關(guān)于《聚合物成型加工》課程教學(xué)改革的探究論文
隨著聚合物材料應(yīng)用的日益廣泛, 其成型加工工藝和裝備在高分子材料科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用。近年來(lái), 高分子材料科學(xué)和高分子材料加工工程得到了很大的發(fā)展, 并逐漸交融而形成一個(gè)全新的交叉型學(xué)科領(lǐng)域———聚合物成型加工技術(shù)。對(duì)于高分子專(zhuān)業(yè)的學(xué)生而言, 聚合物成型加工是一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程, 與高分子化學(xué)和高分子物理共同構(gòu)成了高分子專(zhuān)業(yè)的課程基礎(chǔ);同時(shí)聚合物成型加工又是高分子專(zhuān)業(yè)理論研究與實(shí)際生產(chǎn)相互聯(lián)系的紐帶。其基本任務(wù)是研究聚合物的成型加工方法及所獲得的產(chǎn)品質(zhì)量與各種因素之間的關(guān)系, 它對(duì)推廣和開(kāi)發(fā)聚合物的應(yīng)用有十分重要的意義。要使學(xué)生能在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)該課程的基本內(nèi)容, 特別是操作實(shí)踐內(nèi)容部分的掌握, 需要在多方面進(jìn)行改革。
1 明確培養(yǎng)目標(biāo), 圍繞課程主線, 強(qiáng)化理論基礎(chǔ)
本科院校是要培養(yǎng)既有一定的理論基礎(chǔ), 又具備較強(qiáng)實(shí)踐能力的高素質(zhì)應(yīng)用型人才, 與高職類(lèi)院校培養(yǎng)服務(wù)于生產(chǎn)一線的操作型、技能型人才不同。在教學(xué)過(guò)程中, 仍然要重視對(duì)基礎(chǔ)理論知識(shí)的講解, 讓學(xué)生們要“知其然” , 還要“知其所以然” 。除了聚合物流變學(xué)和高分子物理是聚合物成型加工的理論基礎(chǔ)以外, 成型技術(shù)本身也存在一定的原理, 不容忽視。與其他課程相比,《聚合物成型加工》課程本身具有內(nèi)容分散化、概念抽象化、理論半經(jīng)驗(yàn)化等特點(diǎn), 給課堂教學(xué)帶來(lái)了一定的困難。因此, 抓住課程主線, 突出理論重點(diǎn), 進(jìn)行深入淺出的講解至關(guān)重要。聚合物成型加工是采用各種工程技術(shù)手段將聚合物原料轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)用材料或制品的過(guò)程。英文中成型加工(processing)包含了兩層意思:一是加工(machining/w o rking), 即讓原料混合、熔融、均化等過(guò)程,從“不變”到“變” ;二是成型(shaping/forming), 即通過(guò)擠壓、輸送、拉伸等方法制成產(chǎn)品的過(guò)程, 從“變”到“不變” 。
由此可見(jiàn), “變化”是聚合物成型加工課程的主線。根據(jù)聚合物成型加工過(guò)程中的“變化”可以將課程的理論基礎(chǔ)分解為三個(gè)部分:(1)What , 即發(fā)生了那些變化。從物理和化學(xué)的角度, 分析高分子材料在成型加工過(guò)程中所產(chǎn)生的結(jié)晶、取向、降解、交聯(lián)等變化;(2)Why , 即為什么會(huì)發(fā)生變化。針對(duì)各種變化的特征, 分析高分子材料特有的加工性質(zhì)、粘彈行為、滯后效應(yīng)等;(3)How , 即如何發(fā)生變化。結(jié)合粘性流體理論和牛頓力學(xué)定律, 分析各種變化產(chǎn)生的深層次原因, 對(duì)聚合物在管道中的流動(dòng)行為有所認(rèn)識(shí)。通過(guò)這樣的課程分解, 可以使原本較為分散的理論知識(shí)相對(duì)集中并系統(tǒng)化, 也可以讓學(xué)生們了解抽象概念和半經(jīng)驗(yàn)理論所反映的實(shí)質(zhì)性問(wèn)題。
2 重視實(shí)踐教學(xué), 建立系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)體系
聚合物成型加工是在對(duì)高分子專(zhuān)業(yè)基本理論知識(shí)(高分子物理、高分子化學(xué)等)掌握的基礎(chǔ)上, 將聚合物轉(zhuǎn)變成實(shí)用工程材料或制品的一種工程技術(shù)。因此, 在成型加工的教學(xué)過(guò)程中, 理論與實(shí)踐相結(jié)合十分必要。為了可以讓學(xué)生更好地理解成型加工理論, 了解成型加工技術(shù), 將課堂上學(xué)到的理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合, 也為了實(shí)現(xiàn)本學(xué)院培養(yǎng)“應(yīng)用型人才”的目標(biāo), 我們對(duì)教學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐性的擴(kuò)展:
2.1 建立教學(xué)實(shí)踐基地
