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《塑料制品及配方設計》課程理論與實踐教學改革的探索
《塑料制品及配方設計》課程理論與實踐教學改革的探索
楊春林，嚴偉，曾加，羅軍，劉淵
（貴陽學院化學與材料工程學院，貴州貴陽550003）
摘要：結合高分子材料專業的專業特色、社會發展需求及高分子材料專業人才培養的目標，本文對塑料制品及配方設計課程理論教學及實踐教學的改革進行了探索，對該課程的教學方法和手段進行了探討，使學生全面掌握塑料制品及配方設計工藝，培養和提高學生的綜合素質。
關鍵詞：塑料制品；配方設計；理論；實踐；教學改革
基金項目：貴陽學院2014年度院級教改項目（校教發【2014】20號）
作者簡介：楊春林（1977-），男，講師，碩士。
從事高分子材料專業學習的學生知道，“高分子成型加工”、“高分子物理”和“高分子化學”，共同構成了高分子材料專業的三大主干基礎課程。而“塑料材料與配方設計”是高分子材料與工程專業成型加工分支下一門重要的專業課程，對合成樹脂及塑料助劑的深入了解，正確的選用塑料原料和塑料助劑，合理的進行配方設計，在塑料成型加工過程中至關重要，也是獲得品質優良塑料制品的技術保障。然而，“塑料材料與配方設計”在課程教學環節中，只是片面的理論介紹涉及某一材料的某一性能，大部分同學覺得課堂內容比較單一，理論性過多，實踐性較少。鑒于以上不足，為了培養和提高學生理論聯系實踐的能力，適應目前社會對高分子人才的實際需求，力求學生能在較短的時間內掌握該課程的教學內容，特別是課程理論與實踐教學有效的結合學習，改變傳統的教學模式，本文從以下幾個方面的教學改革進行了有效的探索。
一、圍繞人才培養目標，夯實課程建設的教學改革探索
立足貴陽學院的人才培養目標———“突出實用、服務本地”，緊扣《貴州省新材料產業“十二五”發展規劃》中涉及的高分子材料人才培養方向領域，我校根據具體情況和要求，對專業人才培養方案進行了認真地討論，不斷完善課程的教學大綱與基本要求，力求符合實際的需求。材料科學與工程本科生的課程和教學大綱應主要集中在材料科學與工程的四個基本要素———合成和加工、結構、性質、使用性能及其相互關系[1]。“塑料材料與配方設計”課程以每種塑料材料的合成、結構與性能關系、加工性能、應用性能、成型方法、改性以及最新的發展狀況等角度，完整地將通用熱塑性塑料、工程塑料、熱固性塑料展現在每位高分子專業學生面前，從而使學生可以完整、全面地了解每種塑料材料以及各種助劑的功效、添加量、作用機理和最新發展狀況。目的是使學生掌握高分子材料加工助劑的概況、合成、作用機理及其應用，重點掌握塑料增塑劑、抗氧劑、熱穩定劑和阻燃劑的結構特點和作用機理，了解其結構與性能之間的關系，熟悉塑料制品實際應用配方設計。力求緊扣工程應用型人才培養的目標和工程實際，從應用型本科生學習的實際出發，重視理論與工程實際的結合，突出應用性較強的內容，有利于工程應用。通過該課程的學習，再配以一定的配方設計方法的講授，為培養高素質應用型人才，提高學生綜合素質打下堅實基礎。
二、完善教學內容的教學改革探索
1.教學內容與專業特色相結合。“塑料材料與配方設計”是我校高分子材料專業一門重要的專業課，根據在以往的教學過程中的觀察與經驗，教學多采用傳統模式，課程具有與物理化學聯系密切、抽象概念多等特點，大多數學生覺得課堂內容難以理解，不感興趣，喪失學好該課程的信心，然后就逐漸厭學甚至放棄學習。該門課程的授課對象是大學三年級的學生，處于這個時期的學生學習興趣和學習熱情處于整個大學的全盛時期，求知欲強，精力充沛。面對這樣的學生，如何有效地利用他們的求知欲，激發起學習該課程的興趣，并針對他們的缺點，制定行之有效的方法及對策，使其通過該門課程的學習，培養起運用創新教學理念、聯系科學研究和提高解決實際問題的能力，是值得我們教學工作者思考并認真對待的問題。
如何圍繞塑料制品的化學組成、結構及聚合方式、添加劑及其配比以及成型加工工藝、工藝條件及其控制、成型設備等知識內容對學生開展有效教學是一個重中之重。教學內容必須與專業特色有效結合，在向學生傳授課程理論基礎知識的同時，又要圍繞當前貴州省高分子材料人才培養領域涉及的塑料成型加工新技術、新發展方向進行有效的結合介紹。遵循高分子材料的成型加工基本原理，著重對新的成型加工工藝進行研究，尤其是通用塑料與工程塑料的成型加工區別。在日常教學過程中，將高分子材料基礎理論與實際日常生活中常見塑料制品的例子相結合，開展與學生的分析和討論，啟發學生在學習過程中牢牢抓住本課程的主題思想。例如：在介紹五大通用塑料制品尤其是PVC制品生產時，介紹了生產PVC軟硬制品過程中各類助劑的選擇及添加量控制，合理的配方設計，不同的成型加工方法，以及不同成型工藝生產的制品具有不同的特殊性能，應用的不同的場合，讓學生掌握“高分子材料－成型加工－制品性能”三者之間的關系。
