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        《阻燃材料性能與測試》課程建設的實踐與探索

        2020-02-18 11:07:54智茂永劉全義胡再銀
        山東化工 2020年11期
        關鍵詞:阻燃劑高分子知識點

        智茂永,劉全義,胡再銀

        (中國民用航空飛行學院 民航安全工程學院,四川 德陽 618307)

        高分子材料具有輕質、高強度、耐腐蝕、抗沖擊等優(yōu)良性能,在航空、機械、電子電器、建筑等行業(yè)得到了廣泛的應用[1]。在民用飛機制造工業(yè)中,高分子材料應用越來越多,有利于降低飛機本身的重量和減少能源消耗,提高操縱性能[2]。但是,大多數(shù)高分子材料為可燃、易燃材料,增加了飛機的火災危險性,飛機防火技術成為重要研究課題[3-4]。在民航特色課程建設背景下,安全工程和消防工程兩個本科專業(yè)設置了《阻燃材料性能與測試》課程。根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)方案的要求,在學生已經(jīng)掌握燃燒學和普通化學等專業(yè)基礎課的前提下,旨在讓學生系統(tǒng)學習高分子材料的燃燒特性、阻燃基本理論與技術,以及阻燃性能測試方法等內容。圍繞阻燃材料理論知識和實驗儀器操作技能,突出項目式實踐教學,著重提高學生的動手操作技能,培養(yǎng)學生在高分子阻燃材料領域具備從事科研和技術工作的能力。結合講授《阻燃材料性能與測試》課程的教學實踐,探討了該課程的教學內容、教學方法與考核方式等方面的改革與探索。

        1 教學內容建設

        《阻燃材料性能與測試》是一門針對安全工程和消防工程兩個本科專業(yè)開設的專業(yè)課程,涉及知識面較寬,實踐性較強,學習該課程之前需要讓學生具備燃燒學、普通化學等專業(yè)基礎課知識[5]。我校是民航專業(yè)院校,在選擇教材時,除了考慮教材內容的知識性和實用性,課程內容設置上還需要體現(xiàn)民航專業(yè)特色、學科發(fā)展趨勢和課程組的前期研究基礎。我們選用《聚合物燃燒與阻燃技術》(主編:張軍,紀奎江,夏延致)、《阻燃理論》(主編:李建軍,歐育湘)和《燃燒與阻燃實驗》(主編:金楊,張軍)作為參考教材。經(jīng)過課程組多次研討,針對學生的培養(yǎng)目標,結合阻燃材料的發(fā)展趨勢和現(xiàn)有科研資源,確定了課程教學內容,主要分為阻燃材料基礎理論、高分子材料阻燃技術和阻燃材料性能測試方法等三個部分內容。

        1.1 阻燃材料基礎理論

        阻燃材料基礎理論包括高分子材料簡介、阻燃材料和阻燃劑等內容,從高分子材料在人們生產(chǎn)生活中的普遍應用為切入點,通過高分子材料在應用過程中的火災案例,指出高分子材料阻燃的必要性和重要意義,引導學生對課程學習產(chǎn)生興趣。講述高分子材料的定義、結構特點、命名與分類方法,用于民用飛機的高分子材料的種類及性能特點,讓學生對高分子材料的應用(尤其在民用飛機上)有全面的了解。介紹阻燃技術發(fā)展簡史和阻燃高分子材料發(fā)展趨勢、高分子材料的阻燃方法與阻燃機理。

        1.2 高分子材料阻燃技術

        針對目前高分子材料的阻燃技術,講述阻燃劑的概念和分類,重點講授鹵系阻燃劑、無機阻燃劑、有機磷系阻燃劑、膨脹型阻燃劑的阻燃作用、優(yōu)缺點以及應用研究情況。針對民用飛機上應用的環(huán)氧樹脂復合材料和聚氨酯泡沫塑料,系統(tǒng)講解環(huán)氧樹脂復合材料和聚氨酯泡沫塑料的結構、性質、制備方法及阻燃技術,并結合主講教師對聚氨酯泡沫和環(huán)氧樹脂的阻燃技術研究情況,系統(tǒng)地講述課題研究目標、科學技術問題解決思路和實施方案等,為學生后續(xù)從事科學研究和生產(chǎn)實踐提供前期鋪墊。

