平笙，杨海洋，朱平平． 橡胶高弹性大形变的唯象理论 ．化学 通报， 2006， 69(1): 70~73 6. 何平笙，朱平平，杨海洋．对聚合物玻璃化转变的几点新认识 . 化学通报， 2005，印刷中 7. 何平笙．面向二十一世纪的高分子材料科学与工程教学改革之浅 见 ．教育和现代化 , 1995,(4):18～ 20 8. 何平笙．关于《高聚物的结构与性能》课的教学主线 ．高分子通 报， 1997,(2):122～ 124 1. HE Ping-sheng, YANG Hai-yang, ZHU Ping-ping. What are the characters of polymers, comparing with low molecular weight compounds? International Journal of Engineering Education.: Theory and Practice, 2003, 12(8):66～ 69 2. 何平笙，朱平平，杨海洋．谈谈聚合物的结晶形态问题 ．化学通报， 2003， 66(3):210～ 212 3. 朱平平，杨海洋，何平笙．高分子的 θ溶液 ．化学通报， 2003， 66(2):138～ 141 4. 何平笙，杨海洋，朱平平．从 Maxwell串联模型定义的松弛时间 τ 来理解聚合 物粘弹性的本质 ．化学通报， 2004， 67(9):705~706,640 5. 朱平平，杨海洋，何平笙．如何理解混合溶剂的良、劣性 ．高分子通报， 2004， (5): 93~98 6. 朱平平，杨海洋，何平笙．值得商榷的聚合物分子量分布宽度指数表达式 ． 高 分子通报， 2003， (6): 80～ 82 7. 朱平平，杨海洋，何平笙．高分子间相互作用的特点及意义 ．高分子通报， 2002， (5): 73～ 78 8. 何平笙． WLF方程 ——链段运动的特殊温度依赖关系 ．高分子通报， 2002， (2): 75～ 78 9. 何平笙．关于 “高分子物理 ”教材中几个常用术语的看法 ．高分子通报， 1997,(1):59～ 60 10. 朱平平，杨海洋，何平笙．从高分子运动的温度依赖关系看高分子运动特 点 ．高分子通报， 2005， (5): 147～ 150 重点难点释疑（ 10篇） ： 特色实验介绍（ 3篇）： 1. 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 ．高分子通报， 2003， (5): 76～ 80 2. 何平笙，李春娥．高分子物理实验课初探 ．高分子通报， 2000， (2): 94～ 96 3. 何平笙，杨小震． “分子的性质 ”软件用于高分子科学教学实验 ． 高分子通报， 2000， (1): 86～ 89 实验改进（ 4篇）： 1. Yang Haiyang, Li Hao, Zhu Pingping, et al. A novel method for determining the viscosity of polymer solution. Polymer Testing, 2004, 23(8):897 2. 杨海洋，严宇亮，朱平平，朱清仁，何平笙．粘度法研究高分子 溶液行为的实验改进（Ⅲ） ．化学通报， 2004， 67(10): w87 3. 杨海洋，李浩，朱平平，朱清仁，范成高．粘度法研究高分子溶 液行为的实验改进 (Ⅱ ) ．化学通报， 2002， 65(9):631～ 634 4. 杨海洋，朱平平，任峰，李国锋，吴澎．粘度法研究高分子溶液 行为的实验改进 ．化学通报， 1999， 62(5):47～ 494. 1999~2004年教学研究论文统计情况 化学通报 “化学教学 ”、 “实验技术 ”栏目 我们的论文 高分子通报 “教学 ” 栏目 我们的论文 ?几乎有关高分子的教学研究论文都引用了我们发表的论 文 ?我们发表的论文是学生学习的扩充性资料 ?学生还认为：参考文献中有我们老师发表的论文，感到 特别的亲切。 