СТРУКТУРА ПРОГРАМИ НАВЧАЛЬНОГО КУРСУ

Фізики полімерів

1. Опис предмета навчального курсу

Предмет: «Фізика полімерів»

Галузь знань, напрям підготовки, спеціальність, освітньо-кваліфікаційний рівень	Характеристика навчального курсу
Галузь знань (шифр, назва): 0402 «Фізико-математичні науки» Напрям підготовки: 7.04020301 8.04020301 «Фізика» Спеціальність: фізик, викладач фізики, вчитель фізики та інформатики (математики, хімії, астрономії, природознавства) Освтньо-кваліфікаційний рівень: спеціаліст, магістр	Кількість кредитів, відповідних ЕСТS: 9 Загальна кількість годин: 324 Тип курсу: спеціальний Рік підготовки: 5 Семестр: 9,10 Лекції: 100 годин Практичні: 20 годин Лабораторні: 20 годин Самостійна робота: 184 години Індивідуальна робота: 32 години Модулів: 2 Змістовних модулів: 8 Вид контролю: 9 семестр – іспит, контрольна робота, колоквіум; 10 семестр – іспит, контрольна робота, колоквіум.

2. Пояснювальна записка.

В наш час наука переживає період бурхливого розвитку, в процесі якого зазнають значних змін її поняття і теорії. Такі процеси зумовлюють перехід науки від надмірної спеціалізації до узагальнення, осмислення того, що всі види фізичних, хімічних та інших взаємодій є проявами обмеженої кількості законів. З цієї точки зору особливо важливими є систематичні дослідження, в яких різного роду ефекти розглядаються в світлі структури системи, ієрархії її підсистем і т.д. Сучасна технологія виробництва повинна використовувати ту інформацію, що міститься на різних рівнях ієрархії молекулярних систем. Матеріали і речовини повинні використовуватись у відповідності з тією структурою і конфігураційною інформацією, яка в них міститься і проявляється через хімічні реакції їх активних функціональних груп, різного роду фізико-хімічних взаємодій їх активних центрів. Будь-які інші підходи ведуть до величезних затрат енергії і палива.

Для здійснення такого підходу необхідний розвиток творчої уяви, який допоможе оцінити, охопити думкою всю незвичайність процесів, які суперечать старим поняттям. Єдиним шляхом розв’язання цього питання є формування в студентів дослідницьких навиків, виявлення та виховання інтересу до наукових знань, проведення експериментальних робіт. Важливим аспектом такої роботи є поєднання всіх раніше набутих знань з природничого циклу наук, що вивчаються.

Розвиток науки про полімери, нові напрямки теоретичного і експериментального вивчення синтетичних макромолекулярних систем та біополімерів, розширення застосування таких матеріалів вимагає нових підходів до вивчення їх властивостей студентами.

Видатні вчені, які працювали та працюють у галузі науки про полімери, зокрема, С.Я. Френкель, Н.А. Плате, М.Д. Франк-Каменецький, Ю.С. Ліпатов, Є.В. Лебедєв, П. Флорі, І.М. Ліфшіц, Г.М. Бартєнєв, Де Женн П. та інші в своїх науково-популярних, філософських роботах, виступах на Міжнародних конференціях з високомолекулярних сполук зазначали важливість формування знань про полімерні матеріали в студентів та включення в навчальні програми природничих дисциплін, що вивчаються в вузах, інформації про високомолекулярні системи.

Професор Еліас Г.–Г., один із провідних представників німецько-швейцарської школи фізичної хімії полімерів, у своїй книзі «Mega Molecules» (Springer-Verlag, Berlin-Heidelberg, 1987) писав: «Мені було б дуже приємно, якби я зміг переконати політиків і діячів освіти звертати більше уваги на цю дисципліну, так як макромолекули служать необхідною основою нашого матеріального життя: їжі, одежі, будівництва, транспорту і здоров’я».

Однією із основних складових науки про полімери є фізика полімерів. У книзі «Фізика полімерів» С.Я. Френкель і Г.М. Бартенєв визначили цю галузь знань, як фізику реальних систем і тіл, що складаються з макромолекул чи включають останні (розчини, композиції). Фізика полімерів базується на результатах досліджень термодинаміки, кінетики, статистичної фізики, теплофізики, електродинаміки, оптики, квантової, ядерної фізики, фізики нанорозмірних обʼєктів. Знання цієї науки розповсюджуються на всі сфери діяльності людини.

Зміст курсу присвячений розкриттю питань будови високомолекулярних сполук, їх механічним, тепловим, електричним і магнітним властивостям, а також застосування в різних галузях народного господарства. Особливе місце відводиться питанням, пов’язаним з перспективою використання полімерів в техніці, народному господарстві, медицині, а також створенню нових високомолекулярних сполук та методам їх дослідження.

