聚合物成型工藝學信息化教學

陳玉龍，賈迎春，金楊福，錢欣

聚合物成型工藝學信息化教學

陳玉龍1，賈迎春2，金楊福1，錢欣1

（1. 浙江工業大學 材料科學與工程學院，浙江 杭州 310014；2. 杭州科技職業技術學院 商務管理學院，浙江 杭州 311402）

聚合成型工藝學是高分子材料與工程專業的一門重要專業課，具有很強的理論性和實踐性．探討了該門課程在傳統教學過程中存在的問題，并從教學體系構建，課前——課中——課后全過程信息化建設以及虛擬仿真實驗的引入等多方面對其進行信息化教學探索，顯著提升了教學效果．對信息化教學過程中，教師的主導性地位，學生抽象思維能力的培養以及考核方式等方面的問題進行了思考，并提出了改進方案．

聚合物成型工藝；信息化教學；教學體系構建；虛擬仿真實驗

聚合物成型工藝學是一門關于聚合物產品生產工藝的學科，其核心任務是研究如何將塑料、橡膠、合成纖維等高分子材料轉變成制品，以及實現這種轉變的方法和所獲得產品的質量與材料性質和工藝技術因素間的關系．本課程是高分子材料與工程專業本科生繼高分子物理、高分子化學、高分子材料與改性原理等專業基礎課之后學習的一門重要專業課．課程學習既要掌握高聚物流變學等較為艱深的理論知識，也需掌握聚合物的配方設計以及擠出、注塑、模壓等成型加工工藝相關工程知識，是一門理論性和應用性都很強的課程．然而，在傳統高分子專業本科課程的教學中，教學觀念陳舊、教學方法呆板，關于高分子材料的制備和加工成型等內容的教學很多是在脫離實際環境下進行的，學生只能憑想象被動接受，很難激發學生的學習興趣和獲取知識的欲望，教學效率低下，無法使學生真正掌握本門課程的知識要點并將之有效應用于解決高分子材料制備和加工相關的復雜工程問題[1-2]．

隨著信息技術的迅速發展，人們的生活方式和學習方式正被改變．在高等教育領域，互聯網、大數據、虛擬現實等信息技術也在引發和推動教學思想、教學體制、教學過程、教學方式與方法的根本性變革[3-4]．信息技術與教育教學的深度融合也成為了推進教育現代化的關鍵途徑，給學校教育既帶來了機遇，也帶來了挑戰[5-6]．近幾年，在聚合物成型工藝學課程教學中，通過信息化教學探索，取得了較好的教學效果．本文分析了以往聚合物成型工藝學課程教學存在的問題，提出了若干信息化教學措施，并進行了相應的教學探索和思考．

1　教學存在的問題

聚合物成型工藝學的主要教學內容包括高聚物流變學、物料的配制與混合分散原理以及擠出、注塑、壓延、涂覆、吹塑、發泡、熱壓等多種成型方法，不僅涉及一些晦澀難懂、學生聞之色變的基礎理論知識（如高聚物流變學），還需熟悉不同高分子材料及助劑的性質并能靈活應用高分子物理、高分子化學、高分子材料及改性原理等課程知識進行配方設計，掌握多種成型設備的加工原理與加工工藝．長期以來，該課程主要采用教師講授、學生聽和記的呆板、不生動的教學方式，很難調動學生學習的主動性和積極性[7]．

盡管隨著時代的發展，多媒體教學手段已被廣泛應用于課堂教學中，大大提高了有限學時內授課的信息量，豐富了教學內容[8]．但師生在長期的教學實踐中，早已習慣傳統的教學模式，教師單向灌輸、學生被動接受知識的局面仍未改變．雖然通過在課堂上播放生產現場視頻等方式可提高學生的興趣和注意力，但學生在觀看過程中只停留在表面現象，缺乏深度思考，教學效果仍不理想．

近年來，大量高校已將學習通等信息化教學平臺引入課堂教學，在一定程度上提高了課堂上師生溝通的效率[9]．然而，當前許多教師對信息化教學平臺的應用仍十分低效，僅限于課堂簽到、發布課堂練習和課后作業等簡單操作，教師仍是根據課前預設進行程式化教學，并未脫離傳統的教學模式，學生仍是以被動應付為主．此外，學習通平臺的使用雖然便于管理課堂，但對課程教學的介入仍浮于表面，只起到一定點綴作用．

