聚合物成型加工課堂教學(xué)與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革探討

胡杰 袁新華 吉海燕

摘要： 聚合物成型加工是高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)最重要的專(zhuān)業(yè)課程之一。本專(zhuān)業(yè)針對(duì)專(zhuān)業(yè)技術(shù)課程的特點(diǎn)，堅(jiān)持課堂教學(xué)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)兩手抓，圍繞培養(yǎng)學(xué)生具有聚合物材料及其制品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、性能檢測(cè)及質(zhì)量控制與分析的科學(xué)思維和創(chuàng)新研究素質(zhì)的要求，在課堂教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)模式與方法等方面進(jìn)行了有益的改革與探索。

關(guān)鍵詞： 聚合物材料成型加工教學(xué)改革課程建設(shè)

聚合物的成型加工是獲取高分子材料制品、體現(xiàn)材料特性和開(kāi)發(fā)新材料、新產(chǎn)品的重要手段，是高分子學(xué)科的重要組成部分，已形成獨(dú)特的理論體系和技術(shù)方法[1]。因此，聚合物成型加工課程與高分子化學(xué)和高分子物理課程一起，成為高分子材料專(zhuān)業(yè)學(xué)生最重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程。為使學(xué)生以大工程的整體觀(guān)來(lái)了解和掌握聚合物的成型加工，這門(mén)課程將涉及諸多內(nèi)容，包括影響聚合物性能的物理化學(xué)因素、添加劑的分類(lèi)和作用、配方設(shè)計(jì)方法、聚合物流變學(xué)、成型加工設(shè)備、成型工藝條件及控制等。如何使學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，具備高分子材料科學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)；培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題和創(chuàng)新科研的能力，為以后從事高分子材料制品的研發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工作奠定堅(jiān)實(shí)的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)，一直是廣大高分子專(zhuān)業(yè)教師在教學(xué)過(guò)程中關(guān)注的重點(diǎn)[2]。這需要我們?cè)诙喾矫孢M(jìn)行改革。

1.課堂教學(xué)改革

1.1明確培養(yǎng)目標(biāo)，強(qiáng)化理論基礎(chǔ)。

江蘇大學(xué)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)成立于2002年，最初聚合物成型加工課程主要圍繞塑料和橡膠的主要品種及其制品的生產(chǎn)原料、成型工藝、加工方法、材料、性能和產(chǎn)品質(zhì)量控制等內(nèi)容開(kāi)展教學(xué)。我們?cè)诳偨Y(jié)前幾屆畢業(yè)生從事工作的實(shí)際情況和企業(yè)對(duì)本專(zhuān)業(yè)畢業(yè)生在知識(shí)結(jié)構(gòu)、能力要求的基礎(chǔ)上，于2012年再次修訂了本科生培養(yǎng)計(jì)劃。本科院校需要培養(yǎng)既有一定理論基礎(chǔ)，又具備較強(qiáng)實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，這與高職類(lèi)院校主要培養(yǎng)服務(wù)于生產(chǎn)一線(xiàn)的操作型、技能型人才不同。具體到聚合物成型加工這門(mén)與實(shí)踐聯(lián)系緊密的課程，在教學(xué)過(guò)程中，仍然要重視對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的講解，讓學(xué)生不僅“知其然”，更“知其所以然”。除了高分子物理、高分子化學(xué)及聚合物流變學(xué)等聚合物成型加工的基礎(chǔ)理論外，成型加工技術(shù)本身也存在系統(tǒng)的原理知識(shí)，不容忽視。教師在課程教學(xué)中應(yīng)注意結(jié)合本學(xué)科前沿研究領(lǐng)域和最新研究動(dòng)態(tài)、介紹重點(diǎn)科技成果，豐富和活化教學(xué)內(nèi)容，使教學(xué)跟上時(shí)代的步伐，讓學(xué)生能夠掌握更多、更新的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。

1.2圍繞課程主線(xiàn)，精心組織教學(xué)內(nèi)容。

在成型加工課程學(xué)習(xí)中，學(xué)生需要系統(tǒng)學(xué)習(xí)和掌握聚合物的加工流變性能、聚合物加工過(guò)程中的物理化學(xué)變化、助劑的作用及配方設(shè)計(jì)原理、各種物料的混合和分散機(jī)理，以及成型加工的設(shè)備和工藝等。與其他課程相比，聚合物成型加工的課程內(nèi)容較為龐雜而分散，理論知識(shí)的半經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，這給課堂教學(xué)帶來(lái)了一定的困難。因此，抓住課程內(nèi)容的主線(xiàn)，突出理論重點(diǎn)就顯得尤為重要。

