高分子材料加工共享課及3D打印平臺(tái)

劉弋潞， 高永輝， 袁毅樺， 陳 忻， 周子凡， 葉秀芳

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 理學(xué)院, 廣東 佛山 528000)

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高分子材料加工共享課及3D打印平臺(tái)

劉弋潞， 高永輝， 袁毅樺， 陳 忻， 周子凡， 葉秀芳

(佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院 理學(xué)院, 廣東 佛山 528000)

依托一個(gè)平臺(tái)、三個(gè)中心，積極進(jìn)行高分子材料加工實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革，拓展豐富研究創(chuàng)新性和綠色化實(shí)驗(yàn)，形成了三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)；建立初步反映MOOCs思想和3D打印等新技術(shù)的網(wǎng)站；加強(qiáng)課前預(yù)習(xí)、論文交流和討論環(huán)節(jié)等教學(xué)互動(dòng)環(huán)節(jié)、加強(qiáng)硬件、文化建設(shè)和題庫建設(shè)，進(jìn)行多元化的實(shí)驗(yàn)考核方式改革；進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，為地方服務(wù)。通過以上各種途徑，逐步建立高分子材料加工實(shí)驗(yàn)精品課程資源共享課及高分子材料3D打印科技服務(wù)及教學(xué)平臺(tái)。

高分子材料加工； 精品資源共享課； 微課錄像； MOOCs； 仿真實(shí)驗(yàn)； 3D打印; 專業(yè)實(shí)驗(yàn)題庫

0 引 言

高分子材料加工實(shí)驗(yàn)課程是一門材料化學(xué)專業(yè)學(xué)生必修的專業(yè)實(shí)驗(yàn)課。自我校于2005年開設(shè)以來，一直在嘗試各種教學(xué)改革[1-17]，再加上佛山市高分子材料行業(yè)的迅速發(fā)展，加工成型儀器設(shè)備更新快，種類多，因此，課題組在師資建設(shè)、實(shí)驗(yàn)類別、網(wǎng)站建設(shè)、硬件和文化建設(shè)以及校企合作等幾方面，積極進(jìn)行改革，將高分子材料加工實(shí)驗(yàn)課程及進(jìn)行整合、資源優(yōu)化，該課程于 2014年獲批為校級(jí)優(yōu)質(zhì)課程和精品課程資源共享課，并獲批為佛山市高分子材料3D打印科技服務(wù)及教學(xué)平臺(tái)。

1 具體實(shí)踐

1.1 集教學(xué)、科研、宣傳、培訓(xùn)、技術(shù)研發(fā)等為一體

大力培養(yǎng)青年骨干教師，鼓勵(lì)專業(yè)教師參與精品課程、慕課以及高分子材料的專業(yè)培訓(xùn)，如：參加高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建設(shè)暨虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用研討班、高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理經(jīng)驗(yàn)交流會(huì)、光譜色譜儀器技術(shù)交流、高校化學(xué)化工學(xué)術(shù)年會(huì)、高分子成型加工及其產(chǎn)業(yè)發(fā)展研討會(huì)；參加國(guó)際橡塑展，佛山市新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇(3D打印應(yīng)用與發(fā)展探討)。積極吸納相關(guān)專業(yè)的教師參與教材、教材題庫的編寫，目前，高分子材料加工實(shí)驗(yàn)課程師資隊(duì)伍共計(jì)13人，基本情況如下：職稱結(jié)構(gòu)：教授3人，副教授1人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師1人，講師、工程師7人；學(xué)歷結(jié)構(gòu)：具有博士學(xué)位的教師6人，碩士學(xué)位的教師4人；年齡結(jié)構(gòu)：45～55歲教師5人，30～45歲教師4人，30歲以下2人。

1.2 拓展豐富研究創(chuàng)新性和綠色化實(shí)驗(yàn)