2.教學內容與科研實踐相結合。“塑料材料與配方設計”課程教學內容應與教師科研實踐有效結合，使兩者達到互助互促的作用，以科研促進教學發展，將教師科研工作有效融入到教學實驗中，體現教學與科研的互動，提高學生分析問題、解決問題、實驗操作和使用計算機軟件的能力。例如：塑料制品的增韌途徑有多種方法，可將教師科研課題與相關課程知識相結合來進行教學，如聚合物納米復合材料對塑料增韌的影響，尤其是近年來較熱門的稀土偶聯劑的研究，在增加粒子與基體樹脂結合力的同時，兼顧一定的內潤滑作用等，可以鼓勵感興趣的學生參與到教師的科研實驗中來，學以致用，加強對知識點理解的同時，拓寬視野，鍛煉科研及動手能力。
三、豐富教學方法的教學改革探索
1.傳統與先進多媒體輔助、計算機技術運用等教學手段相結合。傳統的教學手段———板書由于其單調、枯燥的特點已不能完全適應當前的教學要求，而多媒體輔助———PPT教學使原本量大、抽象、復雜、枯燥無味的理論知識，通過形象、生動、直觀的圖文并茂形式表現出來，調動了學生的積極性和學習興趣，便于學生對知識的理解和掌握[3]。比如通過多媒體電子課件輔助教學，對于高分子塑料制品成型加工過程中塑料助劑的作用機理的演示以及擠出成型、注射成型等成型加工過程的演示，更加直觀和生動，利于學生對理論知識的進一步掌握。塑料配方設計是指確定配方中各種助劑加入量的方法。一個塑料配方中往往包括增塑劑、熱穩定劑、抗氧劑、光穩定劑、潤滑劑、填充劑、阻燃劑等多種添加劑。多種助劑的合理搭配，通過利于計算機技術（word、cad）來對配方設計進行科學地設計，有效地減少了實驗次數，節省實驗時間，使配方設計更加準確、快速，達到事半功倍的效果。
2.教師理論實踐指導與學生自主學習相結合。在理論教學中，我們知道塑料配方設計的方法有兩種：一種是單因素變量配方設計法；一種是多因素變量配方設計法。在課程理論教學過程中，尤其是正交設計法介紹環節，我們在教學中采用重點難點教師講授、學生自主學習的方法。學生自主學習之后，采用課堂提問的方式以檢驗學生自主學習的學習成果，讓學生了解正交設計法的使用特點，掌握多因素變量的實驗方法，優化出最佳配方。學生具有較強的學習興趣和能力，通過教師理論指導與學生自主學習相結合，我們將學生能力激發出來，使學生的學習變被動為主動，從而收到事半功倍的教學效果。在實踐教學中，秉承貴州省的綠色發展觀念，保護自然生態環境，走節能減排可持續發展之路，在塑料制品成型加工及廢舊塑料回收及再生利用中，始終貫徹綠色生態理念，對日常生活廢棄塑料，譬如食品包裝、各類飲料瓶、儲存容器及薄膜等塑料制品，有意識地進行分選挑撿，改性再生利用，將實驗課程內容涉及到的包括塑料的混煉，塑料的雙螺桿擠出成型、注射成型等各種加工方法工藝，通過相容性混煉技術來進行廢舊塑料的再生利用。比如：回收的PP耐應力開裂性能較差且低溫脆性較大，可選擇回收HDPE及LLDPE制備再生共混物，也可以回收農膜與PP制備合金，利用適當設備經過混煉實施。這既增加了學生的實踐操作能力，又培養了綠色環保創新意識。同時，成立課外實踐興趣小組，讓學生充分調動主觀能動性，開展探討思考，與教師共同討論分析，提出解決思路，找出解決問題辦法，提高學習興趣和逐步培養科研創新能力。
3.企事業工廠參觀學習。本專業目前與貴州省材料產業技術研究院、龍里藍圖新材料公司等企事業單位建立了良好合作關系，建立了實習基地。通過與這些合作企業的協作，學生可以現場實地對各種成型加工所涉及的原料處理、設備、工藝流程、質量控制等實際生產過程進行近距離的感受，讓學生們了解橡膠和塑料加工過程使用的原材料、工藝方法及工藝流程以及生產過程中所使用的儀器和設備。將知識與生產進一步聯系和認識，毋庸置疑對學生有了很大的幫助。
比如：參觀塑鋼門窗加工工廠時，講解員詳細地向學生介紹了加工車間的工作情況及以聚氯乙烯樹脂為基本原料進行成型工藝的加工流程。通過參觀，每一個學生都受益匪淺，知道了PVC，這也為我們以后專業方向的選擇和學習打下了良好的基礎。
隨著市場對塑料制品需求的不斷擴大以及塑料工業的高速發展，培養出高素質應用型人才，使其具備更加牢固的知識基礎，更加靈活地運用知識的能力，成為當務之急。本課程通過幾個方面的課程理論與實踐教學改革，極大地調動了學生的學習興趣，提高了學生的邏輯推理能力以及分析問題和解決問題的能力，在培養學生的積極自主學習能力、配方設計能力、實踐能力等方面都取得了良好的效果。
參考文獻：
[1]美國國家研究委員會。90年代的材料科學與工程———在材料時代保持競爭[M].中國航空工業總公司北京航空材料研究所，航空信息中心，譯。北京：航空工業出版社，1992.
[2]周達飛，唐頌超。高分子材料成型加工[M].北京：中國輕工業出版社，2000.
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