探究式教學在高分子材料成型加工設備課程中的應用研究*

張 敏，劉 鑫，文 瑾，胡傳躍，羅 飛

(湖南人文科技學院材料與環境工程學院，湖南 婁底 417000)

高分子材料成型加工設備是高分子材料與工程專業重要的課程之一。該課程是應高分子材料在加工過程中所需要的工藝以及控制要求，對所涉及的設備結構、工作原理以及技術要求進行系統地介紹[1]，具有素材多、應用強的特點。學生在選擇原材料進行配方設計后，可以通過對成型模具、工藝條件的把握選擇合適的設備進行加工。對這些設備的組成、工作過程以及技術參數等有關規律的掌握，可以為正確使用原材料，優化材料性能，探索新性能、新工藝、新材料等打下基礎[2]。然而，在校學生缺乏實踐經驗，對于設備的學習較為抽象，因此對各種設備原理和結構不能透徹地掌握。同時，也因為該門課程的學習存在這些困難，學生對該門課程學習的興趣和積極性不高。因此，該課程的教師應在教學大綱的基礎上，采取更具體、更有效的教學方法調動學生的積極性，提高學習興趣。筆者通過對該課程的教學現狀進行分析，并對探究式教學模式在該課堂教學上的應用進行了探索。

1 高分子材料成型加工設備課堂教學的現狀

1.1 教學內容繁雜、抽象

高分子材料成型加工設備課程主要介紹成型加工過程中的機械設備的類型、基本組成結構、工作原理、工作過程以及液壓傳動基礎、液壓元件和液壓基本回路等方面的內容。涉及的設備主要有開煉機、密煉機、擠出機、注射機、壓延機、液壓成型機等。設備種類多、知識覆蓋面較廣，內容較多且刻板。并且，該課程學習過程中，學生對各零部件的了解僅限于課本，并無實地接觸經歷。因此學生對該課程的學習較抽象，知識掌握只浮于表面。對于如何更深層次地理解和掌握設備的操作技術、更好地優化實驗條件有所欠缺。

1.2 教學過程枯燥、乏味

該課程與機械零部件組成與傳動等密切相關，內容較枯燥，缺乏趣味性。并且，該專業的學生不具備機械基礎相關知識，對機械零部件的組成與工作原理理解不透徹，知識掌握程度較淺。此外，在傳統的灌輸型上課模式中，學生被迫跟著老師的思路走，缺乏主動思考，注意力難以集中，甚至出現犯困、瞌睡等現象。

1.3 多媒體教學工具運用不充分

在講授高分子材料成型加工設備課程時，使用的是購買教材配套的課件，或者制作大都是文字的簡單課件，動畫視頻較少。經調查顯示，通過動畫、小視頻等動畫作為載體進行知識傳遞，能使知識點更生動和形象，也能更好地抓住學生的注意力，引導學生思考，提高學生的學習主動性[3]。

2 探究式教學模式的應用

針對在高分子材料成型加工設備課程中出現的以上問題，提出在該課程教學過程中采用探究式教學法[4]，從教學內容、教學方法以及教學手段三個方面開展工作，積極提高學生的學習主動性，提升教學質量。

2.1 改革教學內容

根據生產實際、工藝實例，以及高分子材料學科發展的前言與熱點更新、豐富教學內容，保持知識的科學性、實用性與先進性，注重教學內容的系統性、合理性，應用性和發展性。分析現有的各種《高分子材料成型加工機械》教材，尋找最適合高分子材料與工程專業的《高分子材料成型加工機械》教材。高分子材料是人們日常生活中密不可分的一部分，學生對很多類別的高分子材料并不陌生，如運動鞋鞋底、臉盆、汽車緩沖件等。利用這些常見的種類入手，對其加工時所需要的成型方法以及設備運用等進行巧妙的講解，引導學生發現高分子材料的“生活性”，激發學生學習的興趣與思考能力，提高其主觀能動性。同時結合高分子行業發展前沿，對新型的高分子材料成型方法及所涉及的設備操作過程與技術控制進行講解，豐富教學內容，提高教學質量。

2.2 改革教學方法

改變傳統的“滿堂灌”的教學方法，采用探究式教學的模式積極引導學生的學習主動性和積極性，適當引入實驗教學法、案例教學法、課題研究教學法等教學方法。將多種教學方法有機結合，活潑課堂，促進學生思維能力和創新能力的培養。

傳統的“滿堂灌”的教學方法，采取的是教師單向灌輸的形式。在教學過程中，教師為主角，學生被動的接受知識。而探究式教學[5]，肯定學生的主體地位，是教師為提高教學質量，達到為學生提供充分自由表達、質疑、探究、討論問題的機會而使其能力得到提高的目的，對學生進行啟發和誘導。并以學生獨立自主地學習和合作討論為前提，以現行教材為基本探究內容，以周圍世界和生活實際為參照對象，讓學生通過個人、小組、集體等多種解難釋疑嘗試活動，將自己所學知識應用于解決實際問題的一種教學形式。在運用該教學方法的教學過程中，將實驗教學法、案例教學法等多種教學方法融合，能在保證課程的實用性的同時，增強該課程的趣味性，提高學生對該課程的學習興趣和積極性，充分調動其學習主動性。

