高分子材料成型原理與工藝課程教改研究

張 軍，樊冬娌，陸亞清

(南通大學 化學化工學院， 江蘇 南通 226019 )

高分子材料成型原理與工藝課程屬于高分子材料加工工科體系中必不可少的一門課程，該課程從實用的角度出發，介紹了高分子材料成型加工所涉及的基礎知識，包括高分子材料加工性能、流變性能、物料的混合和分散等基本加工原理及概念；詳細介紹了熱塑性塑料擠出成型和注塑成型、熱固性塑料壓制成型、壓延成型和塑料二次成型的成型原理及工藝；介紹了橡膠加工原理和成型工藝；介紹了塑料的其他成型技術、合成纖維的紡絲及后加工，以及高分子基復合材料的成型加工工藝；還簡單介紹了主要加工設備的結構、工作原理及主要參數等。課程屬于兼顧原理以及工藝體系的應用基礎課程。

該課程改革提出的背景在于我國高等教育的人才培養模式正在逐步從“專業型“向”學科型“轉變。自1998年起，20多年來教育部關于材料類專業設置的調整，使得高分子材料與工程專業步入了以材料科學與工程“大學科”為基礎，按照二級學科專業培養人才的新階段。課程進行相應教學改革的目的正在于順應新的培養模式，培養出能在高分子材料的成型加工和改性等領域從事科學研究、技術開發、工藝和設備設計、生產及經營管理等方面工作的高級工程技術人才。

近年來，隨著我校高分子材料與工程專業課程體系的不斷調整，專業課程學時也在精簡，其中高分子材料成型原理與高分子材料加工工藝學這兩門課程在教學內容上出現一定的重復，同時兩門課程所占的學時均較大，因此在課程調整時將這兩門課程合并為高分子材料成型原理與工藝一門課程進行教學，這就在原先分別偏重理論與偏重實踐的兩門課程中需要找到一個平衡點，使教改后的課程兼顧理論與實踐，這就需要教師在該課程的教學內容、教學方法、教學手段及配套實踐等環節進行相應的改革，確保能夠提升課程質量，培養高分子優秀工科人才。

1 教學內容

高分子材料成型原理與工藝這一課程是在高分子材料成型原理與高分子材料加工工藝學這兩門課程合并的基礎上新開設的，雖然前兩門課程在內容上有一定的重復，但是合并后的教學內容仍然超出單一課程的體量，在這種情況下，僅僅做一個簡單的課程內容合并是沒有辦法和相應教學時長所匹配的，因此需要教師對教學內容進行優化調整。

1.1 模塊化教學的使用

對于工科教學體系來說，理論知識的講授內容要以“實際、實用、實踐”為原則：綜合知識，分塊教學[1]。《高分子材料成型原理與工藝》課程按照模塊化教學要求可分為五個模塊理論：聚合物加工的理論基礎、聚合物加工過程的物理和化學變化、塑料的成型加工原理與工藝、合成纖維的成型加工原理與工藝、橡膠的成型加工原理與工藝。每一個大型知識模塊下再次進行相應的知識點二次分切，形成小型的知識模塊，如塑料的成型加工原理與工藝，就可以再次分切為熱塑性塑料成型原理與工藝、熱固性塑料成型原理與工藝和塑料二次成型的成型原理與工藝這三個模塊，在此基礎上還可以繼續細化，如熱塑性塑料成型可以分為熱塑性塑料擠出成型原理與工藝和熱塑性塑料注塑成型原理與工藝模塊。通過這逐級的細化既便于授課教師進行備課與參考書推薦，同時重點突出，學生在學習過程中也會有明確的脈絡，無論是教還是學經過模塊化處理后都體現出化繁為簡，有跡可循的特點。通過這樣的處理，達到“必需和適用”的教學杠桿，同時實踐相關的知識將得到更好的體現[2]。

1.2 教學布局的改進

課程經過合并后，需要教師積極探索不同章節間的內在聯系，在模塊化處理的基礎上大膽的對模塊進行再次組合，打破原先教材中的一些章節，以知識點模塊之間的相互聯系為抓手，重新將教學內容的布局進行調整[3]。比如塑料成型原理與工藝模塊下的熱塑性塑料成型原理與工藝模塊和熱固性塑料成型原理與工藝模塊，在成型的原理與工藝中，注射和擠出的部分就存在原理上的相近，工藝上的相似，區別是加工對象的固有性質不一致，在這種情況下，完全可以將兩者的小模塊進行合并，由熱塑性和熱固性既為區分、又找相似，在教學中可以設置師生互動環節來進行知識點上的互通，這樣就能同時實現教學重點的體現、學時的精簡以及教學效果的提升。

