《聚合物加工与成型原理》课程改革初探

2018-03-31，，

山东化工 2018年24期

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(临沂大学材料科学与工程学院，山东临沂 276005)

自从1870年实现了硝化纤维塑料的工业化生产，高分子材料经过短短一百余年的发展，已经成为人类生产生活中不可或缺的一类材料。通常高分子材料可以分为塑料、橡胶、纤维，此外还包括了胶黏剂、涂料以及新兴的功能高分子材料。完整的高分子体系应该包括两个部分，即高分子树脂的合成、高分子制品的成型加工。其中高分子制品成型加工是连接高分子理论和实际使用制品的纽带，在高分子专业的教育体系中占有极为重要的地位。《聚合物加工与成型原理》是高分子材料方向本科学生的一门专业必修课程，该课程需要学生具备高分子化学、高分子物理、部分机械设计等基础，是涉及到多学科交叉的综合性课程。通过本课程的学习，需要学生既掌握一定的理论基础，又要具有能胜任实际生产所需的实践动手能力[1-2]。作者在实际的教学中发现，尽管学生已经系统学习了高分子化学和高分子物理的相关内容，但是在学习本门课程的过程中仍然无法及时的接受理解相关知识。对理论知识掌握较为困难，无法明确其实际意义；在实践环节中无法有效的与理论知识进行结合。因此有必要对本门课程的教学方式进行反思和探讨，以期探索出有益于学生切实掌握本门课程、具备实际实践能力的教学方法[3-4]。

1 课堂教学改革

本门课程要求学生具备必要的物理、化学、数学、高分子化学以及高分子物理等相关知识，是一门综合性和实用性极强的课程。主要讲授高分子材料的可加工性、高分子的流变性能、物料配方的设计与助剂的作用、成型物料的混合以及高分子材料的成型设备、原理和工艺等，内容复杂庞大。因此在讲授理论课时，一定要牢牢的把握住高分子材料-成型加工-制品性能这条主线。从三个方面讲授，首先助剂的作用、配方的设计以及物料的混合分散机理；其次是物料的成型加工设备、成型原理以及成型工艺；最后是成型过程中物料的物理化学变化以及成型工艺对最终制品性能的影响。在授课过程中，不能采用满堂灌的方式，而应该采用启发式的教学方法，让学生主动思考。比如在讲授助剂一章时，通过举例热水壶长时间使用后，外层的塑料皮会变脆，启发学生思考该现象的原因，从而引出塑料老化的现象。进一步的，如何改善塑料老化，自然的引出塑料助剂中防老剂的概念和使用；在讲授高分子材料蠕变现象时，举例雨衣长时间挂在衣架上，会发生雨衣变长的现象，引导学生为何会出现这种现象，从而引出蠕变的概念和实质。作者在实际教学中利用这种联系实际的启发式教学，在学生中反响很好，授课效果得到了提升。

此外，在理论课教学中，要充分重视多媒体教学的重要性。由于经济社会的发展，手机成为人们生活中不可或缺的工具，课堂上学生玩手机的现象也屡禁不止，大大影响了课堂的纪律和授课效果。作者在课堂中引入了清华大学开发的雨课堂工具，通过微信将课件推送到学生手机屏幕，并且利用雨课堂进行课堂随机测试，将手机从课堂教学的敌人转变为帮手，玩手机的学生变少了，课堂气氛也比较活跃，收到了良好的授课效果。

多媒体动画在本门课程的授课中具有极为重要的地位，在讲授相关章节时，可以适当的引入动画，直观的向学生展示成型加工设备的结构组成、工作原理。尤其是在讲授真空吸塑、中空吹塑等二次成型技术时，该类成型设备价值较高，学校实验室不具备相应的实验设备，而通过多媒体动画可以让学生更好的理解这类成型加工设备的工作原理。

总之，在理论课讲授的过程中，首先要让学生充分认识到本门课程的特殊性，具有极强的实用性；然后要让学生能够牢牢的把握住高分子材料-成型加工-制品性能这条主线，重点理解高分子加工不是简单的操作，成型工艺、配方的设计、物料的混合分散都会影响到制品的最终性能，而根据制品的性能又可以反过来对成型工艺、配方设计等进行优化指导。使学生能够真正的融会贯通、举一反三；最后要与时俱进，采用先进的教学方法，最大限度的调动学生学习和思考的积极性，真正的由教师教转变为学生主动学。

2 实验实践课程的设置和改革

如前所述，本课程是一门实用性极强的课程，十分贴近实际生产；学生也需要通过系统的实验课程来熟悉掌握理论知识，真正的做到理论联系实际。因此也需要对实验课程进行改革。

2.1 实验课程的设置和改革

由于理论课程安排的原因，往往在授课的前期讲授的是高分子的可加工性、流变性能等，在后期才会涉及到助剂的使用及配方设计、各种成型工艺，因此在实验课程设置的时候需要注意与理论课程的衔接。实验课程应设置在学期的后半段，即先讲授理论课程，随后再进行实验。同时在实验项目的安排上需要注意项目的前后衔接，以往安排相关实验时很少考虑前后项目的相关性。例如作者所在学院首先安排双螺杆挤出造粒实验。通过给定配方进行PP物料的混合，随后在双螺杆挤出机造粒；第二、三个实验项目进行造粒产品的熔融指数的测定、转矩流变性能测试，第四个实验项目安排单螺杆挤出机挤出棒材，并进行产品的力学性能和热性能的测试，使学生在实验过程中能够真正的理解加入助剂的作用和实际效果，对原料和制品的性能测试有全面的了解。此外，除了最基本的单项实验项目，例如双螺杆挤出造粒实验、注射成型实验，为了帮助学生系统的掌握所学的理论知识，还需要开设综合性的设计性实验，例如作者所在学院开设了聚丙烯增韧改性综合设计实验、PC合金综合设计实验以及塑料的填充改性设计实验等实验项目。要求学生3～5人一组，根据实验要求，自行查阅相关资料，通过助剂的选择、配方的简单设计，形成实验目的和性能指标要求；再根据确定的实验方案进行物料的配制混合，选择合适的成型方法，确定成型参数，得到最终制品。随后对制品进行详细的性能指标测试，根据测试结果有针对性的改进配方设计或成型工艺，最终确定最终实验方案并得到符合实验要求的制品。通过这种设计性实验，能够使学生系统全面的理解掌握常用助剂的性能和使用方法、物料的混合配制、常见成型设备及生产工艺、制品的性能测试等，将所学的理论知识与实际操作有机地结合起来。

2.2 实习实践基地的建设

不管是理论教学还是实验教学，最终的目的都是为了让学生能够做到理论联系实际，真正的将所学知识融入到实际的生产当中，而学校的性质和有限的场地、实验条件无法为学生提供真正的生产实习，因此针对本门课程的实习实践基地的建设也十分重要。

作者所在的临沂地区地理位置优越，塑料加工行业在这里分布众多，具有数量多、类型多的特点。学院因地制宜，也为了响应新旧动能转换重大工程，积极的与当地众多塑料加工企业进行联系，成立了多个教学实践基地，包括山东中鲁管业有限公司、山东沃尔新材料有限公司等，安排学生在第七学期、第八学期进行参观实习和毕业实习。通过在企业实习，能够使学生了解完整的聚合物加工工艺过程，包括原料的检测、物料的配制混合、模具的设计、设备的种类、成型过程以及产品的检测，能够接触并理解各种聚合物加工工艺，例如管材的挤出、物流托盘的注塑、PVC膜的压延等，能够接触了解行业的前沿信息等。