高分子成型加工课程的改革与建设

杜江 张震雷

[摘 要]高分子成型加工课程在高分子材料专业的本科教学中占有重要地位，文章针对目前高分子成型加工课程内容更新较慢、理论与实践结合度不高、教学与企业实际需要有一定脱节的现状，从内容和形式两方面探讨课程的改革与建设：引导学生将理论知识与实际应用有效结合，让学生加深对知识的理解性认知，学会在实践中加以运用;让学生了解高分子成型技术的发展趋势，提高学生的创新能力，增强学生的竞争力。其目的是通过对高分子成型加工课程教学内容和教学方法的改革与实践，促进教学理念的更新和教学方式的转变，适应现代高分子材料发展要求，提高教学的效果和质量。

[关键词]高分子成型加工;教学改革;实践能力;企业参与

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）08-0005-03

高分子成型加工是高分子合成、结构、成型、性能四个环节中的重要一环，是将高分子转变为实际产品的桥梁。通过高分子成型加工课程的学习，学生应能系统掌握高分子材料成型加工的基本原理和方法，根据需要制定简单的配方和工艺，操作常用的加工设备进行简单的成型加工。高分子成型加工与高分子化学、高分子物理共同构成高分子专业的理论课程基础[1]，但因其具有综合性、交叉性和应用性的特点，因此不能像高分子化学和高分子物理那样进行单纯的理论教学，而要在高分子专业理论与实际生产之间建立起相互联系的纽带。从高分子成型加工课程教学现状来看，主要存在以下三个问题：一是教学内容比较陈旧，与生产实际有一定脱节。企业在实际生产中不断对基础成型工艺进行改进，并使用新的前沿技术，更新速度较快，因此，以传统教材为蓝本的成型加工课程的教学内容显得较为陈旧，与工业生产中的技术和工艺有一定程度的脱节，教学滞后于行业的发展。二是重视理论知识讲授，忽视工程实践能力培养。作为一门实践性很强的课程，如果只讲理论不联系实际，学生对大量抽象的教学内容就很难提起兴趣，同时会导致学生对理论难以形成深入理解，更不会加以运用，缺乏实际工作能力。三是企业的参与不足或缺失。企业的切实需求应该是我们培养工程人才的重要方向标，因此，高分子成型加工课程的教学要和相关企业的需求紧密结合，以做到有的放矢。针对以上问题，我们从教学内容和教学形式两方面对高分子成型加工课程进行了改革和建设，取得了良好的教学效果。

一、课程教学内容的改革和建设

（一）强化高分子成型加工基础原理知识

本科院校是要培养既有一定的理论基础又具备较强实践能力的高素质应用型人才，在教学过程中仍然要重视对基础理论知识的讲解[2]。其课程内容既要体现知识的广度，也要体现知识的深度。高分子成型加工课程涉及的知识面很宽，涵盖了高分子化学、高分子物理、大学物理等多门课程的知识内容，其教学不能简单停留在对不同成型加工技术的介绍，而需要着眼于培养学生对知识内容的整合与融会贯通能力，使他们能够对所学知识进行综合应用。因此，在课程教学中，我们要注重将成型工艺与高分子化学、高分子物理和大学物理等知识相联系，围绕这些专业知识间的联系进行教学设计，让学生系统全面地掌握与高分子成型加工相关的知识体系，使他们能够从本质机理上理解高分子结构与性能对其成型方法和工艺过程的影响，具备综合运用基础理论和专业知识解决工程实际问题的能力，为今后从事高分子材料的科学研究和工程开发奠定扎实的基础。另外，由于高分子材料的成型加工，除极少数通过固态、高弹态或溶液状态进行外，主要都是在熔体状态下进行的，因此掌握高分子熔体流变性质对于高分子成型加工极为重要[3]。高分子流变学建立了高分子各种成型加工方法的理论基础，并为设计、加工高分子制品提供参数，使制品具有良好的使用性能和稳定性，是培养较高层次人才的重要课程内容，必须进行深入透彻地讲解，夯实学生的专业基础。此外，对于在高分子材料成型加工中占有重要地位的成型方法，例如塑料的四大成型加工方法（挤出、注塑、模压、压延），要抓住主线、突出重点、深入挖掘，使学生充分了解高分子在这些成型加工过程中的流动情况和物理化学变化，让学生扎实掌握这些重要方法的技术原理、工艺要点和实施方法。