在2012級(jí)“高分子材料加工實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)大綱的基礎(chǔ)上進(jìn)行了修改，開發(fā)和轉(zhuǎn)化并增設(shè)了一些設(shè)計(jì)性和創(chuàng)新性等實(shí)驗(yàn)，如：膠粘劑的制備與性能測(cè)試、木塑復(fù)合材料的制備與性能測(cè)試、相變儲(chǔ)能材料的制備與性能測(cè)試、共混改性復(fù)合材料的制備與性能測(cè)試、以及新材料實(shí)驗(yàn)-硬脂酸相變儲(chǔ)能石膏板的制備與性能研究等；在科研促教學(xué)的基礎(chǔ)上，今后還陸續(xù)增加廢舊塑料的利用、3D高分子材料打印實(shí)驗(yàn)、醫(yī)用水凝膠的制備與性能測(cè)試、一種隔熱涂料的制備及其性能測(cè)試、聚砜多孔膜的制備與性能測(cè)試、和丙烯酸酯乳液的制備及應(yīng)用等綜合設(shè)計(jì)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)，逐步形成了驗(yàn)證性、綜合性、研究性實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次。其中，研究性分為設(shè)計(jì)創(chuàng)新性和安全綠色化實(shí)驗(yàn)，皆在培養(yǎng)學(xué)生科研設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力，同時(shí)加強(qiáng)學(xué)生的節(jié)能環(huán)保意識(shí)。

1.3 加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室硬件和文化建設(shè)

及時(shí)更新設(shè)備，如：添置順德建華公司注塑成型機(jī)、上海精科儀器有限公司綜合熱分析儀、東莞昆侖檢測(cè)公司的沖擊試驗(yàn)機(jī)和廣州祥利儀器公司的熔體流動(dòng)速率儀，中科院廣州電子技術(shù)有限公司3D打印機(jī)，今后還將陸續(xù)更新紅外光譜和DSC差示掃描量熱儀；加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室文化建設(shè)，制作高分子材料加工實(shí)驗(yàn)宣傳欄和儀器操作指示欄20多個(gè)；收集和制作高分子材料加工實(shí)驗(yàn)各種成型作品以及新的3D打印作品30多件。

1.4 建立高分子材料加工實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站

以MOOCs的教學(xué)理念和3D打印等新技術(shù)，建立了高分子材料加工實(shí)驗(yàn)新網(wǎng)站(見圖1)，該網(wǎng)站資料豐富，信息量大，內(nèi)容全面，能將最新標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)科最新發(fā)展和教改成果引入教學(xué)。建設(shè)高分子材料加工實(shí)驗(yàn)及3D打印科技服務(wù)及教學(xué)平臺(tái)課件50多個(gè)，視頻10多個(gè)，動(dòng)畫或模擬仿真10多個(gè)。

圖1 高分子材料加工實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站

經(jīng)過精心設(shè)計(jì)，網(wǎng)站內(nèi)容包括：首頁，課程簡(jiǎn)介，教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)視頻，仿真實(shí)驗(yàn)，3D打印平臺(tái)，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)資源、公告信息欄、友情鏈接、教學(xué)團(tuán)隊(duì)、網(wǎng)絡(luò)課堂、成果展示、一個(gè)平臺(tái)、三個(gè)中心等內(nèi)容。其主要精髓表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 教學(xué)課件。根據(jù)最新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)修改了課件，使一些在傳統(tǒng)教學(xué)手段下很難表達(dá)的教學(xué)內(nèi)容或無法觀察到的現(xiàn)象能形象、生動(dòng)、直觀地顯示出來，從而加深學(xué)生對(duì)問題的理解，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性；它能解決學(xué)時(shí)和設(shè)備資金緊缺的問題，尤其是解決超大先進(jìn)型的設(shè)備無法進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的問題，便于課堂教學(xué)和了解最新的高分子加工業(yè)技術(shù)。

(2) 實(shí)驗(yàn)視頻方面。材料化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器設(shè)備因價(jià)格較貴和更新?lián)Q代迅速，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室難以系統(tǒng)進(jìn)行地材料加工成型實(shí)驗(yàn)，只能通過課本來了解實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果，導(dǎo)致學(xué)習(xí)起來比較吃力。學(xué)生可以通過視頻錄像認(rèn)識(shí)儀器的結(jié)構(gòu)，了解各儀器的操作原理和流程；拓寬學(xué)生對(duì)高分子材料加工領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)和熟悉各種類型的現(xiàn)代化材料加工設(shè)備。