高分子材料與工程專業是一門新興的且不斷向前發展的學科，近年來更是不斷涌現反應擠出、3D打印、靜電紡絲、超臨界CO2微孔發泡等新型成型加工技術[10]．然而，當前大學教師由于科研壓力較大，在教學方面投入不足，課件長期沒有更新，導致教學內容嚴重滯后于時代的發展[11]．此外，該門課程通常在本科四年級的第一學期開設，該學期學生不僅要上課，還要復習考研或參加求職活動，導致學生上課缺乏積極性，更不會主動搜索并分析整合不斷更新的知識信息．

2　教學實踐

2.1　構建科學合理的教學體系

信息技術的發展拓展了教學時空，改變了知識傳播的渠道，學生可以從多種渠道獲取不斷加速更新的知識．然而，面對日益膨脹、紛繁蕪雜的知識信息，如果沒有一個合理的教學體系，學生很容易在探尋知識的過程中迷失方向，進而喪失主動獲取、整合信息的動力和興趣．為此，本課程根據教學大綱對課程知識點進行了梳理，制定了詳細的教學計劃，認真規劃了每一章的知識點以及不同知識點之間的內在聯系，厘清了各章的重點和難點，同時根據教師掌握的最新文獻資料，對高分子成型加工的發展方向，特別是前沿領域剛發展出來、具有廣闊應用前景的一些新型加工方法和技術進行展望，鼓勵和指導學生充分利用圖書館和互聯網查找相關書籍和文獻資料，培養學生主動搜尋、整合有效信息的能力，使之能夠在課程教學大綱的基礎上接觸更廣泛的知識和研究成果，從而能夠適應今后從事相關專業工作所面臨的知識快速更新的要求．

2.2　教學全過程的信息化建設

近年來，浙江工業大學正在大力推廣學習通、校友邦等信息化教學平臺在課堂教學模式改革與創新、實習實踐過程管理等方面的應用，旨在優化教育教學模式，彌補傳統教學方法的某些缺陷與不足，達到提高教學效率、教學質量、人才培養質量的目的．課程主要借助學習通移動教學平臺，構建了課前——課中——課后閉環、全過程信息化的教學模式．

在課前，教師根據教學計劃，推送經過篩選后的教學資料（包括但不限于課件、參考書、視頻、動畫、音頻等），同時設置若干思考題，引導學生通過閱讀書籍或查閱文獻資料等復習相關背景知識，了解本課程的主要教學內容以及相關拓展知識．在課堂上，根據具體教學情境選擇適當的教學方法和策略；對于重點和難點知識，以教師講授為主，并輔以學生相互討論交流；對于擠出、注塑、吹塑、壓延等工藝過程和設備，僅憑教師口頭講授過于抽象，則利用多媒體教學，融入大量動畫、圖像和視頻，使教學內容更加接近真實情境，生動、易被學生接受；通過借助學習通平臺，發布“主題討論”“隨堂練習”等，調動學生的積極性和注意力，及時檢驗學生的學習效果；進行一定的知識拓展，在課堂講授一些高分子成型方面的新方法和新工藝，包括反應擠出、3D打印、靜電紡絲、超臨界CO2微孔發泡等新型成型加工技術．在課后，針對幾個重要的前沿研究領域，布置相關開放性題目，引導學生通過自主查閱文獻資料，完成一篇調研報告，并制作成PPT，在課堂上進行分享，培養學生收集資料、歸納總結和表達知識的能力；針對學生的作業、文獻調研報告等進行及時的測評和反饋，掌握每名學生的學習動態，做到精準教學．通過教學全過程信息化管理，不僅發揮了教師的主導作用，也調動了學生學習的主動性和積極性．

2.3　將虛擬仿真實驗引入本課程教學

作為一門實踐性很強的課程，僅通過課堂教學很難讓學生對各類成型加工方法和設備形成較感性的認識．本專業雖然開設了高分子專業實驗、認識實習、生產實習等實踐性課程，能夠對部分成型加工設備進行實地觀察和操作，也開設了聚合物模具及CAE技術，能夠利用計算機仿真模擬軟件輔助模具設計、模擬材料實際成型過程，但這些課程開設的時間與本課程并不同步，且只涉及部分成型加工設備，導致在講授本課程時學生對相關設備了解較少，教學內容過于抽象，教學效果欠佳．

