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[摘要]高分子制品已經滲透到我們日常生活和工業領域的各個方面。高分子科學已經發展成為一門獨立的學科，與其他傳統學科不同，它既是一門基礎學科也是一門應用學科。目前，國內近200所高校開設了高分子材料科學與工程專業，“聚合物成型加工原理”理論課和“聚合物成型加工原理”實驗課是該專業的主干課程，在高分子材料專業人才培養中發揮著至關重要的作用。筆者作為擔任此課程的主講教師，具有十余年的教學經驗，在理論和實驗教學過程發現“聚合物成型加工原理”理論課中涉及到的實驗的內容不能夠有效支撐理論教學，“聚合物成型加工原理”實驗課也沒有和理論教學內容相關聯等問題。這不僅不利于學生對“聚合物成型加工原理”所涉及到專業理論知識的理解和掌握，而且會導致學生對后續專業課程學習失去興趣，甚至可能影響到學生的動手創新能和科研能力的培養。鑒于此，本文提出從“迷你”聚合物成型加工儀器研發的角度來解決理論教學和實驗教學不能相互支撐的問題，以期為國內高校在“聚合物成型加工原理”理論課和實驗課的建設提供借鑒。
[關鍵詞]“迷你”儀器；高分子材料；聚合物成型加工；教學改革
目前，高分子材料已被廣泛應用于生活、生產、科研和國防等各個領域，成為我國科學研究的一個重點領域，并已經成為我國眾多高校開設高分子材料專業的驅動力[1]。鄭州大學“資源-材料”為國家“雙一流”建設學科，擁有橡塑模具國家工程研究中心、材料成型與模具技術教育部重點實驗室、材料科學與工程國家級教學實驗中心等國家和省部級科研教學平臺。鄭州大學(原鄭州工業大學)高分子成型加工與模具專業方向創辦于1995年，由申長雨院士倡導組建而成的，在辦學過程中將“聚合物成型加工、成型機械、成型模具、高分子材料以及橡膠加工”等專業知識有機融合，形成以高分子材料成型加工與模具為特色的《聚合物成型加工原理》理論課和《聚合物成型加工原理》實驗課這兩門主干專業課。依托學科和平臺優勢，該專業方向在高分子材料成型工藝、高分子成型裝備、成型模具、模流分析等方面取得了豐碩的教學科研成果，為高分子材料成型加工行業培養了大批優秀的專業技術人才。筆者作為已擔任鄭州大學高分子專業的“聚合物成型加工原理”理論課程十余年的任課老師，發現“聚合物成型加工原理”在理論和實驗教學過程中存在如下問題：(1)“聚合物成型加工原理”理論課中涉及到的實驗的內容不能夠有效支撐理論教學；(2)“聚合物成型加工原理”實驗課也沒有和理論教學內容相關聯。為此，筆者首先分析導致這些教學問題出現的根本原因，并針對以上問題提出開發“迷你”成型儀器是解決這些問題的有效措施，以期為開設此類課程的國內高校解決此類問題提供參考。
1原因分析
鄭州大學《聚合物成型加工原理》理論課和《聚合物成型加工原理》實驗課這是兩門具有獨立課程編號的主干專業課，分別安排在大三第一學期和第二學期來執行授課任務。這樣，這兩門課上課時間間隔較長，在上《聚合物成型加工原理》實驗課時，學生基本上不能完全回憶起理論課的內容。而且，這兩門主干課授課團隊的成員不完全一樣，這樣導致在上課時不能把兩門課的重點內容在上課時同時講授出來并有效關聯起來。再者，《聚合物成型加工原理》理論課是在高分子熔體和溶液的流變行為、熱傳導、結晶和取向、降解等基本物理和化學理論的基礎上，來闡述常見的成型加工方法和原理(主要內容是擠出成型、注射成型、模壓成型和壓延成型等)及其相關成型加工設備的基本結構、成型工藝對聚合物材料的各種形態結構和相態在特定成型過程中的演變，及其對最終制品性能(如力、光、電等性能)的影響。然而，該課程具有較強的實踐性和工程應用性，如在涉及到具體的成型加工方式(如注射成型、擠出成型)時，由于學生還沒有學習《聚合物成型加工原理》實驗課，加之學校教學安排上不允許在課堂理論教學時穿插實驗教學或到實驗室現場理論教學。以上原因導致學生就很難理解《聚合物成型加工原理》理論課中關于這些具體成型加工方法的相關理論。
2解決方案
