高分子材料成型原理與工藝課程教改研究

張 軍，樊冬娌，陸亞清

(南通大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院， 江蘇 南通 226019 )

高分子材料成型原理與工藝課程屬于高分子材料加工工科體系中必不可少的一門課程，該課程從實(shí)用的角度出發(fā)，介紹了高分子材料成型加工所涉及的基礎(chǔ)知識(shí)，包括高分子材料加工性能、流變性能、物料的混合和分散等基本加工原理及概念；詳細(xì)介紹了熱塑性塑料擠出成型和注塑成型、熱固性塑料壓制成型、壓延成型和塑料二次成型的成型原理及工藝；介紹了橡膠加工原理和成型工藝；介紹了塑料的其他成型技術(shù)、合成纖維的紡絲及后加工，以及高分子基復(fù)合材料的成型加工工藝；還簡(jiǎn)單介紹了主要加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理及主要參數(shù)等。課程屬于兼顧原理以及工藝體系的應(yīng)用基礎(chǔ)課程。

該課程改革提出的背景在于我國(guó)高等教育的人才培養(yǎng)模式正在逐步從“專業(yè)型“向”學(xué)科型“轉(zhuǎn)變。自1998年起，20多年來教育部關(guān)于材料類專業(yè)設(shè)置的調(diào)整，使得高分子材料與工程專業(yè)步入了以材料科學(xué)與工程“大學(xué)科”為基礎(chǔ)，按照二級(jí)學(xué)科專業(yè)培養(yǎng)人才的新階段。課程進(jìn)行相應(yīng)教學(xué)改革的目的正在于順應(yīng)新的培養(yǎng)模式，培養(yǎng)出能在高分子材料的成型加工和改性等領(lǐng)域從事科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及經(jīng)營(yíng)管理等方面工作的高級(jí)工程技術(shù)人才。

近年來，隨著我校高分子材料與工程專業(yè)課程體系的不斷調(diào)整，專業(yè)課程學(xué)時(shí)也在精簡(jiǎn)，其中高分子材料成型原理與高分子材料加工工藝學(xué)這兩門課程在教學(xué)內(nèi)容上出現(xiàn)一定的重復(fù)，同時(shí)兩門課程所占的學(xué)時(shí)均較大，因此在課程調(diào)整時(shí)將這兩門課程合并為高分子材料成型原理與工藝一門課程進(jìn)行教學(xué)，這就在原先分別偏重理論與偏重實(shí)踐的兩門課程中需要找到一個(gè)平衡點(diǎn)，使教改后的課程兼顧理論與實(shí)踐，這就需要教師在該課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段及配套實(shí)踐等環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的改革，確保能夠提升課程質(zhì)量，培養(yǎng)高分子優(yōu)秀工科人才。

1 教學(xué)內(nèi)容

高分子材料成型原理與工藝這一課程是在高分子材料成型原理與高分子材料加工工藝學(xué)這兩門課程合并的基礎(chǔ)上新開設(shè)的，雖然前兩門課程在內(nèi)容上有一定的重復(fù)，但是合并后的教學(xué)內(nèi)容仍然超出單一課程的體量，在這種情況下，僅僅做一個(gè)簡(jiǎn)單的課程內(nèi)容合并是沒有辦法和相應(yīng)教學(xué)時(shí)長(zhǎng)所匹配的，因此需要教師對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1.1 模塊化教學(xué)的使用

對(duì)于工科教學(xué)體系來說，理論知識(shí)的講授內(nèi)容要以“實(shí)際、實(shí)用、實(shí)踐”為原則：綜合知識(shí)，分塊教學(xué)[1]?！陡叻肿硬牧铣尚驮砼c工藝》課程按照模塊化教學(xué)要求可分為五個(gè)模塊理論：聚合物加工的理論基礎(chǔ)、聚合物加工過程的物理和化學(xué)變化、塑料的成型加工原理與工藝、合成纖維的成型加工原理與工藝、橡膠的成型加工原理與工藝。每一個(gè)大型知識(shí)模塊下再次進(jìn)行相應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)二次分切，形成小型的知識(shí)模塊，如塑料的成型加工原理與工藝，就可以再次分切為熱塑性塑料成型原理與工藝、熱固性塑料成型原理與工藝和塑料二次成型的成型原理與工藝這三個(gè)模塊，在此基礎(chǔ)上還可以繼續(xù)細(xì)化，如熱塑性塑料成型可以分為熱塑性塑料擠出成型原理與工藝和熱塑性塑料注塑成型原理與工藝模塊。通過這逐級(jí)的細(xì)化既便于授課教師進(jìn)行備課與參考書推薦，同時(shí)重點(diǎn)突出，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中也會(huì)有明確的脈絡(luò)，無論是教還是學(xué)經(jīng)過模塊化處理后都體現(xiàn)出化繁為簡(jiǎn)，有跡可循的特點(diǎn)。通過這樣的處理，達(dá)到“必需和適用”的教學(xué)杠桿，同時(shí)實(shí)踐相關(guān)的知識(shí)將得到更好的體現(xiàn)[2]。