（二）加入相关专业领域前沿内容的介绍

当前，科学技术日新月异，新型的成型加工方法和技术层出不穷[4]。为使课程教学内容能够反映行业的技术进步和发展，我们持续跟踪高分子材料成型加工的新原理、新方法、新设备以及由此带来的新变化和新效果。我们广泛搜集国内外出版的相关论文、书籍以及媒体资料等，并对其进行系统梳理和总结后补充到课程教学内容中。我们在课程中加入了流体/超临界流体辅助成型、天然高分子及加工新技术、3D打印技术、反应挤出技术、微层共挤出技术等前沿内容。例如，近年来微层共挤出技术的迅猛发展大大提高了控制高分子材料形态结构的能力和灵活性[5]。这种技术能够使两种高分子以独特的交替层状结构进行复合，无论共混物的组成比例如何变化，其总是具有规整的双连续结构，而且材料内部的微层数可由2层持续增加到上千层，相应的单层组分厚度可由毫米尺度一直降低至纳米尺度。通过微层共挤出技术得到的近乎完美的双连续结构使材料充分发挥了组分间的协同作用，因此具有非常独特的力学性能、阻隔性能、光学性能以及电（磁）性能等。授课教师要向学生介绍这些新型加工技术及其基本理论，布置文献阅读和讨论的任务，讲授文献追踪和调研的方法，使他们能够自行开展研究和思考，探究新技术和新方法中的科学问题和工程应用潜力，培养科学思维以及创新研究素质。同时还要帮助学生拓宽专业知识面和学术视野，使他们关注和了解高分子成型加工的发展动态和趋势，增强他们的就业竞争力。

（三）结合实际生产技术进行授课

我们注重将课程教学内容与企业的生产实践相结合，体现其实用性。学生对高分子成型加工知识的学习，最终还是要落实到生产实践中，既要通晓原理也要具备实践能力。学生应充分认识到高分子制品的性能不仅与高分子材料本身的性质有关，而且与加工工艺过程及其条件有很大关系。怎样才能把所学的理论知识很好地应用在实际生产上是需要向企业学习的，而企业通过其多年的生產实践总结出来的经验就是十分宝贵的财富。我们收集整理了大量与教学内容相关的企业生产实例、技术创新以及独特工艺，其中的很多技术和工艺与书本上的经典内容并不完全一致，因为它们是企业在基本理论的基础上，基于自身实际生产条件和产品要求改进或创造出来的，是对高分子成型加工理论的深入探索。我们将这些案例引入课程，在课堂上用理论知识来解释具体生产中的实际问题，又以科研和实际生产的具体例子来说明基础理论。这种案例教学引发了学生浓厚的学习兴趣，促进了他们对于理论知识的深入思考和吸收，帮助他们更好地理解并学会了应用所学的知识，并让他们学会了根据实际情况对工艺进行合理调整。

另外，我们采用项目作业的方式，给学生布置具有应用情境和实践特点的项目方案类作业，即给学生提出高分子产品成型加工中的实际问题，学生需要运用所学专业知识，辅之以文献调研来提出合理的解决方案并设计具体实施工艺。作业由学生独立完成并写成完整的报告，然后教师对报告内容进行分析和点评。这样的作业需要学生真正思考和运用理论知识才能完成，而不是简单抄写概念和公式。这样能够让学生更好地实现课堂所学与生产实际的紧密聯系，达到专业知识水平与工程应用能力同步提升的目的。

二、课程教学方式的改革和建设

（一）生动直观的讲授方式与实验内容紧密结合

在授课形式上，为了让学生更直观地了解高分子材料的各种成型过程，教师讲课时通过展示成型加工过程的三维透视动画，能够使学生更清楚地了解成型过程中机械的运行方式以及高分子物料的流动状态。另外，还可以通过展示高分子制品的半成品和成品等实物，展示加工设备和加工现场的照片，播放工厂实际生产过程的视频，让学生了解真实生产场景，为他们创造一个“准现场”。这些生动直观的讲授方式为教学讨论提供了丰富的现场情境和素材，实现了课堂所学与工程实际的紧密联系，非常有助于加深学生对一些知识难点的理解，提高其理论学习的效果。这样的授课形式，化抽象为直观，生动有趣、省时高效，获得了学生的认可。

此外，作为一门实践性较强的课程，注重理论课与实验课的有机结合很重要[6]，在课程安排上我们将实验课与理论课紧密配合、同步进行，充分利用材料科学与工程学院的挤出、注塑、热压、压延等成型设备，使学生一完成理论学习就可以进行相关的实际操作，通过实验来验证所学的理论知识，进一步加深理解，解决了学生在以往专业课程学习中出现的被动接受、死记硬背、不会应用的理论脱离实际的问题。在实验中，学生通过实践掌握了高分子成型加工的实施方法，对相关知识会理解得更透彻，掌握得更牢固。对于知识的真正掌握需要经历“发现、验证、认知、运用”这四个阶段，理论课与实验课紧密结合就是要让学生加深对知识的理解性认知，而且在实践中学会运用。另外，根据学术发展前沿，充分发挥专业教师的科研与工程特长，实现教学与科研互动，我们组织学生到专业实验室近距离接触和了解相关科研内容和进展，直接把科研内容转化为教学内容。例如，实现了将3D打印、电纺丝、微纳层共挤出等科研成果应用于教学实践。这些课程教学方式激发了学生的学习兴趣，增强了他们的探究能力。