2.1合理安排《聚合物成型加工原理》理論課和實驗課的上課時間。“聚合物成型加工原理”理論課和實驗課是體現專業特點并根據專業需求而設置的課程，也是高分子成型與模具專業方向本科生在專業學習階段最重要的課程。由前述可知，只有“聚合物成型加工原理”理論課中涉及到的實驗實踐的內容要有效支撐理論教學、“聚合物成型加工原理”實驗課要和理論教學內容密切關聯的前提下才能獲得良好的教學效果，學生才能真正在掌握專業理論知識的同時，也能夠通過實驗課的學習進一步鞏固專業理論知識。鑒于“聚合物成型加工原理”理論課和實驗課教學內容較多、且知識點較為分散的特點，這兩門課首先應該安排在同一學期行課。再者，要根據教學大綱和教師的授課計劃，確保同一個的專業理論教學內容授課完成之后，馬上進行相應的實驗教學內容行課。例如，在“聚合物成型加工原理”理論課中“擠出成型”章節授課完成之后，實驗教學部分的“熱塑性高分子材料擠出成型實驗”要馬上行課，這樣才能讓基礎理論知識和實驗教學有效銜接。
2.2開發“迷你”儀器，使其在理論和實驗教學中一機兩用。目前，我校實驗室雖然擁有一些高分子成型加工相關的成型裝備，如擠出機、注射機、熱壓機、吹瓶機等，但這些設備均為工業用設備，具有占地面積大、重量大、操作復雜等缺點，更不可能在理論課行課時帶到教室供學生演示和現場拆裝。為了讓學生在沒有開展“聚合物成型加工原理”實驗課的前提下，在理論課上更好地理解成型裝備(如擠出機、注射機等)的基本工作原理等專業理論知識，筆者自籌資金首先嘗試組裝了“迷你”桌面式擠出機(如圖1a所示)，而且結合共擠出模具，兩個桌面式擠出機可以組裝成共擠出裝置(如圖1b所示)。該擠出機的料筒和螺桿為優質38CrMoAla合金鋼氮化處理(和工業上擠出機的材質一樣)，200W伺服電機提供動力且超靜音，溫度和動力分別采用模塊化控制，一旦配件損壞易于更換。此外，該擠出機的占地面積僅有50cm×30cm，重量僅有3kg，可以放在桌面或試驗臺上，在兩相AC220V電源下就可以工作。最近兩年，“聚合物成型加工原理”理論課行課時，我都會把該“迷你”擠出機帶到教室，在講授擠出機工作原理的時候，我就隨時把該擠出拆卸讓學生直觀地理解擠出機的基本結構和工作原理，并隨時開機擠出進行拉條實驗，分析擠出工藝對擠出效果的影響，取得了良好的理論授課效果。此外，綜合性高校由于場地受限、實驗設備多采用工業設備等因素，普遍存在生均設備配備率低等問題[2-4]，例如，我校以前擠出成型實驗的分組時每組學生數為15人，學生每人都要完成一個完整的擠出成型工藝流程，這樣一組學生要完成實驗的時間將近達8小時，這些問題嚴重影響教學工作進度，并且給任課老師帶來超乎尋常的工作強度。為此，我校材料學國家級教學實驗中心的聚合物成型實驗擬把大型的工業用擠出機替換成“迷你”擠出機，現有三臺大型擠出機的占地面積可以放下60臺“迷你”擠出機，基本上能夠保證一生一機。這樣在減輕任課老師負擔的同時，留足讓學生能有充分操作擠出機的時間，通過對設備的操作和對擠出生產工藝調節，讓學生身臨其境，加深對課程理論知識的理解，更能讓學生把課堂教學所學理論知識和實際應用結合起來，以適應目前新工科建設的要求。
3結論
本文針對“聚合物成型加工原理”在理論和實驗教學過程中存在如下問題：(1)“聚合物成型加工原理”理論課中涉及到的實驗的內容不能夠有效支撐理論教學；(2)“聚合物成型加工原理”實驗課也沒有和理論教學內容相關聯，首先分析了這些問題存在的原因，并提出通過組裝的“迷你”擠出機來解決以上問題。這種“迷你”擠出機不僅能在理論教學時帶到教室讓學生能夠直觀地理解并掌握擠出機的基本結構和工作原理。而且，由于該“迷你”擠出具有造價低、占地面積小等優點，可以替代教學實驗室中的工業用大型擠出機，以解決目前高校普遍存在的生均設備配備率低等問題。筆者所提出的“迷你”儀器在理論教學和實驗教學中的一機兩用這一教學改革實踐，將有助于高分子材料相關專業本科生對“聚合物成型加工原理”理論知識的理解和掌握，并有助于提升他們動手實驗能力，真正實現該課程理論教學和實驗教學的完美融合。
參考文獻
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[4]吳正順，梁桂華．生均教學儀器設備值評估指標探析，實驗教學與儀器，2014，1：71-72．
作者:鄭國強 潘亞敏 紀又新 單位:鄭州大學材料科學與工程學院