應(yīng)用型本科材料專業(yè)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)

吳甜甜　李瑞鋒　李長(zhǎng)江　鄭玉船　徐寶和

摘 要

針對(duì)應(yīng)用型本科高校的教學(xué)要求，結(jié)合黃山學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)際情況，提出了針對(duì)本專業(yè)開(kāi)設(shè)陶瓷材料注漿成型的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)。通過(guò)泥漿制備、注漿成型、開(kāi)模、修坯、施釉、燒結(jié)等完整生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)，擴(kuò)展學(xué)生通過(guò)該實(shí)驗(yàn)所獲得的基礎(chǔ)理論知識(shí)，了解和掌握上述工藝對(duì)陶瓷材料相關(guān)性能的影響，極大提高學(xué)生的自主創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)的興趣，該課程受到學(xué)生的歡迎，取得良好的效果。

關(guān)鍵詞

開(kāi)放性;注漿成型;實(shí)驗(yàn)教學(xué);陶瓷材料

中圖分類號(hào)： J527? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457 . 2020 . 10 . 31

材料科學(xué)與工程屬于工學(xué)學(xué)科門類，是以材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)性理論為教學(xué)基礎(chǔ)的一門綜合性學(xué)科。進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量對(duì)于學(xué)生的綜合能力培養(yǎng)至關(guān)重要，實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要在使得學(xué)生快速獲得基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)和提高學(xué)生的自主動(dòng)手創(chuàng)新能力和積極參與科技實(shí)踐創(chuàng)新的精神、以激發(fā)其學(xué)習(xí)的積極性和興趣[1]。黃山學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)開(kāi)設(shè)了《陶瓷注漿成型工藝設(shè)計(jì)》綜合開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，包括泥漿制備、注漿成型、開(kāi)模、修坯、施釉、燒成等為主線的一系列實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。本文介紹了黃山學(xué)院材料科學(xué)與工程專業(yè)的陶瓷材料注漿成型工藝設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，該項(xiàng)目緊密聯(lián)系材料科學(xué)內(nèi)容與發(fā)展以及高等教育科研和教學(xué)的實(shí)際需要，貫徹落實(shí)黃山學(xué)院“應(yīng)用型、地方性”的辦學(xué)理念和培養(yǎng)應(yīng)用型人才目標(biāo)的需求。該綜合開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開(kāi)設(shè)以來(lái)受到學(xué)生的歡迎，取得了良好的學(xué)習(xí)效果。

1 綜合開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的作用

傳統(tǒng)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程的項(xiàng)目多為驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題和缺陷已有廣泛共識(shí)：實(shí)驗(yàn)操作步驟機(jī)械化、學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容印象不深刻、積極性和主動(dòng)性不高、從中收獲的知識(shí)也有限等。傳統(tǒng)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不利于教師對(duì)實(shí)驗(yàn)課成績(jī)的評(píng)價(jià)，學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力和創(chuàng)新思維均得不到引導(dǎo)[2-4]?！短沾勺{成型工藝設(shè)計(jì)》采用開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的技術(shù)思路，結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟以及實(shí)驗(yàn)所要用到的設(shè)備及材料等方面進(jìn)行探討，分析陶瓷泥漿制備、注漿成型、修坯、施釉、燒成成品完整的陶瓷生產(chǎn)工藝流程的工作要領(lǐng)，以及對(duì)產(chǎn)品性能的影響。

2 綜合開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的

了解和幫助學(xué)生掌握常用陶瓷材料的常用注漿成型的原理與其方法;了解和掌握常用陶瓷材料注漿成型的基本技術(shù)與工藝;了解和分析各種陶瓷制品的成型過(guò)程和工藝性能的特征以及影響主要因素;通過(guò)陶瓷工藝綜合開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)陶瓷生產(chǎn)工藝和陶瓷產(chǎn)品有一個(gè)全面了解。同時(shí)學(xué)生可以利用課本所學(xué)的陶瓷工藝知識(shí)，親自動(dòng)手，利用各種陶瓷生產(chǎn)原設(shè)計(jì)料制作各種陶瓷產(chǎn)品，完成陶瓷試樣配方計(jì)算、配料、研磨、成型、施釉、燒成等過(guò)程。本實(shí)驗(yàn)將生產(chǎn)實(shí)踐與陶瓷工藝?yán)碚撜n程內(nèi)容相緊密結(jié)合，培養(yǎng)了學(xué)生親自動(dòng)手、獨(dú)立設(shè)計(jì)和分析、解決技術(shù)性問(wèn)題的意識(shí)和能力，同時(shí)也為今后的工作和大四畢業(yè)論文的環(huán)節(jié)作奠定良好的基礎(chǔ)。

