《高分子材料成型加工》教學改革與實踐*

王梓民，石海信，陸來仙，張瑞瑞

(北部灣大學，廣西 欽州 535011)

我國經濟社會的發展對應用型人才的需求不斷增加，北部灣大學作為國家“十三五”規劃建設的“應用型本科高校”項目單位和教育部學校規劃建設發展中心“產教融合創新實驗項目”基地院校，其人才培養方式也有著重大轉變。就高分子材料與工程專業而言，專業基礎課程教學需要更強調學科的交叉融合和實用性，使學生具有扎實的基礎科學理論，系統掌握專業相關知識，具備相關工業領域設計、生產、組織管理、產品開發、設備使用維護能力，適應塑料、橡膠、化纖、涂料、黏合劑等高分子領域工業需求，成為具有一定創新創業能力的高級復合型人才[1]。

《高分子材料成型加工》是應用型工科高分子材料與工程專業的必修課程，主要講授高分子材料及配方設計、加工方法、工藝過程、加工工藝原理和設備以及高分子材料的加工性質等內容。課程作為理論到實踐的一個橋梁，使學生能夠理解和掌握高分子材料的加工原理和工藝過程，為學生從事高分子材料及其制品的設計、生產和研究工作打下必要的基礎[2]。課程內容包含課堂講授48學時和實驗32學時，以有機化學、物理化學、化工原理、高分子化學、高分子物理等為前置基礎課程。課程知識面廣、理論要求高、設備操作復雜，學習難度較大。本文旨在從多角度改善教學方式方法，整體提升教學效果。

1 專業課程與基礎課程融會貫通

我校選用唐頌超[3]主編，中國輕工業出版社出版的《高分子材料成型加工》(第三版)為教材，是普通高等教育“十二五”規劃教材，包括高分子材料學、流變學、添加劑、制品及配方設計、原料混煉過程和壓延、擠出、注射、紡絲等成型工藝過程，相關產品涉及塑料、橡膠、化纖、涂料、黏合劑等諸多領域。課程要求學生具備相關的數學、化學、物理等基礎理論知識，同時還要具備操作設備、分析問題的實踐工程能力，教學內容多而復雜。因此，理清各門課程之間的關系，使學生對學科結構有直觀認識和融會貫通，是非常重要的。

圖1 高分子材料與工程專業課程間的關系

以高分子材料與工程專業課程之間的關系為例，針對學生所學的前置基礎課程《高分子化學》、《高分子物理》等部分內容與本教程部分內容交叉重疊的現象，需要從高分子學科結構層面予以分析和解釋，強調化學、物理和工程是學科的基礎，最終達到滿足產品使用性能的要求。讓學生認識到本課程的重要性，從而激發學生的學習積極性和主動性。對于本課程中所涉及的專業知識，也需要及時回顧相關基礎課程的內容，強化學習效果。

2 理論教學與實驗教學相輔相成

《高分子材料成型加工》以理論教學為基礎，輔以適量的專業實驗，強化實踐操作過程并深化對理論知識的認識能力[4]。所開設的實驗內容穿插于理論教學的各章節中，例如，使用熔融體毛細管流變儀測聚合物流動特性的實驗，就要在實驗前回顧理論課的聚合物流變學內容，并在實驗過程中引導學生仔細觀察實驗現象，用實踐檢驗所學理論課程中的公式、原理和方法。課后要寫好完整的實驗報告，要包括實驗時間和地點、實驗原理、設備型號和操作參數、實驗過程、數據處理和實驗結果處理及理論分析。將實驗課當作理論課程的深化過程，并在理論教學中，將抽象的設備圖、工藝流程圖、實驗原理等與實驗操作相結合進行講授，使學生對抽象知識有直觀的體會。

3 注重學生實踐操作能力

應用型大學應該注重學生的實踐操作能力，“學以致用”是最終目的。因此，《高分子材料成型加工》課程教學中，不應強調對知識點死記硬背，而要求較高的理解和領悟能力。對于復雜理論的講授，則更注重推導結果和用途，而不是公式的推導過程，從而使工程應用型人才的培養模式區別于理學人才的培養。在實驗教學中，務必使學生有操作機械設備的經歷(在教師的監督和指導下)，避免紙上談兵、光說不練。只有通過實踐操作，學生才能仔細觀察實驗現象、發現問題并深刻理解相關知識內容。例如，在密煉機操作實驗中，引導學生操作、觀察設備運行時內部溫度變化的異常，提出問題：為什么實際溫度會超過設定溫度，觸發溫度報警器？從而深化理論課程所講授的知識點：物料混煉時，摩擦和擠壓會嚴重放熱。再以此為契機，引導學生進一步思考可以采取哪些方案來解決問題。

