【摘 要】針對高分子材料成型加工課程的特點(diǎn)，本文從課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面闡述了高分子材料成型加工課程教學(xué)改革的一些措施。

【關(guān)鍵詞】高分子材料成型加工 教學(xué)改革 課程設(shè)計

【中圖分類號】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）14-0010-02

在高分子科學(xué)的學(xué)科構(gòu)架中，形成了高分子化學(xué)、高分子物理、高分子工程三個基礎(chǔ)性分支學(xué)科，以及功能高分子及高分子新材料兩個綜合性研究領(lǐng)域。高分子材料成型加工屬于高分子工程研究的范疇，高分子工程的主要研究線索是，研究在外場（剪切力、振動力、溫度、壓力等）作用下，高分子的鏈運(yùn)動、相態(tài)及結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律和控制條件，從而發(fā)展聚合物成型的新方法和新技術(shù)。

高分子材料是材料領(lǐng)域的后起之秀，它具有許多其他材料不可比擬的突出性能，在尖端技術(shù)、國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域已成為不可缺少的材料。大多數(shù)高分子材料需要經(jīng)過成型加工才能形成制品，無論金屬、陶瓷、玻璃還是天然材料，沒有哪一種材料能像高分子材料那樣，其最終結(jié)構(gòu)與性能都強(qiáng)烈依賴于加工過程。高分子材料加工過程是控制聚合物制品結(jié)構(gòu)和性能的中心環(huán)節(jié)，內(nèi)容涉及高分子物理、高分子化學(xué)、聚合物流變學(xué)、機(jī)械、計算機(jī)模擬等多學(xué)科，其任務(wù)是了解高分子材料的加工特性，確定最適宜加工條件，制取最佳性能產(chǎn)品，為合成具有預(yù)期性能的高分子材料提供理論依據(jù)。

高分子材料成型加工是高分子材料與工程專業(yè)最重要的專業(yè)核心課程之一。高分子材料成型加工的工程本質(zhì)決定了它是一門多學(xué)科交叉、科學(xué)與工程緊密結(jié)合的學(xué)科。為使學(xué)生建立起大工程的觀點(diǎn)，理解其精髓，本課程的講授會涉及以上諸多學(xué)科的內(nèi)容，要使學(xué)生在有限的學(xué)時內(nèi)掌握這門課的基本內(nèi)容，并且通過對高分子材料成型加工課程的學(xué)習(xí)，具有高分子材料及其制品設(shè)計、生產(chǎn)和研究的科學(xué)思維以及創(chuàng)新研究素質(zhì)，無論對授課老師還是學(xué)生而言都是一個新的挑戰(zhàn)。筆者結(jié)合自身講授高分子材料成型加工課程的教學(xué)實(shí)踐，在課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法等方面提出以下幾點(diǎn)看法。

一 加強(qiáng)課程的橫向聯(lián)系

高分子材料的生產(chǎn)有三大關(guān)鍵要素：適宜的材料組成、正確的成型加工方法、配套的成型機(jī)械及成型模具。要生產(chǎn)出一個有使用價值，能夠利用現(xiàn)有成型設(shè)備進(jìn)行加工的高分子材料制品，必須同時滿足以上三個要素。高分子材料生產(chǎn)三個要素之間相互聯(lián)系、相互影響，是一個不可分割的有機(jī)整體。從這個意義上來看，高分子材料成型加工與成型機(jī)械的聯(lián)系應(yīng)是非常密切的。

高分子材料成型加工與高分子材料成型機(jī)械是高分子材料與工程專業(yè)的兩門專業(yè)基礎(chǔ)課，這兩門課程在本質(zhì)上有密切的聯(lián)系，高分子材料成型加工課程包括原材料樹脂、助劑、配方設(shè)計、成型設(shè)備、成型模具、工藝條件及控制等方面，高分子材料成型設(shè)備課程主要講述不同加工方法所采用的成型設(shè)備，如開煉機(jī)、密煉機(jī)、擠出機(jī)、注塑機(jī)、壓延機(jī)、中空吹塑機(jī)等，從其包括的課程內(nèi)容看，成型加工和成型機(jī)械相互滲透、相互聯(lián)系，也有交叉重疊的內(nèi)容，因此有必要對這兩門課程的教學(xué)內(nèi)容從整體的高度重新進(jìn)行規(guī)劃。

