《高分子物理》课程介绍与教学大纲

《高分子物理》课程简介课程编号：03034006课程名称：高分子物理/PolymerPhysics学分:5学时：80适用专业：高分子材料与工程专业建议修读学期：5开课单位：高分子材料与工程系先修课程：有机化学、物理化学考核方式与成绩评定标准：本课程采用百分制考核，总评成绩由过程性评价和期终考试两部分组成。过程性评价成绩占定量考核成绩的30%，过程考核采用过程考核采用作业、章节测验、课堂提问/在线练习、章节小结、考勤、实验相结合的方式，其中实验成绩占定量考核成绩的10%；期终成绩考核采用闭卷考试方式，期终考试成绩占定量考核成绩的70%。具体要求见本课程考核细则。教材及主要参考书目：1、高分子物理,何曼君等编,复旦大学出版社,2006年10月。高分子专业实验讲义,安徽工业大学高分子系编,2006年3月。高分子物理实验,何平笙,杨海洋,朱平平,瞿保均编,中国科学技术大学出版社,2002年3月。现代高分子物理学（上、下）,殷敬华等主编,科学出版社,2001年3月。5、高分子物理,杨玉良,胡汉杰主编,化学工业出版社,2001年10月。内容概述：高分子物理是联系合成与加工的纽带，是桥梁，是从产品性能角度出发反馈如何选择材料与合成方法的理论指导，起着十分重要的作用。该课程主要包括高分子结构（高分子链结构、聚集态结构）、高分子性能（力学、电学、热学等）以及从分子运动角度理解高分子结构与性能之间的关系等方面的高分子科学原理。Polymerphysicsisthelinkbetweensynthesisandprocessing.Itisabridgeandtheoreticalguidetohowtoselectmaterialsandsynthesismethodsfromtheviewofproductperformance.Thiscoursemainlyincludesthepolymerstructure(polymerchainstructureandaggregationstructure),polymerproperties(mechanical,electricalandthermal,etal.)andrelationshipbetweenpolymerstructureandpropertiesfromtheperspectiveofthemolecularmotion.

《高分子物理》教学大纲课程编号：03034006课程名称：高分子物理/PolymerPhysics学分:5学时：80适用专业：高分子材料与工程专业建议修读学期：5开课单位：高分子材料与工程系先修课程：有机化学、物理化学一、课程性质、目的与任务高分子物理是高分子材料与工程专业的一门主要的专业基础课程。本课程的任务是通过课堂教学、课堂讨论、习题以及实验使学生了解、熟悉与掌握高分子结构（高分子链结构、聚集态结构）、高分子性能（力学、电学、热学等），以及从分子运动角度理解高分子结构与性能之间的关系等方面的高分子科学原理。通过该课程的学习，旨在培养学生利用上述高分子物理方面的科学原理，对高分子材料领域复杂工程问题进行识别、表达以及分析、解决的能力；通过引入课程思政内容，辅助落实专业立德树人根本任务。本课程支撑的高分子材料与工程专业毕业要求指标点及相应的课程目标如表1所示。表1毕业要求指标点与《高分子物理》课程目标支撑矩阵支撑的毕业要求指标点支撑权重课程目标指标点1.2能够针对高分子材料合成、加工等过程建立相应的数学模型，并合理求解。0.25课程目标1:能掌握涉及高分子结构和性能方面的重要数学方程、模型，并能进行解答。指标点2.3能够根据相关专业知识认识到解决高分子材料生产中复杂工程问题有多种方案可供选择，并能通过查阅文献探索出合理的解决方案。0.4课程目标2：能掌握高分子结构、溶液方面的知识，并能运用于高分子材料生产中相应复杂工程问题的分析和解决。课程目标3：能掌握高分子性能方面的知识，并能运用于高分子材料生产中相应复杂工程问题的分析和解决。指标点2.4能运用相关专业知识的基本原理和文献研究，分析高分子材料生产过程中的影响因素，并获得解决复杂工程问题的有效的结论。