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关键词:高分子材料抗静电研究
静电广泛地存在于自然界和日常生活之中,如人们每时每刻呼吸的空气每厘米就含有100500个带电粒子;自然界的雷电;干燥季节里人身上化纤衣物由于摩擦起电而粘附在身体上,这一切都是比较常见的静电现象。实际上,静电在生物工程中有着重要的应用。
一、高分子抗静电的方法概述
高聚物表面聚集的电荷量取决于高聚物本身对电荷泄放的性质,其主要泄放方式为表面传导、本体传导以及向周围的空气中辐射,三者中以表面传导为主要途径。因为表面电导率一般大于体积电导率,所以高聚物表面的静电主要受组成它的高聚物表面电导所支配。因此,通过提高高聚物表面电导率或体积电导率使高聚物材料迅速放电可防止静电的积聚。抗静电剂是一类添加在树脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除静电产生的化学添加剂,添加抗静电剂是提高高分子材料表面电导率的有效方法,而提高高聚物体积电导率可采用添加导电填料、添加抗静电剂或与其它导电分子共混技术等。
(一)添加导电填料
这类方法通常是将各种无机导电填料掺入高分子材料基体中,目前此方法中所使用的无机导电填料主要是碳系填料、金属类填料等。
(二)与结构型导电高分子材料共混
导电高分子材料中的高分子(或聚合物)是由许多小的重复出现的结构单元组成,当在材料两端加上一定的电压,材料中就有电流通过,即具有导体的性质,凡同时具备上述两项性质的材料称为导电高分子材料。与金属导体不同,它属于分子导电物质。根本上讲,此类导电高分子材料本身就可以作为抗静电材料,但由于这类高分子一般分子刚性大、不溶不熔、成型困难、易氧化和稳定性差,无法直接单独应用,一般作导电填料与其它高分子基体进行共混,制成抗静电复合型材料,这类抗静电高分子复合材料具有较好的相容性,效果更好更持久。
(三)添加抗静电剂法
1.有机小分子抗静电剂。有机小分子抗静电剂是一类具有表面活性剂特征结构的有机物质,其结构通式为RYx,其中R为亲油基团,x为亲水基团,Y为连接基。分子中非极性部分的亲油基和极性部分的亲水基之间应具有适当的平衡与高分子材料要有一定的相容性,C12以上的烷基是典型的亲油基团,羟基、羧基、磺酸基和醚键是典型的亲水基团,此类有机小分子抗静电剂可分为阳离子型、阴离子型、非离子型和两性离子型4大类:阳离子型抗静电剂;阴离子型抗静电剂;非离子型抗静电剂;两性型抗静电剂。
导电机理无论是外涂型还是内加型,高分子材料用抗静电剂的作用机理主要有以下4种:(1)抗静电剂的亲水基增加制品表面的吸湿性,吸收空气中的水分子,形成“海一岛”型水性的导电膜。(2)离子型抗静电剂增加制品表面的离子浓度,从而增加导电性。(3)介电常数大的抗静电剂可增加摩擦体间隙的介电性。(4)增加制品的表面平滑性,降低其表面的摩擦系数。概括起来一是降低制品的表面电阻,增加导电性和加快静电电荷的漏泄;二是减少摩擦电荷的产生。
2.永久性抗静电剂。永久性抗静电剂是一类相对分子质量大的亲水性高聚物,它们与基体树脂有较好的相容性,因而效果稳定、持久、性能较好。它们在基体高分子中的分散程度和分散状态对基体树脂抗静电性能有显著影响。亲水性聚合物在特殊相溶剂存在下,经较低的剪切力拉伸作用后,在基体高分子表面呈微细的筋状,即层状分散结构,而中心部分呈球状分布,这种“蕊壳”结构中的亲水性聚合物的层状分散状态能有效地降低共混物表面电阻,并且具有永久性抗静电性能。
二、我国高分子材料抗静电技术的发展状况
我国许多科研机构和生产企业已陆续开发出一些品种,以非离子表面活性剂为主,目前常用的品种有,大连轻工研究院开发的硬化棉籽单甘醇、ABPS(烷基苯氧基丙烷磺酸钠)、DPE(烷基二苯醚磺酸钾);上海助剂厂开发目前多家企业生产的抗静电剂SN(十八烷基羟乙基二甲胺硝酸盐),另外该厂生产的抗静电剂PM(硫酸二甲酯与乙醇胺的络合物)、抗静电剂P(磷酸酯与乙醇胺的缩合物);北京化工研究院开发的ASA一10(三组份或二组份硬脂酸单甘酯复合物)、ASA一150(阳离子与非离子表面活性剂复合物),近年来又开发出ASH系列、ASP系列和AB系列产品,其中ASA系列抗静电剂由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非离子表面活性剂;ASB系列产品则为有机硼表面活性剂(主要是硼酸双多元醇脂与环氧乙烷加成物的脂肪酸酯)与其他非离子表面活性剂复合而成;ASH和ASP系列主要是阳离子与非离子表面活性复合而成,杭州化工研究所开发的HZ一1(羟乙基脂肪胺与一些配合剂复合物)、CH(烷基醇酰胺);天津合成材料工业研究所开发的IC一消静电剂(咪唑一氯化钙络合物);上海合成洗涤剂三厂开发生产的SH系列塑料抗静电剂,已经形成系列产品,在使用效果和性能上处于国内领先地位,部分品种可以替代进口,如SH一102(季铵盐型两性表面活性剂)、SH一103、104、105等(均为季铵盐型阳离子表面活性剂),SH抗静电剂属于结构较新的带多羟基阳离子表面活性剂;济南化工研究所JH一非离子型抗静电剂。(聚氧乙烯烷基胺复合物)等;
河南大学开发的KF系列等,如KF一100(非离子多羟基长碳链型抗静电剂)、KF-101(醚结构、多羟基阳离子永久型抗静电剂),另外还有聚氧乙烯醚类抗静电剂,聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯专用抗静电剂202、203、204等;抗静电剂TM系列产品也是目前国内常用的,主要用于合成纤维领域。
从抗静电剂发展来看,高分子型的永久抗静电剂是最为看好的产品,尤其是在精密的电子电气领域,目前国内多家科研机构利用聚合物合金化技术开发出高分子量永久型抗静电剂方面已取得明显进展。
三、结语
我国合成材料抗静电剂行业发展前景较好,针对目前国内研究、生产、应用与需求现状,对我国合成材料抗静电剂工业发展提出以下建议。
(一)加大新品种开发力度
近年来国外开发的高性能伯醇多聚氧化乙醚类非离子型表面活性剂;用于聚碳酸酯的脂肪酸单缩水甘油酯;用于磁带工业的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物;适应于聚烯烃、聚氯乙烯、聚氨酯等多种合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等,总之国内科研院所应根据我国合成材料制品要求,开发出多种高性能、环保无毒的抗静电品种,并不断强化应用技术研究,以满足国内需求。
(二)加快复
合抗静电剂和母粒的研究与生产
今后要加快多种结构抗静电剂及其他塑料助剂的复配,向适应范围广、效率高、系列化、多功能、复合型等方向发展。另外合成材料多功能母粒作为助剂已经成为今后合成树脂加工改性的重要原材料,如着色、阻燃、抗菌、成核等母粒在国内开发方兴未艾,国内要加快抗静电母粒的开发与研究,促进我国抗静电剂工业发展。
参考文献:
[1]高绪珊、童俨,导电纤维及抗静电纤维[M].北京:纺织工业出版社,1991.148154.
