高分子材料成型原理与工艺课程教改研究

张 军，樊冬娌，陆亚清

(南通大学 化学化工学院， 江苏 南通 226019 )

高分子材料成型原理与工艺课程属于高分子材料加工工科体系中必不可少的一门课程，该课程从实用的角度出发，介绍了高分子材料成型加工所涉及的基础知识，包括高分子材料加工性能、流变性能、物料的混合和分散等基本加工原理及概念；
详细介绍了热塑性塑料挤出成型和注塑成型、热固性塑料压制成型、压延成型和塑料二次成型的成型原理及工艺；
介绍了橡胶加工原理和成型工艺；
介绍了塑料的其他成型技术、合成纤维的纺丝及后加工，以及高分子基复合材料的成型加工工艺；
还简单介绍了主要加工设备的结构、工作原理及主要参数等。课程属于兼顾原理以及工艺体系的应用基础课程。

该课程改革提出的背景在于我国高等教育的人才培养模式正在逐步从“专业型“向”学科型“转变。自1998年起，20多年来教育部关于材料类专业设置的调整，使得高分子材料与工程专业步入了以材料科学与工程“大学科”为基础，按照二级学科专业培养人才的新阶段。课程进行相应教学改革的目的正在于顺应新的培养模式，培养出能在高分子材料的成型加工和改性等领域从事科学研究、技术开发、工艺和设备设计、生产及经营管理等方面工作的高级工程技术人才。

近年来，随着我校高分子材料与工程专业课程体系的不断调整，专业课程学时也在精简，其中高分子材料成型原理与高分子材料加工工艺学这两门课程在教学内容上出现一定的重复，同时两门课程所占的学时均较大，因此在课程调整时将这两门课程合并为高分子材料成型原理与工艺一门课程进行教学，这就在原先分别偏重理论与偏重实践的两门课程中需要找到一个平衡点，使教改后的课程兼顾理论与实践，这就需要教师在该课程的教学内容、教学方法、教学手段及配套实践等环节进行相应的改革，确保能够提升课程质量，培养高分子优秀工科人才。

高分子材料成型原理与工艺这一课程是在高分子材料成型原理与高分子材料加工工艺学这两门课程合并的基础上新开设的，虽然前两门课程在内容上有一定的重复，但是合并后的教学内容仍然超出单一课程的体量，在这种情况下，仅仅做一个简单的课程内容合并是没有办法和相应教学时长所匹配的，因此需要教师对教学内容进行优化调整。

1.1 模块化教学的使用

对于工科教学体系来说，理论知识的讲授内容要以“实际、实用、实践”为原则：综合知识，分块教学[1]。《高分子材料成型原理与工艺》课程按照模块化教学要求可分为五个模块理论：聚合物加工的理论基础、聚合物加工过程的物理和化学变化、塑料的成型加工原理与工艺、合成纤维的成型加工原理与工艺、橡胶的成型加工原理与工艺。每一个大型知识模块下再次进行相应的知识点二次分切，形成小型的知识模块，如塑料的成型加工原理与工艺，就可以再次分切为热塑性塑料成型原理与工艺、热固性塑料成型原理与工艺和塑料二次成型的成型原理与工艺这三个模块，在此基础上还可以继续细化，如热塑性塑料成型可以分为热塑性塑料挤出成型原理与工艺和热塑性塑料注塑成型原理与工艺模块。通过这逐级的细化既便于授课教师进行备课与参考书推荐，同时重点突出，学生在学习过程中也会有明确的脉络，无论是教还是学经过模块化处理后都体现出化繁为简，有迹可循的特点。通过这样的处理，达到“必需和适用”的教学杠杆，同时实践相关的知识将得到更好的体现[2]。

1.2 教学布局的改进

课程经过合并后，需要教师积极探索不同章节间的内在联系，在模块化处理的基础上大胆的对模块进行再次组合，打破原先教材中的一些章节，以知识点模块之间的相互联系为抓手，重新将教学内容的布局进行调整[3]。比如塑料成型原理与工艺模块下的热塑性塑料成型原理与工艺模块和热固性塑料成型原理与工艺模块，在成型的原理与工艺中，注射和挤出的部分就存在原理上的相近，工艺上的相似，区别是加工对象的固有性质不一致，在这种情况下，完全可以将两者的小模块进行合并，由热塑性和热固性既为区分、又找相似，在教学中可以设置师生互动环节来进行知识点上的互通，这样就能同时实现教学重点的体现、学时的精简以及教学效果的提升。