0.3课程目标2：能掌握高分子结构、溶液方面的知识，并能运用于高分子材料生产中相应复杂工程问题的分析和解决。课程目标3：能掌握高分子性能方面的知识，并能运用于高分子材料生产中相应复杂工程问题的分析和解决。指标点4.2能够综合应用高分子材料及相关领域的基本科学原理，针对高分子材料合成、加工改性中的复杂工程问题，选择研究路线，设计合理的研究方案。0.25课程目标4：从分子运动角度能够理解高分子结构与性能之间的关系，并综合应用于复杂工程问题的识别、表达、分析和解决。二、课程目标与课程内容的支撑关系及达成途径《高分子物理》各课程目标对应的知识模块、达成途径如表2所示。表2《高分子物理》课程目标达成矩阵课程目标能力观测点知识载体达成途径与要求课程目标11-1能够进行涉及高分子平均分子量及其分布的计算；1-2能够针对重要高分子链的均方末端距进行数学建模并计算。1-3能够运用高分子溶液、熔体理论的数学模型进行计算。1-4能够针对高分子的聚集态相关数学方程进行计算。1-5能够针对聚合物力学性能进行相应数学建模并进行合理解答。高分子平均分子量及其分布的计算；重要高分子链的均方末端距建模与计算；高分子溶液、熔体理论的数学模型与相关计算；高分子的结晶、取向等方面的计算；聚合物力学性能数学方程与计算。课堂讲授：重点突出、思路清晰、注重师生互动交流（提问），及时掌握学生学习情况，关注每个学生的学习；习题及讲解：通过复习练习相关机理推导，计算，培养数学建模、方程与计算能力。章节小结：由学生自行完成章节小结，加强学生自学能力提高。课程目标22-1能够掌握高分子的构造、构型、构象等知识，并可在解决涉及高分子链结构的复杂工程问题时加以应用。2-2能够掌握高分子非晶、结晶、取向、液晶、织态等知识，并可用于解决涉及高分子聚集态结构以及复合的复杂工程问题。2-3能够掌握高分子溶液、熔体方面知识，并可在解决加工问题时合理运用。高分子的构造、构型、构象等链结构；高分子非晶、结晶、取向、液晶等聚集态结构以及织态；高分子溶液、熔体理论。课堂讲授：师生互动交流（提问）；联系《有机化学》、《物理化学》等先修课程内容教学；习题及讲解：通过自做习题及讲解掌握高分子结构与溶液、熔体知识。案例教学：引入工业案例，加强学生对链结构与聚集态结构知识的掌握和运用。章节小结：由学生完成章节小结，加强学生自学能力提高。课程目标33-1能够掌握高分子材料拉伸、屈服、压缩、普弹性、高弹性等知识，并可在解决涉及高分子力学性能的复杂工程问题时加以应用。3-2能够掌握高分子材料静电、介电、渗透等性质，可在解决涉及高分子电学等相应性能的复杂工程问题时合理应用。高分子材料拉伸、屈服、强度、压缩、普弹性、高弹性、粘弹性等力学性能；高分子材料静电、介电等电学性质与光学、渗透等其它性能。课堂讲授：师生互动交流（提问），及时掌握学生学习情况，关注每个学生的学习；注重与高分子材料实际使用的联系，加深学生对相关知识的理解，强化知识运用能力培养；课堂练习：通过复习练习相关聚合物的设计，掌握聚合物设计，制备的原理和方法。章节小结：由学生完成章节小结，加强学生自学能力提高。课程目标44-1能够从分子运动（小尺寸单元运动、链段运动、整链运动）角度理解结构和性能关系。；4-2能够理论联系实际，综合运用分子运动相关知识。分子运动（小尺寸单元运动、链段运动、整链运动）；理论联系实际，综合运用分子运动相关知识。课堂讲授：师生互动交流（提问），及时掌握学生学习情况，关注每个学生学习。案例教学：引入工业案例，结合具体的工业化过程如增塑、高分子的化学改性，分析归纳调控玻璃化转变温度的方法，分子运动与结构的关系及其对高分子材料性能的影响，整链运动与流动、加工的关系。章节小结：由学生完成章节小结。