探究式教學(xué)在高分子材料成型加工設(shè)備課程中的應(yīng)用研究*

張 敏，劉 鑫，文 瑾，胡傳躍，羅 飛

(湖南人文科技學(xué)院材料與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 婁底 417000)

高分子材料成型加工設(shè)備是高分子材料與工程專業(yè)重要的課程之一。該課程是應(yīng)高分子材料在加工過程中所需要的工藝以及控制要求，對(duì)所涉及的設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理以及技術(shù)要求進(jìn)行系統(tǒng)地介紹[1]，具有素材多、應(yīng)用強(qiáng)的特點(diǎn)。學(xué)生在選擇原材料進(jìn)行配方設(shè)計(jì)后，可以通過對(duì)成型模具、工藝條件的把握選擇合適的設(shè)備進(jìn)行加工。對(duì)這些設(shè)備的組成、工作過程以及技術(shù)參數(shù)等有關(guān)規(guī)律的掌握，可以為正確使用原材料，優(yōu)化材料性能，探索新性能、新工藝、新材料等打下基礎(chǔ)[2]。然而，在校學(xué)生缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于設(shè)備的學(xué)習(xí)較為抽象，因此對(duì)各種設(shè)備原理和結(jié)構(gòu)不能透徹地掌握。同時(shí)，也因?yàn)樵撻T課程的學(xué)習(xí)存在這些困難，學(xué)生對(duì)該門課程學(xué)習(xí)的興趣和積極性不高。因此，該課程的教師應(yīng)在教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上，采取更具體、更有效的教學(xué)方法調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，提高學(xué)習(xí)興趣。筆者通過對(duì)該課程的教學(xué)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對(duì)探究式教學(xué)模式在該課堂教學(xué)上的應(yīng)用進(jìn)行了探索。

1 高分子材料成型加工設(shè)備課堂教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 教學(xué)內(nèi)容繁雜、抽象

高分子材料成型加工設(shè)備課程主要介紹成型加工過程中的機(jī)械設(shè)備的類型、基本組成結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過程以及液壓傳動(dòng)基礎(chǔ)、液壓元件和液壓基本回路等方面的內(nèi)容。涉及的設(shè)備主要有開煉機(jī)、密煉機(jī)、擠出機(jī)、注射機(jī)、壓延機(jī)、液壓成型機(jī)等。設(shè)備種類多、知識(shí)覆蓋面較廣，內(nèi)容較多且刻板。并且，該課程學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生對(duì)各零部件的了解僅限于課本，并無實(shí)地接觸經(jīng)歷。因此學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)較抽象，知識(shí)掌握只浮于表面。對(duì)于如何更深層次地理解和掌握設(shè)備的操作技術(shù)、更好地優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件有所欠缺。

1.2 教學(xué)過程枯燥、乏味

該課程與機(jī)械零部件組成與傳動(dòng)等密切相關(guān)，內(nèi)容較枯燥，缺乏趣味性。并且，該專業(yè)的學(xué)生不具備機(jī)械基礎(chǔ)相關(guān)知識(shí)，對(duì)機(jī)械零部件的組成與工作原理理解不透徹，知識(shí)掌握程度較淺。此外，在傳統(tǒng)的灌輸型上課模式中，學(xué)生被迫跟著老師的思路走，缺乏主動(dòng)思考，注意力難以集中，甚至出現(xiàn)犯困、瞌睡等現(xiàn)象。

1.3 多媒體教學(xué)工具運(yùn)用不充分

在講授高分子材料成型加工設(shè)備課程時(shí)，使用的是購買教材配套的課件，或者制作大都是文字的簡(jiǎn)單課件，動(dòng)畫視頻較少。經(jīng)調(diào)查顯示，通過動(dòng)畫、小視頻等動(dòng)畫作為載體進(jìn)行知識(shí)傳遞，能使知識(shí)點(diǎn)更生動(dòng)和形象，也能更好地抓住學(xué)生的注意力，引導(dǎo)學(xué)生思考，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性[3]。

2 探究式教學(xué)模式的應(yīng)用

針對(duì)在高分子材料成型加工設(shè)備課程中出現(xiàn)的以上問題，提出在該課程教學(xué)過程中采用探究式教學(xué)法[4]，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法以及教學(xué)手段三個(gè)方面開展工作，積極提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，提升教學(xué)質(zhì)量。

