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高分子专业的同学怎么学流变学

连续介质力学是流变学的基础。而必要的线性代数和向量函数微积分又是连续介质力学 的数学基础。流变学专注于非线性粘弹性本构关系的研究,是连续介质力学的一个小分支。然而,由于流变学跟高分子科学和工业联系十分紧密,因此高分子学科的学生往往有学习流变学的强烈需求。由于历史的缘故,高分子专业往往是开设在一所大学的化学与化学工程、材料科学与工程等学院,学生普遍不具备学习连续介质力学的数学基础。高分子专业背景的学生,要成为一名流变学领域的研究者需要依次跨跃数学、力学和流变学三道槛。

在化学和材料类专业本科的一般课程设置中,学生从《工程力学》、《材料力学》、《化工原理》等课程中接触过的思想,其实都属于连续介质力学。

例如,《工程力学》或《材料力学》一开始就声明了学科的基本假设包括:连续性假设、均匀性假设、各向同性假设和小形变假设。其中的连续性假设,就是连续介质力学的一般性假设。均匀性、各向同性假设使我们可以考虑一个不随位置和方向变化的标量值模量。小形变假设使得课程覆盖的问题均假设虎克弹性。但是,这两门课主要关注的对象是刚体或虎克固体的静力学,既物体处于静止且形变恒定状态下的应力和应变与载荷的关系,因此可进一步利用力系简化原则和平衡条件解题,使得这些题目只需运用标量的代数公式或含简单积分的公式就可以解决。因此,《工程力学》和《材料力学》的知识无法解决更一般的形变问题。其实《工程力学》和《材料力学》概念上还包括运动学和动力学内容,研究的是刚体或虎克固体的运动与形变与载荷的关系,机械能转化效率与机械波的传递等问题,常明显地称作《工程动力学》和《材料动力学》。由于这两门课常常直接基于分析力学和连续介质力学的基础讲述,于是少见于化学和材料类专业的课程中。

又例如,《化工原理》中关于传质部分的内容也声明了流体力学的基本假设:连续性假设和不可压缩假设。事实上,在这一课程中,还默认了流体的均匀性假设和各向同性假设(反过来看,《工程力学》和《材料力学》课程中其实允许了可压缩性,因此介绍了柏松比参数)。流体力学也分为静力学和动力学(称为“流体静力学”和“流体动力学”),二者在《化工原理》课程中都有涉及。这门课关心的对象是理想流体与牛顿流体,原则上既考虑低雷诺数的问题(层流假设)也考虑高雷诺数问题(层流假设失效)。在介绍流体动力学部分时,明确介绍了“质量守恒”和连续性方程,并以直观的方式引入了动量守恒因素,最终推出纳维–斯托克斯方程(Navier–Stokes equation)。这些都是连续介质力学针对牛顿流体的应用。然而,由于《化工原理》的研究目标仅为解决传质传热问题,加上数学基础设置上的限制,《化工原理》课程中的应用例题一般仅限于层流(线性化的纳维–斯托克斯方程)、一维、定态流问题,甚至可以越过纳维–斯托克斯方程的明显引入,直接采用微积分思想列出微分方程解题;往往只关心压差和总流量的关系问题(例如Hagen–Poisseuille方程),避免细化到流速分布场等涉及场函数微积分定理的数学知识的题目,以保持全书篇幅在合理的范围内。

上述两门课中的共同假设就是连续性假设,实际上就是连续介质力学的应用。一般地,连续介质力学在牛顿力学定律的基础上仅需增加这一条假设。但是上述这两门课分别只关心虎克固体和牛顿流体。而流变学关心的非牛顿流动和塑性流动,则属于粘弹性流体或粘塑性流体。这些力学或流动行为,高分子专业的同学在《高分子物理》中也接触过一些基本概念和基本现象,但仅限于应力应变关系,书中没有进一步介绍用于预测和解决实际问题的连续介质力学理论框架。同时对于这些特殊流动现象本身,又往往急于直接从分子层面定性解释,却又略去了基本的统计力学推导。实际上,大部分高分子专业本科的《高分子物理》课程只是一种定性程度的科普。