关键词:高分子材料基础;教学内容;教学手段;教学方法
高分子材料学科的学生培养,应立足于其创新精神和创新能力的培养,立足于对学生综合素质的培养,以满足社会对高分子材料学科人才的需求。为此,在“高分子材料基础”课程的教学中,我们坚持“给大学生创造机会与条件,充分发挥其潜能,逐步培养其自主式、合作式和探究式的学习习惯以及创新意识、创新能力和科学精神”的教学宗旨,积极探索教学内容、教学手段和教学方法的改革。
一、教学内容的整合与优化
我校自2002年开始在高分子材料及其相近专业开设“高分子材料基础”课程。课程教材选用“面向21世纪课程教材”《高分子材料基础》。此教材的特点是涵盖了高分子材料学科的基本理论、基本知识以及典型材料的制备与应用,并且对当前一些高分子材料学科前沿性的理论与知识给予了充分的阐释。但是,为了适应本科教学的需要,给学生一个清晰的学习脉络,在规定的学时内完成讲授任务,通过认真讨论,我们按照“删繁就简,削枝强干,突出重点”的原则,对教学内容进行了整合与优化,使学生在有限的时间内,尽量学习到课程的精髓。
教材内容体系主要如下:材料科学概论、高分子材料的制备反应、高分子材料的结构与性能、通用高分子材料、功能高分子材料、聚合物共混物、聚合物基复合材料。
通过对教材内容的整合与优化,对“高分子化学”、“高分子物理”中涉及到的基础理论知识内容,通过以绪论的形式,以新的角度给予重点讲授,目的是引出以下的重点讲授内容。并且,在绪论的讲授中增加了对历来在高分子学科中作出突出贡献的专家,尤其是获得诺贝尔奖的科学家的生平事迹的介绍,以提高学生的学习兴趣。整合优化后的课程教学内容为:材料与材料科学(含:材料概念及分类、材料结构、材料性能、材料制备、材料的发展简史、高分子材料突出科学家简介、材料科学范畴及任务等),通用高分子材料(含:塑料、橡胶、纤维、粘剂及涂料),功能高分子材料(重点:功能高分子材料的设计及制备方法、高分子催化剂、高分子功能膜材料、高分子医用材料、智能高分子材料等),聚合物共混物(重点:制备方法、形态结构、性能、增韧塑料增韧机理等),聚合物基复合材料(含:聚合物基宏观复合材料、聚合物基纳米复合材料)。
此外,在进行讲授的过程中,也插入一些花絮。例如在讲授聚酰胺树脂时,介绍尼龙(Nylon)名称的来历:尼龙最早由杜邦公司的Carothers领导的美国和英国科学家团队研制成功的合成纤维材料,为纪念这一研究成果,铭记两国科学家的贡献,取两国的首都城市名首字来命名,即New York取NY,London取LON,合成一个新名字NYLON(尼龙),等等。以引导学生树立远大理想,刻苦努力学习,为祖国的建设与发展作出贡献。
二、教学模式的改革与实践
荀子曰:假舆马者,非利足也,而致千里;假舟楫者,非能水也,而绝江河。君子生非异也,善假于物也。所以教学手段与教学方法的改革对提高教学质量是至关重要的。因此,为了提高教学质量,在教学方法和手段上,我们也积极进行了一些改革与探索。
1.教学手段的改革
一是采用多媒体教学增加课程的信息量和内容的直观性。我们按照教学内容制作了教学课件,课件中对一些难以理解的教学内容进行了直观处理,使学生能够更好地理解。例如,对一些塑料加工设备的运行专门制作了部分动画,使其讲授更加生动直观。另外,通过利用多媒体教学,减少了板书的环节,节省了大量的时间,增加了课程的信息量。
二是利用学校的“课程中心”加强与学生的课外交流。通过学校的“课程中心”,达到师生互动的教学辅助模式,提高学生的自主学习能力及教学效率。学校“课程中心”设有教师论坛、课程论坛、专家论坛、答疑信箱和个人空间等板块,可以达到课下师生之间互动的目的。此门课程充分利用以上功能,实现了教师上传电子课件、课程相关文献资料等,学生下载课件资料、上交作业、提出问题、在线测试等,达到了师生及学生之间相互访问、交流、互动的学习目的,调动了学生学习的主动性与创造性。
2.教学方法的改革
主要采用“精讲解多讨论”的方法,引导学生的学习兴趣,发挥学生的学习主动性,教育学生要知学、好学、乐学。为了使学生达到乐学的至高境界,教学中采取了以下方法:
一是在课堂教学中针对重要的知识点设计出系列问题,有意识地向学生提出,由学生经过自由讨论后,请学生回答。
二是增加了课程论文的写作。由于学生刚刚接触到部分专业课程,关于专业科研论文的写作技法不熟练,一开始只要求学生就所讲的一些内容,如针对某种塑料,查阅至少10篇近期的论文,通过分析、归纳、总结,进行综述写作。为了使学生按照规范来写作,利用课余时间给学生讲授综述的基本要求及写作方法。通过综述的写作,锻炼了学生自主学习的能力、查阅文献的能力,以及对文献分析、归纳、总结的能力、并且使他们通过写作论文产生一种成就感。
三是布置自学内容,对自学的课程内容要求写出课程读书感想。学生通过自学,将书本上的内容消化成自己的知识,再经过归纳总结,写出读后感,使他们对所学的知识牢固掌握。
这些方法与手段的使用,使学生自主学习、合作学习和探究学习的能力得到提高,从而提高了此门课程的教学效率,也对其他课程的学习起到了促进作用。
三、改革取得显著效果
“高分子材料基础”课程涉及的教学内容比较庞杂,系统性较差,在讲授的过程中不易形成严密的体系,特别是涉及对一些材料的制备、性能、应用等讲解时,跳跃性大,内容枯燥,吸引力不足。但是,通过对课程内容的整合优化以及采用了一些有效的教学手段与教学方法,使该门课程的教学取得了一些很好的效果。
1.学生知识面得到拓宽。本门课程是高分子材料专业在本科教学中一门全面介绍材料知识的课程,学生在学习一些基本理论基本知识的基础上,通过对一些常用材料的知识学习,对高分子学科的发展、应用等有了更深的、更清晰的认识。学生普遍认为,通过学习使他们对专业知识从懵懂、迷茫转为清晰、明确,使他们的专业知识面得到的拓展。学生在掌握该课程的核心内容后,对于专业后续课程的学习、学业专题研究以及研究生阶段的学习都起到了重要的促进作用。
2.学生学习兴趣得到提升。大力开展多媒体教学和网络教学,发挥学生学习主动性,以及增加讲授一些与课程有关的知识发现过程、相关课程内容涉及的科学家的趣闻轶事等等,学生普遍反映通过学习此课程,自己的学习兴趣及学习能力得到了较大的提高。例如,通过“课程中心”达到了学生与教师之间的交流互动,学生的写作能力,对问题的认识深度、广度,对文献的分析、归纳、总结能力等都得到了很大提高。
3.学业负担转化为精神享受。学生普遍反映,通过在课堂上讨论问题,通过课下搜集相关资料,在“课程中心”提供的个人空间上发表,通过整理自己设计的BLOG空间等等,使自己的自主学习能力得到升华,学习成为一种对美好事物的追求,将枯燥的学习负担转变为一种精神的享受。
英文名称:Polymer Materials Science & Engineering
主管单位:国家教育部
主办单位:四川大学
出版周期:月刊
出版地址:四川省成都市
语
种:中文
开
本:大16开
国际刊号:1000-7555
国内刊号:51-1293/O6
邮发代号:62-67
发行范围:国内外统一发行
创刊时间:1985
期刊收录:
CA 化学文摘(美)(2009)