1.2 教學(xué)布局的改進(jìn)

課程經(jīng)過合并后，需要教師積極探索不同章節(jié)間的內(nèi)在聯(lián)系，在模塊化處理的基礎(chǔ)上大膽的對(duì)模塊進(jìn)行再次組合，打破原先教材中的一些章節(jié)，以知識(shí)點(diǎn)模塊之間的相互聯(lián)系為抓手，重新將教學(xué)內(nèi)容的布局進(jìn)行調(diào)整[3]。比如塑料成型原理與工藝模塊下的熱塑性塑料成型原理與工藝模塊和熱固性塑料成型原理與工藝模塊，在成型的原理與工藝中，注射和擠出的部分就存在原理上的相近，工藝上的相似，區(qū)別是加工對(duì)象的固有性質(zhì)不一致，在這種情況下，完全可以將兩者的小模塊進(jìn)行合并，由熱塑性和熱固性既為區(qū)分、又找相似，在教學(xué)中可以設(shè)置師生互動(dòng)環(huán)節(jié)來進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)上的互通，這樣就能同時(shí)實(shí)現(xiàn)教學(xué)重點(diǎn)的體現(xiàn)、學(xué)時(shí)的精簡(jiǎn)以及教學(xué)效果的提升。

1.3 教學(xué)與科研相結(jié)合

高分子材料成型原理與工藝課程的知識(shí)更新十分快，它是隨著目前新材料的研究而不斷更新的一門學(xué)科，如納米材料的研究促成了靜電紡絲技術(shù)的產(chǎn)生及更新，體型結(jié)構(gòu)及降解材料的需求帶出了反應(yīng)注射成型等多種成型技術(shù)，新的技術(shù)及方法有的尚未及時(shí)成書，這就需要教師及時(shí)的在自己研究或文獻(xiàn)查閱的基礎(chǔ)上進(jìn)行歸納總結(jié)，將前沿的、更具有代表性的成型原理與工藝介紹給學(xué)生，幫助學(xué)生拓寬視野，真正做到來源于書本又優(yōu)于課本。

另外，從高校的教學(xué)研究結(jié)合角度來講，及時(shí)的將本科學(xué)生代入科研項(xiàng)目的研究流程中，也是一個(gè)增加學(xué)生感性認(rèn)識(shí)，提升其實(shí)際應(yīng)用能力的良好途徑[4]。對(duì)于高分子材料成型原理與工藝課程來說，實(shí)踐所獲得第一手感性認(rèn)知也是十分重要的。

2 教學(xué)方法與手段

高分子材料成型原理與工藝這一課程是兩門課程合并而來的，知識(shí)涵蓋了偏于抽象理解的成型理論基礎(chǔ)，又有偏于實(shí)踐操作的加工工藝，這時(shí)傳統(tǒng)的純粹板書教學(xué)及以教師為課堂絕對(duì)主體的教學(xué)方式已經(jīng)無法滿足課程的最終培養(yǎng)目標(biāo)，也無法培養(yǎng)出綜合素質(zhì)人才，因此需要在教學(xué)方法上也進(jìn)行相應(yīng)的改革。

2.1 多媒體教學(xué)

多媒體教學(xué)一直以來都是高校教學(xué)一直提倡的[5]，在本課程中其重要性更加明顯，學(xué)生在學(xué)習(xí)到基礎(chǔ)理論知識(shí)之后需要快速將理論(高分子材料成型原理)與實(shí)踐(高分子材料加工工藝學(xué))結(jié)合起來，這一快速轉(zhuǎn)化除了教師在課堂上的講述之外，利用多媒體及實(shí)物將抽象空泛的概念轉(zhuǎn)化為直觀可視的圖、動(dòng)畫、工廠生產(chǎn)視頻、產(chǎn)品實(shí)物、實(shí)物應(yīng)用等一系列可看可觸的現(xiàn)實(shí)，這就能夠超出啟發(fā)思維的范疇，能夠讓學(xué)生在知識(shí)學(xué)習(xí)的過程中坐上“直通車”，快速將知識(shí)吸收。