获奖的教学研究论文 论文名称 获奖时间等级 作者 粘度法研究高分子溶液行为的实验 改进 (Ⅱ ) （化学通报， 2002， 65(9):631） 第三届中国化学会 “化 学通报 ”优秀论文奖 (2000-2003年 ) 杨海洋，李 浩， 朱平平，朱清仁， 范成高 在《高聚物的结构与性能》课程中 应该引入的几个新概念 （高分子通报， 2003， (3): 80） 第七次校级优秀教学 研究论文 朱平平，杨海洋， 何平笙 聚合物粘弹性力学模型的电学类比 （化学通报， 2004， 67(6):w53） 第七次校级优秀教学 研究论文 何平笙，杨海洋， 朱平平 在 “高聚物的结构与性能 ”课程中讲 透高聚物的特点 （高分子通报， 2001， (5): 74） 第六次校级优秀教学 研究论文二等奖 何平笙，朱平平， 杨海洋 MP软件用于高分子科学教学实验 （高分子通报， 2000， (1): 86） 第五次校级优秀教学 研究论文一等奖 何平笙，杨小震 建设教材 教材名称 作者 出版社和出版时间 应用情况 公认的有代表性的高分子物 理教材 《高聚物的结构 与性能》 马德柱 何平笙 徐种德 周漪琴 科学出版社 1981年第一版 1995年第二版 中科院多个研究所考研指导 用书 被教育部遴选为 2004～ 2005 年度 “研究生教学用书 ” 《高聚物的力学 性能》 何平笙 中国科学技术大学 出版社 1997年 2000年校级优秀教材一等奖 其中的部分特色实验被多所 高校采用 《高分子物理实 验》 何平笙 杨海洋 朱平平 瞿保钧 中国科学技术大学 出版社 2002年 2004年校级优秀教材一等奖 《硕士研究生入 学考试化学类科 目考试纲要》 张祖德 朱平平 等 中国科学技术大学 出版社 2001年第一版 2002年第二版 中国科学院 ——中国科学技 术大学研究生入学考试指导 用书 获奖教材 教材名称 获奖时间等级 主要完成人 《高分子物理实验》 2004年校优秀教材一等奖 何平笙，杨海洋， 朱平平，瞿保钧 《高聚物的力学性能》 2000年校优秀教材一等奖 何平笙 注：《高聚物的力学性能》被教育部遴选为 2004～ 2005年度 “研 究生教学用书 ”， 拟在高等教育出版社重新出版。 2. 不断引入新思路新概念新资料 ?结构与性能关系三层次 ?选用教学实验四原则 ?教学内容五主线 ?其他新观点 … 结构与性能关系三层次： 化学结构 材料性能 分子运动 凝聚态结构 制品性能 产品设计 电子态结构 材料功能 凝聚态物理 选用教学实验四原则： 1. 教学实验应该充分揭示聚合物和小分子化合物在结构 与性能上的显著差别 （溶胀平衡，膨胀计法测 Tg，银纹，开发的计算机实 验，等） 2. 教学实验应以自己动手搭配装置为原则 （形变 -温度曲线仪，银纹测定仪，树脂固化仪） 3. 教学实验应及时反映高分子物理的研究成果 （树脂固化仪，稀溶液粘度法的一系列改进） 4. 把计算机技术引入到实验教学中去，达到了实体分子 模型不可能达到的效果 （目前已有 5个高分子物理的计算机实验，开创了实验 教学的新模式，在国内多所高校得到应用。） 教学内容五主线： 1 4 2 3 5 新概念 极稀溶液和动态接触浓度 链内凝聚和链间凝聚 单链凝聚态和多链凝聚态 凝聚缠结和拓扑缠结 高聚物的亚稳态 新型液晶 超分子液晶 等 新资料 1——壁虎胶带 ? 壁虎胶带（聚酰亚胺微突起薄膜） ——利用全范德华力作用原理微制造 而成的仿生干型高分子粘合材料 ? 1cm 2 : ～ 3N(300g) 蜘蛛人玩具 （高1 5cm，重 40g，覆盖0.5cm 2 壁虎胶带） ? Autumn K.,et al, Nature,2000,405:681-685 ? Autumn K.,et al, Proc.Natl.Acad.Sci.,USA, 2002, 99: 12252-12256 a b a. 壁虎脚单根刚毛 b. 每根刚毛末端的细分叉 聚酰亚胺 (PI)微突起的电镜照片 单个微突起 : ～ 200nN PI胶带 : 1cm 2 ～ 3N(300g)， 200cm 2 ～ 600N(60Kg) 干型粘合，反复使用 新资料 2——球晶 球晶是聚合物最典型的结晶形态之一（由晶核开 始，片晶辐射状生长而成的球状多晶聚集体）： Schemantic diamantic of spherulite Micrograpy of spherulites in iso-PS 球晶在一定的生长时期内呈现球形外观： 聚乙烯球晶的电子扫描电镜照片。右图是局部放大的照片。 PLM 当两球晶相遇时,生长的片晶逐渐 相交并相互终止,形成一个明显的 界面。 AFM phase images of ( a ) two growing spherulites； ( b ) two approaching spherulites. 