高分子成型加工課程的改革與建設

杜江 張震雷

[摘 要]高分子成型加工課程在高分子材料專業的本科教學中占有重要地位，文章針對目前高分子成型加工課程內容更新較慢、理論與實踐結合度不高、教學與企業實際需要有一定脫節的現狀，從內容和形式兩方面探討課程的改革與建設：引導學生將理論知識與實際應用有效結合，讓學生加深對知識的理解性認知，學會在實踐中加以運用;讓學生了解高分子成型技術的發展趨勢，提高學生的創新能力，增強學生的競爭力。其目的是通過對高分子成型加工課程教學內容和教學方法的改革與實踐，促進教學理念的更新和教學方式的轉變，適應現代高分子材料發展要求，提高教學的效果和質量。

[關鍵詞]高分子成型加工;教學改革;實踐能力;企業參與

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2019）08-0005-03

高分子成型加工是高分子合成、結構、成型、性能四個環節中的重要一環，是將高分子轉變為實際產品的橋梁。通過高分子成型加工課程的學習，學生應能系統掌握高分子材料成型加工的基本原理和方法，根據需要制定簡單的配方和工藝，操作常用的加工設備進行簡單的成型加工。高分子成型加工與高分子化學、高分子物理共同構成高分子專業的理論課程基礎[1]，但因其具有綜合性、交叉性和應用性的特點，因此不能像高分子化學和高分子物理那樣進行單純的理論教學，而要在高分子專業理論與實際生產之間建立起相互聯系的紐帶。從高分子成型加工課程教學現狀來看，主要存在以下三個問題：一是教學內容比較陳舊，與生產實際有一定脫節。企業在實際生產中不斷對基礎成型工藝進行改進，并使用新的前沿技術，更新速度較快，因此，以傳統教材為藍本的成型加工課程的教學內容顯得較為陳舊，與工業生產中的技術和工藝有一定程度的脫節，教學滯后于行業的發展。二是重視理論知識講授，忽視工程實踐能力培養。作為一門實踐性很強的課程，如果只講理論不聯系實際，學生對大量抽象的教學內容就很難提起興趣，同時會導致學生對理論難以形成深入理解，更不會加以運用，缺乏實際工作能力。三是企業的參與不足或缺失。企業的切實需求應該是我們培養工程人才的重要方向標，因此，高分子成型加工課程的教學要和相關企業的需求緊密結合，以做到有的放矢。針對以上問題，我們從教學內容和教學形式兩方面對高分子成型加工課程進行了改革和建設，取得了良好的教學效果。

一、課程教學內容的改革和建設

（一）強化高分子成型加工基礎原理知識

本科院校是要培養既有一定的理論基礎又具備較強實踐能力的高素質應用型人才，在教學過程中仍然要重視對基礎理論知識的講解[2]。其課程內容既要體現知識的廣度，也要體現知識的深度。高分子成型加工課程涉及的知識面很寬，涵蓋了高分子化學、高分子物理、大學物理等多門課程的知識內容，其教學不能簡單停留在對不同成型加工技術的介紹，而需要著眼于培養學生對知識內容的整合與融會貫通能力，使他們能夠對所學知識進行綜合應用。因此，在課程教學中，我們要注重將成型工藝與高分子化學、高分子物理和大學物理等知識相聯系，圍繞這些專業知識間的聯系進行教學設計，讓學生系統全面地掌握與高分子成型加工相關的知識體系，使他們能夠從本質機理上理解高分子結構與性能對其成型方法和工藝過程的影響，具備綜合運用基礎理論和專業知識解決工程實際問題的能力，為今后從事高分子材料的科學研究和工程開發奠定扎實的基礎。另外，由于高分子材料的成型加工，除極少數通過固態、高彈態或溶液狀態進行外，主要都是在熔體狀態下進行的，因此掌握高分子熔體流變性質對于高分子成型加工極為重要[3]。高分子流變學建立了高分子各種成型加工方法的理論基礎，并為設計、加工高分子制品提供參數，使制品具有良好的使用性能和穩定性，是培養較高層次人才的重要課程內容，必須進行深入透徹地講解，夯實學生的專業基礎。此外，對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（擠出、注塑、模壓、壓延），要抓住主線、突出重點、深入挖掘，使學生充分了解高分子在這些成型加工過程中的流動情況和物理化學變化，讓學生扎實掌握這些重要方法的技術原理、工藝要點和實施方法。

