高分子成型加工課程的改革與建設(shè)

杜江 張震雷

[摘 要]高分子成型加工課程在高分子材料專業(yè)的本科教學(xué)中占有重要地位，文章針對(duì)目前高分子成型加工課程內(nèi)容更新較慢、理論與實(shí)踐結(jié)合度不高、教學(xué)與企業(yè)實(shí)際需要有一定脫節(jié)的現(xiàn)狀，從內(nèi)容和形式兩方面探討課程的改革與建設(shè)：引導(dǎo)學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用有效結(jié)合，讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解性認(rèn)知，學(xué)會(huì)在實(shí)踐中加以運(yùn)用;讓學(xué)生了解高分子成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，增強(qiáng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)力。其目的是通過(guò)對(duì)高分子成型加工課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革與實(shí)踐，促進(jìn)教學(xué)理念的更新和教學(xué)方式的轉(zhuǎn)變，適應(yīng)現(xiàn)代高分子材料發(fā)展要求，提高教學(xué)的效果和質(zhì)量。

[關(guān)鍵詞]高分子成型加工;教學(xué)改革;實(shí)踐能力;企業(yè)參與

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2019）08-0005-03

高分子成型加工是高分子合成、結(jié)構(gòu)、成型、性能四個(gè)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，是將高分子轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品的橋梁。通過(guò)高分子成型加工課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能系統(tǒng)掌握高分子材料成型加工的基本原理和方法，根據(jù)需要制定簡(jiǎn)單的配方和工藝，操作常用的加工設(shè)備進(jìn)行簡(jiǎn)單的成型加工。高分子成型加工與高分子化學(xué)、高分子物理共同構(gòu)成高分子專業(yè)的理論課程基礎(chǔ)[1]，但因其具有綜合性、交叉性和應(yīng)用性的特點(diǎn)，因此不能像高分子化學(xué)和高分子物理那樣進(jìn)行單純的理論教學(xué)，而要在高分子專業(yè)理論與實(shí)際生產(chǎn)之間建立起相互聯(lián)系的紐帶。從高分子成型加工課程教學(xué)現(xiàn)狀來(lái)看，主要存在以下三個(gè)問(wèn)題：一是教學(xué)內(nèi)容比較陳舊，與生產(chǎn)實(shí)際有一定脫節(jié)。企業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中不斷對(duì)基礎(chǔ)成型工藝進(jìn)行改進(jìn)，并使用新的前沿技術(shù)，更新速度較快，因此，以傳統(tǒng)教材為藍(lán)本的成型加工課程的教學(xué)內(nèi)容顯得較為陳舊，與工業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)和工藝有一定程度的脫節(jié)，教學(xué)滯后于行業(yè)的發(fā)展。二是重視理論知識(shí)講授，忽視工程實(shí)踐能力培養(yǎng)。作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，如果只講理論不聯(lián)系實(shí)際，學(xué)生對(duì)大量抽象的教學(xué)內(nèi)容就很難提起興趣，同時(shí)會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)理論難以形成深入理解，更不會(huì)加以運(yùn)用，缺乏實(shí)際工作能力。三是企業(yè)的參與不足或缺失。企業(yè)的切實(shí)需求應(yīng)該是我們培養(yǎng)工程人才的重要方向標(biāo)，因此，高分子成型加工課程的教學(xué)要和相關(guān)企業(yè)的需求緊密結(jié)合，以做到有的放矢。針對(duì)以上問(wèn)題，我們從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)形式兩方面對(duì)高分子成型加工課程進(jìn)行了改革和建設(shè)，取得了良好的教學(xué)效果。

一、課程教學(xué)內(nèi)容的改革和建設(shè)

（一）強(qiáng)化高分子成型加工基礎(chǔ)原理知識(shí)