為此，近年來正在積極開展虛擬仿真實驗教學項目建設，已建成“超臨界CO2發泡制備輕質聚合物電磁屏蔽材料虛擬仿真實驗”這一綜合性研究型創新實驗．該虛擬仿真實驗采用3D模型構建了虛擬實驗室，在實驗室中模擬實際場景中應有的實驗原料（聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂，碳納米管、石墨烯等填料，抗氧劑等加工助劑）、儀器設備（HAAKE轉矩流變儀、雙螺桿擠出機、超臨界CO2輸送裝置、高壓發泡釜、矢量分析測量儀、掃描電子顯微鏡等大型儀器），也包括實驗室必備的消防安全設施、應急噴淋裝置、實驗室管理規定、高溫高壓安全警示警告牌等，仿真模擬了實驗過程中物料顏色和形態變化，特別模擬了復合材料在發泡過程中外部體積膨脹及內部微孔形成的過程．通過該虛擬仿真實驗的學習，可以讓學生對新型復合材料超臨界CO2微孔發泡制備、加工和測試技術形成較系統地認識．近些年，國家也在鼓勵各高校加大對虛擬仿真實驗項目的投入和建設力度，已建成的材料類項目有79個，其中高分子材料與工程專業相關的實驗項目有14個，如北京化工大學建成的“高分子材料注射成型系統虛擬仿真實驗”，云南民族大學建成的“可降解高分子聚合物造粒及熔噴布生產虛擬仿真實驗”，南通大學建成的“再生PET液相增粘及熔體直紡工藝虛擬仿真實驗”等，這些實驗項目均面向全社會開放共享．本課程將從中挑選若干代表性實驗項目引入教學中．通過這些虛擬仿真實驗項目的學習，能夠培養學生將本課程知識綜合運用于不同復合材料的配方選擇、制備工藝過程及性能測試等方面，鞏固和加深對專業知識的學習和理解，掌握相關實驗開展的基本要求和實踐技能，提升了學生的創新意識和解決復雜工程問題的能力．

2.4　信息化教學實踐效果

在2019年對高分子材料與工程專業的一個教學班進行信息化教學過程中，有效調動了學生的課堂積極性和注意力，與教師互動的頻率也大幅提高，學生從不愿意參與課堂交流轉變為積極參與討論、發表觀點，能夠針對復雜工程問題提出看法和見解，具有了一定的分析問題和解決問題的能力．除了課堂互動頻率的提高，在課后學生自主預習、完成作業和自主學習新知識的動力和效率也大幅提高．在2019—2020學年第一學期的教學過程中，24名學生對學習通平臺的訪問量達到1 094次．發布隨堂測驗4次，課后作業5次，從學生在課堂和課后的測驗和作業完成情況數據看，學生對課程的理解程度較以往傳統教學模式有了明顯提高．往年期末考試平均成績在75～80分之間，但分差較大，最低分和最高分分差達30分以上．采用信息化教學后，期末考試平均成績提升至82分，分差縮小至22分．

3　改進計劃

在本次聚合物成型工藝學課程教學中，因全過程充分利用了信息化教學資源和手段，極大地激發了學生的學習熱情，提高了學生學習的主動性和積極性，強化了師生間的溝通，取得了明顯優于傳統教學方法的教學效果，但仍有若干問題需要持續改進：

（1）信息化教學方法雖能提高學生學習的主動性和積極性，充分調動其自主學習的能力，但仍有部分學生不愿意配合，未能認真配合教師的教學計劃，使教學效果大打折扣．另外，信息化教學雖強調學生學習的自主性，但由于學生剛接觸該門課程，未必能抓住課程的知識要點，也無法完全掌握課程的難點．因此，仍需發揮教師在教學過程中的主導地位，對學生做出及時和必要的引導，同時發掘更多、更有效的教學方法，盡量使所有學生都積極參與到教學活動中，使他們的專業能力和綜合素質得到真正的提高，實現既定的教學目標．

（2）采用信息化教學方法，在課堂上運用了較多的視頻、圖像和虛擬仿真素材，容易吸引學生的注意力，加深學生對真實材料成型加工方法及設備的認識，但卻不利于培養他們的抽象思維能力．因此，在課堂教學中，教師仍不能忽視對課程理論知識的講解，引導學生思考，培養他們能夠應用數學、工程基礎及高分子專業知識建立相關模型，用于分析和解決各類高分子材料在成型加工過程中遇到的復雜工程問題．