特色实验名称 主要内容 涉及的知识点 构建聚乙烯、全同立构聚丙烯 分子，并计算它们的末端距 在屏幕上合成指定结构 的高分子长链 构型、末端距 用“分子模拟”软件计算聚丙 烯酸甲酯的构象能量 任意改变参数直接计算 构象能 受阻内旋转 二维高分子链形态的计算机模 拟 形象显示高分子链的形 态 构象、自回避行 走模型 高分子链均方末端距、均方半径 与聚合度之间的标度关系的计算 验证诺贝尔奖获得者 De Gennes的工作 自回避行走链的 特征 受限空间大分子链的穿越过程 模拟 展示大分子链如何在熵 驱动下穿越受限管道 构象熵 高聚物的银纹 “藕断丝连”现象的再现 银纹的特点 动态扭振法测定热固性树脂的 固化曲线（自制固化仪） 用力学量的变化来研究 化学反应 强迫振动非共振 法 3. 开发特色实验配合教学 构建聚乙烯、全同立构聚丙烯 分子，并计算它们的末端距 受限空间大分子链的穿越 过程模拟 应用情况 ? 部分特色实验辐射到国内多所高校，包括复旦大学、北 京化工大学、山东大学在内的多所高校采用了我们的部 分特色实验； ? 在期刊上公开发表有关实验详细内容，被多次引用； ? 在我校组织召开的全国高分子物理示范课和实验课研讨 班上让代表亲手做实验； ? 无代价地为其它高校提供电脑程序原代码； ? 《高分子物理实验》教材被国内多所高校（复旦大学、 安徽大学、合肥工业大学等）选作实验教学参考书。 4. 主动与同行交流 2004年5月组织召开全国高分子物理的教学研讨会： ?交流教学研究心得，共同探讨提高高分子物理 教学水平的途径 ?主要由我校老师作示范讲课 ?介绍我校开设的特色实验 ?让代表亲手做特色实验 ?起到了很好的示范作用 ?国内十多所高校老师参加 何平笙教授在上示范课 教学研讨会主要内容： 内容 类别 何平笙（中国科大） 教学是需要研究的 ——谈谈高分子物理的教学研究 主题报告 何平笙（中国科大） 橡胶高弹性力学 示范课 朱平平（中国科大） 高分子的 θ 溶液 示范课 杨海洋（中国科大） 高聚物粘弹性力学模型的探讨 示范课 吴丝竹 （北京化工大学） 多媒体和网络在高分子物理教学 中的应用 报告 石勤伟（中国科大） 高分子物理学中的标度概念 示范课 会议邀请报告、主题报告、示范课一览表 ? 会议 内容 报告人 时间地点 高分子物理暑期国际高级研 讨班 邀请报告 何平笙 1999年7月，上海 全国大学本科《高分子物 理》课程骨干教师培训班 示范课 何平笙 2002年9月，上海 全国高分子学术年会 高分子教学分会邀请报告 何平笙 2003年10月，杭州 安徽建工学院本科生 高分子物理专题报告 何平笙 2003年4月，合肥 安徽理工大学本科生 高分子物理专题报告 何平笙 2004年6月，淮南 全国高分子学术年会 高分子教学分会邀请报告 朱平平 2005年10月，北京 主题报告 何平笙 2004年5月，合肥 示范课 何平笙 2004年5月，合肥 示范课 朱平平 2004年5月，合肥 示范课 杨海洋 2004年5月，合肥 全国高分子物理教学示范课 和实验课研讨班 http://202.38.70.145/0-03/ 5 建设精品课程 在线问答 课程通知 教学研究 在线课堂 学生论文 特色实验 相关资料 试卷&答案 实证材料 九 个 板 块 用户注册及认证系统 在线问答系统 公告栏 论文和课件管理系统 检索系统 上传机制 动态网站维护 依据自己的教学思路、教学研究成果构建，特色鲜明 在线问答 : （需注册） 在线问答 : 教学研究 : 教学研究论文管理 : 教学研究论文 : 在线课堂： 谢谢！ 在线课堂－专题 学生论文： 围绕高分子物理的基本概念，自由选题，独立撰写。 论文放在网络教学平台“学生论文”板块中，便于学生间相互交流。 相关资料： ?申报表 ?课程介绍 ?教学大纲 ?参考资料 ?学习方法 ?教师队伍 ?教学视频 教材 参考书（ 40本） 教学研究论文（ 28篇） 2005年国家级精品课程申报情况 高校 推荐申报 申报成功 全国 （ 429所高校） 940门 299门 科大 5门 1门 科大国家级精品课程一览表 年度 课程名称 单位 2003 数学实验 理学院 2003 并行计算 信息学院 2003 大学物理实验 理学院 2004 线性代数 理学院 2004 微积分 理学院 2004 生理学 生命学院 2005 高聚物的结构与性能 化学院 进入课程网络教学平台： 1. http://202.38.70.145/0-03/ 2. 科大主页－精品课程－省级精品课程－ 2005年度 3. 科大主页－精品课程－国家级精品课程－ 2005年度 注：注册确认码 联系方式： 1. http://202.38.70.145/0-03/:在线问答 2. zhupp@ustc.edu.cn 3. 电话： 3607549(o), 5159108(h) 谢谢！