2.1 改革教學(xué)內(nèi)容

根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際、工藝實(shí)例，以及高分子材料學(xué)科發(fā)展的前言與熱點(diǎn)更新、豐富教學(xué)內(nèi)容，保持知識(shí)的科學(xué)性、實(shí)用性與先進(jìn)性，注重教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)性、合理性，應(yīng)用性和發(fā)展性。分析現(xiàn)有的各種《高分子材料成型加工機(jī)械》教材，尋找最適合高分子材料與工程專業(yè)的《高分子材料成型加工機(jī)械》教材。高分子材料是人們?nèi)粘Ｉ钪忻懿豢煞值囊徊糠?，學(xué)生對(duì)很多類別的高分子材料并不陌生，如運(yùn)動(dòng)鞋鞋底、臉盆、汽車緩沖件等。利用這些常見的種類入手，對(duì)其加工時(shí)所需要的成型方法以及設(shè)備運(yùn)用等進(jìn)行巧妙的講解，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)高分子材料的“生活性”，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與思考能力，提高其主觀能動(dòng)性。同時(shí)結(jié)合高分子行業(yè)發(fā)展前沿，對(duì)新型的高分子材料成型方法及所涉及的設(shè)備操作過程與技術(shù)控制進(jìn)行講解，豐富教學(xué)內(nèi)容，提高教學(xué)質(zhì)量。

2.2 改革教學(xué)方法

改變傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)方法，采用探究式教學(xué)的模式積極引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，適當(dāng)引入實(shí)驗(yàn)教學(xué)法、案例教學(xué)法、課題研究教學(xué)法等教學(xué)方法。將多種教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合，活潑課堂，促進(jìn)學(xué)生思維能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

傳統(tǒng)的“滿堂灌”的教學(xué)方法，采取的是教師單向灌輸?shù)男问?。在教學(xué)過程中，教師為主角，學(xué)生被動(dòng)的接受知識(shí)。而探究式教學(xué)[5]，肯定學(xué)生的主體地位，是教師為提高教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到為學(xué)生提供充分自由表達(dá)、質(zhì)疑、探究、討論問題的機(jī)會(huì)而使其能力得到提高的目的，對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)和誘導(dǎo)。并以學(xué)生獨(dú)立自主地學(xué)習(xí)和合作討論為前提，以現(xiàn)行教材為基本探究?jī)?nèi)容，以周圍世界和生活實(shí)際為參照對(duì)象，讓學(xué)生通過個(gè)人、小組、集體等多種解難釋疑嘗試活動(dòng)，將自己所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于解決實(shí)際問題的一種教學(xué)形式。在運(yùn)用該教學(xué)方法的教學(xué)過程中，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)法、案例教學(xué)法等多種教學(xué)方法融合，能在保證課程的實(shí)用性的同時(shí)，增強(qiáng)該課程的趣味性，提高學(xué)生對(duì)該課程的學(xué)習(xí)興趣和積極性，充分調(diào)動(dòng)其學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

