《聚合物加工與成型原理》課程改革初探

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(臨沂大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，山東 臨沂 276005)

自從1870年實(shí)現(xiàn)了硝化纖維塑料的工業(yè)化生產(chǎn)，高分子材料經(jīng)過(guò)短短一百余年的發(fā)展，已經(jīng)成為人類生產(chǎn)生活中不可或缺的一類材料。通常高分子材料可以分為塑料、橡膠、纖維，此外還包括了膠黏劑、涂料以及新興的功能高分子材料。完整的高分子體系應(yīng)該包括兩個(gè)部分，即高分子樹(shù)脂的合成、高分子制品的成型加工。其中高分子制品成型加工是連接高分子理 論和實(shí)際使用制品的紐帶，在高分子專業(yè)的教育體系中占有極為重要的地位。《聚合物加工與成型原理》是高分子材料方向本科學(xué)生的一門(mén)專業(yè)必修課程，該課程需要學(xué)生具備高分子化學(xué)、高分子物理、部分機(jī)械設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)，是涉及到多學(xué)科交叉的綜合性課程。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，需要學(xué)生既掌握一定的理論基礎(chǔ)，又要具有能勝任實(shí)際生產(chǎn)所需的實(shí)踐動(dòng)手能力[1-2]。作者在實(shí)際的教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，盡管學(xué)生已經(jīng)系統(tǒng)學(xué)習(xí)了高分子化學(xué)和高分子物理的相關(guān)內(nèi)容，但是在學(xué)習(xí)本門(mén)課程的過(guò)程中仍然無(wú)法及時(shí)的接受理解相關(guān)知識(shí)。對(duì)理論知識(shí)掌握較為困難，無(wú)法明確其實(shí)際意義；在實(shí)踐環(huán)節(jié)中無(wú)法有效的與理論知識(shí)進(jìn)行結(jié)合。因此有必要對(duì)本門(mén)課程的教學(xué)方式進(jìn)行反思和探討，以期探索出有益于學(xué)生切實(shí)掌握本門(mén)課程、具備實(shí)際實(shí)踐能力的教學(xué)方法[3-4]。

1 課堂教學(xué)改革

本門(mén)課程要求學(xué)生具備必要的物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)、高分子化學(xué)以及高分子物理等相關(guān)知識(shí)，是一門(mén)綜合性和實(shí)用性極強(qiáng)的課程。主要講授高分子材料的可加工性、高分子的流變性能、物料配方的設(shè)計(jì)與助劑的作用、成型物料的混合以及高分子材料的成型設(shè)備、原理和工藝等，內(nèi)容復(fù)雜龐大。因此在講授理論課時(shí)，一定要牢牢的把握住高分子材料-成型加工-制品性能這條主線。從三個(gè)方面講授，首先助劑的作用、配方的設(shè)計(jì)以及物料的混合分散機(jī)理；其次是物料的成型加工設(shè)備、成型原理以及成型工藝；最后是成型過(guò)程中物料的物理化學(xué)變化以及成型工藝對(duì)最終制品性能的影響。在授課過(guò)程中，不能采用滿堂灌的方式，而應(yīng)該采用啟發(fā)式的教學(xué)方法，讓學(xué)生主動(dòng)思考。比如在講授助劑一章時(shí)，通過(guò)舉例熱水壺長(zhǎng)時(shí)間使用后，外層的塑料皮會(huì)變脆，啟發(fā)學(xué)生思考該現(xiàn)象的原因，從而引出塑料老化的現(xiàn)象。進(jìn)一步的，如何改善塑料老化，自然的引出塑料助劑中防老劑的概念和使用；在講授高分子材料蠕變現(xiàn)象時(shí)，舉例雨衣長(zhǎng)時(shí)間掛在衣架上，會(huì)發(fā)生雨衣變長(zhǎng)的現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生為何會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，從而引出蠕變的概念和實(shí)質(zhì)。作者在實(shí)際教學(xué)中利用這種聯(lián)系實(shí)際的啟發(fā)式教學(xué)，在學(xué)生中反響很好，授課效果得到了提升。