1.3 教學與科研相結合

高分子材料成型原理與工藝課程的知識更新十分快，它是隨著目前新材料的研究而不斷更新的一門學科，如納米材料的研究促成了靜電紡絲技術的產生及更新，體型結構及降解材料的需求帶出了反應注射成型等多種成型技術，新的技術及方法有的尚未及時成書，這就需要教師及時的在自己研究或文獻查閱的基礎上進行歸納總結，將前沿的、更具有代表性的成型原理與工藝介紹給學生，幫助學生拓寬視野，真正做到來源于書本又優于課本。

另外，從高校的教學研究結合角度來講，及時的將本科學生代入科研項目的研究流程中，也是一個增加學生感性認識，提升其實際應用能力的良好途徑[4]。對于高分子材料成型原理與工藝課程來說，實踐所獲得第一手感性認知也是十分重要的。

2 教學方法與手段

高分子材料成型原理與工藝這一課程是兩門課程合并而來的，知識涵蓋了偏于抽象理解的成型理論基礎，又有偏于實踐操作的加工工藝，這時傳統的純粹板書教學及以教師為課堂絕對主體的教學方式已經無法滿足課程的最終培養目標，也無法培養出綜合素質人才，因此需要在教學方法上也進行相應的改革。

2.1 多媒體教學

多媒體教學一直以來都是高校教學一直提倡的[5]，在本課程中其重要性更加明顯，學生在學習到基礎理論知識之后需要快速將理論(高分子材料成型原理)與實踐(高分子材料加工工藝學)結合起來，這一快速轉化除了教師在課堂上的講述之外，利用多媒體及實物將抽象空泛的概念轉化為直觀可視的圖、動畫、工廠生產視頻、產品實物、實物應用等一系列可看可觸的現實，這就能夠超出啟發思維的范疇，能夠讓學生在知識學習的過程中坐上“直通車”，快速將知識吸收。

2.2 課堂效率的提升

課堂教學過程中需要學生更多的參與進來，這就要求課程設計課堂互動，有完整的“回顧——啟發——引導——講授——總結”的課堂經過，對于本課程來說，課堂互動環節穿插了課程的始終，圍繞著“原理——工藝——產品”，“新舊加工體系模塊”，“加工體系模塊之間的聯系與區別”等一系列知識點展開。同時，適量的布置學生的自學環節也能夠提升課堂學習效率。

2.3 興趣小組的拓展

教學與科研相結合始終是高校課堂教學手段的一個重要組成，在前文中一提過教學與科研結合，但不是每一個學生都有興趣參加相對知識要求高的科學研究，這時候可以根據學生對日常的產品提出加工設想，組建興趣小組，這些興趣小組相對松散，在專業教師的帶領下開展“文獻檢索——方案設計——討論定稿——加工——成品”的這一類研究，這類興趣小組活動不強調其過程的科技含量，但其基于學生興趣出發，有專業教師的指導和專業設備的硬件支持，能夠鍛煉學生的動手能力并使其較好的掌握科技研究過程及常規產品生產過程，也是對課堂知識的一種補充。在小組活動過程中，參加的學生對興趣小組全部都能夠集中較多的精力并體現出堅持到底的科研精神。

3 配套實踐教學的強化

實踐教學是高等教育培養方案里的重要版塊，是培養大學生實踐能力的重要途徑[6-7]。本課程因受到學時的限制，沒有辦法在課內再進行大量的實踐環節設置，但是單獨設置了與課程緊密相關的實踐環節。

3.1 大型加工實驗的設置

在本專業的培養計劃中有兩周的專業大型加工實驗，該實踐環節的設立需要學生運用基礎理論、進行問題分析、提出解決方案、動手驗證，經過不同的產品如塑料件、單絲、橡膠體的配方設計、加工方案設計、測試分析方案設計——按設計計劃實施——測試所制備的產品——按產品級別進行產品處置這一系列的環節，既讓學生全程參與、體現學生為主體的實踐理念，又使其對現代加工企業的實際增加感性認識，該環節屬于綜合性、設計性的實踐過程。專業目前已經能夠開展塑料、橡膠、單絲、涂料、膠黏劑等專業相關材料的制備及分析測試，給予了學生更多的選擇。

3.2 虛擬仿真實踐的設置

虛擬仿真是近年來為了提升學生感性認識同時減少安全隱患的一個重要實踐環節。在去企業現場實踐的基礎上，專業自2019年開始就針對一些學生感興趣、用得到，但是卻無法進行操作的一些加工環節進行虛擬仿真，比如大型單絲加工、聚合物聚合控制等，經過虛擬操作，能夠讓學生熟悉實際的操作環節，深入理解相關的理論基礎，也是課程常見的實踐環節的重要補充。

4 結語

高分子材料成型原理與工藝這一課程對理論教學和實踐應用教學都提出了較高的要求，同時也是專業基礎課程中重要的一個組成，這就需要在今后的教學中不斷改進教學方法，緊跟科技前沿，與時俱進，為培養復合型工科人才打下堅實的基礎。