本科院校是要培養(yǎng)既有一定的理論基礎(chǔ)又具備較強(qiáng)實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才，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[2]。其課程內(nèi)容既要體現(xiàn)知識(shí)的廣度，也要體現(xiàn)知識(shí)的深度。高分子成型加工課程涉及的知識(shí)面很寬，涵蓋了高分子化學(xué)、高分子物理、大學(xué)物理等多門課程的知識(shí)內(nèi)容，其教學(xué)不能簡(jiǎn)單停留在對(duì)不同成型加工技術(shù)的介紹，而需要著眼于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)容的整合與融會(huì)貫通能力，使他們能夠?qū)λ鶎W(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用。因此，在課程教學(xué)中，我們要注重將成型工藝與高分子化學(xué)、高分子物理和大學(xué)物理等知識(shí)相聯(lián)系，圍繞這些專業(yè)知識(shí)間的聯(lián)系進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生系統(tǒng)全面地掌握與高分子成型加工相關(guān)的知識(shí)體系，使他們能夠從本質(zhì)機(jī)理上理解高分子結(jié)構(gòu)與性能對(duì)其成型方法和工藝過(guò)程的影響，具備綜合運(yùn)用基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，為今后從事高分子材料的科學(xué)研究和工程開(kāi)發(fā)奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。另外，由于高分子材料的成型加工，除極少數(shù)通過(guò)固態(tài)、高彈態(tài)或溶液狀態(tài)進(jìn)行外，主要都是在熔體狀態(tài)下進(jìn)行的，因此掌握高分子熔體流變性質(zhì)對(duì)于高分子成型加工極為重要[3]。高分子流變學(xué)建立了高分子各種成型加工方法的理論基礎(chǔ)，并為設(shè)計(jì)、加工高分子制品提供參數(shù)，使制品具有良好的使用性能和穩(wěn)定性，是培養(yǎng)較高層次人才的重要課程內(nèi)容，必須進(jìn)行深入透徹地講解，夯實(shí)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)。此外，對(duì)于在高分子材料成型加工中占有重要地位的成型方法，例如塑料的四大成型加工方法（擠出、注塑、模壓、壓延），要抓住主線、突出重點(diǎn)、深入挖掘，使學(xué)生充分了解高分子在這些成型加工過(guò)程中的流動(dòng)情況和物理化學(xué)變化，讓學(xué)生扎實(shí)掌握這些重要方法的技術(shù)原理、工藝要點(diǎn)和實(shí)施方法。

（二）加入相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域前沿內(nèi)容的介紹

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)日新月異，新型的成型加工方法和技術(shù)層出不窮[4]。為使課程教學(xué)內(nèi)容能夠反映行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展，我們持續(xù)跟蹤高分子材料成型加工的新原理、新方法、新設(shè)備以及由此帶來(lái)的新變化和新效果。我們廣泛搜集國(guó)內(nèi)外出版的相關(guān)論文、書(shū)籍以及媒體資料等，并對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)梳理和總結(jié)后補(bǔ)充到課程教學(xué)內(nèi)容中。我們?cè)谡n程中加入了流體/超臨界流體輔助成型、天然高分子及加工新技術(shù)、3D打印技術(shù)、反應(yīng)擠出技術(shù)、微層共擠出技術(shù)等前沿內(nèi)容。例如，近年來(lái)微層共擠出技術(shù)的迅猛發(fā)展大大提高了控制高分子材料形態(tài)結(jié)構(gòu)的能力和靈活性[5]。這種技術(shù)能夠使兩種高分子以獨(dú)特的交替層狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合，無(wú)論共混物的組成比例如何變化，其總是具有規(guī)整的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，而且材料內(nèi)部的微層數(shù)可由2層持續(xù)增加到上千層，相應(yīng)的單層組分厚度可由毫米尺度一直降低至納米尺度。通過(guò)微層共擠出技術(shù)得到的近乎完美的雙連續(xù)結(jié)構(gòu)使材料充分發(fā)揮了組分間的協(xié)同作用，因此具有非常獨(dú)特的力學(xué)性能、阻隔性能、光學(xué)性能以及電（磁）性能等。授課教師要向?qū)W生介紹這些新型加工技術(shù)及其基本理論，布置文獻(xiàn)閱讀和討論的任務(wù)，講授文獻(xiàn)追蹤和調(diào)研的方法，使他們能夠自行開(kāi)展研究和思考，探究新技術(shù)和新方法中的科學(xué)問(wèn)題和工程應(yīng)用潛力，培養(yǎng)科學(xué)思維以及創(chuàng)新研究素質(zhì)。同時(shí)還要幫助學(xué)生拓寬專業(yè)知識(shí)面和學(xué)術(shù)視野，使他們關(guān)注和了解高分子成型加工的發(fā)展動(dòng)態(tài)和趨勢(shì)，增強(qiáng)他們的就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