（二）加入相關專業領域前沿內容的介紹

當前，科學技術日新月異，新型的成型加工方法和技術層出不窮[4]。為使課程教學內容能夠反映行業的技術進步和發展，我們持續跟蹤高分子材料成型加工的新原理、新方法、新設備以及由此帶來的新變化和新效果。我們廣泛搜集國內外出版的相關論文、書籍以及媒體資料等，并對其進行系統梳理和總結后補充到課程教學內容中。我們在課程中加入了流體/超臨界流體輔助成型、天然高分子及加工新技術、3D打印技術、反應擠出技術、微層共擠出技術等前沿內容。例如，近年來微層共擠出技術的迅猛發展大大提高了控制高分子材料形態結構的能力和靈活性[5]。這種技術能夠使兩種高分子以獨特的交替層狀結構進行復合，無論共混物的組成比例如何變化，其總是具有規整的雙連續結構，而且材料內部的微層數可由2層持續增加到上千層，相應的單層組分厚度可由毫米尺度一直降低至納米尺度。通過微層共擠出技術得到的近乎完美的雙連續結構使材料充分發揮了組分間的協同作用，因此具有非常獨特的力學性能、阻隔性能、光學性能以及電（磁）性能等。授課教師要向學生介紹這些新型加工技術及其基本理論，布置文獻閱讀和討論的任務，講授文獻追蹤和調研的方法，使他們能夠自行開展研究和思考，探究新技術和新方法中的科學問題和工程應用潛力，培養科學思維以及創新研究素質。同時還要幫助學生拓寬專業知識面和學術視野，使他們關注和了解高分子成型加工的發展動態和趨勢，增強他們的就業競爭力。

（三）結合實際生產技術進行授課

我們注重將課程教學內容與企業的生產實踐相結合，體現其實用性。學生對高分子成型加工知識的學習，最終還是要落實到生產實踐中，既要通曉原理也要具備實踐能力。學生應充分認識到高分子制品的性能不僅與高分子材料本身的性質有關，而且與加工工藝過程及其條件有很大關系。怎樣才能把所學的理論知識很好地應用在實際生產上是需要向企業學習的，而企業通過其多年的生產實踐總結出來的經驗就是十分寶貴的財富。我們收集整理了大量與教學內容相關的企業生產實例、技術創新以及獨特工藝，其中的很多技術和工藝與書本上的經典內容并不完全一致，因為它們是企業在基本理論的基礎上，基于自身實際生產條件和產品要求改進或創造出來的，是對高分子成型加工理論的深入探索。我們將這些案例引入課程，在課堂上用理論知識來解釋具體生產中的實際問題，又以科研和實際生產的具體例子來說明基礎理論。這種案例教學引發了學生濃厚的學習興趣，促進了他們對于理論知識的深入思考和吸收，幫助他們更好地理解并學會了應用所學的知識，并讓他們學會了根據實際情況對工藝進行合理調整。

另外，我們采用項目作業的方式，給學生布置具有應用情境和實踐特點的項目方案類作業，即給學生提出高分子產品成型加工中的實際問題，學生需要運用所學專業知識，輔之以文獻調研來提出合理的解決方案并設計具體實施工藝。作業由學生獨立完成并寫成完整的報告，然后教師對報告內容進行分析和點評。這樣的作業需要學生真正思考和運用理論知識才能完成，而不是簡單抄寫概念和公式。這樣能夠讓學生更好地實現課堂所學與生產實際的緊密聯系，達到專業知識水平與工程應用能力同步提升的目的。

二、課程教學方式的改革和建設

（一）生動直觀的講授方式與實驗內容緊密結合

在授課形式上，為了讓學生更直觀地了解高分子材料的各種成型過程，教師講課時通過展示成型加工過程的三維透視動畫，能夠使學生更清楚地了解成型過程中機械的運行方式以及高分子物料的流動狀態。另外，還可以通過展示高分子制品的半成品和成品等實物，展示加工設備和加工現場的照片，播放工廠實際生產過程的視頻，讓學生了解真實生產場景，為他們創造一個“準現場”。這些生動直觀的講授方式為教學討論提供了豐富的現場情境和素材，實現了課堂所學與工程實際的緊密聯系，非常有助于加深學生對一些知識難點的理解，提高其理論學習的效果。這樣的授課形式，化抽象為直觀，生動有趣、省時高效，獲得了學生的認可。

此外，作為一門實踐性較強的課程，注重理論課與實驗課的有機結合很重要[6]，在課程安排上我們將實驗課與理論課緊密配合、同步進行，充分利用材料科學與工程學院的擠出、注塑、熱壓、壓延等成型設備，使學生一完成理論學習就可以進行相關的實際操作，通過實驗來驗證所學的理論知識，進一步加深理解，解決了學生在以往專業課程學習中出現的被動接受、死記硬背、不會應用的理論脫離實際的問題。在實驗中，學生通過實踐掌握了高分子成型加工的實施方法，對相關知識會理解得更透徹，掌握得更牢固。對于知識的真正掌握需要經歷“發現、驗證、認知、運用”這四個階段，理論課與實驗課緊密結合就是要讓學生加深對知識的理解性認知，而且在實踐中學會運用。另外，根據學術發展前沿，充分發揮專業教師的科研與工程特長，實現教學與科研互動，我們組織學生到專業實驗室近距離接觸和了解相關科研內容和進展，直接把科研內容轉化為教學內容。例如，實現了將3D打印、電紡絲、微納層共擠出等科研成果應用于教學實踐。這些課程教學方式激發了學生的學習興趣，增強了他們的探究能力。