流变学研究的对象往往被称为复杂流体或软物质(包括但不仅限于高分子)。这类体系的统计力学研究属于(软)凝聚态物理的内容。一般而言,凝聚态物理的研究对像是大量遵循量子力学或经典力学的微观粒子形成的离散的整体(因此并不假定连续性)。这些微观粒子除了满足量子力学或经典力学的假设之外,还需要承认统计力学的公理,包括等概率假设、系综平均的假设和各态遍历假设等等,才能预测系统的整体宏观性质。为了解决复杂的多体相互作用问题,不同体系的统计力学模型还常常引入很多重要的近似思想,如等效介质、平均场、重整化群等,大量运用了近代数学和理论物理的思想和手段,事实上难以完全地嵌入到化学与材料学科的本科教学体系中。

近代软凝聚态物理的发展提供了大量复杂流体体系的微观模型,大大丰富了流变学的应用范畴,因此这些与流变学相关的统计力学模型也常被纳入流变学的教材当中。很多流变学教材都包括了特定体系的统计力学模型的介绍,例如聚合物流变学的内容常常包括从链状分子的动力学出发的流变学模型介绍。流变学需要的连续介质力学和数学基础则常常只在开头花一章左右的篇幅进行很简要的介绍,并在后续章节中少用或不用。至于统计力学模型涉及的更广阔的平衡态统计力学基础,在一个流变学教材的有限篇幅限制内就更无法一一陈列了。专门的《连续介质力学》、《平衡态统计力学》课本又都自成体系,相关的内容常常超出软凝聚态物理和流变学一般关注的范畴(例如连续介质力学中针对晶态固体弹性的的对称性问题、平衡态统计力学常常注重量子统计、电磁场响应等)。这些专门的课程本是物理学专业的学生的必修或选修课程,不能指望大部分化学或材料类专业的学生都去学习。因此,今天的高分子研究面临的尴尬是,高分子专业培养的本科乃至研究生的数理基础无法满足高分子学科前沿研究的需要。高分子专业的价值越来越局限于为已有的高分子工业输出职业人才。事实上,今天写在在高分子物理教科书中的统计物理理论成果,当初都是物理学家做出来的;当时的大学还鲜有专门的高分子专业,高分子问题属于物理学的前沿问题。无奈的是当高分子发展到自己成为独立本科专业的今天,反而发现除高分子专业自己培养的人才之外,已少有理论物理背景的人士加入到高分子物理的研究中来了。这也许是恰恰是因为“高分子学科有自己的本科专业”已成为所有人的印象,其他学科的人鲜有“越殂代疱”者。因此,高分子物理前沿研究的人才,今后一段时间仍需靠高分子专业自己的培养方案来解决。面向高分子背景乃至材料学背景的教科书不仅不应该回避必要的数学和物理基础去作简化,而且还要不照搬面向物理学背景的教材惯例,而重新为化类学生专门去撰写。

给考研同学的一些建议

考研成绩出来了,很多同学要找导师。我发现很多学生到这时候,都没什么职业规划,更没怎么跟家里详细聊过这个问题。

1. 了解家庭的财务状况和规划

大部分父母,无论贫穷或富有,对孩子都不会吝啬,但又会或多或少地教育孩子节俭,并以身作则。大部分孩子也看见父母要辛苦工作才能维持家庭,日常工资收入也都多少有所了解。但是他们在未成年时期往往不知道的是家里在长期储蓄、投资和负债、自用不动产上的计划安排,而这些才是一个家庭经济后盾。年轻人在独立进入社会时全面了解家庭财务情况是十分必要的,尤其是那些感觉自己家庭经济比较困难的年轻人。如果你真想做个负责任的家庭成员,就要了解清楚家里到底有多困难。一味的想着不花家里钱,并非是最负责任的做法。你的个人发展是家里最重要的投资。你限制了自己的可能性,其实也是限制了家庭的未来。今时今日,年轻人甫在社会立足就完全独立是不可能的,继续依赖家庭经济后盾多年几乎是必然的。了解家里为你准备了多少钱,比一味徒劳地去避免花家里钱,要更加务实。

家庭的财务状部大致包括年收入、长期的储蓄情况、投资与负债情况,自用不动产等等。如果你有一些理财知识,还可以作一些更专业的估算。我不是专家了。在这里推荐两个链接,仅作为一种提示:网上和书店里有更多的资料——

了解家庭经济情况的重点是:今后几年的负债(房贷、车贷等)以及预期的大笔支出(例如买车、买房、婚育等),家人针对这些开支作了何种准备?你在这其中的预期角色是什么?