在這個原則的指導(dǎo)下，教師在教學(xué)中可以按照原材料、設(shè)備、工藝這三大要素組織教學(xué)內(nèi)容，從而把兩門課的知識點(diǎn)有機(jī)地融合起來，加強(qiáng)課程的橫向聯(lián)系，打破傳統(tǒng)的教學(xué)模式，培養(yǎng)學(xué)生的大工程觀。如在講授聚氯乙烯（PVC）管材擠出成型工藝這部分內(nèi)容時，教師首先講授擠出所用的原材料配方（PVC樹脂、各種助劑），由于PVC樹脂牌號眾多，不同牌號的樹脂制備方法不同，樹脂的性能也不同，在加工過程中所選用的工藝也會有所差異，因此，教師在開始講授成型工藝時，有必要使學(xué)生具備原材料選擇這個意識。然后介紹管材成型所需的設(shè)備（包括擠出機(jī)類型、機(jī)頭口模、螺桿結(jié)構(gòu)、螺桿組合、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、輔機(jī)）。如在講解螺桿時，可分析各種螺桿結(jié)構(gòu)參數(shù)對成型加工的影響，各種不同混合、混煉元件的螺桿組合所具有的加工特性，并結(jié)合PVC管材生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，講解生產(chǎn)PVC管材所用螺桿的選用原則。在講解擠出機(jī)機(jī)頭口模時，可將機(jī)頭口模流道的設(shè)計、口模類型等涉及成型機(jī)械的內(nèi)容引入課堂中，使學(xué)生掌握有關(guān)機(jī)頭口模設(shè)計的基本原則。最后，講授PVC管材生產(chǎn)的工藝條件及控制方法（螺桿轉(zhuǎn)速、牽引速度、擠出機(jī)及機(jī)頭溫度）及其對制品性能的影響。

教學(xué)內(nèi)容改革是21世紀(jì)高等教育教學(xué)改革的重點(diǎn)，將高分子材料成型加工與成型機(jī)械有機(jī)結(jié)合起來，重新組織課程內(nèi)容既有利于教師的教學(xué)與學(xué)生的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)理論教學(xué)的課堂教學(xué)效果，同時節(jié)約下來的理論教學(xué)課時可用于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新意識，提高在社會上的競爭力，也符合高分子材料加工行業(yè)對本專業(yè)畢業(yè)生所提出來的越來越高的要求。

二 按課程主線組織教學(xué)內(nèi)容

本課程以“材料—成型加工—制品性能”這條高分子材料成型加工的主線組織教學(xué)內(nèi)容，重點(diǎn)了解和掌握高分子材料、成型加工工藝、制品性能三者的關(guān)系；材料的不同與成型加工方法的關(guān)系；同樣的材料用不同的加工工藝方法或加工工藝條件，所得制品的性能為何不同；制品的性能

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* 基金項目：廣東石油化工學(xué)院教育科學(xué)研究基金項目

與材料本身的性質(zhì)有何關(guān)系等，強(qiáng)調(diào)了成型加工對制品性能的重要性，即高分子材料最終的結(jié)構(gòu)與性能強(qiáng)烈依賴于加工過程這一獨(dú)特之處，這是本課程的主題思想——高分子材料的工程特征，教師在教學(xué)過程中，將這一主題思想貫徹始終是本課程教學(xué)的首要目標(biāo)。

在教學(xué)過程中，任課教師應(yīng)將高分子科學(xué)基礎(chǔ)理論與實(shí)際生產(chǎn)和日常用品的例子相結(jié)合，與學(xué)生進(jìn)行分析和討論，啟發(fā)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中牢牢抓住本課程的主題思想。對于聚合物來說，具體結(jié)構(gòu)決定了它的性能，同一種鏈結(jié)構(gòu)的聚合物，由于成型加工條件的不同，分子鏈的排列與堆砌方式會有所不同，從而形成不同的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)，聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不同，制品性能也大不相同。如生產(chǎn)聚丙烯注塑件時，聚丙烯注塑制品最終的物理性能不僅與本身分子量和結(jié)晶性等有關(guān)，而且與注射工藝條件的控制有關(guān)。不同的工藝條件導(dǎo)致聚丙烯具有不同的微觀結(jié)構(gòu)，而微觀結(jié)構(gòu)又直接影響聚丙烯注塑制品的強(qiáng)度、韌性、硬度以及成型加工等性能。如聚丙烯注塑件的光學(xué)性能會受到注射成型條件的影響，聚丙烯注塑件在冷卻過程中，由于塑件不同部位的溫度場、應(yīng)力場的分布不同，從而會造成注塑件內(nèi)不均勻的體積收縮和密度分布，因此嚴(yán)重影響了塑件的光學(xué)性能和力學(xué)性能。這些例子很好地體現(xiàn)了“高分子材料—成型加工—制品性能”這條高分子材料成型加工的主線。

三 對教學(xué)方法進(jìn)行改革

1.多媒體教學(xué)