（二）将“请进来”与“走出去”相结合

我们到高分子成型加工企业中调研，听取企业人员对高分子成型加工课程教学的意见和建议，邀请相关企业的技术骨干参与其教学计划的制定，坚持以应用为导向、突出工程教育的实践属性[7]，培养学生的知识转化能力。我们邀请相关企业的技术人员进入课堂，为学生讲授高分子成型加工的前沿知识和成果，并结合企业的具体生产案例深入讲解相关理论原理和实践运用。例如，我们先后邀请了上汽集团延锋彼欧汽车外饰系统有限公司技术部的经理和上海自立塑料制品有限公司生产部的经理等企业专家走进高分子成型工艺课堂，向学生讲解企业中采用的先进技术和应用实例，让学生了解到优秀产品的研发过程和成型加工技术，感受到知识的重要性和先进技术的突出作用。采用这样的授课形式后，学生反馈积极，表示他们学到了很多平常课堂接触不到的知识，并且希望获得更多这样的机会。我们还有针对性地组织学生进入高分子材料加工企业的生产一线参观学习，让学生亲身了解实际生产过程中使用的设备、技术、工艺、流程以及自动化情况，并和企业工程师进行面对面交流，了解企业工程师的现实工作情境、可能遇到的问题和解决的办法，感受到课堂学习的理论知识在实际生产中得到应用，极大提高了他们的学习兴趣和动力。例如，在高分子成型工艺课程教学期间，我们利用课余时间组织学生分别到上海自立塑料制品有限公司和上海迦南塑料有限公司等知名企业的生产一线进行了参观学习，企业的专家还在现场给学生做了高分子成型加工专题讲座，获得非常好的教学效果。

（三）开展生产实习

到企业的生产一线进行参观学习，学生主要是看，是获得直观的认识，但是没有真正参与生产实践，没有真正去“做”，因此我们还开展了生产实习。高分子成型加工课程开设在本科三年级第二学期，与之相配套，我们安排学生在该学期的期末考试之后到相应的实习基地进行为期四周的生产实习。实习基地包括上汽集团延锋彼欧汽车外饰系统有限公司、上海华特汽车配件有限公司、上海自立塑料制品有限公司等知名企业。在实习期间，每天都安排有具体的工作内容，大多数工作都需要到生产或检测一线进行实际操作，而不是走马观花。学生通过实习对整个高分子制品的生产过程（原料储存—原料预处理—挤出/注塑生产线—产品包装—产品检测）有了全面深入的认识。在实习中，学生能够非常细致地去研究每一条生产线的具体设备和工艺，结合所学的高分子成型加工知识，让理论与实践相统一。学生进一步了解了成型加工设备的结构和工作原理，熟悉了各种成型加工设备的布置、操作和工艺参数设置，了解了不同高分子材料对工艺参数的要求，加深了对高分子生产工艺及质量控制的理解。我们注意引导学生将书本中的专业知识与实际生产联系起来，并且培养他们发现问题和解决问题的能力，使他们对在课堂上所学的加工成型知识有了更全面的理解和掌握。这种生产实习是对学生所学专业知识的一次检验和提高，同时增加了他们对自身专业的了解和认识，对他们今后的学习和工作具有重要意义。

三、结论

高分子成型加工课程的改革和建设，有利于从基础阶段就引导学生将专业知识与实际应用有效结合在一起，进一步加深对专业知识的掌握，激发学习兴趣，提高学习效率。学生通过与相关企业技术人员进行直接交流和互动，了解了实际生产过程中的设备、技术、流程、自动化情况以及可能遇到的问题和解决办法，加强了学生的创新实践能力与职业竞争力。通过让学生了解本领域的最新技术成果、掌握未来发展趋势，以开阔他们的专业视野，提升他们的专业理念和素养。对高分子成型加工课程教学内容和教学方法的改革与实践，将有效促进教师教学理念的更新和学生学习方式的转变，使教学适应现代高分子材料发展要求，不断提高教学质量和人才培养质量。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 唐颂超. 高分子材料成型加工课程建设与教学改革[J]. 化工高等教育， 2008（1）： 25-27.

[2] 郭正虹， 方征平， 程捷. 《聚合物成型加工》实践教学体系改革[J]. 高分子通报，2013 （5）： 88-92.

[3] 金日光， 马秀清. 高聚物流变学[M]. 上海： 华东理工大学出版社， 2012.

[4] 温变英. 高分子材料成型加工新技术[M]. 北京： 化学工业出版社， 2014.

[5] Jiang Du， Shannon R. Armstrong， Eric Baer. Co-extruded multilayer shape memory materials： comparing layered and blend architectures [J]. Polymer， 2013 （20）： 5399-5407.

[6] 马丕明，东为富，白绘宇，等.《聚合物成型加工》课内课外协同教学新模式的改革与探索[J].教育教学论坛，2016（3）：268-269.

[7] 申长雨，关绍康，张锐.加强课程建设 培养创新人才：“高分子材料成型加工”课程建设随想[J].中国大学教学，2008（3）：52-54.

[责任编辑：庞丹丹]