“聚合物材料成型加工”實驗課程教學改革與探索

摘 要：“聚合物材料成型加工”實驗課程是材料類專業的必修實驗課程之一，其教學質量及教學安排將會影響同學們在未來工作中的實驗思維與動手能力，對同學的綜合實驗素質有著至關重要的作用。聚合物材料成型加工實驗課程在實際開展中存在著實驗動手能力弱、缺乏實驗室安全培訓、實驗設備數量不足、實驗課程考核方式單一等問題。對實驗課程教學實驗過程中存在的問題進行探討與分析，針對問題優化課程的內容并開展較為合理的課程計劃，探索實驗課程多元的考核方式，激發同學們的聽課興趣，培養理論與應用結合的高綜合素質人才。

關鍵詞：聚合物成型加工；教學改革；安全培訓；實驗設備；考核方式

中圖分類號：TQ? 文獻標識碼：A

Teaching Reform and Exploration of the Experimental Course

of "Polymer Material Forming and Processing"

Xiang Li

School of Materials Science and Engineering，Guizhou Minzu University GuizhouGuiyang 550000

Abstract：The experimental course of "polymer material molding and processing" is one of the compulsory experimental courses for materials majors.Its teaching quality and teaching arrangement will affect students' experimental thinking and practical ability in future work.It plays a vital role in the comprehensive experimental quality of students.In the actual development of polymer material molding and processing experimental courses，there are problems such as weak experimental ability，lack of laboratory safety training，insufficient number of experimental equipment，and single evaluation method of experimental courses.The problems existing in the experimental course teaching experiment process are discussed and analyzed.Optimize the content of the course according to the problem and carry out a more reasonable course plan.Explore the multiple assessment methods of experimental courses，stimulate students' interest in listening to the lectures，and cultivate highquality talents who combine theory and application.

Keywords：polymer molding；experimental course；teaching reform；safety training；experiment apparatus；assessment method

1 概述

聚合物是由相對分子質量較高的分子聚集組合而成的化合物，亦稱高分子化合物，高分子化合物聚集態結構是其成型加工多樣性的本質原因，溫度是聚集態結構的轉變最主要的因素，通過溫度可以調控聚合物的形狀、流動性及形變行為等。聚合物成型與加工是將各種添加劑、改性劑、助劑等材料轉變成可使用材料或產品的一種技術手段，想要實現這樣的轉變，需要采取適當的方法，結合相關的表征揭示不同方法對產品質量的影響。這門技術的基本任務是探究制備的產品與諸多影響因素之間的關系，其中的影響因素包括材料本身的物化性能、制備設備本身的結構、材料的流動及形變行為、制備過程中的各種參數等。“聚合物成型與加工”課程是材料大類的本科教育階段必修課程之一，該門課程對聚合物（主要為塑料、橡膠、纖維）的應用與推廣有著關鍵性的作用，目前聚合物已經廣泛運用于軍事、科技、醫學、工業、農業生產等領域。由于聚合物成型與加工技術的不斷發展與改進，制備的產品質量、生產的效率、成本都得到不斷優化。

“聚合物材料成型加工實驗”課程是材料類相關專業的必修實驗系列課程［1］，通常在“有機化學”“材料分析方法”“材料科學基礎”“高分子化學”“高分子物理”“儀器分析”“高分子材料成型加工基礎”等課程之后開設的實驗課程，該實驗系列課程是“聚合物成型與加工”基礎理論的延伸，對復合材料專業的同學們提升綜合能力起到促進作用［2］。該實驗課程主要探究聚合物材料常用的加工成型方法、加工工藝的過程以及加工成型的基本原理［3］。

2 “聚合物材料成型加工”實驗課程中存在的問題

2.1 缺乏實驗室安全培訓

隨著各個高校辦學規模日益擴大，學校的實驗室的使用頻率也逐步提升，實驗室安全問題也逐漸凸顯，在新聞報道中時常看到安全事故，引發全社會的高度關注，學校的實驗室安全狀況必須引起足夠的重視并加強實用且高效的實驗室安全教育培訓。有效保障實驗室操作人員的人身安全，在確保安全的情況下再追求科研成果，從本質上提升實驗室參與人員的安全意識、理念及思維，讓所有進入實驗室的人員都清楚身處實驗室應該如何保障自身的安全。因此，實驗室的安全培訓尤為重要，實驗室安全培訓內容主要包括危險化學試劑、消防安全、電氣安全、壓力容器安全、安全管理等。實驗室具有潛在危險的實驗試劑及設備，存放著部分易燃易爆的化學試劑，可能會引起爆炸、火災、中毒等事故［4］。而在給同學們講授實驗課程的時候之前，發現同學們缺乏基本的實驗常識與實驗室安全培訓，對危險化學試劑、消防安全、電氣安全的了解較為欠缺，安全意識淡薄［5］。此外，在教師已經進行講解并演示后，同學們也感覺無從下手。實驗室一旦出現安全事故，不僅會對師生的個人生命安全造成嚴重威脅，還會造成學校的實驗儀器等財產的不可逆損失［68］。