高分子材料成型加工屬于專業(yè)技術(shù)課，教學(xué)內(nèi)容具有很強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，許多內(nèi)容涉及成型機(jī)械的結(jié)構(gòu)以及具體的操作過程，在學(xué)生大多缺少實(shí)際感性認(rèn)識的情況下，單純依靠文字的板書進(jìn)行課堂教學(xué)，學(xué)生難以理解，教學(xué)效果不理想。因此，課堂講授可借鑒國內(nèi)一些院校的聚合物成型加工精品課程網(wǎng)站的教學(xué)資源來制作多媒體課件，通過結(jié)合所用的教材，有選擇性地將多媒體動畫仿真和圖片資料補(bǔ)充到電子課件中，不斷修改完善課件內(nèi)容，增加課堂信息量，提高教學(xué)效果，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。為了加深學(xué)生對實(shí)際生產(chǎn)過程各種機(jī)械設(shè)備、操作工藝的認(rèn)識，教師可通過收集各種高分子材料成型加工廠的生產(chǎn)視頻，然后在課堂上進(jìn)行播放講解，可增加學(xué)生對高分子材料成型加工工藝的感性認(rèn)識。如在講薄膜的中空吹塑時，大多數(shù)學(xué)生對旋轉(zhuǎn)機(jī)頭的工作方式比較陌生，筆者通過給學(xué)生播放帶有旋轉(zhuǎn)機(jī)頭口模的中空吹塑生產(chǎn)過程，學(xué)生在錄像中可以很直觀地看到旋轉(zhuǎn)機(jī)頭在工作中的運(yùn)行情況，以及旋轉(zhuǎn)機(jī)頭如何調(diào)整薄膜厚度的工作原理，這些都使學(xué)生感受到課本的理論知識并不是枯燥的，它來源于生產(chǎn)實(shí)際，并對生產(chǎn)實(shí)際起到指導(dǎo)作用。

除了在課堂上引入多媒體課件外，教師還可向?qū)W生推薦一些著名的專業(yè)網(wǎng)站，包括美國塑料工程師學(xué)會（SPE）、美國塑料工業(yè)協(xié)會（SPI）、中國注塑技術(shù)論壇、聚合物技術(shù)網(wǎng)等，鼓勵學(xué)生了解加工工程的前沿發(fā)展，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

2.案例教學(xué)

為了提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，經(jīng)常以日常生活中常用高分子材料制品進(jìn)行案例教學(xué)，幫助學(xué)生認(rèn)知高分子材料成型加工的整個過程，如日常用到的筆記本外殼、空調(diào)外殼、排水管、薄膜、泡沫塑料、汽車輪胎等，啟發(fā)學(xué)生去思考，然后進(jìn)行討論，針對常用制品分析所用的原材料、成型方法和工藝，使學(xué)生在看得見、摸得著的實(shí)例中體會所學(xué)知識，這樣的教學(xué)方法提升了學(xué)生學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。在實(shí)際教學(xué)中，教師可給學(xué)生提供一些案例，如某個工廠某批次的注射件出現(xiàn)了應(yīng)力開裂現(xiàn)象，試讓學(xué)生討論分析其中的原因，并提出解決方案。通過課堂討論，學(xué)生從這一案例中可學(xué)到包括原材料、成型方法、成型工藝條件（溫度、壓力）、制品性能（應(yīng)力開裂）在內(nèi)的許多知識點(diǎn)，很好地將高分子材料基礎(chǔ)理論與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，學(xué)生可以充分理解“高分子材料—成型加工—制品性能”這一課程的主題思想。

3.課程設(shè)計

作為大工程觀教育理念的一部分，培養(yǎng)具有敏銳工程師意識的學(xué)生是工科教學(xué)的一個重要目標(biāo)，高分子材料成型加工課程作為一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，可為學(xué)生將來走進(jìn)企業(yè)站穩(wěn)腳跟打下良好的基礎(chǔ)，因此，在教學(xué)中引入項目教學(xué)的理念，讓學(xué)生利用各種校內(nèi)外的資源及自身的經(jīng)驗(yàn)，通過完成給定的工作任務(wù)來獲得知識與技能。本專業(yè)的課程設(shè)計是以高分子材料生產(chǎn)流程為主線，實(shí)現(xiàn)項目教學(xué)，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

設(shè)計內(nèi)容可以典型的通用高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯和聚苯乙烯等）的生產(chǎn)任務(wù)為依托建構(gòu)、設(shè)計出一個高分子材料產(chǎn)品生產(chǎn)項目（包括廠址的選擇、原料選擇、配方設(shè)計、高分子材料加工方法、設(shè)備的選型以及生產(chǎn)成本的核算等）。它有效地解決了傳統(tǒng)教學(xué)中理論與實(shí)踐相脫離的弊端，使理論教學(xué)內(nèi)容與實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容通過課程設(shè)計緊密地結(jié)合在一起。在設(shè)計的過程中，學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)查找大量的資料、數(shù)據(jù)，通過到企業(yè)調(diào)查，掌握了許多第一手資料，在這個過程學(xué)生可以概括性地知道所學(xué)專業(yè)的主要工作內(nèi)容及其在整個生產(chǎn)過程中所起的作用。

四 結(jié)束語

高分子材料成型加工是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)課程。結(jié)合該門課程自身的特點(diǎn)，通過采取加強(qiáng)課程間的聯(lián)系，抓住課程主線教學(xué)、改革教學(xué)方法等措施，力圖改變該課程課堂講授效果不高、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性普遍較低等現(xiàn)象。

在不斷深化教學(xué)改革的過程中，要想使學(xué)生學(xué)有所得、融會貫通，首先應(yīng)提高學(xué)生在高分子材料產(chǎn)品的設(shè)計、生產(chǎn)和研究等方面的綜合應(yīng)用能力，從而培養(yǎng)具有卓越工程師意識的高分子材料專業(yè)技術(shù)人才。

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〔責(zé)任編輯：龐遠(yuǎn)燕〕