（3）采用信息化教學主要是培養學生自主學習、應用知識的能力，在考核方式上也不能局限于傳統的試卷考試，而要采用更靈活、多種方式結合的考核方法，包括課堂表現、平時作業、文獻調研報告、期末考試等．在出試卷時也要盡量多設置一些開放性題目，如讓學生針對某一制品的生產，從材料遴選、配方設計、加工工藝及性能測試全過程設計一套方案，分析物料性能、工藝參數控制、成型設備與模具的結構等可能會對產品質量造成什么樣的影響，制品在生產過程產生的不正常現象應如何進行分析并加以解決，不僅要考察學生對理論知識的掌握程度，也要考察學生綜合應用知識以及解決實際問題的能力．

4　結語

聚合物成型工藝學是一門理論性和實踐性都很強的課程，采用傳統教學手段，學生學習的主動性和積極性很難被調動起來，且所獲取的知識相對有限，缺乏主動搜集、整合最新知識信息并將之應用于解決高分子相關領域復雜工程問題的能力．通過構建科學的教學體系，在課前——課中——課后全過程采用信息化教學模式，以及將虛擬仿真實驗項目引入課程中，可顯著提升教學效果，既能讓學生扎實掌握課程知識，并能通過自主查閱文獻資料，對知識進行拓展，也能培養學生將所學知識綜合應用于解決實際問題的能力．需要注意的是，采用信息化教學雖強調學生的自主性，但仍不能忽視教師在課堂教學中的主導地位，也不能忽視對學生抽象思維能力的培養，對課程的考核也應采用更靈活、多樣化的手段，從而有效提高該課程的教學質量，培養出符合時代發展需求的人才．

[1] 劉佳，李順祥．高分子材料本科專業課程教學信息化的探討[J]．廣東工業大學學報（社會科學版），2010，10（B07）：177-179．

[2] 詹茂盛，何利軍．“高分子材料課程信息化師生互動教學方法”研究與實踐[J]．化工高等教育，2004（3）：69-72．

[3] 林鐄，陳龍．高校教學信息化建設實踐和思考[J]．實驗室研究與探索，2019，38（8）：236-239．

[4] 呂燕．教育信息化與高校教學改革研究[J]．現代商貿工業，2019（28）：165-166．

[5] 楊宗凱，楊浩，吳砥．論信息技術與當代教育的深度融合[J]．教育研究，2014（3）：88-95．

[6] 鐘秉林，王新鳳，方芳．信息科技驅動下的教育變革：機遇、挑戰與反思[J]．南京師范大學學報（社會科學版），2019，（5）：5-12．

[7] 張俊珩，張道洪．《高分子成型加工》課程教學改革與實踐[J]．廣州化工，2019，47（11）：198-199．

[8] 林治濤，董抒華，譚洪生，等．《高分子材料成型加工》教學的一點心得[J]．山東化工，2018，47（6）：151-152．

[9] 滕艷華，薛長國．信息化教學在高分子化學課程中的應用與思考[J]．現代職業教育，2019（35）：120-121．

[10] 周洪福，溫變英．《高分子材料成型加工新技術》課程教學改革探索[J]．高分子通報，2017（12）：70-74．

[11] 杜江，張震雷．高分子成型加工課程的改革與建設[J]．大學教育，2019（8）：5-7．

Informatization teaching of polymer processing and molding technology

CHEN Yulong1，JIA Yingchun2，JIN Yangfu1，QIAN Xin1

（1. School of Materials Science and Engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，China；2. School of Business Administration，Hangzhou Polytechnic，Hangzhou 311402，China）

Polymer processing and molding technology is an important professional course of polymer materials and engineering，which has strong theoretical and practical significance．Discusses the problems existing in the traditional teaching process of the course，and explores its informatization teaching from many aspects，such as the construction of teaching system，the informatization of the whole teaching process，and the introduction of virtual simulation experiments to the course，which significantly improves the teaching efficiency．The dominant position of teachers，the cultivation of students' abstract thinking ability and the assessment methods in the process of informatization teaching were deeply thought，and the continuous improvement plans were proposed．

polymer processing and molding technology；informatization teaching；teaching system construction；virtual simulation experiments

1007-9831（2023）01-0099-04

O69∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2023.01.022

2022-06-23

浙江工業大學教學改革項目（JG201906）

陳玉龍（1987-），男，福建寧德人，講師，博士，從事高分子材料的結構與性能研究．E-mail：547942069@qq.com