CBST 科学技术文献速报(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘杂志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中国科学引文数据库(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊荣誉:
中科双效期刊
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关键词:高分子材料; 专业英语; 教学改革
中图分类号:G642 文献标识码:A 文章编号:1006-3315(2013)11-153-002
高分子材料相对于传统材料如玻璃、陶瓷、金属等而言是后起的材料,但其发展的速度及应用的广泛性却大大超越了这些传统材料,已成为工业、农业、国防和科技等领域的必不可少的材料。高分子材料除了作为通用材料使用外,同时向着功能化、智能化和复合化发展,这些都要求高分子材料专业的学生及时了解国内外研究进展和发展趋势,具备阅读英语专业资料的能力。
高分子材料专业英语作为高分子材料专业开设的一门专业基础课,是大学英语教学的一个重要组成部分。学生毕业后无论在企业、科研机构或高校进一步学习或工作,只要从事科技开发,需要大量查阅英文科技信息资料,这些信息多存在于当前发表的专利、期刊等专业文献中。因此,培养高分子材料学生的专业英语技能是科学研究和实际工作的迫切需要。针对目前高分子材料专业英语的实际教学状况,本文从高分子材料专业英语的特点着手,对于词汇教学、课堂教学内容,教学方法,考核方式等方面进行了研究和教学实践。
一、专业英语词汇教学
专业词汇是用来专门描述某一学科、某一领域中的具体事物或者过程的词汇,一般其词义较单一,应用范围仅限于专业领域。专业英语词汇是学习专业英语的基础,因此要求学生必须掌握大量的专业英语词汇。经过大学英语的学习,学生积累了丰富的普通词汇,对于浩繁复杂的专业词汇还知之甚少。这些专业词汇看似难识别和难记忆,但实际上大多数专业词汇的构成是有规律的,不少是由一些含有具体意义部件,即词根、前缀、后缀等所构成的组合体。如高分子材料专业中常见的表示元素的词缀有hydro-(氢),-oxy(氧),thio-(硫),chloro-(氯),fluoro-(氟);bromo-(溴)等;表示数量的词缀有poly-(聚,多),mono-(单);di-(二),tri-(三),tetra-(四),penta-(五)等;表示化学基团的词缀有methyl-(甲基),ethyl-(乙基),propyl-(丙基),butyl-(丁基),vinyl-(乙烯基),phenyl-(苯基)等;烷烃多以-ane结尾,烯烃多以-ene结尾,醇类多以-ol结尾等;表示属性的词缀有thermo-(热),electro-(电),cyclo-(环),opto-(光)等。以polytetrafluoroethylene(PTFE,聚四氟乙烯)为例分析,该词汇是由poly-,tetra-,fluoro-,ethyl-,-ene五个词缀构成,取前四个词缀的首字母就构成PTFE,记忆起来就简便多了。课堂上讲授这些规律对于学生专业词汇的掌握就会收到事半功倍的效果,同时也激发了学生学习的兴趣。
二、以教材内容为基础,适当补充教学内容
目前高分子材料专业英语的教材有不少,覆盖了高分子化学、高分子物理和高分子材料加工等课程内容。但这些内容大多摘选自国外早期的原版专业书籍,不少内容陈旧,体裁单一,一方面不能反映高分子材料专业发展现状,同时让学生感到应用性不强,缺乏学习兴趣。针对以上教材内容的缺陷,笔者在有选择的讲述教材内容的同时,精心选择一些著名国际高分子专业期刊,如《Macromlecules》、《Polymer》、《Macromolecular Rapid Communications》等期刊的部分相关内容作为教材的补充,同时鼓励学生上网搜索一些相关资料,如美国化学会下的Chemical & Engineering News下有关高分子材料方面的报道,这些内容反映当今高分子材料发展的前沿,拓宽了学生的知识面。同时考虑到学生毕业之后在工作中或进一步深造中会接触到专利、说明书、技术标准、市场报告等多种体裁的专业文献,在课堂教学中适当增加这部分实用性的内容,起到学以致用的效果。
三、课堂理论教学方法的革新
专业英语教学内容一般为专业知识的论述,具有很强的逻辑性和学术性。为提高学生的专业英语阅读、翻译、初步写作的能力,笔者采取的方法如下。
1.师生互动是专业英语教学的重要手段
传统专业英语的教学模式是先讲解词汇,再阅读和翻译课文,这样的课堂单调且冗长,学生学习兴趣不高。考虑到语言教学的特殊性,为达到好的教学效果,需要学生在课堂中的积极参与,尝试改变以往教师讲学生听的简单教学模式,采用多种形式与学生互动交流。通过提前布置作业,学生做好预习工作,每次带着问题上课,在课堂上再随机指定学生朗读并讲解翻译,其他同学进行补充或修正,最后教师结合专业内容进行点评,并讲解相关的重要知识点和专业词汇。这样,充分调动每个学生的学习积极性,使之从被动学习变成主动学习,加深了学生对教学内容的理解和认识。
2.适当进行多媒体教学,丰富课堂教学内容
现在多媒体及网络等教学手段已广泛引入到课堂教学中,这些教学手段使课堂教学更加直观生动,增大了课堂的信息量,提高课堂效率,激发了学习兴趣。为此,在每次课文内容讲解结束后,笔者播放一些相关内容的科普性英文短片,比如介绍高分子材料合成、成型、应用等方面。由于刚学完相关内容,所以学生表现出浓厚的兴趣,通过看、听、讲述,留下了直观的知识,同时也锻炼了学生的听说能力。把一些信息量大、实用性强的专利、论文、技术标准等专业资料制作成多媒体课件进行课堂讲解,在有限的课堂时间内给学生传递了较多的信息内容,提高了课堂效率。
3.教学效果的检验
考核方式是教学中的重要环节,是检验教学效果和巩固学生所需知识的重要手段。考核主要涉及两个层次,平时考核与期末考试。平时主要考核学生以英语为工具进行专业信息交流的能力,期末考试则通过试卷形式检验学生对专业词汇的掌握情况,以及快速阅读科技论文并从中获取信息的能力。在完成每一阶段的教学环节后,教师要不断总结,了解学生对所授知识的掌握程度,确定考核指标,根据考核结果来修正下一阶段的目标,设计下一阶段的教学内容。平时的阶段性考核可以有多种方式,如根据教学内容,学生抽签选择一个题目用英语讲述,考察听说能力。或针对知识点,把常见的错误总结出来,引导学生纠错,考察语法知识的掌握情况。在课堂教学将结束的时候,我们对学生进行分组合作完成一次科研课题的汇报,学生自行分工,查找资料、设计制作多媒体课件、上台汇报讲演。在这个过程中,学生不但提高了自己的专业英语水平,还培养了团队合作的能力。
四、结束语
综上所述,对于高分子材料专业的学生而言,高分子材料专业英语是继大学英语后非常重要的英语教学课程,教学应培养学生以英语为工具解决专业学习中的实际问题的能力,为学生今后毕业设计、实际工作或进一步深造学习奠定良好的基础。为此,从教学内容、教学方法及考核方式及内容等方面改革高分子材料专业英语的教学是很有必要的。
参考文献:
[1]曹同玉,冯连芳,张菊华.高分子材料与工程专业英语[M]北京:化学工业出版社,2011
