“聚合物材料成型加工”实验课程教学改革与探索

摘 要：“聚合物材料成型加工”实验课程是材料类专业的必修实验课程之一，其教学质量及教学安排将会影响同学们在未来工作中的实验思维与动手能力，对同学的综合实验素质有着至关重要的作用。聚合物材料成型加工实验课程在实际开展中存在着实验动手能力弱、缺乏实验室安全培训、实验设备数量不足、实验课程考核方式单一等问题。对实验课程教学实验过程中存在的问题进行探讨与分析，针对问题优化课程的内容并开展较为合理的课程计划，探索实验课程多元的考核方式，激发同学们的听课兴趣，培养理论与应用结合的高综合素质人才。

关键词：聚合物成型加工；教学改革；安全培训；实验设备；考核方式

中图分类号：TQ  文献标识码：A

Teaching Reform and Exploration of the Experimental Course

of "Polymer Material Forming and Processing"

Xiang Li

School of Materials Science and Engineering，Guizhou Minzu University GuizhouGuiyang 550000

Abstract：The experimental course of "polymer material molding and processing" is one of the compulsory experimental courses for materials majors.Its teaching quality and teaching arrangement will affect students' experimental thinking and practical ability in future work.It plays a vital role in the comprehensive experimental quality of students.In the actual development of polymer material molding and processing experimental courses，there are problems such as weak experimental ability，lack of laboratory safety training，insufficient number of experimental equipment，and single evaluation method of experimental courses.The problems existing in the experimental course teaching experiment process are discussed and analyzed.Optimize the content of the course according to the problem and carry out a more reasonable course plan.Explore the multiple assessment methods of experimental courses，stimulate students' interest in listening to the lectures，and cultivate highquality talents who combine theory and application.

Keywords：polymer molding；experimental course；teaching reform；safety training；experiment apparatus；assessment method

1 概述

聚合物是由相对分子质量较高的分子聚集组合而成的化合物，亦称高分子化合物，高分子化合物聚集态结构是其成型加工多样性的本质原因，温度是聚集态结构的转变最主要的因素，通过温度可以调控聚合物的形状、流动性及形变行为等。聚合物成型与加工是将各种添加剂、改性剂、助剂等材料转变成可使用材料或产品的一种技术手段，想要实现这样的转变，需要采取适当的方法，结合相关的表征揭示不同方法对产品质量的影响。这门技术的基本任务是探究制备的产品与诸多影响因素之间的关系，其中的影响因素包括材料本身的物化性能、制备设备本身的结构、材料的流动及形变行为、制备过程中的各种参数等。“聚合物成型与加工”课程是材料大类的本科教育阶段必修课程之一，该门课程对聚合物（主要为塑料、橡胶、纤维）的应用与推广有着关键性的作用，目前聚合物已经广泛运用于军事、科技、医学、工业、农业生产等领域。由于聚合物成型与加工技术的不断发展与改进，制备的产品质量、生产的效率、成本都得到不断优化。

“聚合物材料成型加工实验”课程是材料类相关专业的必修实验系列课程［1］，通常在“有机化学”“材料分析方法”“材料科学基础”“高分子化学”“高分子物理”“仪器分析”“高分子材料成型加工基础”等课程之后开设的实验课程，该实验系列课程是“聚合物成型与加工”基础理论的延伸，对复合材料专业的同学们提升综合能力起到促进作用［2］。该实验课程主要探究聚合物材料常用的加工成型方法、加工工艺的过程以及加工成型的基本原理［3］。

2 “聚合物材料成型加工”实验课程中存在的问题

2.1 缺乏实验室安全培训

随着各个高校办学规模日益扩大，学校的实验室的使用频率也逐步提升，实验室安全问题也逐渐凸显，在新闻報道中时常看到安全事故，引发全社会的高度关注，学校的实验室安全状况必须引起足够的重视并加强实用且高效的实验室安全教育培训。有效保障实验室操作人员的人身安全，在确保安全的情况下再追求科研成果，从本质上提升实验室参与人员的安全意识、理念及思维，让所有进入实验室的人员都清楚身处实验室应该如何保障自身的安全。因此，实验室的安全培训尤为重要，实验室安全培训内容主要包括危险化学试剂、消防安全、电气安全、压力容器安全、安全管理等。实验室具有潜在危险的实验试剂及设备，存放着部分易燃易爆的化学试剂，可能会引起爆炸、火灾、中毒等事故［4］。而在给同学们讲授实验课程的时候之前，发现同学们缺乏基本的实验常识与实验室安全培训，对危险化学试剂、消防安全、电气安全的了解较为欠缺，安全意识淡薄［5］。此外，在教师已经进行讲解并演示后，同学们也感觉无从下手。实验室一旦出现安全事故，不仅会对师生的个人生命安全造成严重威胁，还会造成学校的实验仪器等财产的不可逆损失［68］。