2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理

注漿成型方法是一種古老和應(yīng)用比較傳統(tǒng)的陶瓷坯體成型法，應(yīng)用極為廣泛。這種成型方法是一種利用良好吸水性的石膏模具，先將陶瓷粉料添加適當(dāng)?shù)姆葱跄齽┡渲瞥傻木哂幸欢鲃?dòng)性的泥漿，然后將泥漿注入石膏模內(nèi)。隨后逐漸在石膏模具內(nèi)壁形成具有一定厚度的均勻泥層，厚度一定時(shí)倒出多余泥漿，鞏固后再進(jìn)行脫模得到陶瓷坯體。凡是各種形狀復(fù)雜、不規(guī)則的、壁薄的、體積大且對(duì)尺寸要求不嚴(yán)的陶瓷器物都可以采用這種注漿法成型[5]。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

（1）原料：陳設(shè)藝術(shù)瓷用注漿泥料、藝術(shù)瓷注漿坯體;長(zhǎng)石、石英、高嶺土、粘土、鉛丹等。

（2）工具與設(shè)備：電子天平、游標(biāo)卡尺、石膏成型模具，橡皮筋、修坯刀具、烘箱、高溫電窯、研缽、優(yōu)質(zhì)尼龍板刷、尖嘴勺、尼龍毛水彩油畫筆、燒杯、電子稱、電動(dòng)攪拌機(jī)、球磨機(jī)。

2.4 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.4.1 漿料的調(diào)制

為適應(yīng)陶瓷材料注漿成型工藝的要求，必須將陶瓷粉料配制成具有流動(dòng)性、符合注漿成型工藝性能的泥漿。

注漿成型的陶瓷泥漿有確定性質(zhì)的粘土和礦物顆粒組成，必須達(dá)到一定的顆粒細(xì)度和解凝度[6]。泥漿的性能對(duì)于整個(gè)注漿成型工藝的影響非常大的，必須嚴(yán)格準(zhǔn)確把握泥漿的流動(dòng)性、穩(wěn)定性和懸浮性，泥漿的比重一般控制在1.70-1.75之間。如果流動(dòng)性差，陶瓷坯體表面的粗糙，可適當(dāng)添加些稀釋劑;如果懸浮性不好，應(yīng)加入懸浮劑，否則容易造成坯體沉淀，底部厚，上部薄，甚至無(wú)法成型。另外，如果泥漿中存在大量的氣泡，會(huì)影響坯體的致密度，且在燒制過(guò)程中因氣孔排出而形成蜂窩式的凹面，影響器物的美觀，成為殘品?？梢酝ㄟ^(guò)勻速攪拌泥漿，排出氣泡。

2.4.2 注漿成型

（1）注漿 。先將準(zhǔn)備好的石膏模具用尼龍刷、海綿清理干凈，用橡皮筋固定捆扎好，然后緩慢且勻速將泥漿垂直注入模具內(nèi)。

（2）添漿。石膏模具有一定的吸水性，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)連續(xù)性的吸收泥漿內(nèi)的水分，使泥漿水平位置不斷下降，需要及時(shí)添漿，直到放漿。否則漿料低于添漿口的最低處，造成坯體局部過(guò)薄。

（3）放漿。石膏模具內(nèi)壁逐漸形成均勻泥層，注意把握好吃漿時(shí)間，然后將多于泥漿輕輕搖動(dòng)后倒出。內(nèi)壁泥層的厚度就是陶瓷坯體厚度，一般注漿件在4-7mm厚左右。注意放漿速度不宜太快，避免負(fù)壓而使坯體過(guò)早脫離模型造成坯體變形或塌落[7]。放漿之后將模具倒扣，保證坯體的內(nèi)壁光滑，無(wú)泥頭或乳頭狀泥釘。

（4）脫模。放漿后不應(yīng)立即進(jìn)行脫模，坯體強(qiáng)度太低需繼續(xù)排出水分即為鞏固。待坯體脫水鞏固后，便可開(kāi)模取出坯體。要注意的是鞏固時(shí)間太短，坯體太軟易造成塌陷;鞏固時(shí)間太長(zhǎng)，石膏模具會(huì)限制坯體收縮易使坯體開(kāi)裂。

（5）修坯。當(dāng)坯體硬化脫模后將坯體輕放至平整光滑的托盤上，待其七成干后便可進(jìn)行修坯，這是修坯的最佳時(shí)段。修坯時(shí)要手法輕盈，力度適中，工具合適。