2.2 課堂效率的提升

課堂教學(xué)過程中需要學(xué)生更多的參與進(jìn)來，這就要求課程設(shè)計(jì)課堂互動(dòng)，有完整的“回顧——啟發(fā)——引導(dǎo)——講授——總結(jié)”的課堂經(jīng)過，對(duì)于本課程來說，課堂互動(dòng)環(huán)節(jié)穿插了課程的始終，圍繞著“原理——工藝——產(chǎn)品”，“新舊加工體系模塊”，“加工體系模塊之間的聯(lián)系與區(qū)別”等一系列知識(shí)點(diǎn)展開。同時(shí)，適量的布置學(xué)生的自學(xué)環(huán)節(jié)也能夠提升課堂學(xué)習(xí)效率。

2.3 興趣小組的拓展

教學(xué)與科研相結(jié)合始終是高校課堂教學(xué)手段的一個(gè)重要組成，在前文中一提過教學(xué)與科研結(jié)合，但不是每一個(gè)學(xué)生都有興趣參加相對(duì)知識(shí)要求高的科學(xué)研究，這時(shí)候可以根據(jù)學(xué)生對(duì)日常的產(chǎn)品提出加工設(shè)想，組建興趣小組，這些興趣小組相對(duì)松散，在專業(yè)教師的帶領(lǐng)下開展“文獻(xiàn)檢索——方案設(shè)計(jì)——討論定稿——加工——成品”的這一類研究，這類興趣小組活動(dòng)不強(qiáng)調(diào)其過程的科技含量，但其基于學(xué)生興趣出發(fā)，有專業(yè)教師的指導(dǎo)和專業(yè)設(shè)備的硬件支持，能夠鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力并使其較好的掌握科技研究過程及常規(guī)產(chǎn)品生產(chǎn)過程，也是對(duì)課堂知識(shí)的一種補(bǔ)充。在小組活動(dòng)過程中，參加的學(xué)生對(duì)興趣小組全部都能夠集中較多的精力并體現(xiàn)出堅(jiān)持到底的科研精神。

3 配套實(shí)踐教學(xué)的強(qiáng)化

實(shí)踐教學(xué)是高等教育培養(yǎng)方案里的重要版塊，是培養(yǎng)大學(xué)生實(shí)踐能力的重要途徑[6-7]。本課程因受到學(xué)時(shí)的限制，沒有辦法在課內(nèi)再進(jìn)行大量的實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)置，但是單獨(dú)設(shè)置了與課程緊密相關(guān)的實(shí)踐環(huán)節(jié)。

3.1 大型加工實(shí)驗(yàn)的設(shè)置

在本專業(yè)的培養(yǎng)計(jì)劃中有兩周的專業(yè)大型加工實(shí)驗(yàn)，該實(shí)踐環(huán)節(jié)的設(shè)立需要學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論、進(jìn)行問題分析、提出解決方案、動(dòng)手驗(yàn)證，經(jīng)過不同的產(chǎn)品如塑料件、單絲、橡膠體的配方設(shè)計(jì)、加工方案設(shè)計(jì)、測(cè)試分析方案設(shè)計(jì)——按設(shè)計(jì)計(jì)劃實(shí)施——測(cè)試所制備的產(chǎn)品——按產(chǎn)品級(jí)別進(jìn)行產(chǎn)品處置這一系列的環(huán)節(jié)，既讓學(xué)生全程參與、體現(xiàn)學(xué)生為主體的實(shí)踐理念，又使其對(duì)現(xiàn)代加工企業(yè)的實(shí)際增加感性認(rèn)識(shí)，該環(huán)節(jié)屬于綜合性、設(shè)計(jì)性的實(shí)踐過程。專業(yè)目前已經(jīng)能夠開展塑料、橡膠、單絲、涂料、膠黏劑等專業(yè)相關(guān)材料的制備及分析測(cè)試，給予了學(xué)生更多的選擇。

3.2 虛擬仿真實(shí)踐的設(shè)置

虛擬仿真是近年來為了提升學(xué)生感性認(rèn)識(shí)同時(shí)減少安全隱患的一個(gè)重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。在去企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的基礎(chǔ)上，專業(yè)自2019年開始就針對(duì)一些學(xué)生感興趣、用得到，但是卻無法進(jìn)行操作的一些加工環(huán)節(jié)進(jìn)行虛擬仿真，比如大型單絲加工、聚合物聚合控制等，經(jīng)過虛擬操作，能夠讓學(xué)生熟悉實(shí)際的操作環(huán)節(jié)，深入理解相關(guān)的理論基礎(chǔ)，也是課程常見的實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要補(bǔ)充。

4 結(jié)語(yǔ)

高分子材料成型原理與工藝這一課程對(duì)理論教學(xué)和實(shí)踐應(yīng)用教學(xué)都提出了較高的要求，同時(shí)也是專業(yè)基礎(chǔ)課程中重要的一個(gè)組成，這就需要在今后的教學(xué)中不斷改進(jìn)教學(xué)方法，緊跟科技前沿，與時(shí)俱進(jìn)，為培養(yǎng)復(fù)合型工科人才打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。