2.2 实验动手能力弱

“聚合物材料成型加工”实验课程属于实践类的课程教学，是材料类相关专业的必修实验课程。实验课程是一个手、脑协作的过程，不仅需要同学们做好前期的文献调研、计算配比、鼓风干燥等工作，而且实操过程中要规范操作、讨论协作、仔细观察、积极思考、合理改进实验、记录数据，还需要在实验后进行数据分析，数据可视化、撰写实验报告等过程。但由于本科教学中每一学期并未安排课程配套实验，仅仅只有大一、大二理论课程后才开设少部分的实验课，就“聚合物材料成型加工”实验课程而言，几乎每年实验课程中都出现不少同学的基本操作能力较弱且不规范，甚至有少部分同学出现了危险操作导致轻微受伤，大部分的同学因不规范操作引起了实验数据偏差较大甚至数据严重错误，严重影响了整个实验的数据准确性。面对实验仪器，理论阐述勉强过关，但实际操作却无从下手，即使实验仪器附带着使用说明，同学们也反映看不懂，更不能正确、熟练地操作仪器。更有甚者，刚进入实验室就打起了退堂鼓，害怕并逃避实验。此外，由于实验设备、实验经费、实验场地的限制，诸多经费有限的高校并没有开设多门课程的配套实验，导致同学们平时接触的实验课程较少，对实验课程比较生疏，实验动手能力较弱，不利于同学们综合能力的发展［910］。

2.3 实验设备数量不足

化工、材料类的不少实验表征设备均为高精密的仪器，购置成本高的同时维护成本也极高，例如，透射电子显微镜的购置成本接近千万，而仪器出现故障后修护成本也是一笔不小且不确定的开支，这些开支包括出现故障后修改仪器的支出及因配件为进口的，等待维修的时间也会大大增加设备运行的成本，这会大大增加高校的经费支出。对于少数学科建设经费充足的高校而言，实验设备的数量对实验课程的开展的影响较小，但国内绝大多数的高校用于购置实验课程设备的经费均比较紧张，由于实验设备经费紧张导致实验课程的开展较为困难，诸多高校甚至连专业最核心课程的基本实验设备都没有，或者拥有基本实验设备但缺乏专业、有效的维护，导致设备长期处于关停检修状态。以高分子科学与工程专业为例，聚合物的成型与加工是该专业最重要的实验课程之一，而聚合物的成型与加工的实验课程中最核心的设备为挤出机和注塑机，诸多高校的高分子材料与科学专业由于经费限制导致最核心的挤出机与注塑机都无法配备，这严重阻碍了实验课程的开展与持续。此外，聚合物的成型与加工的实验课程通常需要教师讲述、演示、实操来教授课程内容，每一位同学均需要进行实际的操作。然而因实验设备数量少、价格高、维修费用昂贵等因素，往往采取教师讲述演示加同学分组协作操作的方式进行，但分组会出现仅有部分同学进行了实操，部分同学只能进行干燥、计算、搬运、称量等前期准备工作。分组还会导致部分同学对实验过程及仪器使用理解不深，影响整体的教学效果的同时也会影响部分同学的积极性［1112］。

2.4 实验课程考核方式单一

現行的考核方式通常为实验课考勤与实验报告，二者的占比通常为考勤占30%、实验70%；考勤占40%、实验60%；考勤占50%、实验50%等，但大多都是实验报告占的权重更大。

