“高分子链的构象”教学设计与实践.docVIP

“高分子链的构象”教学设计与实践 　　摘要：“高分子链的构象”是高分子物理的重要知识点，是正确理解高分子链形态的基础。“高分子链的构象”教学设计以构象为中心，将“链段”、高分子链的柔顺性、构象统计以及等效自由连接链有机结合，建立直观的高分子链的形态“图像”，为后续高分子物理的学习奠定基础。实践证明，“高分子链的构象”教学设计提高高分子物理考试成绩。 　　关键词：高分子物理；构象；构象统计；柔顺性；教学设计 　　中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章?号：1674-9324（2017）14-0200-02 　　一、“高分子链的构象”在高分子物理中的地位 　　高分子链的构象是指由于C―C单键内旋转而产生的高分子链在空间的不同形态[1]。深刻理解高分子链的构象才能正确描绘高分子链的形态和大小，从而对高分子链的结构有具体而直观的感受，为全面掌握高分子结构这一具有多层次性的复杂结构奠定基础。作为《高分子物理》课程的重要知识点，高分子链的构象在一般教材中却介绍的不多[1-5]。一方面，“构象”的概念在《有机化学》中作为重要知识点讲解，不宜占用较大篇幅重复介绍；另一方面，大部分教材从高分子链的构象与小分子构象区别进行讲解，但教学效果仅局限于理解高分子链的构象，无法体现“高分子链的构象”这一知识点在高分子链远程结构中承上启下的重要作用。 　　在多年的教学实践过程中，愈发感受到“高分子链的构象”知识点的重要性。只有使学生真正理解高分子链的构象，并进一步在脑中形成具体的高分子形态的“图像”[6]，进而深刻理解高分子链的柔顺性，为柔顺性的影响因素、高分子链的构象统计以及柔顺性表征等重要理论奠定基础。因此，通过对构象（conformation）的讲解，使学生掌握高分子链的模型，并进行构象统计计算，最终阐明“链段”和等效自由连接链这两个重、难点内容，使学生具有高分子链形态的直观感受。通过上述教学设计，将“高分子链的构象”这一知识点与相关重要知识点和基础理论有机结合，扩充“高分子链的构象”的教学内容，树立其在高分子链结构中的重要地位。教学效果证明，按照上述教学设计进行的教学实践，取得了一定的教学效果。 　　二、“高分子链的构象”教学设计 　　（一）导入 　　1.以乙烷为例，复习小分子构象的相关知识；2.提出问题：①高分子链的真实状态是什么样的？②高分子构象与小分子的构象的区别与联系。 　　（二）讲授 　　1.采用对比教学法，提出自由连接链、自由旋转链和受阻旋转链三个高分子链结构模型，重点讲解理论模型与现实情况的差别。 　　2.以自由旋转链为例，说明第i个键的决定的第i+1个C原子的位置与第一个键的位置无关。此时，高分子链的构象数无穷多，所以高分子链的形态是无规线团。 　　3.以受阻旋转链为例，采用对比教学法，说明现实情况的高分子链的构象。与自由旋转链相比，实际的高分子链构象数相当多，且存在不同的概率，所以高分子链的形态是“瞬息万变”的无规线团。 　　4.采用启发教学法，通过上述两个模型的分析，启发学生思考，从而引出“链段”的定义。 　　5.“瞬息万变”的无规线团需要用均方末端距衡量其尺寸。采用图表教学法，使学生掌握自由连接链和自由旋转链计算均方末端距的方法。记住■=nl■和■=nl■（■）。 　　6.受阻链的构象存在稳定与不稳定之分，呈稳定构象的概率大。其均方末端距需由内旋转位能函数确定，即■=nl■■?■。（推导部分自学）。 　　7.根据链段的定义，以化学键为统计单位研究高分子链，需要考虑键角；而以链段为统计单位，则不需要考虑键角。这样就可用链段长度Z和链段数b，替代键长l和键的数目n，采用自由连接链的形式表示实际的高分子链尺寸，即等效自由连接链。采用联想教学法，重点讲解等效自由连接链的本质（以链段为统计单位）和应用（通过自由连接链的均方末端距公式计算ne和le）。 　　（三）总结 　　1.围绕高分子链的构象，总结相关概念和理论之间的关系。图1将与“高分子链的构象”有关的知识点和相关理论进行了整合。按照图1对本知识点进行总结，使学生直观、全面地掌握“高分子链的构象”教学过程和重、难点，便于学生厘清内旋转、构象、链段、均方末端距、等效自由连接链、链段长度等重要知识点的关系，利于学生记忆和掌握。 　　2.回答导入部分提出的二个问题。（1）高分子链的真实状态是什么样的？答：高分子主链虽然很长，但通常并不是伸直的，它可以蜷曲起来，使分子采取多种形态，这些形态可以随条件和环境的变化而变化。用一句话描述高分子链的形态就是“瞬息万变”的无规线团。（2）高分子构象与小分子的构象的区别与联系。答：高分子构象是很多小分子的构象的叠加。高分子构象数相当多，要复杂得多。因此，高分子链具有独特的“柔顺性”。 　　3.与构型（co