关键词: 应用型高分子材料与工程专业 人才培养模式 实施途径
随着科学技术的迅猛发展,材料、能源和信息已被公认为科技发展的三大支柱。作为社会发展的物质基础,材料的发展水平已成为一个国家综合国力的主要标志之一。高分子材料与工程专业作为材料科学与工程学科下的分支学科,在过去20年的时间里得到了飞速发展。高分子材料应用的日趋普及,使得社会对高分子材料与工程专业的人才需求日益迫切。培养具有一定的实际操作能力,能以理论指导实践、应用于实践,服务于地方经济建设的高分子材料与工程专业技术人才是十分重要的责任。为了满足这一需求,高分子材料与工程专业应实施“强化基础,注重应用,突出创新”的人才培养模式,大力提高学生的科研创新应用能力。
一、社会发展急需工程应用型人才
人才培养模式涉及的一个重要问题是培养什么样的人。中国是世界上最大的高分子化纤生产国,化纤工业正在实现由“数量型”向“技术型”的战略转变,使化纤主要常规品种具备国际竞争能力,在一些重要高新技术纤维品种上取得产业化成果。
目前,我国高分子化纤材料工业随着数量的增加和规模的扩大正由数量型向效益型转变,行业发展的速度远远高于化纤人才的培养速度。据调研统计,化纤企业的专业人才数量不到职工总数的5%,有的甚至不到1%,存在专业人才严重匮乏的现象。同时还发现,由于化纤新技术、新设备、新产品的不断出现,企业原有的专业人才不能完全跟上行业的发展,急需更新人才。
二、应用型高分子材料与工程专业人才培养的基本原则
1.更新教学理念,明确培养目标。
面向未来的教学改革需要前瞻性的教学理念和现代化的教学思想。这些教学理念包括从重视知识传授向重视能力培养转变;从封闭式的学校教育模式向开放型的产、学、研相结合的教育模式转变;从标准化培养模式向个性化培养模式转变;从维持性学习向创新性学习转变[1,2]。
应用型高分子材料与工程专业的培养目标,是以市场需求和就业为导向,以课程建设为核心,以实践教学为重点,培养在高分子材料与工程专业领域具有丰富的理论知识,能在高分子材料的合成、改性和成型加工等领域从事科技开发、工艺设计及经营管理等方面工作,具有创新精神及实践能力的高素质创新型高级技术人才,更好地为地方经济建设服务。
2.重视能力培养,实施素质教育。
提高学生的综合素质可以通过选修课、专题讲座、社会实践,以及在专业教育中融入人文精神、工程环境背景等多种形式,从而加强对学生思想道德素质、文化素质、业务素质、身心素质和获取知识、运用知识、创新知识的能力等方面的培养。
3.强化基础训练,拓宽专业口径。
强化基础、拓宽专业口径是培养学生适应能力的有效途径。强化基础,一是在基础理论和技能上进行面上拓宽,加强要求,使学生对基础知识掌握更牢固,知识结构更加合理;二是将专业基础课拓宽到新的专业目录的专业口径,为新专业的各个专业方向提供广阔的发展空间。拓宽专业口径,不是将专业课程的名称加以改变,而是将专业主干课程认真整合,构建新的专业课程体系。
4.优化课程体系,整合课程内容。
课程体系与教学内容是实现培养目标最直接的体现,是形成人才知识结构和能力的主要因素,是提高人才培养素质的核心,也是教学改革的重点[3]。要进行课程重组,减少课程内容重复,做好课程之间的衔接,逐步深入;建立大工程观念下的新型课程体系,重视各相关学科知识内容的融合、渗透和时间安排上的协调,做到课程综合化、系统化。
二、应用型高分子材料与工程专业人才培养模式的实施途径
1.实施“平台式”教学。
本着工程应用型人才培养要主动适应用人单位的实际需要,要面向基层、面向生产第一线的原则,在加强通识教育的基础上,强调提升学生的综合素质,强化学生的专业实践能力和动手能力的培养。新的教学模式设置了三个教学平台,即理论教学平台、实践教学平台、第二课堂素质教育平台,以达到学生适应社会、适应行业和充分发展个性空间的目的。
“理论教学平台”包括学科基础课程、专业知识能力课程、专业能力拓展课程,初步形成学院、学科、专业、职业兴趣四级理论课程体系;“实践教学平台”包括学科基础实验教学和模拟仿真企业生产的工程实践教学两部分;“第二课堂素质教育平台”则包括学院公共选修课、课外素质教育及社会实践三部分,作为第一课堂的补充和延伸,拓展学生个性发展的空间[4]。
2.以实践教学改革为重点,提升学生工程实践能力。
高分子材料与工程专业有着不同于其他学科的显著特点,它是在大量的科学实验和工程实践基础上发现并总结出的一般规律,运用科学分析方法探索这一规律内在的作用机理,采用数学、物理、化学理论与模型计算归纳形成理论体系,并在理论指导下,将科学研究应用于生产实践,使理论体系进一步得以检验并逐步完善,经过实践理论再实践的循序渐进过程向前发展的学科。在该领域的科学研究中,实验是分析问题、解决问题的主要手段,每一理论、发明的诞生都是在实验中孕育、培养出来的。针对上述学科特点,专业教研组在制定本科教学培养计划时,要有意识地加强实践教学环节课时比重,培养学生的创新意识、创新能力和实践能力。
高分子专业教学实践分为认识实习、专业基础实验教学、专业实验、生产实习、课程设计、毕业实习和毕业教学环节等实践教学部分。在专业基础实验教学中要积极有效地开展研究型、设计综合型实验教学,鼓励学生利用业余时间参加开放实验室科研活动,注重培养学生的动手能力和科研能力[5]。
在毕业教学环节实践中结合教师科研项目,选择学科前沿或与企业合作开发的课题进行毕业论文选题,结合工厂实际进行毕业设计,可使学生获得良好的科研能力培养,有效地促进学生动手能力,提高学生理论联系实际、分析问题和解决问题的能力,为今后从事本专业研究与生产奠定良好的基础。
3.以市场需求为导向,积极探索“订单式”人才培养模式。
在教学改革上,注重人才培养与市场需求相结合,积极开展“订单式”培养模式。此举不仅能为企业发展量身定做工程实际应用型人才,而且能够提前将学生“预售”出去。同时,企业还可以根据实际情况,为“订单式”培养学生提供奖学金、贫困助学金等费用,解决经济困难学生的求学、就业等问题。
4.理论联系实际,注重培养创新能力。
要强化学生的操作技能,培养综合素质和创新能力,进一步提高学生在社会大环境中的竞争能力,关键是建立与企业同步发展的规范的实训环境。要充分利用区域与学科优势,加强产学研联合,设立产学研联合体实验室,为学生提供必要的社会实践场所,保障实习、实践教学效果,培养学生的工程应用能力[6]。实习基地可以完成学生的认识实习和生产实习任务和多项工艺实验。学生通过这些实践环节能加深对书本理论知识的理解和应用,同时也了解了本行业发展趋势和存在的问题,这对于学生踏入工作岗位和继续深造都是大有裨益的。
5.加强师资队伍建设。
为适应素质教育的教学改革需要,办好高等教育质量工程建设,教师的知识更新与自身素质的提高是非常重要的。只有高水平的师资队伍才能培养出高素质的人才。因此学校需要不断引进高水平科技人才,提高本专业教师队伍的科研能力和科技创新能力。同时,还要注重青年教师的培养,指定有丰富教学经验的老教授对新进教师进行“传、帮、带”教学指导,使新进教师的授课水平快速提高,从而有效地将行业发展动态与理论授课相结合,最大限度地激发学生的科研兴趣,拓宽学生的专业知识面。
三、结语