此外，在理論課教學(xué)中，要充分重視多媒體教學(xué)的重要性。由于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，手機(jī)成為人們生活中不可或缺的工具，課堂上學(xué)生玩手機(jī)的現(xiàn)象也屢禁不止，大大影響了課堂的紀(jì)律和授課效果。作者在課堂中引入了清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的雨課堂工具，通過(guò)微信將課件推送到學(xué)生手機(jī)屏幕，并且利用雨課堂進(jìn)行課堂隨機(jī)測(cè)試，將手機(jī)從課堂教學(xué)的敵人轉(zhuǎn)變?yōu)閹褪郑媸謾C(jī)的學(xué)生變少了，課堂氣氛也比較活躍，收到了良好的授課效果。

多媒體動(dòng)畫(huà)在本門(mén)課程的授課中具有極為重要的地位，在講授相關(guān)章節(jié)時(shí)，可以適當(dāng)?shù)囊雱?dòng)畫(huà)，直觀的向?qū)W生展示成型加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)組成、工作原理。尤其是在講授真空吸塑、中空吹塑等二次成型技術(shù)時(shí)，該類成型設(shè)備價(jià)值較高，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室不具備相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，而通過(guò)多媒體動(dòng)畫(huà)可以讓學(xué)生更好的理解這類成型加工設(shè)備的工作原理。

總之，在理論課講授的過(guò)程中，首先要讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)到本門(mén)課程的特殊性，具有極強(qiáng)的實(shí)用性；然后要讓學(xué)生能夠牢牢的把握住高分子材料-成型加工-制品性能這條主線，重點(diǎn)理解高分子加工不是簡(jiǎn)單的操作，成型工藝、配方的設(shè)計(jì)、物料的混合分散都會(huì)影響到制品的最終性能，而根據(jù)制品的性能又可以反過(guò)來(lái)對(duì)成型工藝、配方設(shè)計(jì)等進(jìn)行優(yōu)化指導(dǎo)。使學(xué)生能夠真正的融會(huì)貫通、舉一反三；最后要與時(shí)俱進(jìn)，采用先進(jìn)的教學(xué)方法，最大限度的調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的積極性，真正的由教師教轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生主動(dòng)學(xué)。

2 實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課程的設(shè)置和改革

如前所述，本課程是一門(mén)實(shí)用性極強(qiáng)的課程，十分貼近實(shí)際生產(chǎn)；學(xué)生也需要通過(guò)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程來(lái)熟悉掌握理論知識(shí)，真正的做到理論聯(lián)系實(shí)際。因此也需要對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行改革。