2.2 實驗動手能力弱

“聚合物材料成型加工”實驗課程屬于實踐類的課程教學，是材料類相關專業的必修實驗課程。實驗課程是一個手、腦協作的過程，不僅需要同學們做好前期的文獻調研、計算配比、鼓風干燥等工作，而且實操過程中要規范操作、討論協作、仔細觀察、積極思考、合理改進實驗、記錄數據，還需要在實驗后進行數據分析，數據可視化、撰寫實驗報告等過程。但由于本科教學中每一學期并未安排課程配套實驗，僅僅只有大一、大二理論課程后才開設少部分的實驗課，就“聚合物材料成型加工”實驗課程而言，幾乎每年實驗課程中都出現不少同學的基本操作能力較弱且不規范，甚至有少部分同學出現了危險操作導致輕微受傷，大部分的同學因不規范操作引起了實驗數據偏差較大甚至數據嚴重錯誤，嚴重影響了整個實驗的數據準確性。面對實驗儀器，理論闡述勉強過關，但實際操作卻無從下手，即使實驗儀器附帶著使用說明，同學們也反映看不懂，更不能正確、熟練地操作儀器。更有甚者，剛進入實驗室就打起了退堂鼓，害怕并逃避實驗。此外，由于實驗設備、實驗經費、實驗場地的限制，諸多經費有限的高校并沒有開設多門課程的配套實驗，導致同學們平時接觸的實驗課程較少，對實驗課程比較生疏，實驗動手能力較弱，不利于同學們綜合能力的發展［910］。

2.3 實驗設備數量不足

化工、材料類的不少實驗表征設備均為高精密的儀器，購置成本高的同時維護成本也極高，例如，透射電子顯微鏡的購置成本接近千萬，而儀器出現故障后修護成本也是一筆不小且不確定的開支，這些開支包括出現故障后修改儀器的支出及因配件為進口的，等待維修的時間也會大大增加設備運行的成本，這會大大增加高校的經費支出。對于少數學科建設經費充足的高校而言，實驗設備的數量對實驗課程的開展的影響較小，但國內絕大多數的高校用于購置實驗課程設備的經費均比較緊張，由于實驗設備經費緊張導致實驗課程的開展較為困難，諸多高校甚至連專業最核心課程的基本實驗設備都沒有，或者擁有基本實驗設備但缺乏專業、有效的維護，導致設備長期處于關停檢修狀態。以高分子科學與工程專業為例，聚合物的成型與加工是該專業最重要的實驗課程之一，而聚合物的成型與加工的實驗課程中最核心的設備為擠出機和注塑機，諸多高校的高分子材料與科學專業由于經費限制導致最核心的擠出機與注塑機都無法配備，這嚴重阻礙了實驗課程的開展與持續。此外，聚合物的成型與加工的實驗課程通常需要教師講述、演示、實操來教授課程內容，每一位同學均需要進行實際的操作。然而因實驗設備數量少、價格高、維修費用昂貴等因素，往往采取教師講述演示加同學分組協作操作的方式進行，但分組會出現僅有部分同學進行了實操，部分同學只能進行干燥、計算、搬運、稱量等前期準備工作。分組還會導致部分同學對實驗過程及儀器使用理解不深，影響整體的教學效果的同時也會影響部分同學的積極性［1112］。

2.4 實驗課程考核方式單一

現行的考核方式通常為實驗課考勤與實驗報告，二者的占比通常為考勤占30%、實驗70%；考勤占40%、實驗60%；考勤占50%、實驗50%等，但大多都是實驗報告占的權重更大。