根據(jù)聚合物成型加工涉及的主體內(nèi)容，本課程主要圍繞“高分子材料—成型加工—制品性能”這條主線(xiàn)來(lái)組織教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)過(guò)程中，要著重講明高分子材料的成型加工不是簡(jiǎn)單的工藝操作，高分子材料、成型加工、制品性能這三方面是相互關(guān)聯(lián)的，制品的性能取決于高分子材料和成型加工方法及工藝的選擇，而制品的性能又反過(guò)來(lái)指導(dǎo)聚合物的改性、應(yīng)用及加工，優(yōu)化成型工藝。因此，如何抓住教學(xué)主線(xiàn)，讓學(xué)生全面掌握高分子材料、成型加工及制品性能各自特性及相互關(guān)系，使學(xué)生融會(huì)貫通、舉一反三，是這門(mén)課程教學(xué)的重點(diǎn)。

在教學(xué)過(guò)程中，始終圍繞教學(xué)主線(xiàn)，從高分子材料的結(jié)構(gòu)與性能和材料的加工原理出發(fā)，以成型加工的工程觀(guān)點(diǎn)為著眼點(diǎn)，剖析各種高分子材料成型加工的共性和區(qū)別，這樣可以使原本較為分散的理論知識(shí)相對(duì)集中并系統(tǒng)化，讓學(xué)生更為清楚地了解和掌握抽象概念和半經(jīng)驗(yàn)理論所反映的實(shí)質(zhì)問(wèn)題。比如在講解聚合物材料的壓制成型時(shí)，分別介紹了適用的熱固性塑料、橡膠及復(fù)合材料的特性及成型工藝性能，不同加工方法和成型工藝條件生產(chǎn)制品的特點(diǎn)及控制條件，并通過(guò)具體的例子說(shuō)明了成型加工工藝與制品性能的相互關(guān)系。這樣的講解生動(dòng)地體現(xiàn)了“高分子材料—成型加工—制品性能”這條高分子材料成型加工的主線(xiàn)，使教學(xué)內(nèi)容由龐雜繁多變得簡(jiǎn)單易懂，通過(guò)理論結(jié)合實(shí)際，強(qiáng)化了學(xué)生的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，教學(xué)效果良好。

1.3結(jié)合課程特征，采取靈活教學(xué)方法。

聚合物材料制品的性能既與聚合物本身的性質(zhì)有關(guān)，同時(shí)又在很大程度上受到成型加工過(guò)程的影響。這其中不但涉及很多高分子化學(xué)和物理的理論問(wèn)題，而且與生產(chǎn)實(shí)際密切相關(guān)。因此，本課程是一門(mén)理論性和實(shí)際性都很強(qiáng)的課程，如何在教學(xué)過(guò)程中將基礎(chǔ)理論和生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合起來(lái)，用理論知識(shí)來(lái)解釋具體生產(chǎn)中遇到的實(shí)際問(wèn)題，或以實(shí)驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)中的具體例子來(lái)說(shuō)明基礎(chǔ)理論，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)，是本課程教學(xué)的核心問(wèn)題。

因此，我們根據(jù)聚合物成型加工課程具有很強(qiáng)的綜合性和實(shí)踐性的特點(diǎn)，借助于江蘇大學(xué)目前多數(shù)教室都安裝了多媒體教學(xué)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，將圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)和視頻等各種多媒體信息引入到教學(xué)過(guò)程中，利用工廠(chǎng)和車(chē)間的場(chǎng)景圖像、成型設(shè)備的實(shí)物照片、加工工藝過(guò)程的動(dòng)畫(huà)仿真模擬等信息對(duì)授課內(nèi)容進(jìn)行補(bǔ)充和深化。這樣不但可以豐富課堂內(nèi)容，增加信息量，而且可以大大加深學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和印象，使學(xué)生對(duì)成型加工原理和工藝獲得理性和感性的雙重認(rèn)識(shí)，從而提高教學(xué)效率。

為進(jìn)一步將課堂教學(xué)與實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合起來(lái)，在教學(xué)中緊密貼近工廠(chǎng)實(shí)際，江蘇大學(xué)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)專(zhuān)門(mén)安排了兩門(mén)為期各兩周的課程設(shè)計(jì)，即高分子材料生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)和聚合物反應(yīng)工程及設(shè)備設(shè)計(jì)。讓學(xué)生在專(zhuān)業(yè)教師的指導(dǎo)下，針對(duì)具體的通用或特種高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等）及其制品，設(shè)計(jì)出相關(guān)聚合物材料及其產(chǎn)品項(xiàng)目?jī)?nèi)容，包括原料品種、型號(hào)選擇、工藝流程及設(shè)備確定、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)，以及廠(chǎng)房布局和規(guī)模，等等。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，可以有效地讓學(xué)生系統(tǒng)地掌握所學(xué)知識(shí)，并獲得一定的靈活應(yīng)用的能力，為后期的畢業(yè)設(shè)計(jì)乃至畢業(yè)后走上工作崗位打下基礎(chǔ)。

