《高分子材料成型加工》教学改革与实践*

2022-10-08王梓民石海信陆来仙张瑞瑞

广州化工 2022年17期

王梓民，石海信，陆来仙，张瑞瑞

(北部湾大学，广西钦州 535011)

我国经济社会的发展对应用型人才的需求不断增加，北部湾大学作为国家“十三五”规划建设的“应用型本科高校”项目单位和教育部学校规划建设发展中心“产教融合创新实验项目”基地院校，其人才培养方式也有着重大转变。就高分子材料与工程专业而言，专业基础课程教学需要更强调学科的交叉融合和实用性，使学生具有扎实的基础科学理论，系统掌握专业相关知识，具备相关工业领域设计、生产、组织管理、产品开发、设备使用维护能力，适应塑料、橡胶、化纤、涂料、黏合剂等高分子领域工业需求，成为具有一定创新创业能力的高级复合型人才[1]。

《高分子材料成型加工》是应用型工科高分子材料与工程专业的必修课程，主要讲授高分子材料及配方设计、加工方法、工艺过程、加工工艺原理和设备以及高分子材料的加工性质等内容。课程作为理论到实践的一个桥梁，使学生能够理解和掌握高分子材料的加工原理和工艺过程，为学生从事高分子材料及其制品的设计、生产和研究工作打下必要的基础[2]。课程内容包含课堂讲授48学时和实验32学时，以有机化学、物理化学、化工原理、高分子化学、高分子物理等为前置基础课程。课程知识面广、理论要求高、设备操作复杂，学习难度较大。本文旨在从多角度改善教学方式方法，整体提升教学效果。

1 专业课程与基础课程融会贯通

我校选用唐颂超[3]主编，中国轻工业出版社出版的《高分子材料成型加工》(第三版)为教材，是普通高等教育“十二五”规划教材，包括高分子材料学、流变学、添加剂、制品及配方设计、原料混炼过程和压延、挤出、注射、纺丝等成型工艺过程，相关产品涉及塑料、橡胶、化纤、涂料、黏合剂等诸多领域。课程要求学生具备相关的数学、化学、物理等基础理论知识，同时还要具备操作设备、分析问题的实践工程能力，教学内容多而复杂。因此，理清各门课程之间的关系，使学生对学科结构有直观认识和融会贯通，是非常重要的。

图1 高分子材料与工程专业课程间的关系

以高分子材料与工程专业课程之间的关系为例，针对学生所学的前置基础课程《高分子化学》、《高分子物理》等部分内容与本教程部分内容交叉重叠的现象，需要从高分子学科结构层面予以分析和解释，强调化学、物理和工程是学科的基础，最终达到满足产品使用性能的要求。让学生认识到本课程的重要性，从而激发学生的学习积极性和主动性。对于本课程中所涉及的专业知识，也需要及时回顾相关基础课程的内容，强化学习效果。

2 理论教学与实验教学相辅相成

《高分子材料成型加工》以理论教学为基础，辅以适量的专业实验，强化实践操作过程并深化对理论知识的认识能力[4]。所开设的实验内容穿插于理论教学的各章节中，例如，使用熔融体毛细管流变仪测聚合物流动特性的实验，就要在实验前回顾理论课的聚合物流变学内容，并在实验过程中引导学生仔细观察实验现象，用实践检验所学理论课程中的公式、原理和方法。课后要写好完整的实验报告，要包括实验时间和地点、实验原理、设备型号和操作参数、实验过程、数据处理和实验结果处理及理论分析。将实验课当作理论课程的深化过程，并在理论教学中，将抽象的设备图、工艺流程图、实验原理等与实验操作相结合进行讲授，使学生对抽象知识有直观的体会。

3 注重学生实践操作能力

应用型大学应该注重学生的实践操作能力，“学以致用”是最终目的。因此，《高分子材料成型加工》课程教学中，不应强调对知识点死记硬背，而要求较高的理解和领悟能力。对于复杂理论的讲授，则更注重推导结果和用途，而不是公式的推导过程，从而使工程应用型人才的培养模式区别于理学人才的培养。在实验教学中，务必使学生有操作机械设备的经历(在教师的监督和指导下)，避免纸上谈兵、光说不练。只有通过实践操作，学生才能仔细观察实验现象、发现问题并深刻理解相关知识内容。例如，在密炼机操作实验中，引导学生操作、观察设备运行时内部温度变化的异常，提出问题：为什么实际温度会超过设定温度，触发温度报警器？从而深化理论课程所讲授的知识点：物料混炼时，摩擦和挤压会严重放热。再以此为契机，引导学生进一步思考可以采取哪些方案来解决问题。