甚至,作为子女在准备闯荡社会之前,必须了解父母的晚年计划。他们是否能在单位正式退休?准备何时退休?预期退休金是多少?买了有哪些社保、医保、商业保限?特别是重疾险和人寿险?沉重的话题,也需要有所触及,毕竟这是为人子女首次初入社会学习独立的时刻。父母也不希望孩子在冲刺拼搏的时候有何顾虑。

2. 相关行业的产业状况

你所就读的专业,很可能不只对应于一个行业。一个行业本身的产业状况是很庞大丰富的信息。很多同学到求职的那一刻都对此一无所知。在此当中企业宣讲会多多少少承担了这方面的宣传。亲朋好友也会传达一些个人见闻。但这些信息是远远不足的。特别是理工科专业对应的就业岗位范围往往是普通人难以接触、少有了解的。等到择业时再了解肯定是太迟的。这是做职业规划时候的必备信息。

在这里,你需要的是一些产业经济学常识。至少你眼中不要只看到公司和待遇,而是看到一条条有着上中下游的产业链。你投身一个行业,不管如何跳槽,只要保持在这个行业打拼,只会增加行业经验。而如果你跳槽是不断转行,那不管薪水是否翻倍,你在行业上的资历是原地踏步,也浪费了宝贵的年轻时光。从长远的生存角度,你也不能只考虑报酬,而要考虑你能提供的价值,特别是供你晋升的长期价值,而这只能是你不断积累的行业经验。甚至你自己也要考虑奋斗一生之后的理想退休方式。

对产业状况的了解,也是你在行业内不断找到适合自己位置所依赖的大地图。传统产业形成完整和相对固定的产业链,新兴热门产业也会与传统产业的某部分相交叉。除了产业链本身,一个行业的发展离不开政府和第三方服务机构,包括相关的政府监管部门、行业媒体、协会、标准局、专利事务机构、第三方检测机构等等,因此这些也是你就业或跳槽又继续保持在行业之内的选项。

你同时要了解的是在行业中处于不同位置、不同角色的单位同岗位设置,尤其是对应于你预期学历的岗位。具体了解这些岗位的工作形态,例如待遇、加班和出差情况、业务难度、晋升路线和天花板等。最终形成一套有助于你作出合理的个人学历和专业进修规划并理性择业的详细信息基础。

在这里补充的是,高学历的就业面并不能简单地用“窄”来形容。它只是对应着一个少有人了解的特殊范围。学历高了,很多岗位的选择没有了,但同时也有很多岗位进入了可选择范围。所以一切都不能流于泛泛而谈、简单印象,而要具体、定量。

对于高分子专业,我有一个题为《高分子专业之路》的讲座,介绍了高分子专业相关的产业常识。在这个PPT里我同时列出了相关的专业课。这些产业信息,既决定了你要学的专业课到底将来用在哪些场合;又告诉你将来的就业范围之广。当然,待遇在随着企业在行业内的具体位置和角色、你所在的岗位、你的年资等因素,都能有很大的差别,更不用说跟别的行业比较了。要记住任何比较都只会有有限的、具体的可比性。泛泛比较是最不可取的。

3. 了解在学术圈发展的信息

对于理工科专业,不管你最终是留在学术圈还是工业界,都不能不了解学术圈或工业界的发展。很多工业界的人对学术界有很幼稚和片面的看法,这限制了他的眼界;反之亦然。

要谈论在学术圈的发展,就道先要对所谓“学术”有基本正确的认识。具体而言就是对什么是科学研究、什么是技术开发有正确的认识。科学研究和技术研发各自的成功运营模式是怎样的?相关的实施场所是什么?你想做科学研究还是技术研发?那么你就应该选择正确运营的场所。而这未必都是高校,更可能不是大多数企业。