1.3 教学与科研相结合

高分子材料成型原理与工艺课程的知识更新十分快，它是随着目前新材料的研究而不断更新的一门学科，如纳米材料的研究促成了静电纺丝技术的产生及更新，体型结构及降解材料的需求带出了反应注射成型等多种成型技术，新的技术及方法有的尚未及时成书，这就需要教师及时的在自己研究或文献查阅的基础上进行归纳总结，将前沿的、更具有代表性的成型原理与工艺介绍给学生，帮助学生拓宽视野，真正做到来源于书本又优于课本。

另外，从高校的教学研究结合角度来讲，及时的将本科学生代入科研项目的研究流程中，也是一个增加学生感性认识，提升其实际应用能力的良好途径[4]。对于高分子材料成型原理与工艺课程来说，实践所获得第一手感性认知也是十分重要的。

高分子材料成型原理与工艺这一课程是两门课程合并而来的，知识涵盖了偏于抽象理解的成型理论基础，又有偏于实践操作的加工工艺，这时传统的纯粹板书教学及以教师为课堂绝对主体的教学方式已经无法满足课程的最终培养目标，也无法培养出综合素质人才，因此需要在教学方法上也进行相应的改革。

2.1 多媒体教学

多媒体教学一直以来都是高校教学一直提倡的[5]，在本课程中其重要性更加明显，学生在学习到基础理论知识之后需要快速将理论(高分子材料成型原理)与实践(高分子材料加工工艺学)结合起来，这一快速转化除了教师在课堂上的讲述之外，利用多媒体及实物将抽象空泛的概念转化为直观可视的图、动画、工厂生产视频、产品实物、实物应用等一系列可看可触的现实，这就能够超出启发思维的范畴，能够让学生在知识学习的过程中坐上“直通车”，快速将知识吸收。

2.2 课堂效率的提升

课堂教学过程中需要学生更多的参与进来，这就要求课程设计课堂互动，有完整的“回顾——启发——引导——讲授——总结”的课堂经过，对于本课程来说，课堂互动环节穿插了课程的始终，围绕着“原理——工艺——产品”，“新旧加工体系模块”，“加工体系模块之间的联系与区别”等一系列知识点展开。同时，适量的布置学生的自学环节也能够提升课堂学习效率。

2.3 兴趣小组的拓展

教学与科研相结合始终是高校课堂教学手段的一个重要组成，在前文中一提过教学与科研结合，但不是每一个学生都有兴趣参加相对知识要求高的科学研究，这时候可以根据学生对日常的产品提出加工设想，组建兴趣小组，这些兴趣小组相对松散，在专业教师的带领下开展“文献检索——方案设计——讨论定稿——加工——成品”的这一类研究，这类兴趣小组活动不强调其过程的科技含量，但其基于学生兴趣出发，有专业教师的指导和专业设备的硬件支持，能够锻炼学生的动手能力并使其较好的掌握科技研究过程及常规产品生产过程，也是对课堂知识的一种补充。在小组活动过程中，参加的学生对兴趣小组全部都能够集中较多的精力并体现出坚持到底的科研精神。

实践教学是高等教育培养方案里的重要版块，是培养大学生实践能力的重要途径[6-7]。本课程因受到学时的限制，没有办法在课内再进行大量的实践环节设置，但是单独设置了与课程紧密相关的实践环节。

3.1 大型加工实验的设置

在本专业的培养计划中有两周的专业大型加工实验，该实践环节的设立需要学生运用基础理论、进行问题分析、提出解决方案、动手验证，经过不同的产品如塑料件、单丝、橡胶体的配方设计、加工方案设计、测试分析方案设计——按设计计划实施——测试所制备的产品——按产品级别进行产品处置这一系列的环节，既让学生全程参与、体现学生为主体的实践理念，又使其对现代加工企业的实际增加感性认识，该环节属于综合性、设计性的实践过程。专业目前已经能够开展塑料、橡胶、单丝、涂料、胶黏剂等专业相关材料的制备及分析测试，给予了学生更多的选择。

3.2 虚拟仿真实践的设置

虚拟仿真是近年来为了提升学生感性认识同时减少安全隐患的一个重要实践环节。在去企业现场实践的基础上，专业自2019年开始就针对一些学生感兴趣、用得到，但是却无法进行操作的一些加工环节进行虚拟仿真，比如大型单丝加工、聚合物聚合控制等，经过虚拟操作，能够让学生熟悉实际的操作环节，深入理解相关的理论基础，也是课程常见的实践环节的重要补充。

高分子材料成型原理与工艺这一课程对理论教学和实践应用教学都提出了较高的要求，同时也是专业基础课程中重要的一个组成，这就需要在今后的教学中不断改进教学方法，紧跟科技前沿，与时俱进，为培养复合型工科人才打下坚实的基础。