“聚合物材料成型加工”實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革與探索

摘 要：“聚合物材料成型加工”實(shí)驗(yàn)課程是材料類專業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)課程之一，其教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)安排將會(huì)影響同學(xué)們?cè)谖磥砉ぷ髦械膶?shí)驗(yàn)思維與動(dòng)手能力，對(duì)同學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)素質(zhì)有著至關(guān)重要的作用。聚合物材料成型加工實(shí)驗(yàn)課程在實(shí)際開展中存在著實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力弱、缺乏實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量不足、實(shí)驗(yàn)課程考核方式單一等問題。對(duì)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)實(shí)驗(yàn)過程中存在的問題進(jìn)行探討與分析，針對(duì)問題優(yōu)化課程的內(nèi)容并開展較為合理的課程計(jì)劃，探索實(shí)驗(yàn)課程多元的考核方式，激發(fā)同學(xué)們的聽課興趣，培養(yǎng)理論與應(yīng)用結(jié)合的高綜合素質(zhì)人才。

關(guān)鍵詞：聚合物成型加工；教學(xué)改革；安全培訓(xùn)；實(shí)驗(yàn)設(shè)備；考核方式

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

Teaching Reform and Exploration of the Experimental Course

of "Polymer Material Forming and Processing"

Xiang Li

School of Materials Science and Engineering，Guizhou Minzu University GuizhouGuiyang 550000

Abstract：The experimental course of "polymer material molding and processing" is one of the compulsory experimental courses for materials majors.Its teaching quality and teaching arrangement will affect students' experimental thinking and practical ability in future work.It plays a vital role in the comprehensive experimental quality of students.In the actual development of polymer material molding and processing experimental courses，there are problems such as weak experimental ability，lack of laboratory safety training，insufficient number of experimental equipment，and single evaluation method of experimental courses.The problems existing in the experimental course teaching experiment process are discussed and analyzed.Optimize the content of the course according to the problem and carry out a more reasonable course plan.Explore the multiple assessment methods of experimental courses，stimulate students' interest in listening to the lectures，and cultivate highquality talents who combine theory and application.

Keywords：polymer molding；experimental course；teaching reform；safety training；experiment apparatus；assessment method

1 概述

聚合物是由相對(duì)分子質(zhì)量較高的分子聚集組合而成的化合物，亦稱高分子化合物，高分子化合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是其成型加工多樣性的本質(zhì)原因，溫度是聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變最主要的因素，通過溫度可以調(diào)控聚合物的形狀、流動(dòng)性及形變行為等。聚合物成型與加工是將各種添加劑、改性劑、助劑等材料轉(zhuǎn)變成可使用材料或產(chǎn)品的一種技術(shù)手段，想要實(shí)現(xiàn)這樣的轉(zhuǎn)變，需要采取適當(dāng)?shù)姆椒ǎY(jié)合相關(guān)的表征揭示不同方法對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。這門技術(shù)的基本任務(wù)是探究制備的產(chǎn)品與諸多影響因素之間的關(guān)系，其中的影響因素包括材料本身的物化性能、制備設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)、材料的流動(dòng)及形變行為、制備過程中的各種參數(shù)等。“聚合物成型與加工”課程是材料大類的本科教育階段必修課程之一，該門課程對(duì)聚合物（主要為塑料、橡膠、纖維）的應(yīng)用與推廣有著關(guān)鍵性的作用，目前聚合物已經(jīng)廣泛運(yùn)用于軍事、科技、醫(yī)學(xué)、工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域。由于聚合物成型與加工技術(shù)的不斷發(fā)展與改進(jìn)，制備的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)的效率、成本都得到不斷優(yōu)化。

“聚合物材料成型加工實(shí)驗(yàn)”課程是材料類相關(guān)專業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)系列課程［1］，通常在“有機(jī)化學(xué)”“材料分析方法”“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“高分子化學(xué)”“高分子物理”“儀器分析”“高分子材料成型加工基礎(chǔ)”等課程之后開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，該實(shí)驗(yàn)系列課程是“聚合物成型與加工”基礎(chǔ)理論的延伸，對(duì)復(fù)合材料專業(yè)的同學(xué)們提升綜合能力起到促進(jìn)作用［2］。該實(shí)驗(yàn)課程主要探究聚合物材料常用的加工成型方法、加工工藝的過程以及加工成型的基本原理［3］。

2 “聚合物材料成型加工”實(shí)驗(yàn)課程中存在的問題

2.1 缺乏實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)

