高分子材料加工共享课及3D打印平台

刘弋潞， 高永辉， 袁毅桦， 陈 忻， 周子凡， 叶秀芳

(佛山科学技术学院 理学院, 广东 佛山 528000)



高分子材料加工共享课及3D打印平台

刘弋潞， 高永辉， 袁毅桦， 陈 忻， 周子凡， 叶秀芳

(佛山科学技术学院 理学院, 广东 佛山 528000)

依托一个平台、三个中心，积极进行高分子材料加工实验课程教学改革，拓展丰富研究创新性和绿色化实验，形成了三个层次的实验；建立初步反映MOOCs思想和3D打印等新技术的网站；加强课前预习、论文交流和讨论环节等教学互动环节、加强硬件、文化建设和题库建设，进行多元化的实验考核方式改革；进行产学研合作，为地方服务。通过以上各种途径，逐步建立高分子材料加工实验精品课程资源共享课及高分子材料3D打印科技服务及教学平台。

高分子材料加工； 精品资源共享课； 微课录像； MOOCs； 仿真实验； 3D打印; 专业实验题库

0 引 言

高分子材料加工实验课程是一门材料化学专业学生必修的专业实验课。自我校于2005年开设以来，一直在尝试各种教学改革[1-17]，再加上佛山市高分子材料行业的迅速发展，加工成型仪器设备更新快，种类多，因此，课题组在师资建设、实验类别、网站建设、硬件和文化建设以及校企合作等几方面，积极进行改革，将高分子材料加工实验课程及进行整合、资源优化，该课程于 2014年获批为校级优质课程和精品课程资源共享课，并获批为佛山市高分子材料3D打印科技服务及教学平台。

1 具体实践

1.1 集教学、科研、宣传、培训、技术研发等为一体

大力培养青年骨干教师，鼓励专业教师参与精品课程、慕课以及高分子材料的专业培训，如：参加高等学校实验教学示范中心建设暨虚拟仿真技术应用研讨班、高等学校实验室危险化学品安全管理经验交流会、光谱色谱仪器技术交流、高校化学化工学术年会、高分子成型加工及其产业发展研讨会；参加国际橡塑展，佛山市新兴产业发展论坛(3D打印应用与发展探讨)。积极吸纳相关专业的教师参与教材、教材题库的编写，目前，高分子材料加工实验课程师资队伍共计13人，基本情况如下：职称结构：教授3人，副教授1人，高级实验师1人，讲师、工程师7人；学历结构：具有博士学位的教师6人，硕士学位的教师4人；年龄结构：45～55岁教师5人，30～45岁教师4人，30岁以下2人。

1.2 拓展丰富研究创新性和绿色化实验

在2012级“高分子材料加工实验”课程教学大纲的基础上进行了修改，开发和转化并增设了一些设计性和创新性等实验，如：胶粘剂的制备与性能测试、木塑复合材料的制备与性能测试、相变储能材料的制备与性能测试、共混改性复合材料的制备与性能测试、以及新材料实验-硬脂酸相变储能石膏板的制备与性能研究等；在科研促教学的基础上，今后还陆续增加废旧塑料的利用、3D高分子材料打印实验、医用水凝胶的制备与性能测试、一种隔热涂料的制备及其性能测试、聚砜多孔膜的制备与性能测试、和丙烯酸酯乳液的制备及应用等综合设计创新性实验，逐步形成了验证性、综合性、研究性实验三个层次。其中，研究性分为设计创新性和安全绿色化实验，皆在培养学生科研设计能力、创新能力，同时加强学生的节能环保意识。

1.3 加强实验室硬件和文化建设

及时更新设备，如：添置顺德建华公司注塑成型机、上海精科仪器有限公司综合热分析仪、东莞昆仑检测公司的冲击试验机和广州祥利仪器公司的熔体流动速率仪，中科院广州电子技术有限公司3D打印机，今后还将陆续更新红外光谱和DSC差示扫描量热仪；加强实验室文化建设，制作高分子材料加工实验宣传栏和仪器操作指示栏20多个；收集和制作高分子材料加工实验各种成型作品以及新的3D打印作品30多件。

1.4 建立高分子材料加工实验网站

以MOOCs的教学理念和3D打印等新技术，建立了高分子材料加工实验新网站(见图1)，该网站资料丰富，信息量大，内容全面，能将最新标准、学科最新发展和教改成果引入教学。建设高分子材料加工实验及3D打印科技服务及教学平台课件50多个，视频10多个，动画或模拟仿真10多个。

