高分子材料成型加工課程教學改革探索

【摘 要】針對高分子材料成型加工課程的特點，本文從課程體系、教學內容、教學方法等方面闡述了高分子材料成型加工課程教學改革的一些措施。

【關鍵詞】高分子材料成型加工 教學改革 課程設計

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）14-0010-02

在高分子科學的學科構架中，形成了高分子化學、高分子物理、高分子工程三個基礎性分支學科，以及功能高分子及高分子新材料兩個綜合性研究領域。高分子材料成型加工屬于高分子工程研究的范疇，高分子工程的主要研究線索是，研究在外場（剪切力、振動力、溫度、壓力等）作用下，高分子的鏈運動、相態及結構的變化規律和控制條件，從而發展聚合物成型的新方法和新技術。

高分子材料是材料領域的后起之秀，它具有許多其他材料不可比擬的突出性能，在尖端技術、國防建設和國民經濟各個領域已成為不可缺少的材料。大多數高分子材料需要經過成型加工才能形成制品，無論金屬、陶瓷、玻璃還是天然材料，沒有哪一種材料能像高分子材料那樣，其最終結構與性能都強烈依賴于加工過程。高分子材料加工過程是控制聚合物制品結構和性能的中心環節，內容涉及高分子物理、高分子化學、聚合物流變學、機械、計算機模擬等多學科，其任務是了解高分子材料的加工特性，確定最適宜加工條件，制取最佳性能產品，為合成具有預期性能的高分子材料提供理論依據。

高分子材料成型加工是高分子材料與工程專業最重要的專業核心課程之一。高分子材料成型加工的工程本質決定了它是一門多學科交叉、科學與工程緊密結合的學科。為使學生建立起大工程的觀點，理解其精髓，本課程的講授會涉及以上諸多學科的內容，要使學生在有限的學時內掌握這門課的基本內容，并且通過對高分子材料成型加工課程的學習，具有高分子材料及其制品設計、生產和研究的科學思維以及創新研究素質，無論對授課老師還是學生而言都是一個新的挑戰。筆者結合自身講授高分子材料成型加工課程的教學實踐，在課程體系、教學內容、教學方法等方面提出以下幾點看法。

一 加強課程的橫向聯系

高分子材料的生產有三大關鍵要素：適宜的材料組成、正確的成型加工方法、配套的成型機械及成型模具。要生產出一個有使用價值，能夠利用現有成型設備進行加工的高分子材料制品，必須同時滿足以上三個要素。高分子材料生產三個要素之間相互聯系、相互影響，是一個不可分割的有機整體。從這個意義上來看，高分子材料成型加工與成型機械的聯系應是非常密切的。

高分子材料成型加工與高分子材料成型機械是高分子材料與工程專業的兩門專業基礎課，這兩門課程在本質上有密切的聯系，高分子材料成型加工課程包括原材料樹脂、助劑、配方設計、成型設備、成型模具、工藝條件及控制等方面，高分子材料成型設備課程主要講述不同加工方法所采用的成型設備，如開煉機、密煉機、擠出機、注塑機、壓延機、中空吹塑機等，從其包括的課程內容看，成型加工和成型機械相互滲透、相互聯系，也有交叉重疊的內容，因此有必要對這兩門課程的教學內容從整體的高度重新進行規劃。

在這個原則的指導下，教師在教學中可以按照原材料、設備、工藝這三大要素組織教學內容，從而把兩門課的知識點有機地融合起來，加強課程的橫向聯系，打破傳統的教學模式，培養學生的大工程觀。如在講授聚氯乙烯（PVC）管材擠出成型工藝這部分內容時，教師首先講授擠出所用的原材料配方（PVC樹脂、各種助劑），由于PVC樹脂牌號眾多，不同牌號的樹脂制備方法不同，樹脂的性能也不同，在加工過程中所選用的工藝也會有所差異，因此，教師在開始講授成型工藝時，有必要使學生具備原材料選擇這個意識。然后介紹管材成型所需的設備（包括擠出機類型、機頭口模、螺桿結構、螺桿組合、傳動系統、控制系統、輔機）。如在講解螺桿時，可分析各種螺桿結構參數對成型加工的影響，各種不同混合、混煉元件的螺桿組合所具有的加工特性，并結合PVC管材生產工藝特點，講解生產PVC管材所用螺桿的選用原則。在講解擠出機機頭口模時，可將機頭口模流道的設計、口模類型等涉及成型機械的內容引入課堂中，使學生掌握有關機頭口模設計的基本原則。最后，講授PVC管材生產的工藝條件及控制方法（螺桿轉速、牽引速度、擠出機及機頭溫度）及其對制品性能的影響。

教學內容改革是21世紀高等教育教學改革的重點，將高分子材料成型加工與成型機械有機結合起來，重新組織課程內容既有利于教師的教學與學生的學習，增強理論教學的課堂教學效果，同時節約下來的理論教學課時可用于實踐教學環節，培養學生的動手能力和創新意識，提高在社會上的競爭力，也符合高分子材料加工行業對本專業畢業生所提出來的越來越高的要求。

二 按課程主線組織教學內容

本課程以“材料—成型加工—制品性能”這條高分子材料成型加工的主線組織教學內容，重點了解和掌握高分子材料、成型加工工藝、制品性能三者的關系；材料的不同與成型加工方法的關系；同樣的材料用不同的加工工藝方法或加工工藝條件，所得制品的性能為何不同；制品的性能

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* 基金項目：廣東石油化工學院教育科學研究基金項目

與材料本身的性質有何關系等，強調了成型加工對制品性能的重要性，即高分子材料最終的結構與性能強烈依賴于加工過程這一獨特之處，這是本課程的主題思想——高分子材料的工程特征，教師在教學過程中，將這一主題思想貫徹始終是本課程教學的首要目標。