隨著各個(gè)高校辦學(xué)規(guī)模日益擴(kuò)大，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室的使用頻率也逐步提升，實(shí)驗(yàn)室安全問題也逐漸凸顯，在新聞報(bào)道中時(shí)?？吹桨踩鹿剩l(fā)全社會(huì)的高度關(guān)注，學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室安全狀況必須引起足夠的重視并加強(qiáng)實(shí)用且高效的實(shí)驗(yàn)室安全教育培訓(xùn)。有效保障實(shí)驗(yàn)室操作人員的人身安全，在確保安全的情況下再追求科研成果，從本質(zhì)上提升實(shí)驗(yàn)室參與人員的安全意識(shí)、理念及思維，讓所有進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的人員都清楚身處實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該如何保障自身的安全。因此，實(shí)驗(yàn)室的安全培訓(xùn)尤為重要，實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)內(nèi)容主要包括危險(xiǎn)化學(xué)試劑、消防安全、電氣安全、壓力容器安全、安全管理等。實(shí)驗(yàn)室具有潛在危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)試劑及設(shè)備，存放著部分易燃易爆的化學(xué)試劑，可能會(huì)引起爆炸、火災(zāi)、中毒等事故［4］。而在給同學(xué)們講授實(shí)驗(yàn)課程的時(shí)候之前，發(fā)現(xiàn)同學(xué)們?nèi)狈镜膶?shí)驗(yàn)常識(shí)與實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)，對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)試劑、消防安全、電氣安全的了解較為欠缺，安全意識(shí)淡?。?］。此外，在教師已經(jīng)進(jìn)行講解并演示后，同學(xué)們也感覺無從下手。實(shí)驗(yàn)室一旦出現(xiàn)安全事故，不僅會(huì)對(duì)師生的個(gè)人生命安全造成嚴(yán)重威脅，還會(huì)造成學(xué)校的實(shí)驗(yàn)儀器等財(cái)產(chǎn)的不可逆損失［68］。

2.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力弱

“聚合物材料成型加工”實(shí)驗(yàn)課程屬于實(shí)踐類的課程教學(xué)，是材料類相關(guān)專業(yè)的必修實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)課程是一個(gè)手、腦協(xié)作的過程，不僅需要同學(xué)們做好前期的文獻(xiàn)調(diào)研、計(jì)算配比、鼓風(fēng)干燥等工作，而且實(shí)操過程中要規(guī)范操作、討論協(xié)作、仔細(xì)觀察、積極思考、合理改進(jìn)實(shí)驗(yàn)、記錄數(shù)據(jù)，還需要在實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，數(shù)據(jù)可視化、撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等過程。但由于本科教學(xué)中每一學(xué)期并未安排課程配套實(shí)驗(yàn)，僅僅只有大一、大二理論課程后才開設(shè)少部分的實(shí)驗(yàn)課，就“聚合物材料成型加工”實(shí)驗(yàn)課程而言，幾乎每年實(shí)驗(yàn)課程中都出現(xiàn)不少同學(xué)的基本操作能力較弱且不規(guī)范，甚至有少部分同學(xué)出現(xiàn)了危險(xiǎn)操作導(dǎo)致輕微受傷，大部分的同學(xué)因不規(guī)范操作引起了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)偏差較大甚至數(shù)據(jù)嚴(yán)重錯(cuò)誤，嚴(yán)重影響了整個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。面對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器，理論闡述勉強(qiáng)過關(guān)，但實(shí)際操作卻無從下手，即使實(shí)驗(yàn)儀器附帶著使用說明，同學(xué)們也反映看不懂，更不能正確、熟練地操作儀器。更有甚者，剛進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室就打起了退堂鼓，害怕并逃避實(shí)驗(yàn)。此外，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)場地的限制，諸多經(jīng)費(fèi)有限的高校并沒有開設(shè)多門課程的配套實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)致同學(xué)們平時(shí)接觸的實(shí)驗(yàn)課程較少，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程比較生疏，實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力較弱，不利于同學(xué)們綜合能力的發(fā)展［910］。

