高分子材料與助劑理論實(shí)驗(yàn)綜合課程體系探討

于二雷 胡蕊

摘?要：針對目前高分子材料與助劑課程知識點(diǎn)多內(nèi)容分散的特點(diǎn)，提出了理論實(shí)驗(yàn)綜合課程體系的教學(xué)模式。利用分章講授及助劑配比設(shè)計(jì)，通過親自參加助劑與樹脂的調(diào)配及材料加工成型實(shí)驗(yàn)，觀察不同助劑對于材料的影響從而加深學(xué)習(xí)效果。

關(guān)鍵詞：高分子材料與助劑;配方設(shè)計(jì);材料加工實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革

1 課程背景

高分子材料品種多樣，功能可設(shè)計(jì)，用途廣泛，是生活和工業(yè)領(lǐng)域不可或缺的材料。高分子材料助劑作為在材料設(shè)計(jì)及加工過程中的重要組成部分，對于經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展具有非常重要的意義。[1]目前很多專業(yè)包括化工，應(yīng)用化學(xué)，材料科學(xué)與工程等都開設(shè)了助劑相關(guān)課程。[2]然而，正是由于助劑的應(yīng)用廣泛，導(dǎo)致其內(nèi)容分散知識點(diǎn)多，相互之間的聯(lián)系較少，學(xué)生不容易掌握。在這種情況下，通過結(jié)課后的調(diào)查問卷，學(xué)生反映每章之間甚至每個知識點(diǎn)都比較獨(dú)立，課堂講授缺乏連貫性，希望能夠與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合。針對這種情況，本著培養(yǎng)創(chuàng)新型應(yīng)用型人才的目標(biāo)，考慮將助劑理論與高分子實(shí)驗(yàn)課程結(jié)合起來，加深學(xué)生的記憶并掌握解決實(shí)際問題的能力。

2 教改思路

目前的高分子材料助劑沒有相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程，本人將其與高分子綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來，通過配方設(shè)計(jì)、材料加工、性能表征等方面提高學(xué)生的認(rèn)識，加深課堂知識的理解。[3-4]下面將以增塑劑和熱穩(wěn)定劑以及PVC樹脂為例對教改內(nèi)容的四個環(huán)節(jié)進(jìn)行說明：

2.1 課堂教授

增塑劑[5]和熱穩(wěn)定劑[6]是PVC樹脂[7]中常見的添加劑。在相關(guān)課程講授中，增塑劑包括：增塑機(jī)理，增塑劑的化學(xué)及工藝，增塑劑的結(jié)構(gòu)與增塑性能的關(guān)系，增塑劑的選用，增塑劑的發(fā)展趨勢;熱穩(wěn)定劑包括：合成材料的熱降解及熱穩(wěn)定劑的作用機(jī)理，熱穩(wěn)定劑各論，熱穩(wěn)定劑的發(fā)展趨勢。兩種添加劑的章節(jié)中的內(nèi)容沒有太大的關(guān)聯(lián)，在學(xué)習(xí)這些添加劑的性狀以及性能時分別在各個章節(jié)中體現(xiàn)。在課堂講授的環(huán)節(jié)，我們在教授增塑劑這一章的內(nèi)容后，在講解熱穩(wěn)定劑內(nèi)容時，增加增塑劑與熱穩(wěn)定劑相互作用這一節(jié)，著重講解其協(xié)同作用以及拮抗作用，并說明使用中的注意事項(xiàng)。

例如，環(huán)氧大豆油[8]既可以做增塑劑又可以做熱穩(wěn)定劑，又由于其熱穩(wěn)定的機(jī)理是環(huán)氧基與氯化氫的相互作用產(chǎn)生的，熱穩(wěn)定效果一般，通常作為輔助熱穩(wěn)定劑與其他熱穩(wěn)定劑共用，而由于環(huán)氧大豆油無毒，可以用于食品，醫(yī)藥等方面。

2.2 配方設(shè)計(jì)