高分子材料的发展极其迅速,每年都会有许多新材料、新技术、新工艺不断涌现,而教育教学改革随着社会的发展也是永无止境的。如何加强高分子材料与工程专业学生的工程应用能力的培养,提高高等教育的办学质量和人才培养质量,是21世纪高等教育面临的挑战,必须引起高度重视。但是,如果一味追求应用而忽略科研创新能力的培养,所培养出来的人才就不是社会需要的高级人才。所以在重视应用的同时,还要注意科研创新能力的培养,即提倡一种“强化基础,注重应用,突出创新”的人才培养模式,才能够适应当代社会经济发展需要。
参考文献:
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一、生物医用高分子材料的特点
生物医用高分子材料是一种聚合物材料,主要用于制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械。按照来源的不同,生物医用高分子材料可以分为天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2种。前者是自然界形成的高分子材料,如纤维素、甲壳素、透明质酸、胶原蛋白、明胶及海藻酸钠等;后者主要通过化学合成的方法加以制备,常见的有合聚氨酯、硅橡胶、聚酯纤维、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性质,生物医用高分子材料可以分为非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃,芳香聚酯、聚硅氧烷等;后者包括聚乙烯亚胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亚胺—聚乙二醇—聚(β-胺酯)共聚物、聚乙烯亚胺—聚碳酸酯共聚物等。
生物医用高分子材料作为植入人体内的材料,必须满足人体内复杂的环境,因此对材料的性能有着严格的要求。首先,材料不能有毒性,不能造成畸形;其次,生物相容性比较好,不能与人体产生排异反应;第三,化学稳定性强,不容易分解;第四,具备一定的物理机械性能;第五,比较容易加工;最后,性价比适宜。其中最关键的性能是生物相容性。
根据国际标准化组织(InternationalStandardsOrganization,ISO)的解释,生物相容性是指非活性材料进入后,生命体组织对其产生反应的情况。当生物材料被植入人体后,生物材料和特定的生物组织环境相互产生影响和作用,这种作用会一直持续,直到达到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括组织相容性、细胞相容性和血液相容性。
二、生物医用高分子材料的发展历史
人类对生物医用高分子材料的应用经过了漫长的阶段。根据记载,公元前3500年,古埃及人就用棉花纤维和马鬃缝合伤口,此后到19世纪中期,人类还主要停留在使用天然高分子材料的阶段;随后到20世纪20年代,人类开始学会对天然高分子材料进行改性,使之符合生物医学的要求;再后来人类开始尝试人工合成高分子材料;20世纪60年代以来,生物医用高分子材料得到了飞速发展和广泛的普及。1949年,美国就率先发表了研究论文,在文中第1次阐述了将有机玻璃作为人的头盖骨、关节和股骨,将聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况,对医用高分子的应用前景进行了展望。这被认为是生物医用高分子材料的开端。
在20世纪50年代,人类发现有机硅聚合物功能多样,具有良好的生物相容性(无致敏性和无刺激性),之后有机硅聚合物被大量用于器官替代和整容领域。随着科技的发展,20世纪60年代,美国杜邦公司生产出了热塑性聚氨酯,这种材料的耐屈挠疲劳性优于硅橡胶,因此在植入生物体的医用装置及人工器官中得到了广泛应用。随后人工尿道、人工食道、人工心脏瓣膜、人工心肺等器官先后问世。生物医用高分子材料也从此走上快速发展的道路。
三、生物医用高分子材料的发展现状、前景和趋势
据相关研究调查显示,我国生物医用高分子材料研制和生产发展迅速。随着我国开始慢慢进入老龄化社会和经济发展水平的逐步提高,植入性医疗器械的需求日益增长,对生物医用高分子材料的需求也将日益旺盛。2015年1月28日,中国医药物资协会的《2014中国单体药店发展状况蓝皮书》显示,2014全年全国医疗器械销售规模约2556亿元,比2013年度的2120亿元增长了436亿元,增长率为20.06%。但是相比于医药市场总规模(预计为13326亿元)来说,医药和医疗消费比为1∶0.19还略低,因此业内普遍认为,医疗器械仍然还有较广阔的成长空间,生物医用高分子材料也将迎来良好的发展前景。
根据evaluateMedTech公司基于全球300家顶尖医疗器械生产商的公开数据而得出的报告《2015-2020全球医疗器械市场》预测,2020年全球医疗器械市场将达到4775亿美元,2016-2020年间的复合年均增长率为4.1%。世界医疗器械格局的前6大领域包括:诊断、心血管、影像大型设备、骨科、眼科、内窥镜,其中生物医用高分子材料在其中都得到了广泛的应用。
以往的医学研究对组织和器官的修复,更多是选择一种替代品,实现原有组织和器官的部分功能。随着再生医学和干细胞技术的迅速发展,利用生物技术再生和重建器官、个性化治疗和精准医学已经成为趋势。因此传统的生物医药高分子材料已经不能满足现有的需求,需要模拟生物的结构,恢复和改进生物体组织与器官的功能,最终实现器官和组织的再生,这也是生物医用高分子材料未来的发展方向。
生物医用高分子材料在医疗器械领域中得到了非常广泛的应用,主要体现在人工器官、医用塑料和医用高分子材料3个领域。
1.人工器官
人工器官指的是能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料;或者说是具有天然器官组织或部件功能的材料,如人工心瓣膜、人工血管、人工肾、人工关节、人工骨、人工肌腱等,通常被认为是植入性医疗器械。人工器官主要分为机械性人工器官、半机械性半生物性人工器官、生物性人工器官3种。第1种是指用高分子材料仿造器官,通常不具有生物活性;第2种是指将电子技术和生物技术结合;第3种是指用干细胞等纯生物的方法,人为“制造”出器官。目前生物医用高分子材料主要应用在第1种人工器官中。
目前,植入性医疗器械中骨科占据约为38%的市场份额;随后是心血管领域的36%;伤口护理和整形外科分别为8%左右。人工重建骨骼在骨科产品市场中占据了超过31%的市场份额,主要产品是人工膝盖,人工髋关节以及骨骼生物活性材料等,主要应用的生物医用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增强聚乳酸、自增强聚乙醇酸等。心血管产品市场中支架占据了一半以上的市场份额,此外还有周边血管导管移植、血管通路装置和心跳节律器等。
目前各国都认识到了人工器官的重要价值,加大了研发力度,取得了一些进展。2015年,美国康奈尔大学的研究人员开发出了一种轻量级的柔性材料,并准备将其用于创建一个人工心脏。在我国,3D打印人工髋关节产品获得国家食品药品监督管理总局(CFDA)注册批准,这也是我国首个3D打印人体植入物。