        1.3 阻燃材料性能測試方法

        阻燃材料性能測試方法分為燃燒性能測試、力學性能測試和結構形貌表征等三個方面。在燃燒性能測試方面,講述熱重分析儀、極限氧指數(shù)儀、水平垂直燃燒測試儀、錐形量熱儀等儀器的測試原理、操作程序、結果分析等。在力學性能測試方面,講述萬能材料試驗機、熱機械分析儀、沖擊試驗機等儀器的使用方法。在結構形貌表征方面,講述紅外光譜儀、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡等儀器測試原理和數(shù)據(jù)分析等。

        2 教學方法探討

        2.1 以案例為載體的啟發(fā)式課堂教學

        在課堂教學過程中,基于案例分析,通過問題研討的形式,合理引導學生多角度思考,理清知識點之間的邏輯關系,掌握相關的知識點和重難點,拓展學習思路,對于激發(fā)學生的學習興趣和培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用。例如在“環(huán)氧樹脂的阻燃技術”部分,結合授課教師從事的科研課題,設置“石墨烯-有機磷阻燃劑的阻燃機理”和“阻燃環(huán)氧樹脂的性能測試方法”討論環(huán)節(jié),給學生一定的思維空間,通過對實際科研問題的深入討論,探尋影響科學問題的主要因素和次要因素,避免傳統(tǒng)的“灌輸式”教學方法,并讓學生在課下收集研讀文獻資料,進一步加深對課堂知識的理解,提高學生的創(chuàng)新思維能力和團隊合作精神。并通過課堂作業(yè)和提問增強學生對所學知識的理解,隨時掌握學生的學習情況,適時調整教學方法,全面提高課堂教學質量。

        2.2 基于研究課題的項目式實踐教學

        為了讓學生更有意義地學習阻燃材料性能測試方法,把全班學生分成若干個小組,要求每個小組設計1個與課程相關的研究課題。依托實驗教學實驗室,學生在教師指導下開展課題研究,掌握課題文獻信息收集分析、實驗設備選型與平臺搭建、實驗操作程序、數(shù)據(jù)分析和課題總結等。在開展項目式實踐教學過程中,通過系統(tǒng)的課題研究,實現(xiàn)將課堂知識點與實驗課題相結合,熟練掌握紅外光譜儀、熱重分析儀、煙密度儀、氧指數(shù)測定儀、錐形量熱儀等測試技術,提高學生實驗動手能力和科研素質,激發(fā)學生學習主動性,培養(yǎng)學生解決問題的能力,起到動手能力訓練和理論知識鞏固的目的。目前項目式教學方法經(jīng)過小范圍試點,教學效果很好,極大地提高了學生的主動性,取得了預期教學目標,后續(xù)將會推廣應用。

        3 多元化考核方式

        《阻燃材料性能與測試》是一門兼顧理論與實踐的專業(yè)課,通過合理設置考核方式和考核內容,著重對學生綜合能力的評價。本課程教學由課堂教學和實踐教學兩部分組成,課堂教學以課堂講授為主,采用多媒體課件、投影等教學手段,適時將案例分析與理論知識點相結合,實踐教學以項目式課題研究為主,通過問題研討、撰寫研究報告等方式實現(xiàn)理論與實踐的有機結合,培養(yǎng)學生的興趣和創(chuàng)新思維能力。考核內容以教學大綱為基準,以教學內容為依據(jù),把握好知識覆蓋面和重難點,側重基礎理論知識、阻燃機理和技術、儀器測試原理和操作程序等知識點,設置較大比例的主觀題,考查學生利用所學知識分析、解決問題的能力。為考核學生對所學內容的掌握程度,課程成績由期末考試成績和平時成績組成,期末閉卷成績占60%,平時成績占40%,平時成績的構成為:考勤及課堂表現(xiàn)占15%,實驗研究報告占15%,作業(yè)完成情況占10%。

        4 結論

        隨著高分子材料在建筑、電器、家具、車輛、民用飛機等領域應用越來越廣,由于具有易于燃燒的問題限制了其應用,提高材料的阻燃性能成為研究熱點。為了滿足社會實際應用需求,在安全工程和消防工程兩個本科專業(yè)設置了《阻燃材料性能與測試技術》課程。該課程涉及的專業(yè)知識點較多,在課程內容設計上,不僅要體現(xiàn)課程內容的適用性,還要結合我校的民航學科特色和阻燃材料的研究趨勢,確定了包含阻燃材料基礎理論、高分子材料阻燃技術和阻燃材料性能測試技術等教學內容。在教學方法上,探討了啟發(fā)式課堂教學和項目式實踐教學,激發(fā)了學生的學習興趣和創(chuàng)新潛能,取得了預期的教學效果,也為學生今后從事科研和生產(chǎn)技術工作奠定了堅實的基礎。

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