高分子材料成型加工課程教學改革探索

【摘 要】針對高分子材料成型加工課程的特點，本文從課程體系、教學內(nèi)容、教學方法等方面闡述了高分子材料成型加工課程教學改革的一些措施。

【關(guān)鍵詞】高分子材料成型加工 教學改革 課程設(shè)計

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）14-0010-02

在高分子科學的學科構(gòu)架中，形成了高分子化學、高分子物理、高分子工程三個基礎(chǔ)性分支學科，以及功能高分子及高分子新材料兩個綜合性研究領(lǐng)域。高分子材料成型加工屬于高分子工程研究的范疇，高分子工程的主要研究線索是，研究在外場（剪切力、振動力、溫度、壓力等）作用下，高分子的鏈運動、相態(tài)及結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律和控制條件，從而發(fā)展聚合物成型的新方法和新技術(shù)。

高分子材料是材料領(lǐng)域的后起之秀，它具有許多其他材料不可比擬的突出性能，在尖端技術(shù)、國防建設(shè)和國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域已成為不可缺少的材料。大多數(shù)高分子材料需要經(jīng)過成型加工才能形成制品，無論金屬、陶瓷、玻璃還是天然材料，沒有哪一種材料能像高分子材料那樣，其最終結(jié)構(gòu)與性能都強烈依賴于加工過程。高分子材料加工過程是控制聚合物制品結(jié)構(gòu)和性能的中心環(huán)節(jié)，內(nèi)容涉及高分子物理、高分子化學、聚合物流變學、機械、計算機模擬等多學科，其任務(wù)是了解高分子材料的加工特性，確定最適宜加工條件，制取最佳性能產(chǎn)品，為合成具有預(yù)期性能的高分子材料提供理論依據(jù)。

高分子材料成型加工是高分子材料與工程專業(yè)最重要的專業(yè)核心課程之一。高分子材料成型加工的工程本質(zhì)決定了它是一門多學科交叉、科學與工程緊密結(jié)合的學科。為使學生建立起大工程的觀點，理解其精髓，本課程的講授會涉及以上諸多學科的內(nèi)容，要使學生在有限的學時內(nèi)掌握這門課的基本內(nèi)容，并且通過對高分子材料成型加工課程的學習，具有高分子材料及其制品設(shè)計、生產(chǎn)和研究的科學思維以及創(chuàng)新研究素質(zhì)，無論對授課老師還是學生而言都是一個新的挑戰(zhàn)。筆者結(jié)合自身講授高分子材料成型加工課程的教學實踐，在課程體系、教學內(nèi)容、教學方法等方面提出以下幾點看法。

一 加強課程的橫向聯(lián)系

高分子材料的生產(chǎn)有三大關(guān)鍵要素：適宜的材料組成、正確的成型加工方法、配套的成型機械及成型模具。要生產(chǎn)出一個有使用價值，能夠利用現(xiàn)有成型設(shè)備進行加工的高分子材料制品，必須同時滿足以上三個要素。高分子材料生產(chǎn)三個要素之間相互聯(lián)系、相互影響，是一個不可分割的有機整體。從這個意義上來看，高分子材料成型加工與成型機械的聯(lián)系應(yīng)是非常密切的。

高分子材料成型加工與高分子材料成型機械是高分子材料與工程專業(yè)的兩門專業(yè)基礎(chǔ)課，這兩門課程在本質(zhì)上有密切的聯(lián)系，高分子材料成型加工課程包括原材料樹脂、助劑、配方設(shè)計、成型設(shè)備、成型模具、工藝條件及控制等方面，高分子材料成型設(shè)備課程主要講述不同加工方法所采用的成型設(shè)備，如開煉機、密煉機、擠出機、注塑機、壓延機、中空吹塑機等，從其包括的課程內(nèi)容看，成型加工和成型機械相互滲透、相互聯(lián)系，也有交叉重疊的內(nèi)容，因此有必要對這兩門課程的教學內(nèi)容從整體的高度重新進行規(guī)劃。