2.實(shí)驗(yàn)實(shí)踐教學(xué)改革

前面已經(jīng)談到，聚合物材料成型加工是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)課程，僅憑課堂教學(xué)是難以真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的，并且容易使學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)感覺(jué)枯燥，實(shí)際工作時(shí)不能學(xué)以致用。因此，這門(mén)課程的實(shí)驗(yàn)是不可缺少的。只有讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室和工廠(chǎng)中實(shí)地了解和直觀(guān)認(rèn)識(shí)成型設(shè)備、工藝控制和生產(chǎn)線(xiàn)管理，對(duì)聚合物成型加工的整個(gè)工藝流程進(jìn)行整體和全面的認(rèn)知，他們才有可能創(chuàng)造性地利用學(xué)習(xí)的理論知識(shí)來(lái)真正解決生產(chǎn)中遇到的具體問(wèn)題[3]。

目前江蘇大學(xué)高分子材料與工程專(zhuān)業(yè)建有約200m2的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室，購(gòu)置有注塑機(jī)、擠出成型機(jī)、高速混合機(jī)、平板硫化儀等成型加工設(shè)備，以及拉伸實(shí)驗(yàn)機(jī)、沖擊實(shí)驗(yàn)儀、硬度儀、紫外老化儀、高低溫實(shí)驗(yàn)箱等各種材料及制品性能檢測(cè)儀器。利用這些儀器設(shè)備，我們圍繞課程主線(xiàn)，將聚合物材料的制備、成型加工、結(jié)構(gòu)表征及性能測(cè)試等方面有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，開(kāi)設(shè)了一系列的綜合性實(shí)驗(yàn)。比如，在聚合物的注射模塑成型實(shí)驗(yàn)中，要求學(xué)生從原料的選擇開(kāi)始，分析原料的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)，有針對(duì)性地設(shè)定成型加工工藝參數(shù)，并在注塑成型得到制品后，對(duì)其熔點(diǎn)、熔融指數(shù)、熱變形溫度及力學(xué)性能等進(jìn)行表征和測(cè)試。通過(guò)對(duì)這些聚合物原料—成型加工工藝—制品性能數(shù)據(jù)之間關(guān)系的分析與總結(jié)，使學(xué)生形成科學(xué)研究的思路，掌握解決實(shí)際問(wèn)題的方法。

此外，聚合物材料成型加工具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用性，需要學(xué)生建立起大工程的整體觀(guān)。要達(dá)到這樣的教學(xué)水平和目標(biāo)，僅靠課堂的學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)是不夠的，還應(yīng)該讓學(xué)生到工廠(chǎng)、車(chē)間參觀(guān)實(shí)踐，實(shí)地了解成型設(shè)備、工藝控制及生產(chǎn)線(xiàn)管理等，使學(xué)生對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)有具體、直觀(guān)的感受。

針對(duì)這樣的問(wèn)題和現(xiàn)狀，本專(zhuān)業(yè)積極與周邊高分子材料企業(yè)加強(qiáng)聯(lián)系和交流，目前已建成近10個(gè)實(shí)習(xí)實(shí)踐基地，涉及聚合物成型加工領(lǐng)域的各個(gè)方面，包括模壓發(fā)泡成型、壓延成型、注射成型、擠出成型等。通過(guò)與這些企業(yè)的合作，學(xué)生可以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地對(duì)各種成型加工涉及的原料準(zhǔn)備和處理、設(shè)備、工藝流程、質(zhì)量控制等實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行近距離的感受。在此基礎(chǔ)上，組織學(xué)生針對(duì)成型過(guò)程中的某一感興趣的內(nèi)容，或參觀(guān)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)的具體問(wèn)題進(jìn)行資料查閱和文獻(xiàn)調(diào)研，對(duì)涉及該內(nèi)容和問(wèn)題的基本原理和基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行更深入的學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上提出解決問(wèn)題的思路和方案并驗(yàn)證。這樣就使學(xué)生真正將基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)，掌握科研的方法，培養(yǎng)科學(xué)的思維，成為真正有創(chuàng)造力的人才。

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江蘇大學(xué)教學(xué)改革與研究項(xiàng)目（編號(hào)：2011JGYB071）。

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