（三）結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行授課

我們注重將課程教學(xué)內(nèi)容與企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，體現(xiàn)其實(shí)用性。學(xué)生對(duì)高分子成型加工知識(shí)的學(xué)習(xí)，最終還是要落實(shí)到生產(chǎn)實(shí)踐中，既要通曉原理也要具備實(shí)踐能力。學(xué)生應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到高分子制品的性能不僅與高分子材料本身的性質(zhì)有關(guān)，而且與加工工藝過(guò)程及其條件有很大關(guān)系。怎樣才能把所學(xué)的理論知識(shí)很好地應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)上是需要向企業(yè)學(xué)習(xí)的，而企業(yè)通過(guò)其多年的生產(chǎn)實(shí)踐總結(jié)出來(lái)的經(jīng)驗(yàn)就是十分寶貴的財(cái)富。我們收集整理了大量與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的企業(yè)生產(chǎn)實(shí)例、技術(shù)創(chuàng)新以及獨(dú)特工藝，其中的很多技術(shù)和工藝與書(shū)本上的經(jīng)典內(nèi)容并不完全一致，因?yàn)樗鼈兪瞧髽I(yè)在基本理論的基礎(chǔ)上，基于自身實(shí)際生產(chǎn)條件和產(chǎn)品要求改進(jìn)或創(chuàng)造出來(lái)的，是對(duì)高分子成型加工理論的深入探索。我們將這些案例引入課程，在課堂上用理論知識(shí)來(lái)解釋具體生產(chǎn)中的實(shí)際問(wèn)題，又以科研和實(shí)際生產(chǎn)的具體例子來(lái)說(shuō)明基礎(chǔ)理論。這種案例教學(xué)引發(fā)了學(xué)生濃厚的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了他們對(duì)于理論知識(shí)的深入思考和吸收，幫助他們更好地理解并學(xué)會(huì)了應(yīng)用所學(xué)的知識(shí)，并讓他們學(xué)會(huì)了根據(jù)實(shí)際情況對(duì)工藝進(jìn)行合理調(diào)整。

另外，我們采用項(xiàng)目作業(yè)的方式，給學(xué)生布置具有應(yīng)用情境和實(shí)踐特點(diǎn)的項(xiàng)目方案類作業(yè)，即給學(xué)生提出高分子產(chǎn)品成型加工中的實(shí)際問(wèn)題，學(xué)生需要運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)，輔之以文獻(xiàn)調(diào)研來(lái)提出合理的解決方案并設(shè)計(jì)具體實(shí)施工藝。作業(yè)由學(xué)生獨(dú)立完成并寫(xiě)成完整的報(bào)告，然后教師對(duì)報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行分析和點(diǎn)評(píng)。這樣的作業(yè)需要學(xué)生真正思考和運(yùn)用理論知識(shí)才能完成，而不是簡(jiǎn)單抄寫(xiě)概念和公式。這樣能夠讓學(xué)生更好地實(shí)現(xiàn)課堂所學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際的緊密聯(lián)系，達(dá)到專業(yè)知識(shí)水平與工程應(yīng)用能力同步提升的目的。

二、課程教學(xué)方式的改革和建設(shè)

（一）生動(dòng)直觀的講授方式與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊密結(jié)合

在授課形式上，為了讓學(xué)生更直觀地了解高分子材料的各種成型過(guò)程，教師講課時(shí)通過(guò)展示成型加工過(guò)程的三維透視動(dòng)畫(huà)，能夠使學(xué)生更清楚地了解成型過(guò)程中機(jī)械的運(yùn)行方式以及高分子物料的流動(dòng)狀態(tài)。另外，還可以通過(guò)展示高分子制品的半成品和成品等實(shí)物，展示加工設(shè)備和加工現(xiàn)場(chǎng)的照片，播放工廠實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的視頻，讓學(xué)生了解真實(shí)生產(chǎn)場(chǎng)景，為他們創(chuàng)造一個(gè)“準(zhǔn)現(xiàn)場(chǎng)”。這些生動(dòng)直觀的講授方式為教學(xué)討論提供了豐富的現(xiàn)場(chǎng)情境和素材，實(shí)現(xiàn)了課堂所學(xué)與工程實(shí)際的緊密聯(lián)系，非常有助于加深學(xué)生對(duì)一些知識(shí)難點(diǎn)的理解，提高其理論學(xué)習(xí)的效果。這樣的授課形式，化抽象為直觀，生動(dòng)有趣、省時(shí)高效，獲得了學(xué)生的認(rèn)可。