这样的考核方式可能会导致同学们轻实验操作、重实验报告的心理，部分同学存在侥幸心理，做实验过程中早退，严重影响实验效果。由于实验课程的内容、过程相似，同学们实验参与度不一，采用单一的考核方式作为同学的最终实验成绩是不合理的，不合理的实验考试方式将会导致部分学生的积极性，实验报告出现大量重复的情况，无法有效地反映出同学们的沟通协作能力、本专业实验知识的掌握程度及相互之间的团队合作能力，显现不出同学综合能力之间的差异，最终的评分都在平均分上下轻微浮动，而且单一的考核方式很难评价每一位同学对该门实验课程的真实掌握情况，局限了对同学们的考核范围与开合深度，不利于同学们综合能力的评价［1316］。

3 “聚合物材料成型加工”实验课程改革措施

针对“聚合物材料成型加工”实验课程中出现的问题，进行教学总结并提出对应的改革措施，探究本门课程在教学过程中的改革，改善实验教学的效果与提高实验课程质量，希望为社会培养创新、实践能力更为出色的人才。

3.1 加强实验室安全培训

每一位即将进入实验室进行操作的人员（科研人员、教师、实验室管理员、学生等）均需要重视实验室安全问题，并需要在进入实验室之前进行实验室安全培训及考试，培训及考试合格者方能进入实验室进行实操。针对本门课程课程，在动手实操之前需要对同学们进行实验室安全培训，实验过程中也要不断穿插安全教育及提醒，此外超过40人以上的实验课程，应该配备2位长期做实验的教师，在一位教师讲解演示过程中，另一位教师可以时时观察并提醒同学们规范实验操作，以防止出现安全事故。

3.2 增加相应配套的实验课程

对于材料类相关专业而言，开设配备实验的课程通常有“材料科学基础”“材料分析方法”“化工原理”“高分子化学”“高分子物理”“有机化学”“无机化学”“分析化学”“材料的成型与加工”等，这些课程在培养方案中均应配套相应的实验，在条件允许的情况下，增加专业课程的配套实验，在专业培养方案中应详细注明专业课程配套的实验课课时，并依照培养方案开设相应的实验课程。

3.3 增加必要的实验设备数量

每一所高校的科研设备采购经费都不太一样，不能期待每一所高校完善地配备所有实验所需设备，但是大部分实验课程共用设备数量应该增加，如水浴锅、油浴锅、电子天平、鼓风干燥箱、真空干燥箱等。此外，专业实验必要的设备数量也应增加，以“高分子化学实验课”为例，必要的设备包括基本的有机化学反应仪器（烧杯、量筒、滴液漏斗、玻璃棒、冷凝管、三口烧瓶等）与设备（机械搅拌器、磁力搅拌器、旋转黏度仪、电炉等），这些必要的实验仪器数量应该配备充足。

3.4 改革单一的考核方式

合理的考核方式利于同学们综合能力的培养，以衡量同学们对该门实验课程的真实掌握情况（包含对自主设计实验的能力、实验原理的掌握、实验过程的规范操作、实验后数据处理及实验报告的撰写）为主要的考核内容。考核的方式分为考勤（占20%）、实验过程提问实验原理（占20%）、操作规范性（占30%），实验报告（占30%，包括实验流程设计的合理性、实验原理阐释的准确性、数据分析与处理的正确性）。

结语

“聚合物材料成型加工”实验课程目前存在的问题比较突出，课程的改革也是该门课程持续开展的重要途径，对于实践教学过程中发现的同学们实验动手能力弱、缺乏实验室安全培训、实验设备数量不足、实验课程考核方式单一等四个较为突出的问题，提出了加强实验室安全培训、增加相应配套的实验课程、增加必要的实验设备数量、改革单一的考核方式等四个对应的建议改革方案，增加实验课程、增加设备数量会增加学校的课程教学成本，改革单一的考核方式也会增加科任教师的教学投入时间，但为了更好的实验课程效果，需要学校给予必要的支持。此外，不断的教学探索、改革是实验课程更健康有序的关键因素，通过对“聚合物材料成型加工”实验课程进行不断改革，以满足当下社会对创新、实践、动手能力强，综合素质高的应用人才的需求。

参考文献：

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基金项目：贵州民族大学2021年度校级基金项目（自然科学类）GZMUZK［2021］YB02，聚合物成型加工工程教育部重点实验室开放课题资金资助

作者简介：向力（1991— ），男，贵州六盘水人，博士，副教授，研究方向：聚合物材料结构与性能。