任何添加劑在使用過程中都不是單獨(dú)存在的，需要與其他添加劑共同使用，在課堂講解完畢后，先給出一份PVC樹脂材料的配方，比如PVC薄膜的配方為：PVC 100 份，硬脂酸鋅02，鄰苯二甲酸二辛酯37份，癸二酸二辛酯10 份，雙酚A 0.2份，環(huán)氧大豆油3份，六磷胺5份，硬脂酸鋇1.5 份，三嗪-5光穩(wěn)定劑0.3份，硬脂酸鎘1.2份。其中鄰苯二甲酸二辛酯、癸二酸二辛酯、環(huán)氧大豆油有增塑作用;環(huán)氧大豆油，硬脂酸鋇，硬脂酸鎘等有熱穩(wěn)定劑的作用。在講解各添加劑的作用以后，要求學(xué)生在課后在其他添加劑不變的情況下，改變增塑劑和阻燃劑的種類以及含量并說明原因。這樣學(xué)生不僅鞏固了課程內(nèi)容，加深了對于課程中各個添加劑的作用以及性能的記憶，而且提高了其在解決實(shí)際問題中的能力。

2.3 加工實(shí)驗(yàn)

在阻燃劑章節(jié)講解完畢之后，需要實(shí)驗(yàn)課程來進(jìn)行強(qiáng)化，利用高分子綜合實(shí)驗(yàn)的吹塑設(shè)備，要求學(xué)生在設(shè)計(jì)完之后用自己的配方進(jìn)行吹塑成型從而得到薄膜。[9]然后利用表征設(shè)備對熔體粘度、熱穩(wěn)定性、透明性、硬度、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率等進(jìn)行性能分析，并與原配方進(jìn)行比較，對結(jié)果進(jìn)行分析。比如為什么增塑劑量的提升提高的斷裂伸長率但是拉伸強(qiáng)度降低？為什么有的增塑效率高有的增塑效率低？為什么單獨(dú)的熱穩(wěn)定劑效果并不太好，協(xié)同作用是怎么產(chǎn)生的？這樣不僅使學(xué)生明白了不同添加劑的作用，鞏固了課堂講授的內(nèi)容，提升了動手能力，而且與其他課程包括高分子化學(xué)、高分子物理、高分子成型加工等有了關(guān)聯(lián)，為其在以后的工作學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.4 課堂總結(jié)

在實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，需要單獨(dú)進(jìn)行一節(jié)的課堂講授，這樣做的好處是能夠在學(xué)生對于知識點(diǎn)還有相關(guān)印象的情況下進(jìn)一步鞏固。在這一步的課堂講授環(huán)節(jié)，需要將不同組別的學(xué)生的制備的薄膜進(jìn)行對比，將其照片以及相關(guān)表征放到PPT上以供觀看。然后，通過對于不同配方的講解，以及對于學(xué)生配方的改進(jìn)，并說明改進(jìn)的原因，讓學(xué)生通過自己的作品了解到實(shí)際生產(chǎn)過程中助劑的重要性，從而最終提升學(xué)生的綜合能力。

3 結(jié)語

高分子材料助劑作為化學(xué)類專業(yè)學(xué)生的重要拓展課程之一，其廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域注定了其內(nèi)容的分散性，而其教學(xué)效果會直接影響學(xué)生對于高分子材料的認(rèn)識以及實(shí)際解決問題的能力。[10]特別是在應(yīng)用型人才培養(yǎng)方面，孤立地記住知識點(diǎn)對于提升學(xué)生的積極性以及實(shí)踐能力的作用是微乎其微的。因此，筆者結(jié)合自身的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，針對助劑課程的特點(diǎn)，提出了課堂教授-配方設(shè)計(jì)-加工實(shí)驗(yàn)-課后總結(jié)的教學(xué)改革模式，對于改善教學(xué)效果，提高學(xué)生應(yīng)用能力及就業(yè)能力具有重要的作用。

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