關于《聚合物成型加工》課程教學改革的探究論文
隨著聚合物材料應用的日益廣泛, 其成型加工工藝和裝備在高分子材料科學技術領域發揮了越來越重要的作用。近年來, 高分子材料科學和高分子材料加工工程得到了很大的發展, 并逐漸交融而形成一個全新的交叉型學科領域———聚合物成型加工技術。對于高分子專業的學生而言, 聚合物成型加工是一門專業課程, 與高分子化學和高分子物理共同構成了高分子專業的課程基礎;同時聚合物成型加工又是高分子專業理論研究與實際生產相互聯系的紐帶。其基本任務是研究聚合物的成型加工方法及所獲得的產品質量與各種因素之間的關系, 它對推廣和開發聚合物的應用有十分重要的意義。要使學生能在較短的時間內對該課程的基本內容, 特別是操作實踐內容部分的掌握, 需要在多方面進行改革。
1 明確培養目標, 圍繞課程主線, 強化理論基礎
本科院校是要培養既有一定的理論基礎, 又具備較強實踐能力的高素質應用型人才, 與高職類院校培養服務于生產一線的操作型、技能型人才不同。在教學過程中, 仍然要重視對基礎理論知識的講解, 讓學生們要“知其然” , 還要“知其所以然” 。除了聚合物流變學和高分子物理是聚合物成型加工的理論基礎以外, 成型技術本身也存在一定的原理, 不容忽視。與其他課程相比,《聚合物成型加工》課程本身具有內容分散化、概念抽象化、理論半經驗化等特點, 給課堂教學帶來了一定的困難。因此, 抓住課程主線, 突出理論重點, 進行深入淺出的講解至關重要。聚合物成型加工是采用各種工程技術手段將聚合物原料轉變為實用材料或制品的過程。英文中成型加工(processing)包含了兩層意思:一是加工(machining/w o rking), 即讓原料混合、熔融、均化等過程,從“不變”到“變” ;二是成型(shaping/forming), 即通過擠壓、輸送、拉伸等方法制成產品的過程, 從“變”到“不變” 。
由此可見, “變化”是聚合物成型加工課程的主線。根據聚合物成型加工過程中的“變化”可以將課程的理論基礎分解為三個部分:(1)What , 即發生了那些變化。從物理和化學的角度, 分析高分子材料在成型加工過程中所產生的結晶、取向、降解、交聯等變化;(2)Why , 即為什么會發生變化。針對各種變化的特征, 分析高分子材料特有的加工性質、粘彈行為、滯后效應等;(3)How , 即如何發生變化。結合粘性流體理論和牛頓力學定律, 分析各種變化產生的深層次原因, 對聚合物在管道中的流動行為有所認識。通過這樣的課程分解, 可以使原本較為分散的理論知識相對集中并系統化, 也可以讓學生們了解抽象概念和半經驗理論所反映的實質性問題。
2 重視實踐教學, 建立系統的實驗體系
聚合物成型加工是在對高分子專業基本理論知識(高分子物理、高分子化學等)掌握的基礎上, 將聚合物轉變成實用工程材料或制品的一種工程技術。因此, 在成型加工的教學過程中, 理論與實踐相結合十分必要。為了可以讓學生更好地理解成型加工理論, 了解成型加工技術, 將課堂上學到的理論知識與生產實踐相結合, 也為了實現本學院培養“應用型人才”的目標, 我們對教學進行了實踐性的擴展:
2.1 建立教學實踐基地
浙江省和廣東省是中國國內兩大高分子材料制備和銷售中心。寧波市下屬的余姚、慈溪、東陽等地有非常多的高分子材料生產廠家, 擁有得天獨厚的地理優勢。我們與寧波市多家高分子材料生產廠家建立了產、學、研合作關系, 成立了多個教學實踐基地。學生在課堂學習之外, 以參觀實習、生產實習和畢業設計等多種形式, 進入到高分子材料生產的第一線, 切身體會成型加工的過程, 對書本上的知識點有了更加深刻和具體的認識。而且, 生產廠家的生產過程是一個系統性體系, 包括了配方設計、工藝設計、制品結構和造型設計、設備選型及模具設計、再到實際的成型加工等一系列相互聯系的環節。學生們除了可以系統地了解成型加工技術外, 還可以接觸到與之相關的`包括母料制備、添加色粉、模具制造等行業的信息。
2.2 開展系統性實驗