浙江省和廣東省是中國(guó)國(guó)內(nèi)兩大高分子材料制備和銷(xiāo)售中心。寧波市下屬的余姚、慈溪、東陽(yáng)等地有非常多的高分子材料生產(chǎn)廠家, 擁有得天獨(dú)厚的地理優(yōu)勢(shì)。我們與寧波市多家高分子材料生產(chǎn)廠家建立了產(chǎn)、學(xué)、研合作關(guān)系, 成立了多個(gè)教學(xué)實(shí)踐基地。學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)之外, 以參觀實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)等多種形式, 進(jìn)入到高分子材料生產(chǎn)的第一線, 切身體會(huì)成型加工的過(guò)程, 對(duì)書(shū)本上的知識(shí)點(diǎn)有了更加深刻和具體的認(rèn)識(shí)。而且, 生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)系統(tǒng)性體系, 包括了配方設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、制品結(jié)構(gòu)和造型設(shè)計(jì)、設(shè)備選型及模具設(shè)計(jì)、再到實(shí)際的成型加工等一系列相互聯(lián)系的環(huán)節(jié)。學(xué)生們除了可以系統(tǒng)地了解成型加工技術(shù)外, 還可以接觸到與之相關(guān)的`包括母料制備、添加色粉、模具制造等行業(yè)的信息。
2.2 開(kāi)展系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)
原來(lái)高分子專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)課程中, 各實(shí)驗(yàn)都是獨(dú)立的。常常可以看到學(xué)生們用聚乙烯為原料進(jìn)行注塑實(shí)驗(yàn), 而到力學(xué)性能測(cè)試時(shí), 又拿著老師提前注塑好的聚碳酸酯樣品去測(cè)沖擊強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后, 學(xué)生基本上只是學(xué)會(huì)了一種儀器設(shè)備的使用方法, 而沒(méi)有對(duì)成型加工技術(shù)有系統(tǒng)的了解。所以, 我們將成型加工的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn), 老師在學(xué)期剛開(kāi)始的時(shí)候就布置下若干調(diào)研題目, 然后隨著課程的進(jìn)展讓學(xué)生分部完成調(diào)研題目的各個(gè)組成部分, 最后通過(guò)系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)將調(diào)研的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)。例如, 針對(duì)聚苯乙烯韌性差的缺點(diǎn), 讓學(xué)生們通過(guò)調(diào)研看看可以采用什么方法來(lái)加以改善。首先, 學(xué)生進(jìn)行前期的文獻(xiàn)查閱, 初步確定采用與聚乙烯共混的方法來(lái)對(duì)聚苯乙烯進(jìn)行改性。然后, 當(dāng)我們的課程講到“配方設(shè)計(jì)”時(shí), 讓學(xué)生們根據(jù)課堂上講到的知識(shí), 確定一個(gè)聚苯乙烯/聚乙烯共混物制備的配方;而當(dāng)課程講到“成型工藝”時(shí), 學(xué)生們就可以選擇適當(dāng)?shù)某尚头椒ê凸に嚄l件。而且, 根據(jù)課程中關(guān)于“成型加工過(guò)程中的物理化學(xué)變化”的介紹, 學(xué)生們?cè)O(shè)想聚苯乙烯/聚乙烯共混物的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能等方面會(huì)發(fā)生什么樣的變化。當(dāng)調(diào)研內(nèi)容基本完成后, 我們?yōu)閷W(xué)生們提供他們?cè)O(shè)計(jì)配方所用的原材料, 開(kāi)放成型加工實(shí)驗(yàn)室, 讓他們真正制備出自己設(shè)計(jì)的共混物材料。最后, 讓他們通過(guò)各種測(cè)試手段對(duì)自己制備出的材料進(jìn)行表征, 看看是否會(huì)發(fā)生所設(shè)想的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和性能等方面的變化。
3 結(jié)合課程特征改變教學(xué)與考核方法
在我們的教學(xué)過(guò)程中, 將聚合物成型加工這門(mén)課程的內(nèi)容分為了兩個(gè)基本的部分:第一是聚合物加工的理論基礎(chǔ)部分, 主要包括了聚合物材料的加工性質(zhì)、聚合物的流變性質(zhì)、聚合物液體在管和槽中的流動(dòng)、聚合物加工過(guò)程的物理和化學(xué)變化;第二是聚合物的成型加工技術(shù), 主要包括了成型物料的配制、塑料的一次和二次成型、橡膠的加工與硫化、纖維的拉伸成型與后處理。課程內(nèi)容較豐富, 兩個(gè)部分的內(nèi)容較鮮明的劃分成了“理論”和“技術(shù)”兩大塊。這兩部分教學(xué)內(nèi)容的差異決定了其教學(xué)方法及考核方式的多樣化。因此, 我們?cè)谶M(jìn)行教學(xué)改革過(guò)程中, 改變了以往“一考定音”的考核方式, 針對(duì)不同教學(xué)內(nèi)容,采用不同的教學(xué)方法, 進(jìn)行不同的教學(xué)考核。