4 培养工程意识

本课程教学内容属于工程学，以培养合格的工程应用型高分子专业人才为导向，培养学生的工程意识。即以解决实际工程问题为出发点，通过逆向思维和发散思维训练，反推出需要使用的方法、设备和工艺，再设计出技术可行、成本合理、操作简便的方案[5]。例如，本院的化学实验室需要一批塑料小药勺，学习过《高分子材料成型加工》课程的学生，是否有能力以小组的形式设计出实验方案、制备出相关产品、解决这个问题？这个过程中，需要综合运用所学知识。首先分析产品的具体需求是什么，硬度要求、尺寸要求、颜色需求、用量多少、成本控制等；再考虑选择的原料能否满足上述要求，是选用聚乙烯、聚氯乙烯还是聚丙烯？原料混炼使用开炼机还是密炼机？制备过程使用注塑机还是模压机？使用螺杆挤出还是活塞挤出？等等问题都需要灵活运用所学知识和技能，综合考虑全局，才能设计出合理的解决方案，满足具体需求，这个过程是从工科学生到工程师转变所必不可少的一个阶段。

5 以教学知识点(塑料的工程特征)为例

高分子材料不同于金属材料和无机非金属材料，具有独特的工程特征。以塑料的工程特征为例，进一步分析教学内容的改革和实践过程。塑料是一类常见的工程材料，在使用性能上具有诸多特征：密度小；拉伸强度和拉伸模量低，韧性较好；热传导系数小；电绝缘性能优良；成型加工性能优良；减震消音效果好；具有耐磨和自润滑性能；耐腐蚀，化学稳定性好；透光性好；着色性好；长期使用性能差；热膨胀系数大，耐热性差；容易燃烧。

此知识点内容较抽象，涉及的背景知识也较多，为了让学生能够较好地理解和掌握知识点，需要灵活运用上述教学方法。首先，明确塑料的工程特征直接与其使用时的效果相关，需要从产品的特定用途角度出发，通过逆向思维和发散思维，反推出需要使用的原料、方法、设备和工艺。即以解决实际问题为出发点，培养工程意识。例如，生产一种塑料水杯，需要考虑哪些因素？从塑料的工程特征来看，塑料的长期使用性和耐热性差，而水杯经常要接触高温环境，因此在生产过程中要使用防老化剂等助剂；容易燃烧，就要添加阻燃剂等；塑料的热传导系数小、热膨胀系数大，加工时可能存在受热不均的现象，因此在模具形状设计、机械设备强化传热等方面都有一定的要求；从而与添加剂、聚合物流变学、加工工艺和设备等章节的内容进行融合介绍，同时将高分子化学、高分子物理等的相关基础知识进行穿插回顾，形成系统化的工程理念。其次，通过分组实验设计，将知识点与实践操作相结合，在实践中深化对理论的认识。学生分组设计出技术方案以后，需要通过原料预混、设备选型、工艺优化等过程，结合实验课程的内容，使用挤出成型机、注塑机、吹塑机等机械设备，亲自动手制造产品。通过对产品的性能分析以及解决生产过程中出现的各种问题，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。最后，通过实验总结，明确该知识点并不只是抽象的概念，而是与高分子化学、高分子物理、流变学、添加剂、加工设备、操作工艺等课程和相关内容交叉融合，只有全面考虑、综合运用所学知识才能生产出合格的产品。深化对知识点的理解，形成全局意识和工程意识。

教学效果对比

近年来，我校高分子材料与工程专业181班、191班先后进行了《高分子材料成型加工》课程的学习。其中，191班主要参与了本次教学改革与实践的全部内容，42人中，80分以上24人，占比57.14%，70～79分10人，占比23.81%，60～69分6人，占比14.29%，60分以下2人，占比4.76%。181班只参与了本次教改的第一部分(专业课程与基础课程融会贯通)，37人中，80分以上18人，占比48.65%，70～79分15人，占比40.54%，60～69分1人，占比2.7%，60分以下3人，占比8.11%。由此可知，通过理论教学与实验教学协调同步、强化实践操作、培养工程意识等途径，学生的学习成绩有了较大提升，主要表现为，80分以上人数占比增加了近9%，班级平均成绩也有一定提高。

通过系统化的教学改革与实践，相比于181班，191班的学习态度、学习能力、学业水平、职业素养都有了较大提升。

学生对课程内容的认识更加深入，表现出浓厚的学习兴趣，学习积极性较高。本课程的教学改革与实践，有助于促进课程模块化建设、革新教育教学方式、改善教学效果、发展教育理念。