原來高分子專業的實驗課程中, 各實驗都是獨立的。常常可以看到學生們用聚乙烯為原料進行注塑實驗, 而到力學性能測試時, 又拿著老師提前注塑好的聚碳酸酯樣品去測沖擊強度和拉伸強度。實驗結束后, 學生基本上只是學會了一種儀器設備的使用方法, 而沒有對成型加工技術有系統的了解。所以, 我們將成型加工的實驗設計成系統性實驗, 老師在學期剛開始的時候就布置下若干調研題目, 然后隨著課程的進展讓學生分部完成調研題目的各個組成部分, 最后通過系統性實驗將調研的內容實現。例如, 針對聚苯乙烯韌性差的缺點, 讓學生們通過調研看看可以采用什么方法來加以改善。首先, 學生進行前期的文獻查閱, 初步確定采用與聚乙烯共混的方法來對聚苯乙烯進行改性。然后, 當我們的課程講到“配方設計”時, 讓學生們根據課堂上講到的知識, 確定一個聚苯乙烯/聚乙烯共混物制備的配方;而當課程講到“成型工藝”時, 學生們就可以選擇適當的成型方法和工藝條件。而且, 根據課程中關于“成型加工過程中的物理化學變化”的介紹, 學生們設想聚苯乙烯/聚乙烯共混物的結構、形態和性能等方面會發生什么樣的變化。當調研內容基本完成后, 我們為學生們提供他們設計配方所用的原材料, 開放成型加工實驗室, 讓他們真正制備出自己設計的共混物材料。最后, 讓他們通過各種測試手段對自己制備出的材料進行表征, 看看是否會發生所設想的結構、形態和性能等方面的變化。
3 結合課程特征改變教學與考核方法
在我們的教學過程中, 將聚合物成型加工這門課程的內容分為了兩個基本的部分:第一是聚合物加工的理論基礎部分, 主要包括了聚合物材料的加工性質、聚合物的流變性質、聚合物液體在管和槽中的流動、聚合物加工過程的物理和化學變化;第二是聚合物的成型加工技術, 主要包括了成型物料的配制、塑料的一次和二次成型、橡膠的加工與硫化、纖維的拉伸成型與后處理。課程內容較豐富, 兩個部分的內容較鮮明的劃分成了“理論”和“技術”兩大塊。這兩部分教學內容的差異決定了其教學方法及考核方式的多樣化。因此, 我們在進行教學改革過程中, 改變了以往“一考定音”的考核方式, 針對不同教學內容,采用不同的教學方法, 進行不同的教學考核。
首先, 聚合物成型加工的理論基礎中包含著流變方程推導和流體受力分析等內容, 仍然需要以課本上的知識作為主要的講授內容, 采用黑板板書的方式進行層層剖析, 以便學生可以更清楚地理解成型加工的理論基礎。對于這部分的內容可以通過課后習題以及考試的方法進行考核。其次, 這門課程中關于擠出成型、模壓成型、注射成型等具體成型技術的教學內容, 則采用“教、學、做三結合” , 即邊做、邊教、邊學, 讓學生在做中學, 在學中會, 在會中懂,“案例式” ,“現場教學”等教學方法貫穿整個教學過程。在課堂講解時則主要是結合PPT 電子教案進行, 并在課本知識的基礎上增加一些對成型加工技術發展及前沿的介紹。對于這部分內容則主要通過實踐課業的形式來進行考核, 同時這部分的考核在總成績中占到了50 %以上。
其中, 實踐課業是最主要反映學生學習成果的環節。實踐課業采用調研報告、小組討論及PPT 匯報的形式, 要求學生結合課堂知識, 通過上網查詢資料、與老師同學或其他技術人員溝通討論等方式, 完成實踐課業要求, 針對一定的題目進行調研。并根據調研的結果設計成型配方, 選擇合適的加工方法, 對影響制品性能的加工工藝條件進行簡單分析, 并對調研結果進行答辯, 同時提交相關小論文。鼓勵學生發散性思考, 引導自己查閱資料, 訓練綜合分析各種信息的能力, 加深和拓寬知識面, 對出現的多種結論組織討論, 以此充分展示不同學生的專長。
例如, 我們針對目前國家十分重視的環保問題, 讓學生進行調研, 經過小組匯總調研結果并討論, 認為在高分子材料方面, 無鹵阻燃是目前研發和產業化中較為突出的一個課題。隨后學生們進一步查詢了歐盟環保(RoHS 和WEEE)指令和強制性國家標準《公共場所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標識》, 制定出實踐課業的題目———ABS 樹脂的無鹵阻燃。結合課程中“成型物料的配制”的內容, 學生們確定了以膨脹型阻燃劑替代掉傳統的溴系阻燃劑的基本配方。接著又結合課程中各種成型加工技術的的介紹,學生們選定了擠出切粒的成型工藝。同時, 學生們還根據市售相關商品的性能, 制定了一個包括沖擊強度、拉伸強度、阻燃級別等參數在內的標準, 在系統性實驗中通過多次調節配方和工藝來達到這個標準。綜上所述, 針對本校高分子專業的辦學方針———以提高學生綜合素養為宗旨, 培養應用性人才為目標, 對《聚合物成型加工》課程的教學內容、教學方法、考核形式等方面都進行了改革, 將聚合物成型加工技術知識理論與實驗室現場工藝過程相結合, 既強調實踐教學的重要, 又不忽視基礎理論知識, 強化學生的綜合素質。
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