此外，作為一門實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，注重理論課與實(shí)驗(yàn)課的有機(jī)結(jié)合很重要[6]，在課程安排上我們將實(shí)驗(yàn)課與理論課緊密配合、同步進(jìn)行，充分利用材料科學(xué)與工程學(xué)院的擠出、注塑、熱壓、壓延等成型設(shè)備，使學(xué)生一完成理論學(xué)習(xí)就可以進(jìn)行相關(guān)的實(shí)際操作，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證所學(xué)的理論知識(shí)，進(jìn)一步加深理解，解決了學(xué)生在以往專業(yè)課程學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的被動(dòng)接受、死記硬背、不會(huì)應(yīng)用的理論脫離實(shí)際的問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生通過(guò)實(shí)踐掌握了高分子成型加工的實(shí)施方法，對(duì)相關(guān)知識(shí)會(huì)理解得更透徹，掌握得更牢固。對(duì)于知識(shí)的真正掌握需要經(jīng)歷“發(fā)現(xiàn)、驗(yàn)證、認(rèn)知、運(yùn)用”這四個(gè)階段，理論課與實(shí)驗(yàn)課緊密結(jié)合就是要讓學(xué)生加深對(duì)知識(shí)的理解性認(rèn)知，而且在實(shí)踐中學(xué)會(huì)運(yùn)用。另外，根據(jù)學(xué)術(shù)發(fā)展前沿，充分發(fā)揮專業(yè)教師的科研與工程特長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與科研互動(dòng)，我們組織學(xué)生到專業(yè)實(shí)驗(yàn)室近距離接觸和了解相關(guān)科研內(nèi)容和進(jìn)展，直接把科研內(nèi)容轉(zhuǎn)化為教學(xué)內(nèi)容。例如，實(shí)現(xiàn)了將3D打印、電紡絲、微納層共擠出等科研成果應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。這些課程教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了他們的探究能力。

（二）將“請(qǐng)進(jìn)來(lái)”與“走出去”相結(jié)合

我們到高分子成型加工企業(yè)中調(diào)研，聽(tīng)取企業(yè)人員對(duì)高分子成型加工課程教學(xué)的意見(jiàn)和建議，邀請(qǐng)相關(guān)企業(yè)的技術(shù)骨干參與其教學(xué)計(jì)劃的制定，堅(jiān)持以應(yīng)用為導(dǎo)向、突出工程教育的實(shí)踐屬性[7]，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)轉(zhuǎn)化能力。我們邀請(qǐng)相關(guān)企業(yè)的技術(shù)人員進(jìn)入課堂，為學(xué)生講授高分子成型加工的前沿知識(shí)和成果，并結(jié)合企業(yè)的具體生產(chǎn)案例深入講解相關(guān)理論原理和實(shí)踐運(yùn)用。例如，我們先后邀請(qǐng)了上汽集團(tuán)延鋒彼歐汽車外飾系統(tǒng)有限公司技術(shù)部的經(jīng)理和上海自立塑料制品有限公司生產(chǎn)部的經(jīng)理等企業(yè)專家走進(jìn)高分子成型工藝課堂，向?qū)W生講解企業(yè)中采用的先進(jìn)技術(shù)和應(yīng)用實(shí)例，讓學(xué)生了解到優(yōu)秀產(chǎn)品的研發(fā)過(guò)程和成型加工技術(shù)，感受到知識(shí)的重要性和先進(jìn)技術(shù)的突出作用。采用這樣的授課形式后，學(xué)生反饋積極，表示他們學(xué)到了很多平常課堂接觸不到的知識(shí)，并且希望獲得更多這樣的機(jī)會(huì)。我們還有針對(duì)性地組織學(xué)生進(jìn)入高分子材料加工企業(yè)的生產(chǎn)一線參觀學(xué)習(xí)，讓學(xué)生親身了解實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中使用的設(shè)備、技術(shù)、工藝、流程以及自動(dòng)化情況，并和企業(yè)工程師進(jìn)行面對(duì)面交流，了解企業(yè)工程師的現(xiàn)實(shí)工作情境、可能遇到的問(wèn)題和解決的辦法，感受到課堂學(xué)習(xí)的理論知識(shí)在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，極大提高了他們的學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)力。例如，在高分子成型工藝課程教學(xué)期間，我們利用課余時(shí)間組織學(xué)生分別到上海自立塑料制品有限公司和上海迦南塑料有限公司等知名企業(yè)的生產(chǎn)一線進(jìn)行了參觀學(xué)習(xí)，企業(yè)的專家還在現(xiàn)場(chǎng)給學(xué)生做了高分子成型加工專題講座，獲得非常好的教學(xué)效果。