图1 高分子材料加工实验网站

经过精心设计，网站内容包括：首页，课程简介，教学课件、实验视频，仿真实验，3D打印平台，行业标准、教学资源、公告信息栏、友情链接、教学团队、网络课堂、成果展示、一个平台、三个中心等内容。其主要精髓表现在以下几个方面：

(1) 教学课件。根据最新的行业标准或国家标准修改了课件，使一些在传统教学手段下很难表达的教学内容或无法观察到的现象能形象、生动、直观地显示出来，从而加深学生对问题的理解，提高学生学习积极性；它能解决学时和设备资金紧缺的问题，尤其是解决超大先进型的设备无法进入实验室的问题，便于课堂教学和了解最新的高分子加工业技术。

(2) 实验视频方面。材料化学实验的仪器设备因价格较贵和更新换代迅速，学生在实验室难以系统进行地材料加工成型实验，只能通过课本来了解实验的过程和结果，导致学习起来比较吃力。学生可以通过视频录像认识仪器的结构，了解各仪器的操作原理和流程；拓宽学生对高分子材料加工领域的认识和熟悉各种类型的现代化材料加工设备。

(3) 仿真实验。仿真实验(见图2)主要购置于东方仿真软件公司，包括了混合与混炼、挤出成型、注射成型、压延成型、中空吹塑、热成型和浇铸成型。通过仿真实验模块，可以了解每种结构的成型原理、类型、结构、工艺流程及设备的发展。

(4) 网络课堂。网络课堂包括了4部分。① 教学大纲、教学日历、实验安排、课前预习、实验预约，

图2 几种类型的注塑机

② 微课录像、实验报告模版、预习报告模版、实验题库、在线交流，③ 验证性实验、综合性试验、设计性实验、创新性实验、安全绿色化实验，④ 包括学生作品、仪器操作、配方实例、校企合作和英汉对照等(见图1)。

通过网络课堂，学生可以进行课前预习准备，了解配方及仪器操作的各种知识点，快捷地查找英汉词汇和文献，预约不同性质的实验，撰写不同类别的实验报告、预习报告、综合设计性实验报告；同时，可通过历届的学生作品和自己设计的作品，进行课堂讨论和论文交流，还可以通过网站的在线交流和留言板，学生能就材料加工实验方面的有关问题发表自己的见解，对一些实验现象进行讨论。通过双向式互动教学，能加深对材料加工的了解，为学生今后从事材料加工方面工作提供有利的条件。

1.5 建立长期稳定的校企联合实践教学关系

突破传统教学的模式，将“实验室”教学和工厂见习有机的结合在一起，学生不仅能更准确地掌握塑料树脂与助剂的性能，和预测产品的性能，更能直观地认识佛山市高分子材料加工工业工艺生产过程。为此，分别和广东省佛山塑料重点工程技术研究开发中心、佛山市裕益鞋材有限公司等单位分别签订校企协同共建高分子材料加工实验室协议书；分别和中科院广州电子技术有限公司、佛山佛塑科技集团股份有限公司签订校企协同共建3D打印科技服务及教学平台协议书。通过这些，以建立长期稳定的校企联合实践教学关系，探索共同建设协同创新人才培养基地、科研基地和人才培养模式，特别是在实验室建设、专业实习、技术培训、科研应用、创新发展、文化发展等方面寻求更广泛的合作。

1.6 进行多元化的实验考核方式改革

根据平时实验、综合设计性实验或实验综合考查等环节评定实验成绩，平时实验成绩占60%，综合设计性实验或实验综合考查占40%。

平时成绩应包括：网站中实验视频、仿真实验、微课录像等内容的学习，实验预习报告、实验报告、课堂讨论及网上讨论情况进行评分。

对于综合研究设计型实验，根据查阅文献、实验工艺设计、实验操作、数据处理、结果分析、撰写论文、课堂讨论、网上讨论及论文交流等方面进行考核评分。

实验综合考查则采用笔试、口试或抽签选做实验等方式进行考核，依据学生对实验基本原理及目的、实验操作步骤、数据处理、结果分析等掌握程度，能否灵活运用所学知识开展综合、设计创新及绿色化等开放性实验方面的自主学习能力、创新能力进行考查。