首先, 聚合物成型加工的理論基礎(chǔ)中包含著流變方程推導(dǎo)和流體受力分析等內(nèi)容, 仍然需要以課本上的知識(shí)作為主要的講授內(nèi)容, 采用黑板板書(shū)的方式進(jìn)行層層剖析, 以便學(xué)生可以更清楚地理解成型加工的理論基礎(chǔ)。對(duì)于這部分的內(nèi)容可以通過(guò)課后習(xí)題以及考試的方法進(jìn)行考核。其次, 這門(mén)課程中關(guān)于擠出成型、模壓成型、注射成型等具體成型技術(shù)的教學(xué)內(nèi)容, 則采用“教、學(xué)、做三結(jié)合” , 即邊做、邊教、邊學(xué), 讓學(xué)生在做中學(xué), 在學(xué)中會(huì), 在會(huì)中懂,“案例式” ,“現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)”等教學(xué)方法貫穿整個(gè)教學(xué)過(guò)程。在課堂講解時(shí)則主要是結(jié)合PPT 電子教案進(jìn)行, 并在課本知識(shí)的基礎(chǔ)上增加一些對(duì)成型加工技術(shù)發(fā)展及前沿的介紹。對(duì)于這部分內(nèi)容則主要通過(guò)實(shí)踐課業(yè)的形式來(lái)進(jìn)行考核, 同時(shí)這部分的考核在總成績(jī)中占到了50 %以上。
其中, 實(shí)踐課業(yè)是最主要反映學(xué)生學(xué)習(xí)成果的環(huán)節(jié)。實(shí)踐課業(yè)采用調(diào)研報(bào)告、小組討論及PPT 匯報(bào)的形式, 要求學(xué)生結(jié)合課堂知識(shí), 通過(guò)上網(wǎng)查詢(xún)資料、與老師同學(xué)或其他技術(shù)人員溝通討論等方式, 完成實(shí)踐課業(yè)要求, 針對(duì)一定的題目進(jìn)行調(diào)研。并根據(jù)調(diào)研的結(jié)果設(shè)計(jì)成型配方, 選擇合適的加工方法, 對(duì)影響制品性能的加工工藝條件進(jìn)行簡(jiǎn)單分析, 并對(duì)調(diào)研結(jié)果進(jìn)行答辯, 同時(shí)提交相關(guān)小論文。鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)散性思考, 引導(dǎo)自己查閱資料, 訓(xùn)練綜合分析各種信息的能力, 加深和拓寬知識(shí)面, 對(duì)出現(xiàn)的多種結(jié)論組織討論, 以此充分展示不同學(xué)生的專(zhuān)長(zhǎng)。
例如, 我們針對(duì)目前國(guó)家十分重視的環(huán)保問(wèn)題, 讓學(xué)生進(jìn)行調(diào)研, 經(jīng)過(guò)小組匯總調(diào)研結(jié)果并討論, 認(rèn)為在高分子材料方面, 無(wú)鹵阻燃是目前研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化中較為突出的一個(gè)課題。隨后學(xué)生們進(jìn)一步查詢(xún)了歐盟環(huán)保(RoHS 和WEEE)指令和強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《公共場(chǎng)所阻燃制品及組件燃燒性能要求和標(biāo)識(shí)》, 制定出實(shí)踐課業(yè)的題目———ABS 樹(shù)脂的無(wú)鹵阻燃。結(jié)合課程中“成型物料的配制”的內(nèi)容, 學(xué)生們確定了以膨脹型阻燃劑替代掉傳統(tǒng)的溴系阻燃劑的基本配方。接著又結(jié)合課程中各種成型加工技術(shù)的的介紹,學(xué)生們選定了擠出切粒的成型工藝。同時(shí), 學(xué)生們還根據(jù)市售相關(guān)商品的性能, 制定了一個(gè)包括沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、阻燃級(jí)別等參數(shù)在內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn), 在系統(tǒng)性實(shí)驗(yàn)中通過(guò)多次調(diào)節(jié)配方和工藝來(lái)達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。綜上所述, 針對(duì)本校高分子專(zhuān)業(yè)的辦學(xué)方針———以提高學(xué)生綜合素養(yǎng)為宗旨, 培養(yǎng)應(yīng)用性人才為目標(biāo), 對(duì)《聚合物成型加工》課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、考核形式等方面都進(jìn)行了改革, 將聚合物成型加工技術(shù)知識(shí)理論與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)工藝過(guò)程相結(jié)合, 既強(qiáng)調(diào)實(shí)踐教學(xué)的重要, 又不忽視基礎(chǔ)理論知識(shí), 強(qiáng)化學(xué)生的綜合素質(zhì)。
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