聚合物成型加工課堂教學與實驗實踐教學改革探討

胡杰 袁新華 吉海燕

摘要： 聚合物成型加工是高分子材料與工程專業最重要的專業課程之一。本專業針對專業技術課程的特點，堅持課堂教學和實驗實踐教學兩手抓，圍繞培養學生具有聚合物材料及其制品設計、生產、性能檢測及質量控制與分析的科學思維和創新研究素質的要求，在課堂教學內容、教學方法和實驗實踐教學模式與方法等方面進行了有益的改革與探索。

關鍵詞： 聚合物材料成型加工教學改革課程建設

聚合物的成型加工是獲取高分子材料制品、體現材料特性和開發新材料、新產品的重要手段，是高分子學科的重要組成部分，已形成獨特的理論體系和技術方法[1]。因此，聚合物成型加工課程與高分子化學和高分子物理課程一起，成為高分子材料專業學生最重要的專業基礎課程。為使學生以大工程的整體觀來了解和掌握聚合物的成型加工，這門課程將涉及諸多內容，包括影響聚合物性能的物理化學因素、添加劑的分類和作用、配方設計方法、聚合物流變學、成型加工設備、成型工藝條件及控制等。如何使學生通過本課程的學習，具備高分子材料科學的專業知識和專業素養；培養學生解決實際問題和創新科研的能力，為以后從事高分子材料制品的研發、設計和生產工作奠定堅實的理論與實踐基礎，一直是廣大高分子專業教師在教學過程中關注的重點[2]。這需要我們在多方面進行改革。

1.課堂教學改革

1.1明確培養目標，強化理論基礎。

江蘇大學高分子材料與工程專業成立于2002年，最初聚合物成型加工課程主要圍繞塑料和橡膠的主要品種及其制品的生產原料、成型工藝、加工方法、材料、性能和產品質量控制等內容開展教學。我們在總結前幾屆畢業生從事工作的實際情況和企業對本專業畢業生在知識結構、能力要求的基礎上，于2012年再次修訂了本科生培養計劃。本科院校需要培養既有一定理論基礎，又具備較強實踐能力的高素質應用型人才，這與高職類院校主要培養服務于生產一線的操作型、技能型人才不同。具體到聚合物成型加工這門與實踐聯系緊密的課程，在教學過程中，仍然要重視對基礎理論知識的講解，讓學生不僅“知其然”，更“知其所以然”。除了高分子物理、高分子化學及聚合物流變學等聚合物成型加工的基礎理論外，成型加工技術本身也存在系統的原理知識，不容忽視。教師在課程教學中應注意結合本學科前沿研究領域和最新研究動態、介紹重點科技成果，豐富和活化教學內容，使教學跟上時代的步伐，讓學生能夠掌握更多、更新的專業知識。

1.2圍繞課程主線，精心組織教學內容。

在成型加工課程學習中，學生需要系統學習和掌握聚合物的加工流變性能、聚合物加工過程中的物理化學變化、助劑的作用及配方設計原理、各種物料的混合和分散機理，以及成型加工的設備和工藝等。與其他課程相比，聚合物成型加工的課程內容較為龐雜而分散，理論知識的半經驗性較強，這給課堂教學帶來了一定的困難。因此，抓住課程內容的主線，突出理論重點就顯得尤為重要。

根據聚合物成型加工涉及的主體內容，本課程主要圍繞“高分子材料—成型加工—制品性能”這條主線來組織教學內容。教學過程中，要著重講明高分子材料的成型加工不是簡單的工藝操作，高分子材料、成型加工、制品性能這三方面是相互關聯的，制品的性能取決于高分子材料和成型加工方法及工藝的選擇，而制品的性能又反過來指導聚合物的改性、應用及加工，優化成型工藝。因此，如何抓住教學主線，讓學生全面掌握高分子材料、成型加工及制品性能各自特性及相互關系，使學生融會貫通、舉一反三，是這門課程教學的重點。

在教學過程中，始終圍繞教學主線，從高分子材料的結構與性能和材料的加工原理出發，以成型加工的工程觀點為著眼點，剖析各種高分子材料成型加工的共性和區別，這樣可以使原本較為分散的理論知識相對集中并系統化，讓學生更為清楚地了解和掌握抽象概念和半經驗理論所反映的實質問題。比如在講解聚合物材料的壓制成型時，分別介紹了適用的熱固性塑料、橡膠及復合材料的特性及成型工藝性能，不同加工方法和成型工藝條件生產制品的特點及控制條件，并通過具體的例子說明了成型加工工藝與制品性能的相互關系。這樣的講解生動地體現了“高分子材料—成型加工—制品性能”這條高分子材料成型加工的主線，使教學內容由龐雜繁多變得簡單易懂，通過理論結合實際，強化了學生的專業知識，教學效果良好。