2.4.3 坯體施釉

將修坯后的坯體采用浸釉與刷釉相結(jié)合的工藝方式進(jìn)行施釉，一般釉層厚度1.5mm左右為宜。特別注意：坯體施釉時(shí)要保證釉層上厚下薄，底部不施釉。

2.4.4 燒結(jié)

陶瓷產(chǎn)品最關(guān)鍵的工藝就是高溫?zé)?，坯體和釉料在高溫下經(jīng)過(guò)一系列物理化學(xué)的變化，獲得具有特定組織結(jié)構(gòu)和特定組成的陶瓷致密體，而釉料則經(jīng)過(guò)高溫熔融后形成各種顏色和不同藝術(shù)效果的玻璃層。將施釉的坯體干燥后放置于高溫電窯中燒成。燒成制度確定為室溫到500℃，保溫1h，500℃升溫至最高溫度1100 ℃，保溫2h，最高溫度隨爐冷卻至室溫，取出陶瓷制品。

3 綜合開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)過(guò)程要求

在開(kāi)實(shí)驗(yàn)課前兩周內(nèi)，由老師布置實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容和要求，實(shí)驗(yàn)的學(xué)生分組，3-5個(gè)學(xué)生編成一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組。首先實(shí)驗(yàn)小組成員根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)要求，結(jié)合自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)和個(gè)人興趣愛(ài)好，通過(guò)查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料，讓實(shí)驗(yàn)小組初步了解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容后討論確定本次實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方案。最后，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)小組協(xié)作共同完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)施方案，即從組成設(shè)計(jì)到最終陶瓷成品的制作全過(guò)程，均以學(xué)生為主體，實(shí)驗(yàn)教師主要針對(duì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題與學(xué)生交流和討論，然后給予講解。試驗(yàn)完成后，每位同學(xué)應(yīng)提交一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告和一個(gè)注漿成型的陶瓷工藝品。在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中，由于實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相對(duì)獨(dú)立、靈活性強(qiáng)，很難用同一尺度來(lái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核。因此，在綜合性實(shí)驗(yàn)的成績(jī)?cè)u(píng)定更注重實(shí)驗(yàn)的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定方式：出勤10分+實(shí)驗(yàn)平時(shí)表現(xiàn)30分+實(shí)驗(yàn)陶瓷工藝成品30分+實(shí)驗(yàn)報(bào)告30分，力爭(zhēng)較全面的考查學(xué)生的綜合能力和科研素質(zhì)。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

經(jīng)過(guò)本次綜合開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，發(fā)現(xiàn)同學(xué)們參與的積極性明顯提高，氣氛更加活躍。學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)、小組討論和合作、親自動(dòng)手操作，不僅收獲了生動(dòng)的知識(shí)并將理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐過(guò)程中。通過(guò)本次的實(shí)驗(yàn)同學(xué)們學(xué)會(huì)了將理論知識(shí)融會(huì)貫通，極大地提高了全體學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)效率和興趣，同時(shí)鍛煉了學(xué)生自主動(dòng)手的能力。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合本校材料科學(xué)與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，為培養(yǎng)與時(shí)俱進(jìn)的高素質(zhì)創(chuàng)新應(yīng)用型材料類領(lǐng)軍人才?！短沾勺{成型工藝設(shè)計(jì)》開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)是一個(gè)較好的嘗試。綜合開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)顯著提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)的積極性，保障了原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的同時(shí)激發(fā)了學(xué)生在其中產(chǎn)生更多的聯(lián)想和創(chuàng)造性。

參考文獻(xiàn)

[1]張冠英.電工學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)改革與探索[J].實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2012，15（2）：19-21.

[2]朱洪波.水泥基材料開(kāi)發(fā)性實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2018，37（6）：188-191.

[3]劉麗娜，傅深淵，戴進(jìn)峰，吳強(qiáng)，劉曉歡，宋平安.功能高分子材料開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的課程設(shè)計(jì)[J].廣州化工，2019，47（7）：144-146.

[4]姚西媛，王永欣，盧艷麗.材料科學(xué)與工程開(kāi)放綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革探索[J].教育現(xiàn)代化，2019，6（95）：43-44.

[5]同繼鋒.現(xiàn)代建筑衛(wèi)生陶瓷技術(shù)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2010.

[6]趙帥雨.淺談鈞瓷注漿成型工藝流程[J].佛山陶瓷，2019，278（9）：47-49.

[7]李計(jì)元，馬玉書(shū).陶瓷注槳成型綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì).科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2013，9.247-249.