(3) 仿真實(shí)驗(yàn)。仿真實(shí)驗(yàn)(見圖2)主要購置于東方仿真軟件公司，包括了混合與混煉、擠出成型、注射成型、壓延成型、中空吹塑、熱成型和澆鑄成型。通過仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)K，可以了解每種結(jié)構(gòu)的成型原理、類型、結(jié)構(gòu)、工藝流程及設(shè)備的發(fā)展。

(4) 網(wǎng)絡(luò)課堂。網(wǎng)絡(luò)課堂包括了4部分。① 教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、實(shí)驗(yàn)安排、課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)預(yù)約，

圖2 幾種類型的注塑機(jī)

② 微課錄像、實(shí)驗(yàn)報(bào)告模版、預(yù)習(xí)報(bào)告模版、實(shí)驗(yàn)題庫、在線交流，③ 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、綜合性試驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)、安全綠色化實(shí)驗(yàn)，④ 包括學(xué)生作品、儀器操作、配方實(shí)例、校企合作和英漢對(duì)照等(見圖1)。

通過網(wǎng)絡(luò)課堂，學(xué)生可以進(jìn)行課前預(yù)習(xí)準(zhǔn)備，了解配方及儀器操作的各種知識(shí)點(diǎn)，快捷地查找英漢詞匯和文獻(xiàn)，預(yù)約不同性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)，撰寫不同類別的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、預(yù)習(xí)報(bào)告、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告；同時(shí)，可通過歷屆的學(xué)生作品和自己設(shè)計(jì)的作品，進(jìn)行課堂討論和論文交流，還可以通過網(wǎng)站的在線交流和留言板，學(xué)生能就材料加工實(shí)驗(yàn)方面的有關(guān)問題發(fā)表自己的見解，對(duì)一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論。通過雙向式互動(dòng)教學(xué)，能加深對(duì)材料加工的了解，為學(xué)生今后從事材料加工方面工作提供有利的條件。

1.5 建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的校企聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)關(guān)系

突破傳統(tǒng)教學(xué)的模式，將“實(shí)驗(yàn)室”教學(xué)和工廠見習(xí)有機(jī)的結(jié)合在一起，學(xué)生不僅能更準(zhǔn)確地掌握塑料樹脂與助劑的性能，和預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能，更能直觀地認(rèn)識(shí)佛山市高分子材料加工工業(yè)工藝生產(chǎn)過程。為此，分別和廣東省佛山塑料重點(diǎn)工程技術(shù)研究開發(fā)中心、佛山市裕益鞋材有限公司等單位分別簽訂校企協(xié)同共建高分子材料加工實(shí)驗(yàn)室協(xié)議書；分別和中科院廣州電子技術(shù)有限公司、佛山佛塑科技集團(tuán)股份有限公司簽訂校企協(xié)同共建3D打印科技服務(wù)及教學(xué)平臺(tái)協(xié)議書。通過這些，以建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的校企聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)關(guān)系，探索共同建設(shè)協(xié)同創(chuàng)新人才培養(yǎng)基地、科研基地和人才培養(yǎng)模式，特別是在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、專業(yè)實(shí)習(xí)、技術(shù)培訓(xùn)、科研應(yīng)用、創(chuàng)新發(fā)展、文化發(fā)展等方面尋求更廣泛的合作。

1.6 進(jìn)行多元化的實(shí)驗(yàn)考核方式改革

根據(jù)平時(shí)實(shí)驗(yàn)、綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)綜合考查等環(huán)節(jié)評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)，平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績(jī)占60%，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)或?qū)嶒?yàn)綜合考查占40%。

平時(shí)成績(jī)應(yīng)包括：網(wǎng)站中實(shí)驗(yàn)視頻、仿真實(shí)驗(yàn)、微課錄像等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課堂討論及網(wǎng)上討論情況進(jìn)行評(píng)分。

對(duì)于綜合研究設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，根據(jù)查閱文獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)工藝設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析、撰寫論文、課堂討論、網(wǎng)上討論及論文交流等方面進(jìn)行考核評(píng)分。