這樣的考核方式可能會導致同學們輕實驗操作、重實驗報告的心理，部分同學存在僥幸心理，做實驗過程中早退，嚴重影響實驗效果。由于實驗課程的內容、過程相似，同學們實驗參與度不一，采用單一的考核方式作為同學的最終實驗成績是不合理的，不合理的實驗考試方式將會導致部分學生的積極性，實驗報告出現大量重復的情況，無法有效地反映出同學們的溝通協作能力、本專業實驗知識的掌握程度及相互之間的團隊合作能力，顯現不出同學綜合能力之間的差異，最終的評分都在平均分上下輕微浮動，而且單一的考核方式很難評價每一位同學對該門實驗課程的真實掌握情況，局限了對同學們的考核范圍與開合深度，不利于同學們綜合能力的評價［1316］。

3 “聚合物材料成型加工”實驗課程改革措施

針對“聚合物材料成型加工”實驗課程中出現的問題，進行教學總結并提出對應的改革措施，探究本門課程在教學過程中的改革，改善實驗教學的效果與提高實驗課程質量，希望為社會培養創新、實踐能力更為出色的人才。

3.1 加強實驗室安全培訓

每一位即將進入實驗室進行操作的人員（科研人員、教師、實驗室管理員、學生等）均需要重視實驗室安全問題，并需要在進入實驗室之前進行實驗室安全培訓及考試，培訓及考試合格者方能進入實驗室進行實操。針對本門課程課程，在動手實操之前需要對同學們進行實驗室安全培訓，實驗過程中也要不斷穿插安全教育及提醒，此外超過40人以上的實驗課程，應該配備2位長期做實驗的教師，在一位教師講解演示過程中，另一位教師可以時時觀察并提醒同學們規范實驗操作，以防止出現安全事故。

3.2 增加相應配套的實驗課程

對于材料類相關專業而言，開設配備實驗的課程通常有“材料科學基礎”“材料分析方法”“化工原理”“高分子化學”“高分子物理”“有機化學”“無機化學”“分析化學”“材料的成型與加工”等，這些課程在培養方案中均應配套相應的實驗，在條件允許的情況下，增加專業課程的配套實驗，在專業培養方案中應詳細注明專業課程配套的實驗課課時，并依照培養方案開設相應的實驗課程。

3.3 增加必要的實驗設備數量

每一所高校的科研設備采購經費都不太一樣，不能期待每一所高校完善地配備所有實驗所需設備，但是大部分實驗課程共用設備數量應該增加，如水浴鍋、油浴鍋、電子天平、鼓風干燥箱、真空干燥箱等。此外，專業實驗必要的設備數量也應增加，以“高分子化學實驗課”為例，必要的設備包括基本的有機化學反應儀器（燒杯、量筒、滴液漏斗、玻璃棒、冷凝管、三口燒瓶等）與設備（機械攪拌器、磁力攪拌器、旋轉黏度儀、電爐等），這些必要的實驗儀器數量應該配備充足。

3.4 改革單一的考核方式

合理的考核方式利于同學們綜合能力的培養，以衡量同學們對該門實驗課程的真實掌握情況（包含對自主設計實驗的能力、實驗原理的掌握、實驗過程的規范操作、實驗后數據處理及實驗報告的撰寫）為主要的考核內容。考核的方式分為考勤（占20%）、實驗過程提問實驗原理（占20%）、操作規范性（占30%），實驗報告（占30%，包括實驗流程設計的合理性、實驗原理闡釋的準確性、數據分析與處理的正確性）。

結語

“聚合物材料成型加工”實驗課程目前存在的問題比較突出，課程的改革也是該門課程持續開展的重要途徑，對于實踐教學過程中發現的同學們實驗動手能力弱、缺乏實驗室安全培訓、實驗設備數量不足、實驗課程考核方式單一等四個較為突出的問題，提出了加強實驗室安全培訓、增加相應配套的實驗課程、增加必要的實驗設備數量、改革單一的考核方式等四個對應的建議改革方案，增加實驗課程、增加設備數量會增加學校的課程教學成本，改革單一的考核方式也會增加科任教師的教學投入時間，但為了更好的實驗課程效果，需要學校給予必要的支持。此外，不斷的教學探索、改革是實驗課程更健康有序的關鍵因素，通過對“聚合物材料成型加工”實驗課程進行不斷改革，以滿足當下社會對創新、實踐、動手能力強，綜合素質高的應用人才的需求。

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基金項目：貴州民族大學2021年度校級基金項目（自然科學類）GZMUZK［2021］YB02，聚合物成型加工工程教育部重點實驗室開放課題資金資助

作者簡介：向力（1991— ），男，貴州六盤水人，博士，副教授，研究方向：聚合物材料結構與性能。