4 培養工程意識

本課程教學內容屬于工程學，以培養合格的工程應用型高分子專業人才為導向，培養學生的工程意識。即以解決實際工程問題為出發點，通過逆向思維和發散思維訓練，反推出需要使用的方法、設備和工藝，再設計出技術可行、成本合理、操作簡便的方案[5]。例如，本院的化學實驗室需要一批塑料小藥勺，學習過《高分子材料成型加工》課程的學生，是否有能力以小組的形式設計出實驗方案、制備出相關產品、解決這個問題？這個過程中，需要綜合運用所學知識。首先分析產品的具體需求是什么，硬度要求、尺寸要求、顏色需求、用量多少、成本控制等；再考慮選擇的原料能否滿足上述要求，是選用聚乙烯、聚氯乙烯還是聚丙烯？原料混煉使用開煉機還是密煉機？制備過程使用注塑機還是模壓機？使用螺桿擠出還是活塞擠出？等等問題都需要靈活運用所學知識和技能，綜合考慮全局，才能設計出合理的解決方案，滿足具體需求，這個過程是從工科學生到工程師轉變所必不可少的一個階段。

5 以教學知識點(塑料的工程特征)為例

高分子材料不同于金屬材料和無機非金屬材料，具有獨特的工程特征。以塑料的工程特征為例，進一步分析教學內容的改革和實踐過程。塑料是一類常見的工程材料，在使用性能上具有諸多特征：密度小；拉伸強度和拉伸模量低，韌性較好；熱傳導系數小；電絕緣性能優良；成型加工性能優良；減震消音效果好；具有耐磨和自潤滑性能；耐腐蝕，化學穩定性好；透光性好；著色性好；長期使用性能差；熱膨脹系數大，耐熱性差；容易燃燒。

此知識點內容較抽象，涉及的背景知識也較多，為了讓學生能夠較好地理解和掌握知識點，需要靈活運用上述教學方法。首先，明確塑料的工程特征直接與其使用時的效果相關，需要從產品的特定用途角度出發，通過逆向思維和發散思維，反推出需要使用的原料、方法、設備和工藝。即以解決實際問題為出發點，培養工程意識。例如，生產一種塑料水杯，需要考慮哪些因素？從塑料的工程特征來看，塑料的長期使用性和耐熱性差，而水杯經常要接觸高溫環境，因此在生產過程中要使用防老化劑等助劑；容易燃燒，就要添加阻燃劑等；塑料的熱傳導系數小、熱膨脹系數大，加工時可能存在受熱不均的現象，因此在模具形狀設計、機械設備強化傳熱等方面都有一定的要求；從而與添加劑、聚合物流變學、加工工藝和設備等章節的內容進行融合介紹，同時將高分子化學、高分子物理等的相關基礎知識進行穿插回顧，形成系統化的工程理念。其次，通過分組實驗設計，將知識點與實踐操作相結合，在實踐中深化對理論的認識。學生分組設計出技術方案以后，需要通過原料預混、設備選型、工藝優化等過程，結合實驗課程的內容，使用擠出成型機、注塑機、吹塑機等機械設備，親自動手制造產品。通過對產品的性能分析以及解決生產過程中出現的各種問題，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。最后，通過實驗總結，明確該知識點并不只是抽象的概念，而是與高分子化學、高分子物理、流變學、添加劑、加工設備、操作工藝等課程和相關內容交叉融合，只有全面考慮、綜合運用所學知識才能生產出合格的產品。深化對知識點的理解，形成全局意識和工程意識。

教學效果對比

近年來，我校高分子材料與工程專業181班、191班先后進行了《高分子材料成型加工》課程的學習。其中，191班主要參與了本次教學改革與實踐的全部內容，42人中，80分以上24人，占比57.14%，70～79分10人，占比23.81%，60～69分6人，占比14.29%，60分以下2人，占比4.76%。181班只參與了本次教改的第一部分(專業課程與基礎課程融會貫通)，37人中，80分以上18人，占比48.65%，70～79分15人，占比40.54%，60～69分1人，占比2.7%，60分以下3人，占比8.11%。由此可知，通過理論教學與實驗教學協調同步、強化實踐操作、培養工程意識等途徑，學生的學習成績有了較大提升，主要表現為，80分以上人數占比增加了近9%，班級平均成績也有一定提高。

通過系統化的教學改革與實踐，相比于181班，191班的學習態度、學習能力、學業水平、職業素養都有了較大提升。

學生對課程內容的認識更加深入，表現出濃厚的學習興趣，學習積極性較高。本課程的教學改革與實踐，有助于促進課程模塊化建設、革新教育教學方式、改善教學效果、發展教育理念。

6 結 語

作者近兩年先后在18級、19級本科生的《高分子材料成型加工》教學中引入教學改革的理念和方法，極大地提高了學生的學習積極性，增強了課堂互動，豐富了教學內容，獲得了較好的教學效果。培養合格的應用型工程技術人才任重道遠，相關專業課程的改革和建設還需要持續進行，以滿足社會經濟發展的需要。