人工器官未来发展趋势是诱导被损坏的组织或器官再生的材料和植入器械。人工骨制备的发展趋势是将生物活性物质和基质物质组合到一起,促进生物活性物质的黏附、增殖和分化。血管生物支架的发展趋势是聚合物共混技术,如海藻酸钠/壳聚糖、胶原/壳聚糖、胶原/琼脂糖、壳聚糖/明胶、壳聚糖/聚己内酯、聚乳酸/聚乙二醇等体系。
2.医用塑料
医用塑料,主要用于输血输液用器具、注射器、心导管、中心静脉插管、腹膜透析管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用品等。注塑产品是医用塑料制品当中产量最大的品种。与普通塑料相比,医用塑料要求比较高,严格限制了单体、低聚物、金属离子的残留,对于原材料的纯度要求很高,对加工设备的要求也非常严格,在加工和改性过程中避免使用有毒助剂,通常具有表面亲水、抗凝血等特殊功能。常用医用塑料包括聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、热塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)等。
目前医用塑料市场约占全球医疗器械市场的10%,并保持着每年7%~12%的年均增长率。统计数据显示,美国每人每年在医用塑料领域消费额为300美元,而我国只有30元,由此可见医用塑料在我国的发展潜力非常大。
我国医用塑料制品产业经过多年的发展,取得了长足的进步。中国医药保健品进出口商会统计数据显示,2015年上半年,纱布、绷带、医用导管、药棉、化纤制一次性或医用无纺布物服装、注射器等一次性耗材和中低端诊断治疗器械等成为我国医疗器械的出口大户。但是也必须清醒地认识到,我国的医用塑料发展水平还比较落后。医用塑料的原料门类不全、生产质量标准不规范、新技术和新产品的创新能力薄弱,导致一些高端原料导致国内所需的高端产品原料还主要靠进口。
目前各国都认识到了医用塑料的重要价值,加大了研发力度,取得了一些进展。2015年,英国伦敦克莱蒙特诊所率先开展了塑胶晶状体移植手术,不仅可以治疗远视眼或近视眼,还可以恢复患有白内障和散光者的视力;住友德马格公司推出一种聚甲醛(POM)齿轮微注塑设备,在新型白内障手术器械中具有重要作用;美国美利肯公司开发了一项技术,可使非处方药和保健品塑料瓶的抗湿性和抗氧化性提高30%;MHT模具与热流道技术公司开发出了PET血液试管,质量不足4g,优于玻璃试管;Rollprint公司与TOPAS先进高分子材料公司合作,采用环烯烃共聚物作为聚丙烯腈树脂的替代品,以满足苛刻的医疗标准;美国化合物生产商特诺尔爱佩斯推出了一款硬质PVC,以取代透明医疗零部件中用到的PC材料,如连接器、止回阀、Y接头、套管、鲁尔接口配件、过滤器、滴注器和盖子,以及样本容器。
未来医用塑料的发展趋势是开发可耐多种消毒方式的医用塑料,改善现有医用塑料的血液相容性和组织相容性,开发新型的治疗、诊断、预防、保健用塑料制品等。
3.药用高分子材料,
药用高分子材料在现代药物制剂研发及生产中扮演了重要的角色,在改善药品质量和研发新型药物传输系统中发挥了重要作用。药用高分子材料的应用主要包括2个方面:用于药品剂型的改善以及缓释和靶向作用,此外还可以合成新的药物。
药物缓释技术是指将衣物表面包裹一层医用高分子材料,使得药物进入人体后短时间内不会被吸收,而是在流动到治疗区域后再溶解到血液中,这时药物就可以最大限度的发挥作用。药物缓释技术主要有贮库型(膜控制型)、骨架型(基质型)、新型缓控释制剂(口服渗透泵控释系统、脉冲释放型释药系统、pH敏感型定位释药系统、结肠定位给药系统等)。
贮库型制剂是指在药物外包裹一层高分子膜,分为微孔膜控释系统、致密膜控释系统、肠溶性膜控释系统等,常用的高分子材料有丙烯酸树脂、聚乙二醇、羟丙基纤维素、聚维酮、醋酸纤维素等。骨架型制剂是指向药物分散到高分子材料形成的骨架中,分为不溶性骨架缓控释系统、亲水凝胶骨架缓控释系统、溶蚀性骨架缓控释系统,常用的高分子材料有无毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纤维素、羟丙甲纤维素、海藻酸钠、甲壳素、蜂蜡、硬脂酸丁酯等。
我国的高分子基础研究处于世界一流,但是药用高分子的应用发展相对滞后,品种不够多、规格不完整、质量不稳定,导致制剂研发能力与国际产生差距。国内市场规模前10大种类分别为明胶胶囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1,2-丙二醇、PVP、羟丙基甲基纤维素(HPMC)、微晶纤维素、HPC、乳糖。高端药用高分子材料几乎全部依赖进口。专业药用高分子企业则存在规模小、品种少、技术水平低、研发投入少的问题。
目前,药物剂型逐步走向定时、定位、定量的精准给药系统,考虑到医用高分子材料所具备的优异性能,将会在这一发展过程中发挥关键性的作用。未来发展趋势是开发生物活性物质(疫苗、蛋白、基因等)靶向控释载体。
四、结语
虽然生物医用高分子材料的应用已经取得了一些进展,但是,随着临床应用的不断推广,也暴露出不少问题,主要表现出功能有局限、免疫性不好、有效时间不长等问题。如植入血管支架后,血管易出现再度狭窄的情况;人工关节有效期相对较短,之所以出现这些问题,主要原因是人体与生俱来的排异性。
生物医用高分子材料隶属于医疗器械产业,其发展备受政策支持。国务院于2015年5月印发的《中国制造2025》明确指出,大力发展生物医药及高性能医疗器械,重点发展全降解血管支架等高值医用耗材,以及可穿戴、远程诊疗等移动医疗产品。可以预见,在未来20~30年,生物医用高分子材料就会迎来新一轮的快速发展。
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关键词:高分子材料与工程;人才培养;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)09-0041-02
高分子材料是材料领域中的新秀,它的出现带来了材料领域的重大变革,在诸多行业中已逐渐成为不可替代的关键材料。高分子材料与工程专业具有跨学科、综合性的特点,既与化学、石油化工、精细化工等基础学科紧密联系,又和汽车、电子、环境等应用学科相辅相成[1]。
闽江学院高分子材料与工程专业建设以课程建设为中心,从改革课程体系、强化实践教学、改进教学方法等方面系统深入地开展建设,以达到“重基础理论、重创新精神、强实践技能、强综合素质”的人才培养要求。
一、优化课程结构
本专业的教学体系包括理论教学体系和实践教学体系。在理论教学体系中,课程结构又可分为校级公共基础课程、学科基础课程、专业核心课程等[2]。其中,公共基础课、学科基础课和专业核心课程分别安排63、29和4分,在总学分中分别占比35%、17%和28%。通过进一步深化教学内容改革,构建以专业核心课程和学科基础课程相结合、有利于学科交叉与融合、与经济社会发展相适应的课程体系。此外,还鼓励教师努力建立主干课的课程网站并加强精品课程建设。