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量不足

化工、材料類的不少實(shí)驗(yàn)表征設(shè)備均為高精密的儀器，購置成本高的同時(shí)維護(hù)成本也極高，例如，透射電子顯微鏡的購置成本接近千萬，而儀器出現(xiàn)故障后修護(hù)成本也是一筆不小且不確定的開支，這些開支包括出現(xiàn)故障后修改儀器的支出及因配件為進(jìn)口的，等待維修的時(shí)間也會(huì)大大增加設(shè)備運(yùn)行的成本，這會(huì)大大增加高校的經(jīng)費(fèi)支出。對(duì)于少數(shù)學(xué)科建設(shè)經(jīng)費(fèi)充足的高校而言，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的數(shù)量對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的開展的影響較小，但國內(nèi)絕大多數(shù)的高校用于購置實(shí)驗(yàn)課程設(shè)備的經(jīng)費(fèi)均比較緊張，由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備經(jīng)費(fèi)緊張導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課程的開展較為困難，諸多高校甚至連專業(yè)最核心課程的基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備都沒有，或者擁有基本實(shí)驗(yàn)設(shè)備但缺乏專業(yè)、有效的維護(hù)，導(dǎo)致設(shè)備長期處于關(guān)停檢修狀態(tài)。以高分子科學(xué)與工程專業(yè)為例，聚合物的成型與加工是該專業(yè)最重要的實(shí)驗(yàn)課程之一，而聚合物的成型與加工的實(shí)驗(yàn)課程中最核心的設(shè)備為擠出機(jī)和注塑機(jī)，諸多高校的高分子材料與科學(xué)專業(yè)由于經(jīng)費(fèi)限制導(dǎo)致最核心的擠出機(jī)與注塑機(jī)都無法配備，這嚴(yán)重阻礙了實(shí)驗(yàn)課程的開展與持續(xù)。此外，聚合物的成型與加工的實(shí)驗(yàn)課程通常需要教師講述、演示、實(shí)操來教授課程內(nèi)容，每一位同學(xué)均需要進(jìn)行實(shí)際的操作。然而因?qū)嶒?yàn)設(shè)備數(shù)量少、價(jià)格高、維修費(fèi)用昂貴等因素，往往采取教師講述演示加同學(xué)分組協(xié)作操作的方式進(jìn)行，但分組會(huì)出現(xiàn)僅有部分同學(xué)進(jìn)行了實(shí)操，部分同學(xué)只能進(jìn)行干燥、計(jì)算、搬運(yùn)、稱量等前期準(zhǔn)備工作。分組還會(huì)導(dǎo)致部分同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)過程及儀器使用理解不深，影響整體的教學(xué)效果的同時(shí)也會(huì)影響部分同學(xué)的積極性［1112］。

2.4 實(shí)驗(yàn)課程考核方式單一

現(xiàn)行的考核方式通常為實(shí)驗(yàn)課考勤與實(shí)驗(yàn)報(bào)告，二者的占比通常為考勤占30%、實(shí)驗(yàn)70%；考勤占40%、實(shí)驗(yàn)60%；考勤占50%、實(shí)驗(yàn)50%等，但大多都是實(shí)驗(yàn)報(bào)告占的權(quán)重更大。

這樣的考核方式可能會(huì)導(dǎo)致同學(xué)們輕實(shí)驗(yàn)操作、重實(shí)驗(yàn)報(bào)告的心理，部分同學(xué)存在僥幸心理，做實(shí)驗(yàn)過程中早退，嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)效果。由于實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容、過程相似，同學(xué)們實(shí)驗(yàn)參與度不一，采用單一的考核方式作為同學(xué)的最終實(shí)驗(yàn)成績是不合理的，不合理的實(shí)驗(yàn)考試方式將會(huì)導(dǎo)致部分學(xué)生的積極性，實(shí)驗(yàn)報(bào)告出現(xiàn)大量重復(fù)的情況，無法有效地反映出同學(xué)們的溝通協(xié)作能力、本專業(yè)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的掌握程度及相互之間的團(tuán)隊(duì)合作能力，顯現(xiàn)不出同學(xué)綜合能力之間的差異，最終的評(píng)分都在平均分上下輕微浮動(dòng)，而且單一的考核方式很難評(píng)價(jià)每一位同學(xué)對(duì)該門實(shí)驗(yàn)課程的真實(shí)掌握情況，局限了對(duì)同學(xué)們的考核范圍與開合深度，不利于同學(xué)們綜合能力的評(píng)價(jià)［1316］。

3 “聚合物材料成型加工”實(shí)驗(yàn)課程改革措施

針對(duì)“聚合物材料成型加工”實(shí)驗(yàn)課程中出現(xiàn)的問題，進(jìn)行教學(xué)總結(jié)并提出對(duì)應(yīng)的改革措施，探究本門課程在教學(xué)過程中的改革，改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果與提高實(shí)驗(yàn)課程質(zhì)量，希望為社會(huì)培養(yǎng)創(chuàng)新、實(shí)踐能力更為出色的人才。

3.1 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)