2.1 實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置和改革

由于理論課程安排的原因，往往在授課的前期講授的是高分子的可加工性、流變性能等，在后期才會(huì)涉及到助劑的使用及配方設(shè)計(jì)、各種成型工藝，因此在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的時(shí)候需要注意與理論課程的銜接。實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)設(shè)置在學(xué)期的后半段，即先講授理論課程，隨后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安排上需要注意項(xiàng)目的前后銜接，以往安排相關(guān)實(shí)驗(yàn)時(shí)很少考慮前后項(xiàng)目的相關(guān)性。例如作者所在學(xué)院首先安排雙螺桿擠出造粒實(shí)驗(yàn)。通過(guò)給定配方進(jìn)行PP物料的混合，隨后在雙螺桿擠出機(jī)造粒；第二、三個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行造粒產(chǎn)品的熔融指數(shù)的測(cè)定、轉(zhuǎn)矩流變性能測(cè)試，第四個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排單螺桿擠出機(jī)擠出棒材，并進(jìn)行產(chǎn)品的力學(xué)性能和熱性能的測(cè)試，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠真正的理解加入助劑的作用和實(shí)際效果，對(duì)原料和制品的性能測(cè)試有全面的了解。此外，除了最基本的單項(xiàng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，例如雙螺桿擠出造粒實(shí)驗(yàn)、注射成型實(shí)驗(yàn)，為了幫助學(xué)生系統(tǒng)的掌握所學(xué)的理論知識(shí)，還需要開(kāi)設(shè)綜合性的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，例如作者所在學(xué)院開(kāi)設(shè)了聚丙烯增韌改性綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、PC合金綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及塑料的填充改性設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。要求學(xué)生3～5人一組，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，自行查閱相關(guān)資料，通過(guò)助劑的選擇、配方的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)，形成實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮托阅苤笜?biāo)要求；再根據(jù)確定的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行物料的配制混合，選擇合適的成型方法，確定成型參數(shù)，得到最終制品。隨后對(duì)制品進(jìn)行詳細(xì)的性能指標(biāo)測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果有針對(duì)性的改進(jìn)配方設(shè)計(jì)或成型工藝，最終確定最終實(shí)驗(yàn)方案并得到符合實(shí)驗(yàn)要求的制品。通過(guò)這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，能夠使學(xué)生系統(tǒng)全面的理解掌握常用助劑的性能和使用方法、物料的混合配制、常見(jiàn)成型設(shè)備及生產(chǎn)工藝、制品的性能測(cè)試等，將所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)際操作有機(jī)地結(jié)合起來(lái)。

2.2 實(shí)習(xí)實(shí)踐基地的建設(shè)

不管是理論教學(xué)還是實(shí)驗(yàn)教學(xué)，最終的目的都是為了讓學(xué)生能夠做到理論聯(lián)系實(shí)際，真正的將所學(xué)知識(shí)融入到實(shí)際的生產(chǎn)當(dāng)中，而學(xué)校的性質(zhì)和有限的場(chǎng)地、實(shí)驗(yàn)條件無(wú)法為學(xué)生提供真正的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，因此針對(duì)本門(mén)課程的實(shí)習(xí)實(shí)踐基地的建設(shè)也十分重要。

作者所在的臨沂地區(qū)地理位置優(yōu)越，塑料加工行業(yè)在這里分布眾多，具有數(shù)量多、類型多的特點(diǎn)。學(xué)院因地制宜，也為了響應(yīng)新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程，積極的與當(dāng)?shù)乇姸嗨芰霞庸て髽I(yè)進(jìn)行聯(lián)系，成立了多個(gè)教學(xué)實(shí)踐基地，包括山東中魯管業(yè)有限公司、山東沃爾新材料有限公司等，安排學(xué)生在第七學(xué)期、第八學(xué)期進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)和畢業(yè)實(shí)習(xí)。通過(guò)在企業(yè)實(shí)習(xí)，能夠使學(xué)生了解完整的聚合物加工工藝過(guò)程，包括原料的檢測(cè)、物料的配制混合、模具的設(shè)計(jì)、設(shè)備的種類、成型過(guò)程以及產(chǎn)品的檢測(cè)，能夠接觸并理解各種聚合物加工工藝，例如管材的擠出、物流托盤(pán)的注塑、PVC膜的壓延等，能夠接觸了解行業(yè)的前沿信息等。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，《聚合物加工與成型原理》課程作為一門(mén)綜合性實(shí)用性很強(qiáng)的課程，應(yīng)該如何進(jìn)行教學(xué)，作者根據(jù)近幾年自身的教學(xué)體會(huì)，提出了相關(guān)的看法，在今后的教學(xué)中也會(huì)繼續(xù)根據(jù)時(shí)代的發(fā)展和學(xué)生的學(xué)習(xí)情況不斷的進(jìn)行優(yōu)化，培養(yǎng)出綜合素質(zhì)優(yōu)秀的高分子材料學(xué)生。