在实践教学体系中,遵循从入学军训、金工实习、科研训练、认识实习、专业课程设计、毕业实习到最终的毕业论文(设计)的循序渐进过程,共计34学分,在总学分中占比20%,结合本科四年各课程的实验教学内容,形成较为完整的实践教学体系[3]。同时,为了使高分子材料与工程专业的毕业生具有更强的实践技能,还设计了创新实践环节,其中安排了与本专业相关的社会服务活动、开放实验室活动、专业学术讲座、学科竞赛以及创新创业实践计划项目等。
二、加强实践教学改革
实践教学是高等学校人才培养体系的重要组成部分,与理论教学起着相辅相成的作用。国内外对高分子材料实验实践教学提出多种想法,朱晶心等[4]把加强专业实验教学、提高实验质量、培养创新人才、提高创新能力等作为教学改革的重点。龚建良等[5]研究了高分子材料与工程专业实验教学体系的现状和不足,提出了高分子材料与工程专业实验教学新体系。付一政等[6]认为专业实验既要注意基础知识的综合应用和基本实验技能的训练,又要强调分析问题、解决问题、独立工作、协同配合、富于创新等综合能力的培养。在加强教学实践的建设工作中,结合近年来高分子专业实践教学经验,我们系统地规划和改革“高分子材料与工程专业”的学科基础和专业实践课程体系,使实践教学体系具有基础宽厚、层次分明、循序渐进的特点。
1.实验教学建设。实践教学的初始阶段应该是在学校内掌握基础实验技能,因此对本科阶段实验教学改革应特别重视。在实验教学中,从基础化学中精选出操作性强的实验,安排在本科一、二年级学习阶段对学生集中进行基本实验技能训练。专业实验课程主要安排在本科三、四年级进行,进一步培养学生的专业实验技能。以“循序渐进”为原则,以综合、创新能力的培养为目标,在完成单元性实验教育后,增设单元性设计实验(应用性实验),最后进入综合设计性实验,形成由浅入深、循序渐进的实验教育模式。在实验内容上,鼓励实验教师将自己的科研成果与综合设计性实验相结合,拓展学生对本专业发展前沿的认识。
在教学方法上,重点加强基本实验技能的训练,如组织学生参与专业实验准备、开放实验室训练、社会服务活动等均加深了学生对实验原理和流程的认识。此外,强调教学中激发学生对实验的兴趣。如让学生自行设计方案,引导学生到图书馆查阅相关文献及手册,设计实验方案等。通过积极思考和热烈讨论,不少学生都迫切希望马上进实验室验证自己的观点,从而激发了他们浓厚的实验热情。富有启发意义的实验教学方式发展了学生的创造思维,发挥了主观能动性,培养了独立思考能力,进而强化他们的综合专业素养[7]。
2.生产实习基地建设。由于历史原因,我系原有实习基地大多数是国有化工企业,目前普遍经营情况较差,设备陈旧,实习环境差。在这些单位实习,尽管联系方便、费用低,但实习效果不佳。而一些效益较好、技术先进、环保意识强的合资及独资企业担心学生来厂实习会影响生产,不愿积极配合学校完成实习的组织安排;即使接受了实习的任务,也只是让学生站在一旁观看,鲜有动手实践的机会。因此,我专业通过两条途径解决实习基地问题。一是针对效益差的国有化工企业,开展科研活动,与企业合作,走产学研相结合的路子。二是积极与新兴的合资企业、私营企业及乡镇企业联系,签订合作协议,为他们提供技术咨询,帮助他们培训一线操作工人。这样,企业就比较乐意接受学生到这些单位进行专业实习,让学生顶岗操作,视学生为本单位职工。学生在这样的实习单位实习,学习热情高,很好地巩固了专业知识。
三、突出专业特色建设
具有较强的创新意识和实践能力,是高分子材料与工程专业努力塑造的专业特色。在专业建设中,通过企业实习,利用生产现场的实际条件,将专业理论和生产实际相结合,最大限度地满足后续课程学习和人才培养目标的需求。专业教学团队注重生产实习基地的开发,健全实习质量保障体系,保障相对稳定的生产实习教师队伍,出版内容适当的生产实习教材。为保证实习教学质量,指导小组根据教学内容、实习地点进行了合理分工,发挥每位教师的长处,做好教学和组织管理工作。在实习单位内组织相对固定的对生产技术了解深入、有一定培训经验的一线工程技术人员组成实习教学队伍,在实习中发挥了巨大的作用。
结合科研实践培养专业人才,推进教学与研究一体化,是本专业建设的另一特色。为增加学生对专业发展的认识,培养他们创新思路和实践能力,本专业积极落实以教学促科研、以科研带教学的思路,组织学生参与专任教师的科研课题研究工作。目前由本专业12位教师主持的课题共30余项,其中省部级以上科研项目7项,市厅级项目19项,校企合作项目5项,每一项课题都有高年级本科生参与。此外,吸收部分专业学习热情较高的学生参与创新实践训练。目前本专业教师共承担12项大学生创新创业训练计划项目,其中国家级2项,省级5项,校级5项,科研实践工作的开展显著提高了本专业学生的专业素养和动手能力。
四、总结
闽江学院高分子材料与工程专业建设的成果表明,加强专业教学体系和实践体系改革,不仅能增强学生的动手能力,更重要的是能激发学生的求知欲,培养学生的创新意识和实践能力。我们不仅要对现有实验教学内容、教学方法及创新能力的培养方面提出改革要求,还要通过多层次开展实践教学,提高综合性实验和设计性实验等创新内容教学比例,进一步增强学生在实验中的主动性和创造性,以培养出更多具有创新能力的高素质专业人才。
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口腔种植体:
口腔种植体又称为牙种植体,还称为人工牙根。是通过外科手术的方式将其植入人体缺牙部位的上下颌骨内,待其手术伤口愈合后,在其上部安装修复假牙的装置。
陶瓷材料类:包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷、生物降解性陶瓷等。具有机械强度高,耐腐蚀,无刺激和毒性,与组织相容性等特点。目前在临床上也在使用。
碳素材料类:包括玻璃碳、低温各向同性碳等。优点是生物体内有较高的稳定性,无生物降解作用。
金属与合金材料类:包括金、316L不锈钢(铁一铬一镍合金)、铸造钴铬合金、钛及合金等。其优点是强度高、刚性好,但生物机械适应性和组织、骨适应性均较差。
高分子材料类:包括丙烯酸酯类、聚四氟乙烯类等。某些高分子材料与人体结构中的天然高分子有较近似的化学结构,但易被生物体降解并刺激生物体。
关键词:高分子材料加工与成型;课程设计;指导方法;教学改革
高分子材料加工与成型课程设计是高分子材料专业系列课程中的重要组成部分,是学生在完成高分子材料成型与加工原理理论学习和工厂认识实习后的一项实践项目,是学生对所学相关基础知识的综合运用与实践[1-2]。通过这一实践环节,使学生熟悉并了解文献检索相关知识,培养学生资料收集及运用、设计及配方计算、计算机CAD作图的能力,为毕业设计打下基础[3-4]。高分子材料加工与成型课程设计通常是在给定设计题目基础上,根据设计要求,一人一题独立完成。通常安排2~3周,需要一定的独立思考能力和团队合作精神。在指导学生完成课程设计的过程中,我们发现不少同学只会死记书本知识而不会灵活运用,在接受设计题目后茫然无措,不能有效收集资料。此外,对课程设计环节不重视,懒于思考,经常坐等其他同学接近完成后拿来机械模仿,不去思之所以然,导致设计说明书漏洞百出。因此,为了提高学生课程设计完成质量,激发学生学习兴趣和主观能动性,帮助学生熟悉工程设计流程并掌握正确的工艺计算规则,指导老师必须针对学生实际情况,探索合适的指导方法,以达到培养合格工程实践人才的目的。现就课程设计的各个环节指导方法的改革和实践总结如下。