Згідно запропонованої програми вивчається питання вкладу українських вчених в розвиток науки про макромолекулярні системи. Крім викладу теоретичного матеріалу з фізики полімерів, передбачається проведення занять з розв’язку задач. На таких практичних заняттях розглядаються і розв’язуються теоретичні, розрахункові, якісні задачі. Такі задачі, за змістом та формою, відрізняються від традиційних текстових задач і потребують творчих методів і підходів до розв’язування нетипових завдань. Такий підхід сприяє розвитку фізичного мислення в цілому та оволодіння студентами науковими, усвідомленими та глибокими знаннями.

Для розв’язку задач з фізики полімерів виникає потреба у використанні та створені моделей макромолекулярних систем. У процесі розв’язку таких задач, студент сам визначає проблемні питання, формулює їх, а потім отримує результат. При такому підході, коли викладач під час розв’язування навчальних задач, не усуває всі труднощі на шляху розумової діяльності студента, найкраще формуються його інтелектуальні здібності.

Розв’язування якісних, теоретичних, розрахункових задач дозволяє не тільки розкривати основні поняття фізики полімерів, але й встановлювати важливі взаємозв’язки і функціональні залежності між ними та способи їх вираження. Такий підхід дозволяє формувати в студентів досвід «бачення» фізичних залежностей у конкретних умовах та визначати межі їх застосування.

У процесі розв’язування експериментальних та технологічних (технічних) задач зазначеного курсу з’являється можливість ознайомлення студентів із різними технічними пристроями і технологічними процесами. Особливого значення такий підхід набуває тоді, коли в умову задачі вводяться дані, що характеризують місцеве виробництво чи науково-дослідну діяльність вищих навчальних закладів регіону. Такий підхід дозволяє реалізувати потенціал політехнічної освіти і професійної орієнтації студентів.

Значне використання полімерних матеріалів у техніці і побуті сприяє формуванню в студентів умінь розв’язку експериментальних задач та прищеплення інтересу до реалізації завдань, які вимагають проведення експерименту, вимірювань або спостережень. У доповненні до занять розв’язку тестових задач, семінарських занять, лекційних, лабораторних робіт експериментальні прийоми отримання результатів по дослідженню властивостей полімерних матеріалів збагачують їх власний досвід у вивченні фізичних явищ, розвивають спостережливість, допитливість і конструкторські здібності.

При розв’язувані творчих задач на дослідження властивостей і моделювання фізичних процесів у полімерах використовуються асоціативні методи пошуку, що ґрунтуються на використанні в творчому процесі систематичних властивостей понять шляхом використання аналогів їх вторинних змістовних відтінків. Головними джерелами для генерування нових підходів та ідей, щодо опису структури і властивостей полімерних матеріалів є асоціації, метафори і випадково вибрані поняття.

Слід зазначити, що більшість задач, які пропонуються для розвʼязку складені на основі теоретичних і експериментальних досліджень властивостей полімерних систем проведених в фізичних лабораторіях РДГУ.

Програмою цього факультативного курсу передбачено виконання лабораторних робіт фізичного практикуму. Підбір тематики цих робіт здійснювався на основі підходу «завершеності» експериментальних досліджень фізичних властивостей полімерів. Виконання лабораторних робіт дозволяє студентам самостійно сформувати полімерні зразки в режимі температура-тиск, для експериментальних досліджень механічних, теплофізичних, електромагнітних властивостей. Такі експериментальні дослідження полімерних систем дають можливість самостійно отримати інформацію про їх властивості. Знання основних характеристик макромолекулярних систем спонукає студентів до пошуку модельних уявлень, які дозволяють теоретично визначати їх.

Використання фізичного і хімічного експерименту при вивченні полімерів, дозволить краще зрозуміти їх будову, властивості і застосування. Більшість лабораторних робіт носить дослідницький характер і дозволяє в комплексі вивчати властивості полімерних систем.

Комплект обладнання необхідний для проведення лабораторних робіт, може бути виготовлений самостійно студентами, або зібраний із стандартного обладнання. Дослідження з даних спецкурсів можна проводити в наукових лабораторіях вузів.

Результати розв’язку задач і експериментальних досліджень студентів можуть використовувати при написанні науково-дослідних робіт,курсових,дипломних,магістерських.

При проходженні даного курсу необхідно враховувати характер місцевого виробництва, пов’язаного з виробництвом, або виготовленням полімерних матеріалів.

Вивчаючи цей спецкурс студенти мають можливість, як майбутні вчителі фізики розв’язувати методичні проблеми, зокрема реалізовувати міжпредметні зв’язки при проведенні уроків фізики; застосовувати вивчений матеріал при проведенні інтегрованих уроків фізики, хімії, біології; використовувати засвоєнні теоретичні і практичні знання, уміння і навички при проведенні факультативних курсів з фізики та хімії в загальноосвітніх школах і школах нового типу ( гімназіях, ліцеях, колегіумах ), а також в позакласній роботі з фізики.