每一位即將進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作的人員（科研人員、教師、實(shí)驗(yàn)室管理員、學(xué)生等）均需要重視實(shí)驗(yàn)室安全問題，并需要在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)及考試，培訓(xùn)及考試合格者方能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)操。針對(duì)本門課程課程，在動(dòng)手實(shí)操之前需要對(duì)同學(xué)們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)，實(shí)驗(yàn)過程中也要不斷穿插安全教育及提醒，此外超過40人以上的實(shí)驗(yàn)課程，應(yīng)該配備2位長期做實(shí)驗(yàn)的教師，在一位教師講解演示過程中，另一位教師可以時(shí)時(shí)觀察并提醒同學(xué)們規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，以防止出現(xiàn)安全事故。

3.2 增加相應(yīng)配套的實(shí)驗(yàn)課程

對(duì)于材料類相關(guān)專業(yè)而言，開設(shè)配備實(shí)驗(yàn)的課程通常有“材料科學(xué)基礎(chǔ)”“材料分析方法”“化工原理”“高分子化學(xué)”“高分子物理”“有機(jī)化學(xué)”“無機(jī)化學(xué)”“分析化學(xué)”“材料的成型與加工”等，這些課程在培養(yǎng)方案中均應(yīng)配套相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，在條件允許的情況下，增加專業(yè)課程的配套實(shí)驗(yàn)，在專業(yè)培養(yǎng)方案中應(yīng)詳細(xì)注明專業(yè)課程配套的實(shí)驗(yàn)課課時(shí)，并依照培養(yǎng)方案開設(shè)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程。

3.3 增加必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量

每一所高校的科研設(shè)備采購經(jīng)費(fèi)都不太一樣，不能期待每一所高校完善地配備所有實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備，但是大部分實(shí)驗(yàn)課程共用設(shè)備數(shù)量應(yīng)該增加，如水浴鍋、油浴鍋、電子天平、鼓風(fēng)干燥箱、真空干燥箱等。此外，專業(yè)實(shí)驗(yàn)必要的設(shè)備數(shù)量也應(yīng)增加，以“高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)課”為例，必要的設(shè)備包括基本的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)儀器（燒杯、量筒、滴液漏斗、玻璃棒、冷凝管、三口燒瓶等）與設(shè)備（機(jī)械攪拌器、磁力攪拌器、旋轉(zhuǎn)黏度儀、電爐等），這些必要的實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量應(yīng)該配備充足。

3.4 改革單一的考核方式

合理的考核方式利于同學(xué)們綜合能力的培養(yǎng)，以衡量同學(xué)們對(duì)該門實(shí)驗(yàn)課程的真實(shí)掌握情況（包含對(duì)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力、實(shí)驗(yàn)原理的掌握、實(shí)驗(yàn)過程的規(guī)范操作、實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)處理及實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫）為主要的考核內(nèi)容?？己说姆绞椒譃榭记冢ㄕ?0%）、實(shí)驗(yàn)過程提問實(shí)驗(yàn)原理（占20%）、操作規(guī)范性（占30%），實(shí)驗(yàn)報(bào)告（占30%，包括實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)的合理性、實(shí)驗(yàn)原理闡釋的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)分析與處理的正確性）。

結(jié)語

“聚合物材料成型加工”實(shí)驗(yàn)課程目前存在的問題比較突出，課程的改革也是該門課程持續(xù)開展的重要途徑，對(duì)于實(shí)踐教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的同學(xué)們實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力弱、缺乏實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量不足、實(shí)驗(yàn)課程考核方式單一等四個(gè)較為突出的問題，提出了加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)、增加相應(yīng)配套的實(shí)驗(yàn)課程、增加必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量、改革單一的考核方式等四個(gè)對(duì)應(yīng)的建議改革方案，增加實(shí)驗(yàn)課程、增加設(shè)備數(shù)量會(huì)增加學(xué)校的課程教學(xué)成本，改革單一的考核方式也會(huì)增加科任教師的教學(xué)投入時(shí)間，但為了更好的實(shí)驗(yàn)課程效果，需要學(xué)校給予必要的支持。此外，不斷的教學(xué)探索、改革是實(shí)驗(yàn)課程更健康有序的關(guān)鍵因素，通過對(duì)“聚合物材料成型加工”實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行不斷改革，以滿足當(dāng)下社會(huì)對(duì)創(chuàng)新、實(shí)踐、動(dòng)手能力強(qiáng)，綜合素質(zhì)高的應(yīng)用人才的需求。

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基金項(xiàng)目：貴州民族大學(xué)2021年度校級(jí)基金項(xiàng)目（自然科學(xué)類）GZMUZK［2021］YB02，聚合物成型加工工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資金資助

作者簡介：向力（1991— ），男，貴州六盤水人，博士，副教授，研究方向：聚合物材料結(jié)構(gòu)與性能。