班上同學分組并以某一制品為例，選擇不同的設備，對其設備的結構組成、工作過程、主要控制參數、存在的問題以及解決辦法等在班上進行陳述。在該過程中，學生通過獨立自主地發現問題、實驗、操作，表達與交流等探索活動，使得探索精神和創新能力得到提高。例如，在講授開煉機這一章節時，對開煉機煉膠、煉塑的基本原理以及開煉機的基本結構等進行講解時，可以首先給出一個橡膠或者塑料的加工實例，讓學生思考和討論各個工藝過程所用到的設備極其每個設備的作用和原理，然后通過教師的指導先進行理論分析和講解，在此過程中教師又可以通過提出工程實際問題讓同學思考、討論，并讓他們提出可行的解決方案。最后，教師結合工藝實際對開煉機的各個知識點進行講解并總結。又如，在學習注塑機章節中，以傳統生活用的塑料臉盆為例，首先，教師引出“原料種類有哪些？配方中的每個組分分別起到的作用是什么？”等問題，讓學生調研塑料臉盆的配方組成和性能要求。以聚丙烯(PP)基塑料臉盆為實例，選擇合適的PP原料，加入一定量的色母料，然后選擇合適的模具，通過注塑機進行注塑。在這過程中，學生首先需要明確制品的性能要求與所選擇原料和配方的匹配程度。聚丙烯材料密度小，強度、剛度、硬度以及耐熱性都較好，可在100 ℃左右使用。具有優良的耐蝕性，良好的高頻絕緣性，不受濕度影響，可以作為塑料盆的生產使用原料。其次，拋出“選擇什么樣的設備？設備參數如何控制？”等問題，引導學生進一步對設備要求以及參數控制等進行思考。該材料具有較高的結晶性，因此需要采用注射壓力較高。注射量為20%～80%即可。由于臉盆尺寸要求較高，因此可采用90 ℃的較高模溫。同時對流道直徑、澆口長度等進行合理的計算和設計，并選擇有良好的排氣性的模具。又由于聚丙烯的熔點為160～175 ℃，分解溫度為350 ℃，且注射加工時的溫度設定不能超過275 ℃。因此，注塑機的熔融溫度控制在240 ℃為宜。最后，圍繞“要怎么樣才能得到尺寸均勻，表觀較優的注塑件呢？出現毛邊怎么辦？脫模以后會不會變形？”等問題，再次引領學生對制品產品的外觀以及性能進行思考和探索。當選擇高速注射時，可以有效地減少內應力及變形。而當刻有花紋的表面出現由澆口擴散的明暗相見條紋，則可使用低速注射和較高模溫。而后，選擇合適的熔膠背壓、熔膠壓力和保壓時間，獲得制品。為了防止結晶引起的收縮變形，需要對制品進行熱水浸泡處理。

在該探究式教學過程中，學生在學習過程中的主體地位得到了肯定。教師的任務是充分調動學生的學習積極性，促使他們自己發現問題、提出解決問題的方法，從而從生產實際出發獲取知識、發展能力。結合實際條件，可以在教師的指導下讓學生進實驗室進行操作。在該過程中，學生通過獨立自主地發現問題、實驗、操作，表達與交流等探索活動，使得探索精神和創新能力得到提高。同時，該教學方法的應用使得學生課堂活動參與度高，學習積極性也得到明顯地提高。因此，在該課程中，該教學方法的運用比傳統的“灌輸式”教學方法更具有實際意義。

2.3 改革教學手段

在高分子材料成型加工機械的教學過程中，針對不同的教學內容選用適當的教學手段。多媒體的應用使原本枯燥無味的理論知識，通過生動、形象、直觀的形式表現出來，調動了學生的學習興趣，為教師節省了大量板書繪圖的時間，加快了知識點的講授速度，課堂教學的信息量大大增強。同時結合生產實際，以小視頻和小動畫的形式將常見的設備結構、生產流程進行展示，重視高分子材料加工過程的完整性和實踐性。例如，在講授密煉機時，可將密煉機結構圖制作成FLASH動畫，并結合生產實際工作圖進行分析和講解，使學生對密煉機的結構、工作原理等建立起形象而直觀的理解。

3 結 語

實踐證明，采用探究式教學法，結合以上三個方面的改革，學生的學習積極性和主動性都得到明顯改善，這有利于培養學生主動思考、發現問題和解決問題的能力，為以后解決實際問題創造了更多的條件。