При викладанні цього спецкурсу здійснюється реалізація міжпредметних зв’язків з курсом загальної фізики, теоретичної фізики, шкільним курсом фізики, машинознавства, органічної і неорганічної хімії, біології.

В процесі викладання і вивчення дисципліни «Фізика полімерів» студенти повинні знати:

- предмет і завдання фізики полімерів;

- структурні особливості макромолекул та їх геометричні і енергетичні характеристики;

-моделі макромолекул та їх конфігураційні, конфірмаційні характеристики;

- особливості структуроутворень аморфних, кристалічних, кристало-аморфних, рідкокристалічних, розчинів полімерів;

-моделі структуроутворень конденсованих високомолекулярних сполук;

-умови існування агрегатних і фазових станів полімерів, фазових переходів в макромолекулярних системах;

-основні релаксаційні стани і релаксаційні переходи в полімерах та їх теоретичний опис;

-експериментальні методи вивчення структури полімерів;

-особливості процесів адсорбції та адгезії макромолекул;

-процеси структуроутворення в наповнених полімерах;

-основні теплофізичні, механічні характеристики гетерогенних полімерних систем, їх температурні залежності;

-поведінку полімерів в електричних та магнітних полях, їх основні електромагнітні параметри;

-вплив радіоактивних випромінювань на структуру та властивості полімерів, їх систем;

-особливості організації структуроутворень в полімерних нанокомпозитах та їх властивості;

-історичні аспекти розвитку науки про полімери та вклад українських вчених в дослідження фізико-хімічних властивостей макромолекулярних сполук;

-області застосування полімерів в життєдіяльності людини;

вміти:

-моделювати структурні елементи макромолекул, використовуючи потенціали взаємодії, для опису їх поведінки в енергетичних полях;

-на основі моделей макромолекул проводити оцінку мікропараметрів структурних елементів ( атомних груп, мономерних ланок, сегментів, сегменту Куна та інших);

-проводити розрахунки частотного спектру структурних елементів макромолекул;

-модельно описувати процеси структуроутворення в полімерах і визначати параметри кластерної моделі аморфного стану;

-визначати характеристики перехідних та межових шарів в полімерних композиціях;

-описувати релаксаційні переходи в полімерних системах та визначати їх основні параметри;

-аналізувати температурні залежності механічних, теплофізичних, електромагнітних,оптичних властивостей макромолекулярних систем;

-розраховувати фізичні характеристики високомолекулярних систем на основі моделей і порівнювати ці значення з експериментальними;

-формувати зразки полімерних систем вТ-р, р-Т режимах;

-експериментально досліджувати фізичні властивості високомолекулярних сполук та математично описувати ці результати, моделювати їх.

Вивчення цього курсу здійснюється на засадах кредитно-трансферної системи навчання, важливим елементом якого є модульно-рейтинговий контроль знань і вмінь студентів.

Засвоєння модуля розпочинається оглядово-настановними лекціями; наступний етап лабораторні та практичні заняття, індивідуальна самостійна навчальна робота, консультації; все це у своїй сукупності складає зміст модуля.

Студент може достроково виконати і скласти «звіт» з матеріалу, що входить до того чи іншого модуля за домовленістю з викладачем. Звіт студента за змістом конкретного модуля вважається прийнятим, якщо під час перевірки виконаних завдань (звіти з лабораторних та самостійних робіт, ІНДЗ, модульна контрольна робота) та співбесіди з викладачем він продемонструє розуміння головних ідей модуля і послідовно, аргументовано викладе їх письмово;

Для студентів, які засвоїли матеріал і своєчасно відзвітувалися за змістом модуля до закінчення, іспит з цього предмету відміняється і вони отримують оцінку «автоматично», якщо згідні з нею.

У разі, коли студент не зміг з тих чи інших причин вчасно скласти звіт за змістом модуля, він має змогу зробити це за домовленістю з викладачем під час консультації.

Виконання навчальних завдань оцінюється певною кількістю рейтингових балів, облік яких ведуть як викладач, так і сам студент. Остаточна оцінка успішності вивчення предмету визначається сумуванням рейтингових балів, які були отримані студентом за виконання всіх видів робіт, враховуючи і додаткові, які включають, в основному, індивідуальні та творчі роботи студентів.

Контроль результатів навчання здійснюється шляхом письмової перевірки. Засвоєння дисципліни оцінюється автоматично на «відмінно», якщо студент набрав > 90% рейтингових балів від загальної кількості, «добре» - > 75%, «задовільно» - > 60%. Студент, який набрав від 35 до 60% рейтингових балів (від загальної кількості), складає іспит згідно розкладу, визначеного деканатом, а студент, який набрав < 35% рейтингових балів, проходить повний курс або відраховується з вищого навчального закладу.