（三）開(kāi)展生產(chǎn)實(shí)習(xí)

到企業(yè)的生產(chǎn)一線進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，學(xué)生主要是看，是獲得直觀的認(rèn)識(shí)，但是沒(méi)有真正參與生產(chǎn)實(shí)踐，沒(méi)有真正去“做”，因此我們還開(kāi)展了生產(chǎn)實(shí)習(xí)。高分子成型加工課程開(kāi)設(shè)在本科三年級(jí)第二學(xué)期，與之相配套，我們安排學(xué)生在該學(xué)期的期末考試之后到相應(yīng)的實(shí)習(xí)基地進(jìn)行為期四周的生產(chǎn)實(shí)習(xí)。實(shí)習(xí)基地包括上汽集團(tuán)延鋒彼歐汽車外飾系統(tǒng)有限公司、上海華特汽車配件有限公司、上海自立塑料制品有限公司等知名企業(yè)。在實(shí)習(xí)期間，每天都安排有具體的工作內(nèi)容，大多數(shù)工作都需要到生產(chǎn)或檢測(cè)一線進(jìn)行實(shí)際操作，而不是走馬觀花。學(xué)生通過(guò)實(shí)習(xí)對(duì)整個(gè)高分子制品的生產(chǎn)過(guò)程（原料儲(chǔ)存—原料預(yù)處理—擠出/注塑生產(chǎn)線—產(chǎn)品包裝—產(chǎn)品檢測(cè)）有了全面深入的認(rèn)識(shí)。在實(shí)習(xí)中，學(xué)生能夠非常細(xì)致地去研究每一條生產(chǎn)線的具體設(shè)備和工藝，結(jié)合所學(xué)的高分子成型加工知識(shí)，讓理論與實(shí)踐相統(tǒng)一。學(xué)生進(jìn)一步了解了成型加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，熟悉了各種成型加工設(shè)備的布置、操作和工藝參數(shù)設(shè)置，了解了不同高分子材料對(duì)工藝參數(shù)的要求，加深了對(duì)高分子生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制的理解。我們注意引導(dǎo)學(xué)生將書(shū)本中的專業(yè)知識(shí)與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系起來(lái)，并且培養(yǎng)他們發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，使他們對(duì)在課堂上所學(xué)的加工成型知識(shí)有了更全面的理解和掌握。這種生產(chǎn)實(shí)習(xí)是對(duì)學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一次檢驗(yàn)和提高，同時(shí)增加了他們對(duì)自身專業(yè)的了解和認(rèn)識(shí)，對(duì)他們今后的學(xué)習(xí)和工作具有重要意義。

三、結(jié)論

高分子成型加工課程的改革和建設(shè)，有利于從基礎(chǔ)階段就引導(dǎo)學(xué)生將專業(yè)知識(shí)與實(shí)際應(yīng)用有效結(jié)合在一起，進(jìn)一步加深對(duì)專業(yè)知識(shí)的掌握，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)效率。學(xué)生通過(guò)與相關(guān)企業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行直接交流和互動(dòng)，了解了實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的設(shè)備、技術(shù)、流程、自動(dòng)化情況以及可能遇到的問(wèn)題和解決辦法，加強(qiáng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力與職業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。通過(guò)讓學(xué)生了解本領(lǐng)域的最新技術(shù)成果、掌握未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，以開(kāi)闊他們的專業(yè)視野，提升他們的專業(yè)理念和素養(yǎng)。對(duì)高分子成型加工課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革與實(shí)踐，將有效促進(jìn)教師教學(xué)理念的更新和學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，使教學(xué)適應(yīng)現(xiàn)代高分子材料發(fā)展要求，不斷提高教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

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[責(zé)任編輯：龐丹丹]