2 应用成效好，辐射范围广

2.1 积极进行课程教学改革，成效显著

建立“高分子材料3D打印等技术的科技服务及教学平台”，参加“广东省化学实验教学示范中心”、“佛山市绿色建材及节能减排新技术工程技术研究中心”、“佛山科学技术学院功能高分子材料协同创新中心”的建设。依托一个平台、三个中心，课题组积极进行教学改革，参与多项省级、校级教学研究课题，如：参加校级“优质课程--高分子材料加工实验”和“精品资源共享课——“高分子材料加工实验””等“质量工程”建设项目或教研教改课题12项；获得校级教学质量评估奖4项；主持或参与教研成果奖6项；优选实验内容，材料加工实验教材已升级到第8版，拟将由化学工业出版社出版；发表教研论文(含中文核心)12篇，如《建设有地方特色的化学实验教学示范中心》、《提高材料化学类专业生产实习质量的探索与实践》和、《高分子材料加工课程教学改革与实践》，交流会议论文7篇；校实验室开放基金6项(其中校级实验室开放创新重点项目1项)、学生学术基金10项；指导学生参加作品竞赛获奖12项，其中国家级2项、省级3项。上述高分子材料加工实验教学成果在全国、省市及学校范围产生较好的影响。

2.2 不断探索新实验，进行产学研合作，为地方服务

开发的设计性实验--新型相变储能石膏板的性能研究，于2013年获“力诺瑞特”杯第六届全国大学生节能减排社会实践与科技竞赛中荣获三等奖和获第七届广东大学生科技学术节活动之“南网杯”大学生节能减排工业设计大赛二等奖；课程组成员所指导的学生在参加广东省第二届大学生化学实验竞赛中，分别获得二等奖和三等奖，在第十一届“挑战杯”校大学生课外学术科技作品竞赛分别获一等奖和三等奖。

开发的新实验--3D高分子材料打印实验，如：“可生物降解3D打印材料性能评价及建模”于2015年4月校级大学生节能减排社会实践与科技大赛中获一等奖。通过该综合设计性实验，学生能利用AutoCAD软件设计塑料各种力学性能标准试样条、塑料制品和化工设备等， 3D打印成型并性能测试。该实验有助于学生进一步掌握力学性能测试方法，有利于高分子材料加工实验的教学，了解多种塑料成型加工方法，提高对高分子材料性能的认识，解决注塑成型拆卸模具困难、注塑模具和制品更新慢、喷嘴易堵、操作复杂并存在安全隐患等问题，尤其能解决耗水耗电等。

在探索新实验的同时，积极进行产学研合作，建立高分子材料加工实验网站及3D打印科技服务及教学平台，将新技术转化到课堂实验教学中，同时提升了企业的技术创新水平，为地方服务，教学相长。

根据近几年各班级的问卷调查，所选教学内容具有较好的科学性和实用性、合理性，能贴近佛山市高分子材料加工业的生产实际；学生对该课程的满意度为90 %以上。通过本课程学习，为学生今后从事材料化学工作和开发、设计新型材料打下一定的基础。

3 结 语

将高分子材料加工实验积极进行课程教学改革，形成集教学、科研、宣传、培训、技术研发等为一体的团队；不断拓展丰富研究创新性和绿色化实验，形成三个层次的实验；加强硬件和文化建设，建立初步反映MOOCs思想和3D打印等新技术的网站；通过建立长期稳定的校企联合实践教学模式，进行产学研合作，为服务地方。通过以上各种途径，进行校级优质课程“高分子材料加工实验”精品课程资源共享课以及佛山市高分子材料3D打印科技服务及教学平台的建设，以达到省级化学实验教学中心的评估要求。

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Sharing Course and 3D Printing Platform of the Macromolecule Materials Processing

LIUYi-lu，GAOYong-hui，YUANYi-hua，ChenXin，ZHOUZi-fan，YEXiu-fang

(College of Science, Foshan University, Foshan 528000, China)

Based on a platform and three centers, the course of Macromolecule Materials Processing Experiment has been reformed actively. Three levels of the experiment have been formed by developing and enriching the environmental friendly and innovating research oriented experiments. A website which can reflect preliminarily MOOCs and 3D printing and other new technology has been established. The preparation before class, and the interactive teaching such as paper communication and discussion，and hardware and culture have been strengthened. The method of experiment examination has been reformed and diversified by establishing the professional experiment testing bank. To serve local industry, the united mode of production-study-research has been established. Through these ways mentioned above, the goal is to establish the boutique resource sharing course of Macromolecule Materials Processing Experiment, and set up a science technology services and teaching platform of 3D printing with macromolecule materials gradually.

macromolecule materials processing; boutique resource sharing course; micro lesson video; MOOCs; simulation experiment; 3D printing; professional experiment testing bank

2015-02-27

2015年佛山科学技术学院《高分子材料加工实验》精品课程资源共享课(教研(教材)[2015]16号)；2013年广东省省级化学实验教学示范中心项目(粤教高函〔2013〕113号)

刘弋潞(1967-)，女，江西南昌人，硕士，高级实验师，主要从事化学研究与实验教学工作。

Tel.：13620139369; E-mail：xiaoxiongweini1@163.com

G 423; G 434

A

1006-7167(2016)01-0195-03