1.3結合課程特征，采取靈活教學方法。

聚合物材料制品的性能既與聚合物本身的性質有關，同時又在很大程度上受到成型加工過程的影響。這其中不但涉及很多高分子化學和物理的理論問題，而且與生產實際密切相關。因此，本課程是一門理論性和實際性都很強的課程，如何在教學過程中將基礎理論和生產實際結合起來，用理論知識來解釋具體生產中遇到的實際問題，或以實驗和實際生產中的具體例子來說明基礎理論，使學生在學習過程中掌握專業知識，是本課程教學的核心問題。

因此，我們根據聚合物成型加工課程具有很強的綜合性和實踐性的特點，借助于江蘇大學目前多數教室都安裝了多媒體教學設備的優勢，將圖像、聲音、動畫和視頻等各種多媒體信息引入到教學過程中，利用工廠和車間的場景圖像、成型設備的實物照片、加工工藝過程的動畫仿真模擬等信息對授課內容進行補充和深化。這樣不但可以豐富課堂內容，增加信息量，而且可以大大加深學生對基礎知識的理解和印象，使學生對成型加工原理和工藝獲得理性和感性的雙重認識，從而提高教學效率。

為進一步將課堂教學與實際生產結合起來，在教學中緊密貼近工廠實際，江蘇大學高分子材料與工程專業專門安排了兩門為期各兩周的課程設計，即高分子材料生產工藝設計和聚合物反應工程及設備設計。讓學生在專業教師的指導下，針對具體的通用或特種高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等）及其制品，設計出相關聚合物材料及其產品項目內容，包括原料品種、型號選擇、工藝流程及設備確定、產品質量檢測，以及廠房布局和規模，等等。通過課程設計，可以有效地讓學生系統地掌握所學知識，并獲得一定的靈活應用的能力，為后期的畢業設計乃至畢業后走上工作崗位打下基礎。

2.實驗實踐教學改革

前面已經談到，聚合物材料成型加工是一門實踐性很強的專業課程，僅憑課堂教學是難以真正實現教學目標的，并且容易使學生學習時感覺枯燥，實際工作時不能學以致用。因此，這門課程的實驗是不可缺少的。只有讓學生在實驗室和工廠中實地了解和直觀認識成型設備、工藝控制和生產線管理，對聚合物成型加工的整個工藝流程進行整體和全面的認知，他們才有可能創造性地利用學習的理論知識來真正解決生產中遇到的具體問題[3]。

目前江蘇大學高分子材料與工程專業建有約200m2的專業實驗室，購置有注塑機、擠出成型機、高速混合機、平板硫化儀等成型加工設備，以及拉伸實驗機、沖擊實驗儀、硬度儀、紫外老化儀、高低溫實驗箱等各種材料及制品性能檢測儀器。利用這些儀器設備，我們圍繞課程主線，將聚合物材料的制備、成型加工、結構表征及性能測試等方面有機地聯系起來，開設了一系列的綜合性實驗。比如，在聚合物的注射模塑成型實驗中，要求學生從原料的選擇開始，分析原料的結構和性能特點，有針對性地設定成型加工工藝參數，并在注塑成型得到制品后，對其熔點、熔融指數、熱變形溫度及力學性能等進行表征和測試。通過對這些聚合物原料—成型加工工藝—制品性能數據之間關系的分析與總結，使學生形成科學研究的思路，掌握解決實際問題的方法。

此外，聚合物材料成型加工具有很強的工程應用性，需要學生建立起大工程的整體觀。要達到這樣的教學水平和目標，僅靠課堂的學習和實驗室實驗是不夠的，還應該讓學生到工廠、車間參觀實踐，實地了解成型設備、工藝控制及生產線管理等，使學生對工業化生產有具體、直觀的感受。

針對這樣的問題和現狀，本專業積極與周邊高分子材料企業加強聯系和交流，目前已建成近10個實習實踐基地，涉及聚合物成型加工領域的各個方面，包括模壓發泡成型、壓延成型、注射成型、擠出成型等。通過與這些企業的合作，學生可以現場實地對各種成型加工涉及的原料準備和處理、設備、工藝流程、質量控制等實際生產過程進行近距離的感受。在此基礎上，組織學生針對成型過程中的某一感興趣的內容，或參觀實踐中發現的具體問題進行資料查閱和文獻調研，對涉及該內容和問題的基本原理和基礎知識進行更深入的學習，在此基礎上提出解決問題的思路和方案并驗證。這樣就使學生真正將基礎理論與實際應用結合起來，掌握科研的方法，培養科學的思維，成為真正有創造力的人才。

參考文獻：

[1]周達飛，唐頌超.高分子材料成型加工（第二版），北京：中國輕工業出版社，2006.

[2]李寶銘，張星，鄭玉嬰.高分子材料成型與加工課程建設初探，化工高等教育，2010，3：39-42.

[3]程絲，王新波.高分子材料專業聚合物加工實驗的改進與探索，高校實驗室工作研究，2009，2：50-51.

江蘇大學教學改革與研究項目（編號：2011JGYB071）。

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