在教學過程中，任課教師應將高分子科學基礎理論與實際生產和日常用品的例子相結合，與學生進行分析和討論，啟發學生在學習過程中牢牢抓住本課程的主題思想。對于聚合物來說，具體結構決定了它的性能，同一種鏈結構的聚合物，由于成型加工條件的不同，分子鏈的排列與堆砌方式會有所不同，從而形成不同的聚集態結構，聚集態結構不同，制品性能也大不相同。如生產聚丙烯注塑件時，聚丙烯注塑制品最終的物理性能不僅與本身分子量和結晶性等有關，而且與注射工藝條件的控制有關。不同的工藝條件導致聚丙烯具有不同的微觀結構，而微觀結構又直接影響聚丙烯注塑制品的強度、韌性、硬度以及成型加工等性能。如聚丙烯注塑件的光學性能會受到注射成型條件的影響，聚丙烯注塑件在冷卻過程中，由于塑件不同部位的溫度場、應力場的分布不同，從而會造成注塑件內不均勻的體積收縮和密度分布，因此嚴重影響了塑件的光學性能和力學性能。這些例子很好地體現了“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。

三 對教學方法進行改革

1.多媒體教學

高分子材料成型加工屬于專業技術課，教學內容具有很強的理論性和實踐性，許多內容涉及成型機械的結構以及具體的操作過程，在學生大多缺少實際感性認識的情況下，單純依靠文字的板書進行課堂教學，學生難以理解，教學效果不理想。因此，課堂講授可借鑒國內一些院校的聚合物成型加工精品課程網站的教學資源來制作多媒體課件，通過結合所用的教材，有選擇性地將多媒體動畫仿真和圖片資料補充到電子課件中，不斷修改完善課件內容，增加課堂信息量，提高教學效果，激發學生的學習興趣。為了加深學生對實際生產過程各種機械設備、操作工藝的認識，教師可通過收集各種高分子材料成型加工廠的生產視頻，然后在課堂上進行播放講解，可增加學生對高分子材料成型加工工藝的感性認識。如在講薄膜的中空吹塑時，大多數學生對旋轉機頭的工作方式比較陌生，筆者通過給學生播放帶有旋轉機頭口模的中空吹塑生產過程，學生在錄像中可以很直觀地看到旋轉機頭在工作中的運行情況，以及旋轉機頭如何調整薄膜厚度的工作原理，這些都使學生感受到課本的理論知識并不是枯燥的，它來源于生產實際，并對生產實際起到指導作用。

除了在課堂上引入多媒體課件外，教師還可向學生推薦一些著名的專業網站，包括美國塑料工程師學會（SPE）、美國塑料工業協會（SPI）、中國注塑技術論壇、聚合物技術網等，鼓勵學生了解加工工程的前沿發展，從而提高學生的學習興趣。

2.案例教學

為了提高學生分析問題和解決問題的能力，經常以日常生活中常用高分子材料制品進行案例教學，幫助學生認知高分子材料成型加工的整個過程，如日常用到的筆記本外殼、空調外殼、排水管、薄膜、泡沫塑料、汽車輪胎等，啟發學生去思考，然后進行討論，針對常用制品分析所用的原材料、成型方法和工藝，使學生在看得見、摸得著的實例中體會所學知識，這樣的教學方法提升了學生學習效率和學習效果。在實際教學中，教師可給學生提供一些案例，如某個工廠某批次的注射件出現了應力開裂現象，試讓學生討論分析其中的原因，并提出解決方案。通過課堂討論，學生從這一案例中可學到包括原材料、成型方法、成型工藝條件（溫度、壓力）、制品性能（應力開裂）在內的許多知識點，很好地將高分子材料基礎理論與生產實際相結合，學生可以充分理解“高分子材料—成型加工—制品性能”這一課程的主題思想。

3.課程設計

作為大工程觀教育理念的一部分，培養具有敏銳工程師意識的學生是工科教學的一個重要目標，高分子材料成型加工課程作為一門實踐性很強的學科，可為學生將來走進企業站穩腳跟打下良好的基礎，因此，在教學中引入項目教學的理念，讓學生利用各種校內外的資源及自身的經驗，通過完成給定的工作任務來獲得知識與技能。本專業的課程設計是以高分子材料生產流程為主線，實現項目教學，以培養學生的創新能力。

設計內容可以典型的通用高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等）的生產任務為依托建構、設計出一個高分子材料產品生產項目（包括廠址的選擇、原料選擇、配方設計、高分子材料加工方法、設備的選型以及生產成本的核算等）。它有效地解決了傳統教學中理論與實踐相脫離的弊端，使理論教學內容與實踐教學內容通過課程設計緊密地結合在一起。在設計的過程中，學生通過互聯網查找大量的資料、數據，通過到企業調查，掌握了許多第一手資料，在這個過程學生可以概括性地知道所學專業的主要工作內容及其在整個生產過程中所起的作用。

四 結束語

高分子材料成型加工是一門實踐性很強的專業技術課程。結合該門課程自身的特點，通過采取加強課程間的聯系，抓住課程主線教學、改革教學方法等措施，力圖改變該課程課堂講授效果不高、學生學習積極性普遍較低等現象。

在不斷深化教學改革的過程中，要想使學生學有所得、融會貫通，首先應提高學生在高分子材料產品的設計、生產和研究等方面的綜合應用能力，從而培養具有卓越工程師意識的高分子材料專業技術人才。

參考文獻

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〔責任編輯：龐遠燕〕