實(shí)驗(yàn)綜合考查則采用筆試、口試或抽簽選做實(shí)驗(yàn)等方式進(jìn)行考核，依據(jù)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)基本原理及目的、實(shí)驗(yàn)操作步驟、數(shù)據(jù)處理、結(jié)果分析等掌握程度，能否靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)開展綜合、設(shè)計(jì)創(chuàng)新及綠色化等開放性實(shí)驗(yàn)方面的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新能力進(jìn)行考查。

2 應(yīng)用成效好，輻射范圍廣

2.1 積極進(jìn)行課程教學(xué)改革，成效顯著

建立“高分子材料3D打印等技術(shù)的科技服務(wù)及教學(xué)平臺(tái)”，參加“廣東省化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心”、“佛山市綠色建材及節(jié)能減排新技術(shù)工程技術(shù)研究中心”、“佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院功能高分子材料協(xié)同創(chuàng)新中心”的建設(shè)。依托一個(gè)平臺(tái)、三個(gè)中心，課題組積極進(jìn)行教學(xué)改革，參與多項(xiàng)省級(jí)、校級(jí)教學(xué)研究課題，如：參加校級(jí)“優(yōu)質(zhì)課程--高分子材料加工實(shí)驗(yàn)”和“精品資源共享課——“高分子材料加工實(shí)驗(yàn)””等“質(zhì)量工程”建設(shè)項(xiàng)目或教研教改課題12項(xiàng)；獲得校級(jí)教學(xué)質(zhì)量評(píng)估獎(jiǎng)4項(xiàng)；主持或參與教研成果獎(jiǎng)6項(xiàng)；優(yōu)選實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，材料加工實(shí)驗(yàn)教材已升級(jí)到第8版，擬將由化學(xué)工業(yè)出版社出版；發(fā)表教研論文(含中文核心)12篇，如《建設(shè)有地方特色的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心》、《提高材料化學(xué)類專業(yè)生產(chǎn)實(shí)習(xí)質(zhì)量的探索與實(shí)踐》和、《高分子材料加工課程教學(xué)改革與實(shí)踐》，交流會(huì)議論文7篇；校實(shí)驗(yàn)室開放基金6項(xiàng)(其中校級(jí)實(shí)驗(yàn)室開放創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目1項(xiàng))、學(xué)生學(xué)術(shù)基金10項(xiàng)；指導(dǎo)學(xué)生參加作品競(jìng)賽獲獎(jiǎng)12項(xiàng)，其中國(guó)家級(jí)2項(xiàng)、省級(jí)3項(xiàng)。上述高分子材料加工實(shí)驗(yàn)教學(xué)成果在全國(guó)、省市及學(xué)校范圍產(chǎn)生較好的影響。

2.2 不斷探索新實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，為地方服務(wù)

開發(fā)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)--新型相變儲(chǔ)能石膏板的性能研究，于2013年獲“力諾瑞特”杯第六屆全國(guó)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技競(jìng)賽中榮獲三等獎(jiǎng)和獲第七屆廣東大學(xué)生科技學(xué)術(shù)節(jié)活動(dòng)之“南網(wǎng)杯”大學(xué)生節(jié)能減排工業(yè)設(shè)計(jì)大賽二等獎(jiǎng)；課程組成員所指導(dǎo)的學(xué)生在參加廣東省第二屆大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽中，分別獲得二等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)，在第十一屆“挑戰(zhàn)杯”校大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽分別獲一等獎(jiǎng)和三等獎(jiǎng)。

開發(fā)的新實(shí)驗(yàn)--3D高分子材料打印實(shí)驗(yàn)，如：“可生物降解3D打印材料性能評(píng)價(jià)及建模”于2015年4月校級(jí)大學(xué)生節(jié)能減排社會(huì)實(shí)踐與科技大賽中獲一等獎(jiǎng)。通過該綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能利用AutoCAD軟件設(shè)計(jì)塑料各種力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)試樣條、塑料制品和化工設(shè)備等， 3D打印成型并性能測(cè)試。該實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生進(jìn)一步掌握力學(xué)性能測(cè)試方法，有利于高分子材料加工實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，了解多種塑料成型加工方法，提高對(duì)高分子材料性能的認(rèn)識(shí)，解決注塑成型拆卸模具困難、注塑模具和制品更新慢、噴嘴易堵、操作復(fù)雜并存在安全隱患等問題，尤其能解決耗水耗電等。