和上一条关于产业状况的考虑类似,学术圈也有相应的建制和组织结构,提供不同的职业形态。同样地,这包括待遇、加班和出差情况、业务难度、晋升路线和天花板等方面。在行业中,这些信息纷繁芜杂,但在学术界中这些信息倒是相同而普遍的。都说待遇一班,没有上下班概念、经常出差、业务难、晋升难有各种天花板等等。具体信息是很容易查到的。

学术界发展道路绵长,大器晚成。而且不管是科学研究还是技术研发,都不是不经过培养就能拥有胜任能力的。问题是经过培养之后是不是就会拥有胜任的能力也不知道,必须先培养一翻试试筋骨。这就是大家所说的学术界道路的“沉没成本”。但是这个发展道路并非完全没有分流渠道,问题往往是当事人根本没有考虑过甚至自己不允许被分流的可能。如果能“饶过自己的平庸”而不断随着形势考虑分流途径,也并不是一条需要破釜沉舟的道路。

4. 决定“读博”要考虑的几个方面

具体谈谈读博考虑的问题。

首先是你要明确你想从事的研究领域。是的,还没开始读研。但因为你说你决定读到博士才毕业,所以你必须现在就明确想从事什么研究领域,并一言九鼎。这是很多关于读博的建议中没有强调的。你恶补了解相关领域也好,放弃也好,总之不能边走边看。这决定了你在很多问题中的底气,包括与将来的导师商讨一切问题,毕业后的选择等等。只有你自己树立了想要冲刺的研究领域,你脑中存在一个“要求”,才能让你选择到基本符合要求的导师,让你的努力基本有针对性地形成了符合要求的理论基础和基本技能,才能让你每个节点都选择朝向符合要求的路线。也只有确定了你要从事研究的方向,你才有一个划定的范围去注视相应的前辈的发展案例,调查在此领域中达到某境界和位置的学术道路模式。

确定了你的研究领域和志向后,随之而来的就是确定留学的国家。哪些国家及其院校在你兴趣领域有优势?就算你不出国,也对这个全球的形式有所了解,因为科学研究是一场国际竞赛。而如果你出国,这更是收窄你信息搜集范围的一步。国家的不同涉及到学校的招生制度和学位授预的年限和考核方式的不同,还包括留学签证制度的不同。你要重点了解的是如果你不得不延期、或者毕业后继续找工作产生gap的时期的签证制度。这很重要,不要等到你到了那一刻才被杀个措手不及。不光签证,经费住房甚至包括感情婚育等一切问题,都要优先考虑延毕、毕不了业、找不到工作、失业等情况时的情况并想到解决方案。

去既定的一个国家留学还可能有若干种不同的方式,例如通过国家公派、自己申奖学金等。不同的进入方式,达到最后正式PhD学位毕业的路线是不同的。签证、年限、费用等也不同。例如这涉及到你是否有资格申请TA/RA/GA。这里有一个关于TA/RA/GA的介绍:Funding Types in US Schools – TA, GA and RA? Paid Money? Tuition Fee?

所有上述的考虑——研究领域、国家和院校、留学方式等等——共同决定了你读PhD的费用。有很多情况,家里不用给你出钱,甚至还有节余。这也并非所有情况。所以既不要盲目觉得出国要很多钱没了解过就打消此念头,又不要盲目觉得去哪儿读什么PhD都是免费的,跟家人都这么讲了,到头来突然急冲冲需要一笔钱难以启齿。就算你在费用方面作预先考虑,也不能只考虑一种最高兴的情况,要考虑其他备选情况以防万一。例如并非PhD一般不用钱,你就真不准备一分钱。至少,如果延毕呢?一时找不到工作呢?