（二）將“請進來”與“走出去”相結合

我們到高分子成型加工企業中調研，聽取企業人員對高分子成型加工課程教學的意見和建議，邀請相關企業的技術骨干參與其教學計劃的制定，堅持以應用為導向、突出工程教育的實踐屬性[7]，培養學生的知識轉化能力。我們邀請相關企業的技術人員進入課堂，為學生講授高分子成型加工的前沿知識和成果，并結合企業的具體生產案例深入講解相關理論原理和實踐運用。例如，我們先后邀請了上汽集團延鋒彼歐汽車外飾系統有限公司技術部的經理和上海自立塑料制品有限公司生產部的經理等企業專家走進高分子成型工藝課堂，向學生講解企業中采用的先進技術和應用實例，讓學生了解到優秀產品的研發過程和成型加工技術，感受到知識的重要性和先進技術的突出作用。采用這樣的授課形式后，學生反饋積極，表示他們學到了很多平常課堂接觸不到的知識，并且希望獲得更多這樣的機會。我們還有針對性地組織學生進入高分子材料加工企業的生產一線參觀學習，讓學生親身了解實際生產過程中使用的設備、技術、工藝、流程以及自動化情況，并和企業工程師進行面對面交流，了解企業工程師的現實工作情境、可能遇到的問題和解決的辦法，感受到課堂學習的理論知識在實際生產中得到應用，極大提高了他們的學習興趣和動力。例如，在高分子成型工藝課程教學期間，我們利用課余時間組織學生分別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業的生產一線進行了參觀學習，企業的專家還在現場給學生做了高分子成型加工專題講座，獲得非常好的教學效果。

（三）開展生產實習

到企業的生產一線進行參觀學習，學生主要是看，是獲得直觀的認識，但是沒有真正參與生產實踐，沒有真正去“做”，因此我們還開展了生產實習。高分子成型加工課程開設在本科三年級第二學期，與之相配套，我們安排學生在該學期的期末考試之后到相應的實習基地進行為期四周的生產實習。實習基地包括上汽集團延鋒彼歐汽車外飾系統有限公司、上海華特汽車配件有限公司、上海自立塑料制品有限公司等知名企業。在實習期間，每天都安排有具體的工作內容，大多數工作都需要到生產或檢測一線進行實際操作，而不是走馬觀花。學生通過實習對整個高分子制品的生產過程（原料儲存—原料預處理—擠出/注塑生產線—產品包裝—產品檢測）有了全面深入的認識。在實習中，學生能夠非常細致地去研究每一條生產線的具體設備和工藝，結合所學的高分子成型加工知識，讓理論與實踐相統一。學生進一步了解了成型加工設備的結構和工作原理，熟悉了各種成型加工設備的布置、操作和工藝參數設置，了解了不同高分子材料對工藝參數的要求，加深了對高分子生產工藝及質量控制的理解。我們注意引導學生將書本中的專業知識與實際生產聯系起來，并且培養他們發現問題和解決問題的能力，使他們對在課堂上所學的加工成型知識有了更全面的理解和掌握。這種生產實習是對學生所學專業知識的一次檢驗和提高，同時增加了他們對自身專業的了解和認識，對他們今后的學習和工作具有重要意義。

三、結論

高分子成型加工課程的改革和建設，有利于從基礎階段就引導學生將專業知識與實際應用有效結合在一起，進一步加深對專業知識的掌握，激發學習興趣，提高學習效率。學生通過與相關企業技術人員進行直接交流和互動，了解了實際生產過程中的設備、技術、流程、自動化情況以及可能遇到的問題和解決辦法，加強了學生的創新實踐能力與職業競爭力。通過讓學生了解本領域的最新技術成果、掌握未來發展趨勢，以開闊他們的專業視野，提升他們的專業理念和素養。對高分子成型加工課程教學內容和教學方法的改革與實踐，將有效促進教師教學理念的更新和學生學習方式的轉變，使教學適應現代高分子材料發展要求，不斷提高教學質量和人才培養質量。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 唐頌超. 高分子材料成型加工課程建設與教學改革[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》實踐教學體系改革[J]. 高分子通報，2013 （5）： 88-92.

[3] 金日光， 馬秀清. 高聚物流變學[M]. 上海： 華東理工大學出版社， 2012.

[4] 溫變英. 高分子材料成型加工新技術[M]. 北京： 化學工業出版社， 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] 馬丕明，東為富，白繪宇，等.《聚合物成型加工》課內課外協同教學新模式的改革與探索[J].教育教學論壇，2016（3）：268-269.

[7] 申長雨，關紹康，張銳.加強課程建設 培養創新人才：“高分子材料成型加工”課程建設隨想[J].中國大學教學，2008（3）：52-54.

[責任編輯：龐丹丹]