在這個原則的指導下，教師在教學中可以按照原材料、設(shè)備、工藝這三大要素組織教學內(nèi)容，從而把兩門課的知識點有機地融合起來，加強課程的橫向聯(lián)系，打破傳統(tǒng)的教學模式，培養(yǎng)學生的大工程觀。如在講授聚氯乙烯（PVC）管材擠出成型工藝這部分內(nèi)容時，教師首先講授擠出所用的原材料配方（PVC樹脂、各種助劑），由于PVC樹脂牌號眾多，不同牌號的樹脂制備方法不同，樹脂的性能也不同，在加工過程中所選用的工藝也會有所差異，因此，教師在開始講授成型工藝時，有必要使學生具備原材料選擇這個意識。然后介紹管材成型所需的設(shè)備（包括擠出機類型、機頭口模、螺桿結(jié)構(gòu)、螺桿組合、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔機）。如在講解螺桿時，可分析各種螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)對成型加工的影響，各種不同混合、混煉元件的螺桿組合所具有的加工特性，并結(jié)合PVC管材生產(chǎn)工藝特點，講解生產(chǎn)PVC管材所用螺桿的選用原則。在講解擠出機機頭口模時，可將機頭口模流道的設(shè)計、口模類型等涉及成型機械的內(nèi)容引入課堂中，使學生掌握有關(guān)機頭口模設(shè)計的基本原則。最后，講授PVC管材生產(chǎn)的工藝條件及控制方法（螺桿轉(zhuǎn)速、牽引速度、擠出機及機頭溫度）及其對制品性能的影響。

教學內(nèi)容改革是21世紀高等教育教學改革的重點，將高分子材料成型加工與成型機械有機結(jié)合起來，重新組織課程內(nèi)容既有利于教師的教學與學生的學習，增強理論教學的課堂教學效果，同時節(jié)約下來的理論教學課時可用于實踐教學環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識，提高在社會上的競爭力，也符合高分子材料加工行業(yè)對本專業(yè)畢業(yè)生所提出來的越來越高的要求。

二 按課程主線組織教學內(nèi)容

本課程以“材料—成型加工—制品性能”這條高分子材料成型加工的主線組織教學內(nèi)容，重點了解和掌握高分子材料、成型加工工藝、制品性能三者的關(guān)系；材料的不同與成型加工方法的關(guān)系；同樣的材料用不同的加工工藝方法或加工工藝條件，所得制品的性能為何不同；制品的性能

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* 基金項目：廣東石油化工學院教育科學研究基金項目

與材料本身的性質(zhì)有何關(guān)系等，強調(diào)了成型加工對制品性能的重要性，即高分子材料最終的結(jié)構(gòu)與性能強烈依賴于加工過程這一獨特之處，這是本課程的主題思想——高分子材料的工程特征，教師在教學過程中，將這一主題思想貫徹始終是本課程教學的首要目標。

在教學過程中，任課教師應(yīng)將高分子科學基礎(chǔ)理論與實際生產(chǎn)和日常用品的例子相結(jié)合，與學生進行分析和討論，啟發(fā)學生在學習過程中牢牢抓住本課程的主題思想。對于聚合物來說，具體結(jié)構(gòu)決定了它的性能，同一種鏈結(jié)構(gòu)的聚合物，由于成型加工條件的不同，分子鏈的排列與堆砌方式會有所不同，從而形成不同的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不同，制品性能也大不相同。如生產(chǎn)聚丙烯注塑件時，聚丙烯注塑制品最終的物理性能不僅與本身分子量和結(jié)晶性等有關(guān)，而且與注射工藝條件的控制有關(guān)。不同的工藝條件導致聚丙烯具有不同的微觀結(jié)構(gòu)，而微觀結(jié)構(gòu)又直接影響聚丙烯注塑制品的強度、韌性、硬度以及成型加工等性能。如聚丙烯注塑件的光學性能會受到注射成型條件的影響，聚丙烯注塑件在冷卻過程中，由于塑件不同部位的溫度場、應(yīng)力場的分布不同，從而會造成注塑件內(nèi)不均勻的體積收縮和密度分布，因此嚴重影響了塑件的光學性能和力學性能。這些例子很好地體現(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。

三 對教學方法進行改革

1.多媒體教學

高分子材料成型加工屬于專業(yè)技術(shù)課，教學內(nèi)容具有很強的理論性和實踐性，許多內(nèi)容涉及成型機械的結(jié)構(gòu)以及具體的操作過程，在學生大多缺少實際感性認識的情況下，單純依靠文字的板書進行課堂教學，學生難以理解，教學效果不理想。因此，課堂講授可借鑒國內(nèi)一些院校的聚合物成型加工精品課程網(wǎng)站的教學資源來制作多媒體課件，通過結(jié)合所用的教材，有選擇性地將多媒體動畫仿真和圖片資料補充到電子課件中，不斷修改完善課件內(nèi)容，增加課堂信息量，提高教學效果，激發(fā)學生的學習興趣。為了加深學生對實際生產(chǎn)過程各種機械設(shè)備、操作工藝的認識，教師可通過收集各種高分子材料成型加工廠的生產(chǎn)視頻，然后在課堂上進行播放講解，可增加學生對高分子材料成型加工工藝的感性認識。如在講薄膜的中空吹塑時，大多數(shù)學生對旋轉(zhuǎn)機頭的工作方式比較陌生，筆者通過給學生播放帶有旋轉(zhuǎn)機頭口模的中空吹塑生產(chǎn)過程，學生在錄像中可以很直觀地看到旋轉(zhuǎn)機頭在工作中的運行情況，以及旋轉(zhuǎn)機頭如何調(diào)整薄膜厚度的工作原理，這些都使學生感受到課本的理論知識并不是枯燥的，它來源于生產(chǎn)實際，并對生產(chǎn)實際起到指導作用。