三、教学内容、基本要求及学时分配本课程总学时数为80学时；课程教学共有9章，具体内容及学时安排等如下表所示：课程内容教学要求重点（☆）难点（Δ）学时安排实验学时上机学时对应的课程目标1234第一章概论103第一节高分子科学发展简史B√第二节从小分子到大分子B√第三节高分子分子量与分子量分布A☆√第四节分子量与分子量分布的测定方法A☆Δ√第五节高分子物质的类型C√第六节聚合物的玻璃化转变A☆Δ√实验一、稀溶液粘度法测定聚合物的分子量3√第二章高分子的链结构83第一节高分子链的构造A√第二节高分子链的构型A☆√第三节高分子链的构象A☆Δ√实验二、用分子模拟软件构建高分子并计算分子末端直线距离3√√第三章高分子的溶液性质103第一节高聚物的溶解与溶剂的选择A☆Δ√第二节Flory-Huggins高分子溶液理论A☆Δ√√第三节高分子的“理想溶液”-θ状态A☆Δ√√第四节Flory稀溶液理论A☆Δ√√第五节高分子溶液的相平衡与相分离AΔ√第六节高分子的亚浓溶液B√第七节高分子冻胶与凝胶A☆√√第八节聚电解质溶液B√实验三、高分子材料的鉴定3√第四章高分子的多组分体系2第一节高分子共混物的相容性AΔ√第二节多组分高分子的界面性质A√第三节高分子嵌段共聚物熔体与溶液CΔ√第五章聚合物的非晶态63第一节非晶态高分子的结构模型B√第二节非晶态高分子力学状态与热转变A☆Δ√√第三节非晶态高分子的玻璃化转变A☆Δ√√第四节非晶态高分子的粘性流动A√√第五节高分子的取向态A☆√√√实验四、差热分析法测定聚合物的转变温度3√第六章聚合物的结晶态86第一节常见结晶性聚合物中晶体的晶胞BΔ√第二节结晶性聚合物球晶与单晶A☆√第三节高分子的晶态结构模型B√第四节聚合物的结晶过程A☆√第五节结晶聚合物的熔融与熔点A☆√第六节结晶度对高聚物物理机械性能的影响A√√√第七节聚合物的液晶态结构A☆Δ√实验五、偏光显微镜法观察聚合物球晶3√实验六、密度法测定聚合物的的结晶度3√第七章聚合物的屈服与断裂43第一节聚合物的拉伸行为A☆Δ√√第二节聚合物的屈服行为A☆Δ√√第三节聚合物的断裂理论与理论强度B√√√第四节影响聚合物实际强度因素A√√第八章聚合物的高弹性与粘弹性66第一节高弹性的热力学分析AΔ√√第二节高弹性的分子理论A☆Δ√第四节聚合物的力学松弛A☆Δ√√第五节粘弹性的力学模型A☆√√第六节时温等效原理A☆Δ√√√第七节力学松弛转变与分子机理B√实验七、聚合物熔体流动速率的测定3√实验八、溶涨平衡法测定交联聚合物的交联度3√√第九章聚合物的其它性质2√√第一节电学性质BΔ√√第二节光学性质C√√第三节透气性C√√第四节表面与界面性质C√√（教学基本要求：A-熟练掌握；B-掌握；C-了解）各章节能力培养要求：第一章：归纳高分子物理课程的目的，在高分子专业中地位以及与毕业要求的支撑关系；认识聚合物平均分子量及其分布的意义，能够建立不同聚合物平均分子量及其分布分布的数学模型、方程，并能求解。第二章：能从构造、构型和构象归纳高分子链结构内容，建立链结构与高分子性质的内在联系；能从几何、数学统计角度，归纳重要代表性高分子链的均方末端距计算方法，培养数学建模能力。第三章：利用高分子溶解过程特点、遵循的相关原理，寻找合适的高分子溶剂；归纳重要代表性高分子溶液理论（稀溶液、浓溶液等）的数学建模方法，提升解决复杂工程问题数学分析能力；利用特殊高分子溶液（亚浓溶液、聚电解质溶液等）的知识，解决相应复杂工程问题的能力。第四章：归纳体系中多组分相容性的重要性，提升通过界面改性实现多组分间相容的识别能力，为高分子材料生产过程中相关工程问题的解决奠定基础。第五章：从高分子非晶结构模型理解非晶态中高分子的聚集，能阐述三种非晶态高分子力学状态与热性能的关系、本质原因；掌握高分子的取向态知识，能够理顺取向对高分子性能的影响，并运用于解决实际工程问题。第六章：掌握聚合物晶态知识（晶体种类及其形成条件、晶态结构模型、结晶过程、结晶聚合物的熔融与熔点）和液晶态结构知识，能从高分子结晶、液晶等方面阐述聚集态结构，建立上述结构与高分子性质的内在联系，培养解决复杂工程问题的能力；归纳结晶度的数学计算方法，培养数学分析能力。第七章：掌握聚合物的屈服与断裂、拉伸行为、屈服行为、理论强度与实际强度，能建立上述高分子力学性质与其结构、外部环境的内在联系，并能用于研究解决涉及到力学性能复杂工程问题。第八章：能从热力学、分子角度分析橡胶态高分子高弹性形变过程，归纳这类材料的应力-应变关系；能从把高分子粘弹性特性归纳成相关科学原理（时温等效原理等）、抽象成数学模型，用于解决实际力学问题；能分子角度理