班上同學(xué)分組并以某一制品為例，選擇不同的設(shè)備，對(duì)其設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、工作過程、主要控制參數(shù)、存在的問題以及解決辦法等在班上進(jìn)行陳述。在該過程中，學(xué)生通過獨(dú)立自主地發(fā)現(xiàn)問題、實(shí)驗(yàn)、操作，表達(dá)與交流等探索活動(dòng)，使得探索精神和創(chuàng)新能力得到提高。例如，在講授開煉機(jī)這一章節(jié)時(shí)，對(duì)開煉機(jī)煉膠、煉塑的基本原理以及開煉機(jī)的基本結(jié)構(gòu)等進(jìn)行講解時(shí)，可以首先給出一個(gè)橡膠或者塑料的加工實(shí)例，讓學(xué)生思考和討論各個(gè)工藝過程所用到的設(shè)備極其每個(gè)設(shè)備的作用和原理，然后通過教師的指導(dǎo)先進(jìn)行理論分析和講解，在此過程中教師又可以通過提出工程實(shí)際問題讓同學(xué)思考、討論，并讓他們提出可行的解決方案。最后，教師結(jié)合工藝實(shí)際對(duì)開煉機(jī)的各個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解并總結(jié)。又如，在學(xué)習(xí)注塑機(jī)章節(jié)中，以傳統(tǒng)生活用的塑料臉盆為例，首先，教師引出“原料種類有哪些？配方中的每個(gè)組分分別起到的作用是什么？”等問題，讓學(xué)生調(diào)研塑料臉盆的配方組成和性能要求。以聚丙烯(PP)基塑料臉盆為實(shí)例，選擇合適的PP原料，加入一定量的色母料，然后選擇合適的模具，通過注塑機(jī)進(jìn)行注塑。在這過程中，學(xué)生首先需要明確制品的性能要求與所選擇原料和配方的匹配程度。聚丙烯材料密度小，強(qiáng)度、剛度、硬度以及耐熱性都較好，可在100 ℃左右使用。具有優(yōu)良的耐蝕性，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響，可以作為塑料盆的生產(chǎn)使用原料。其次，拋出“選擇什么樣的設(shè)備？設(shè)備參數(shù)如何控制？”等問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步對(duì)設(shè)備要求以及參數(shù)控制等進(jìn)行思考。該材料具有較高的結(jié)晶性，因此需要采用注射壓力較高。注射量為20%～80%即可。由于臉盆尺寸要求較高，因此可采用90 ℃的較高模溫。同時(shí)對(duì)流道直徑、澆口長度等進(jìn)行合理的計(jì)算和設(shè)計(jì)，并選擇有良好的排氣性的模具。又由于聚丙烯的熔點(diǎn)為160～175 ℃，分解溫度為350 ℃，且注射加工時(shí)的溫度設(shè)定不能超過275 ℃。因此，注塑機(jī)的熔融溫度控制在240 ℃為宜。最后，圍繞“要怎么樣才能得到尺寸均勻，表觀較優(yōu)的注塑件呢？出現(xiàn)毛邊怎么辦？脫模以后會(huì)不會(huì)變形？”等問題，再次引領(lǐng)學(xué)生對(duì)制品產(chǎn)品的外觀以及性能進(jìn)行思考和探索。當(dāng)選擇高速注射時(shí)，可以有效地減少內(nèi)應(yīng)力及變形。而當(dāng)刻有花紋的表面出現(xiàn)由澆口擴(kuò)散的明暗相見條紋，則可使用低速注射和較高模溫。而后，選擇合適的熔膠背壓、熔膠壓力和保壓時(shí)間，獲得制品。為了防止結(jié)晶引起的收縮變形，需要對(duì)制品進(jìn)行熱水浸泡處理。

在該探究式教學(xué)過程中，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位得到了肯定。教師的任務(wù)是充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促使他們自己發(fā)現(xiàn)問題、提出解決問題的方法，從而從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)獲取知識(shí)、發(fā)展能力。結(jié)合實(shí)際條件，可以在教師的指導(dǎo)下讓學(xué)生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作。在該過程中，學(xué)生通過獨(dú)立自主地發(fā)現(xiàn)問題、實(shí)驗(yàn)、操作，表達(dá)與交流等探索活動(dòng)，使得探索精神和創(chuàng)新能力得到提高。同時(shí)，該教學(xué)方法的應(yīng)用使得學(xué)生課堂活動(dòng)參與度高，學(xué)習(xí)積極性也得到明顯地提高。因此，在該課程中，該教學(xué)方法的運(yùn)用比傳統(tǒng)的“灌輸式”教學(xué)方法更具有實(shí)際意義。

2.3 改革教學(xué)手段

在高分子材料成型加工機(jī)械的教學(xué)過程中，針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容選用適當(dāng)?shù)慕虒W(xué)手段。多媒體的應(yīng)用使原本枯燥無味的理論知識(shí)，通過生動(dòng)、形象、直觀的形式表現(xiàn)出來，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為教師節(jié)省了大量板書繪圖的時(shí)間，加快了知識(shí)點(diǎn)的講授速度，課堂教學(xué)的信息量大大增強(qiáng)。同時(shí)結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，以小視頻和小動(dòng)畫的形式將常見的設(shè)備結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)流程進(jìn)行展示，重視高分子材料加工過程的完整性和實(shí)踐性。例如，在講授密煉機(jī)時(shí)，可將密煉機(jī)結(jié)構(gòu)圖制作成FLASH動(dòng)畫，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際工作圖進(jìn)行分析和講解，使學(xué)生對(duì)密煉機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理等建立起形象而直觀的理解。

3 結(jié) 語

實(shí)踐證明，采用探究式教學(xué)法，結(jié)合以上三個(gè)方面的改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性都得到明顯改善，這有利于培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)思考、發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，為以后解決實(shí)際問題創(chuàng)造了更多的條件。