除了在課堂上引入多媒體課件外，教師還可向?qū)W生推薦一些著名的專業(yè)網(wǎng)站，包括美國塑料工程師學會（SPE）、美國塑料工業(yè)協(xié)會（SPI）、中國注塑技術(shù)論壇、聚合物技術(shù)網(wǎng)等，鼓勵學生了解加工工程的前沿發(fā)展，從而提高學生的學習興趣。

2.案例教學

為了提高學生分析問題和解決問題的能力，經(jīng)常以日常生活中常用高分子材料制品進行案例教學，幫助學生認知高分子材料成型加工的整個過程，如日常用到的筆記本外殼、空調(diào)外殼、排水管、薄膜、泡沫塑料、汽車輪胎等，啟發(fā)學生去思考，然后進行討論，針對常用制品分析所用的原材料、成型方法和工藝，使學生在看得見、摸得著的實例中體會所學知識，這樣的教學方法提升了學生學習效率和學習效果。在實際教學中，教師可給學生提供一些案例，如某個工廠某批次的注射件出現(xiàn)了應(yīng)力開裂現(xiàn)象，試讓學生討論分析其中的原因，并提出解決方案。通過課堂討論，學生從這一案例中可學到包括原材料、成型方法、成型工藝條件（溫度、壓力）、制品性能（應(yīng)力開裂）在內(nèi)的許多知識點，很好地將高分子材料基礎(chǔ)理論與生產(chǎn)實際相結(jié)合，學生可以充分理解“高分子材料—成型加工—制品性能”這一課程的主題思想。

3.課程設(shè)計

作為大工程觀教育理念的一部分，培養(yǎng)具有敏銳工程師意識的學生是工科教學的一個重要目標，高分子材料成型加工課程作為一門實踐性很強的學科，可為學生將來走進企業(yè)站穩(wěn)腳跟打下良好的基礎(chǔ)，因此，在教學中引入項目教學的理念，讓學生利用各種校內(nèi)外的資源及自身的經(jīng)驗，通過完成給定的工作任務(wù)來獲得知識與技能。本專業(yè)的課程設(shè)計是以高分子材料生產(chǎn)流程為主線，實現(xiàn)項目教學，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。

設(shè)計內(nèi)容可以典型的通用高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等）的生產(chǎn)任務(wù)為依托建構(gòu)、設(shè)計出一個高分子材料產(chǎn)品生產(chǎn)項目（包括廠址的選擇、原料選擇、配方設(shè)計、高分子材料加工方法、設(shè)備的選型以及生產(chǎn)成本的核算等）。它有效地解決了傳統(tǒng)教學中理論與實踐相脫離的弊端，使理論教學內(nèi)容與實踐教學內(nèi)容通過課程設(shè)計緊密地結(jié)合在一起。在設(shè)計的過程中，學生通過互聯(lián)網(wǎng)查找大量的資料、數(shù)據(jù)，通過到企業(yè)調(diào)查，掌握了許多第一手資料，在這個過程學生可以概括性地知道所學專業(yè)的主要工作內(nèi)容及其在整個生產(chǎn)過程中所起的作用。

四 結(jié)束語

高分子材料成型加工是一門實踐性很強的專業(yè)技術(shù)課程。結(jié)合該門課程自身的特點，通過采取加強課程間的聯(lián)系，抓住課程主線教學、改革教學方法等措施，力圖改變該課程課堂講授效果不高、學生學習積極性普遍較低等現(xiàn)象。

在不斷深化教學改革的過程中，要想使學生學有所得、融會貫通，首先應(yīng)提高學生在高分子材料產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和研究等方面的綜合應(yīng)用能力，從而培養(yǎng)具有卓越工程師意識的高分子材料專業(yè)技術(shù)人才。

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〔責任編輯：龐遠燕〕