在探索新實(shí)驗(yàn)的同時(shí)，積極進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，建立高分子材料加工實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站及3D打印科技服務(wù)及教學(xué)平臺(tái)，將新技術(shù)轉(zhuǎn)化到課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，同時(shí)提升了企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新水平，為地方服務(wù)，教學(xué)相長(zhǎng)。

根據(jù)近幾年各班級(jí)的問卷調(diào)查，所選教學(xué)內(nèi)容具有較好的科學(xué)性和實(shí)用性、合理性，能貼近佛山市高分子材料加工業(yè)的生產(chǎn)實(shí)際；學(xué)生對(duì)該課程的滿意度為90 %以上。通過本課程學(xué)習(xí)，為學(xué)生今后從事材料化學(xué)工作和開發(fā)、設(shè)計(jì)新型材料打下一定的基礎(chǔ)。

3 結(jié) 語

將高分子材料加工實(shí)驗(yàn)積極進(jìn)行課程教學(xué)改革，形成集教學(xué)、科研、宣傳、培訓(xùn)、技術(shù)研發(fā)等為一體的團(tuán)隊(duì)；不斷拓展豐富研究創(chuàng)新性和綠色化實(shí)驗(yàn)，形成三個(gè)層次的實(shí)驗(yàn)；加強(qiáng)硬件和文化建設(shè)，建立初步反映MOOCs思想和3D打印等新技術(shù)的網(wǎng)站；通過建立長(zhǎng)期穩(wěn)定的校企聯(lián)合實(shí)踐教學(xué)模式，進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，為服務(wù)地方。通過以上各種途徑，進(jìn)行校級(jí)優(yōu)質(zhì)課程“高分子材料加工實(shí)驗(yàn)”精品課程資源共享課以及佛山市高分子材料3D打印科技服務(wù)及教學(xué)平臺(tái)的建設(shè)，以達(dá)到省級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的評(píng)估要求。

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[15] 沈新元.高分子材料與工程實(shí)驗(yàn)教程應(yīng)用技巧技術(shù)[M].北京:中國(guó)紡織出版社,2010.

[16] 劉方主.高分子材料與工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)教程[M].上海:華東理工大學(xué)出版社,2012.

Sharing Course and 3D Printing Platform of the Macromolecule Materials Processing

LIUYi-lu，GAOYong-hui，YUANYi-hua，ChenXin，ZHOUZi-fan，YEXiu-fang

(College of Science, Foshan University, Foshan 528000, China)

Based on a platform and three centers, the course of Macromolecule Materials Processing Experiment has been reformed actively. Three levels of the experiment have been formed by developing and enriching the environmental friendly and innovating research oriented experiments. A website which can reflect preliminarily MOOCs and 3D printing and other new technology has been established. The preparation before class, and the interactive teaching such as paper communication and discussion，and hardware and culture have been strengthened. The method of experiment examination has been reformed and diversified by establishing the professional experiment testing bank. To serve local industry, the united mode of production-study-research has been established. Through these ways mentioned above, the goal is to establish the boutique resource sharing course of Macromolecule Materials Processing Experiment, and set up a science technology services and teaching platform of 3D printing with macromolecule materials gradually.

macromolecule materials processing; boutique resource sharing course; micro lesson video; MOOCs; simulation experiment; 3D printing; professional experiment testing bank

2015-02-27

2015年佛山科學(xué)技術(shù)學(xué)院《高分子材料加工實(shí)驗(yàn)》精品課程資源共享課(教研(教材)[2015]16號(hào))；2013年廣東省省級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心項(xiàng)目(粵教高函〔2013〕113號(hào))

劉弋潞(1967-)，女，江西南昌人，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事化學(xué)研究與實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。

Tel.：13620139369; E-mail：xiaoxiongweini1@163.com

G 423; G 434

A

1006-7167(2016)01-0195-03