特别是,你要在还未enter就考虑quit。请问还没读博的你,延期如果达到几年仍不毕业,你就放弃?放弃后你怎么走?是不是就意味着走投无路了?只要你搜索一下“博士退学”,就能看到大量的故事。如果你没有形成自己的答案,最好不要选择读博。

如上所述,求学路绵长。你长期工作的场所是实验室。三点一线式的生活未必是所有人都习惯的生活方式。你可以提前了解的。本科你就可以进实验室,看到各种师兄师姐、博士博士后的生活方式。研究生群体也要丰富活泼的亚文化,有相应的影视和漫画作品。你是觉得很厌恶还是觉得很酷,也是一个很重要的因素。

我在上面贴出的PPT里,也给出了高分子专业出国的一些信息,包括比较强的院校。我还写过另外一篇文章:就业常识,解释了很多具体信息。仅供参考。

5. 记录他人的故事

在这里,我建议大家形成习惯去做一个长期的功课:记录身边的人的发展和命运。

你刚进入一个新的工作团队,不管是某企业的新部门,还是某课题组实验室,你都立刻能接触到不同年资的前辈。你就可以开始了解他们的现状,以及他们当年达到此现状的个人经历。这当然是靠平时去了解。准备一个小本子(也可以在你脑中完成),记录不同的人的命运。有些是已经发生的,从别人口了解;有些还需要你走着瞧,边观察边记录。

这有助于你观照自己。你自己将来想达到什么样的程度,很多时候是具体以某人为例的。例如你认为你也不多作奢求,只愿能像王某教授那样就行了,那么王某教授经历了什么?他今天的状况,依靠他以前和现在的哪些条件?又例如,某比你年长5~8年的前辈进入了瓶颈期,你暗自为他的前景发愁;如果你在他的位置,你会彷徨无措。但你观察和记录了他这几年所做的选择和努力,学到了很多对策,也体验到了哪些问题根本不算事儿,哪些因素才是关键。哪怕他最终走向了失败落魄,这一番具体的观察也会让你形成很多正面的答案。当然,对身边的人保持这种关注,不全为了明哲保身,而是要在顺手的时候帮别人一把。

从你读研开始,你就已经进入社会。keep一个关于个人命运的小本本,不断保持记录,是你一生的功课。

6. 与家人谈理想

年轻有无限可能,当然允许甚至提倡年轻人抱有超出现实的理想。但前提是要在上述信息均有所了解与思考的基础上。否则再现实和市俗的理想也属于空想。而若你在认清各种现实的基础上仍抱有高远的理想,那这就是值得他人敬佩和尊重、不容嘲讽的。

与家人谈理想,是对人的尊重,对家庭责任的重视。当然,必须在对现实的充份认识的基础上谈,尤其是第一条关于家庭状况的认识基础,特别是家人的晚年计划考虑的基础。你的理想不应该不包括赡养老人,因为这不仅是法律规定义务也是子女应做的。当然,具体何谓赡养,如何赡养,是你与家人决定,只要不违反法律他人无从干涉。只有在此基础上谈理想,才不会是空谈,家人才有重视你想法的可能。但尽管如此,家人也不是总会认同你的理想。

关于个人发展,一定要努力与家人达成共识。如果难以达成功识,你就要有自力更生去追求理想的可能和切实计划,同时也要有不忘根据自己的道德准则及时回报家庭的计划和能力。否则你就应该有所妥协。这当然是暂时的、部分的妥协。因为人的想法、环境际遇都会变化;要实现目标,本来就需要天时地利人和。不管你要实现何种理想,既然你无法自力更生,那就离不开家庭经济的后盾。只能坚信未来是归根结底还是属于你的。

只要你树立了理想,并且与家人达成了关于个人发展方向的共识,你就不怕面对其他人的询问。例如很多人都很怕过年回家面对亲友。如果你与家人早已达成了基于现实的个人发展共识,那你对他们提出的种种现实不利,都已经考虑过,而且数据实例更详实,各种情况的故事众多(你的关于个人命运的小本子用起来),分分钟比他们还了解得多,亲友只会反过来觉得你见得世面,有本事。而且你已与家人达成共识,也不怕他们又拿家人长辈作为道德大棒,你大可坦言你与家人的共同决定。就算你与家人确实意见不同,但因为这时你也有了自立更生的具体安排和信心决心,于是也不怕跟他们摆明你的三观,笑对批评。举过年亲友质疑,只是一个比方。这不是怼亲友的问题,而是你在纷纷扰扰的社会大染缸里如何自省的问题。

很多巨婴特有的烦恼,只要成熟起来就不存在了。人生还有更难的功课。天有不测,生老病死,都充满了远比上述考虑更艰难的决择。我们往往都祈求平平安安,也以此为前提作各种计划。而如果你连平安立世的基本底气都没有,又谈何经受旦夕祸福,乃至作为一家之主,成为家人的依靠?25岁,从现在开始学习,一点也不早了。

招生宣传总结

今年是我第一次参加学校组织的招生宣传。我加入的江苏组兵分几路到江苏各市、县的重点中学设摊。

距离自己高考已经近十几年了,第一次参加高考招生工作,起初对江苏省的招生安排和本校的招生策略都一概不知。江苏省在24日晚公布高考成绩。组里其他的老师已经在群里直接估计招生宣传的定位,而我则一边上网学习江苏省高考招生工作的政策文件,一边关注刚刚公布的分数线和排名情况,迅速理解形势。按照江苏组的安排,25日~27日我随不同的老师到了南京国际会展中心、金陵中学、南师附中和扬州的江都中学设摊宣传。

我校在江苏省招生计划人数为理科46人、文科9人、艺术20人。以我关注的理科为例,共招收34个专业,因此每个专业只招1~2人。根据去年在江苏招生的最低投档排名,和今年公布的排名-分数对照,可以估计今年投档分数。

前来询问的人之中,以家长带考生一起来的为主,其次是只有家长过来。我觉得,高三毕业生刚刚成年,应该学会自己关心和掌握自己的学业和事业。家长应该逐渐放手,让孩子自己思考和询问报考信息,乃至理性作出人生的重要决定。年轻人越早清楚自己的目标,就走得越远。在南师附中,学生自己过来询问的情况比较多,而且很多孩子思路清晰,能够迅速理解形势,抓住重点去追问。这也许跟不同中学的教育理念有关。

今年江苏省是先出成绩再报志愿。按照我原本的理解,根据江苏省和各高校招生网页上的投档信息,再结合自己的分数,已经足以估计自己能选择的高校。需要询问的重点应该是不同专业的具体内容、就业情况等。这也是我们学校找学院的在职教师亲自去作宣传的意义所在。然而实际上,绝大多数询问者都是在问分数、投档等简单信息。涉及专业的问题也多是笼统问问我校的“优势专业”。一方面显示出报考信息了解不足,另一方面在专业选择、职业规划等问题上认识不深。从谈话中了解到,并非每所中学都在考试前后组织考生家长进行报考策略的指导,对于高校专业的介绍就更加少了。

从询问的情况来看,大部分考生都会冲着全国排名靠前的,或者就业好的专业去报考。明确表示对这些专业感兴趣的人寥寥无几。排名和就业,理应是重要的考虑因素。但是,不同高校的优势专业是不同,同一所高校也有不止一个优势专业,仍然是有选择的空间。对一个专业全面了解,特别是对专业课程设置、学习强度和特点等有所了解,可以避免学生入学后产生的不适应和后悔心理。对于服从调剂的考生,还需要了解该高校其他专业的整体水平。这些信息,考生家长无从了解,也就更加认识不到它的意义和重要性了。

我自己做了两届班主任。这几年,大一新生挂课的情况十分普遍,逐年变得严重。这说明高考前的拼博程度越来越激烈,对“上了大学后就轻松”的渲染也越来越夸张。以这种误导性宣传来鼓励考生实属无奈。仅仅通过对大一新生进行专业导航和学习督促已经不足够了,需要大学老师深入到中学去进行专业宣传、职业规划培训。虽说大学并不轻松这一事实,高三考生听到之后会有所失望,但是大学专业、职业理想的树力,能给他们另一种拼搏的原动力,而且是更加真实可靠,也更加持久的。