1课程设计题目的选定及时间安排
在课程设计开始之前,首先要对学生情况进行摸底,了解学生对相关理论知识的掌握及灵活运用程度,以及对本专业领域主流产品实际生产流程、工艺参数、基本配方的熟悉程度,了解学生获取文献及生产资料的渠道和学生对课程设计的重视程度。在辅导学生时,通过启发的方式引导学生提出问题并帮助其找到解决问题的思路。通过详细的调研和辅导,了解学生的基础,并使学生知道如何进行课程设计准备工作。在拟定课程设计题目时,尽量拟定学生感兴趣且资料收集较为容易的题目。如我们在生产实习中曾经组织学生参观株洲时代新材、株洲工业园金德管业,对改性塑料生产工艺、注塑、模塑和挤出加工成型方法积累了详细的一手资料,学生对一些应用性强的产品如家电专用PP塑料、汽车内外饰件的工程塑料、给排水管等产生了浓厚兴趣,我们拟定了一系列有针对性的题目供学生选择,如“高铁用PTFE滑块产品工艺设计”“耐高温聚乙烯管工艺设计”和“高铁用尼龙扣件加工工艺设计”等。课程设计开始的时间选择也极为重要。课程设计一般需要2~3周时间,程序为指导老师下达题目,进行具体安排和讲述基本要求,确定考核方式,使学生充分了解课程设计的内容和需达到的任务指标。但是如果采用集中的2~3周时间,完成从选题到设计方案优化和完善以及设计说明书的撰写,时间上较为紧迫。因此,需要机动灵活地安排设计各个环节的时间。同时,由于目前我校的高分子材料加工成型课程设计安排在理论课程结束后、期中考试周开始前,生产实习安排在学期初,虽然理论课程的学习和课程设计环节衔接紧密,有利于学生在对理论课程尚有深刻记忆时通过课程设计进一步加深理解,但即将开始的期中考试必然会分散学生的精力,占用不少时间,使课程设计完成的效率和质量难以保证。学期初的生产实习由于只是进入车间参观,听取工程师讲解,生产实习结束后马上是多门专业课程的学习,实习期间掌握的现场知识和工艺细节会随时间流逝慢慢淡忘,对课程设计没有起到应有的辅助作用。为了把生产实习、理论课程讲授和课程设计有机地结合起来,我们改革了课程设计的教学过程,在学期初安排生产实习时,根据实习内容安排了课程设计的选题工作,使学生带着课程设计的任务进行生产实习。在实习动员会议上,指导老师引导学生关注实际生产中原料配方、原料质量指标、设备参数、车间生产制度等与设计相关的问题,做好详细记录。学生在现场实习时,由于有确定的目标,可做到“带脑”“带心”参观生产过程,与工程技术人员深入交流,有利于获得更多的生产资料。实习结束后,要求学生在实习报告中添加和设计题目有关的生产工艺现状与发展、工艺流程及控制方面的内容,使学生对将要进行的课程设计有一个总体认识。为了让学生更好地消化理论知识,提高效率,课程设计集中的时间段可安排在期中考试结束后,一来学生可释放复习迎考的压力,心态最为放松,有利于课程设计环节的开展;二来老师结束理论课程也有更多的精力全程辅导。在组织课程设计的教学模式上,为了强化学生的独立性,减少对教师和其他同学的依赖,在选题上尽量体现不同,如在产品规格、原料来源和质量指标、生产工艺选择等方面存在差异。同时,指导教师需在统一的时间检查进度,召集3次设计讨论会议,时间节点设置在工艺计算部分初步完成、设计说明书初稿完成和图纸初稿完成阶段,在集体讨论中,对相关环节出现的错误可及时更正。在学生分组上,应考虑不同学生的层次,在对学生性格、心理的充分了解上进行分组,如有的学生工作细致,追求完美,有的学生善于整理文献,有的学生公式运用熟练,计算能力强,合理的分组能达到1+1>2的效果。
2课程设计应体现学生的自主性和教师辅导的有效性
在课程设计教学过程中,指导老师的辅导环节是十分重要的[5]。指导老师首先要消除学生面对选题时茫然无措、无从下手的心理,给学生详细讲解相关范例,帮助确定设计说明书框架并及时审阅相关内容。指导老师辅导可以采取在线随时辅导和线下集中组织两种方式相结合的形式。老师统一召集学生,以会议的形式对设计任务、设计说明书的内容和格式、图纸的要求和数量进行统一规定,对学生普遍存在的问题进行统一解答。引导学生查阅和使用工具书,对往届课程设计中出现的问题提前做好预警并提出解决的途径。由于学生在知识储备和接受水平上存在个体差异,开展有针对性的个别辅导十分必要。在线聊天工具是大多数学生使用频繁且得心应手的工具,在线讨论也可消除学生单独会见老师的紧张。设计组的学生和指导老师可建立讨论组,畅所欲言,开放和放松的氛围也有利于激发灵感,减少失误。学生遇到公式运用上的困难以及某些关键资料无法收集的情况,可以直接和老师进行一对一的讨论,获得及时有效的帮助。
3课程设计授课方式改革应体现科学性和学生独立性
3.1课程设计在课程体系中有承上启下的作用
课程设计是在学生已经掌握一定的基础理论知识之后和开展毕业论文(设计)之前的实践教学环节,具有承上启下的作用[3]。首先,它以某一理论课程为基础,如在学习了高分子成型加工原理这一门理论课后开始高分子成型工艺课程设计,学习了塑料成型加工设备后,相应地开始高分子设备课程设计等。根据课程所学内容对学生提出了设计任务和技术要求,又给学生动脑、动手的余地。这个环节对学生的毕业设计,乃至今后走上工作岗位后的实际工作都有着重要的影响。
3.2课程设计具有很强的综合性
为了使学生获得必要的工程设计能力,必须通过授课方式改革来体现科学性和学生的独立性。如指导老师从往届的设计中,挑选代表不同水平层次的设计,在课程设计开始前的课堂讲授环节进行详细的对比分析,帮助学生建立起一个设计质量标准。为了培养学生的独立性,在设计时,务必使每位学生有不同的设计基本数据,如产量、原料组成和配方设计,生产工艺等,减少学生对其他同学的依赖,积极参与到设计的整个过程,能够较好地提高学生的参与性、积极性,同时激发学生主动思考和创造。在课程设计过程中,工艺流程和设备类型的选择都需要根据物料的物性参数和实际工艺条件来共同决定。
3.3课程设计授课需针对不同学习层次进行合理设计
在实际指导环节,由于学生的知识基础和能力的差异,在获取基础工程数据、物性数据、方案设计、公式选用等方面都会有或多或少的困难,可对问题进行分析,采取不同的处理方法:1)针对少数同学遇到的非共性问题,单独辅导,对认识不清的问题进行答疑解惑。如注塑、挤出工艺中基本原理和工艺条件确定,对于PS,需考虑熔体温度、模具温度、平均注射速度的影响,而对于PP和PE,还需额外考虑保压时间和总循环时间的影响。2)对于大部分学生在课程设计过程中遇到的共性问题,采取集中详细讲解的方式进行,并对设计过程中所涉及的知识点在实际工程中的影响进行引导与分析。如在挤出机的设计计算中,对于挤压系统的计算,包括螺杆主要参数设计和机筒设计以及螺杆和机筒材料的选择与校核。然后根据市场上常见挤出机的型号和基本数据,结合挤出机生产能力、产量基本要求,根据物料特性、理论公式计算出螺杆加料段、塑化段和均化段长度尺寸,确定螺杆种类,并根据计算数据进行校核,选定挤出机设备。3)对于设计过程中学生遇到的因不了解设备形状和结构等造成的困难,指导教师可通过实物、多媒体图片及动画的方式向学生展示说明,让学生充分了解设计中所选用设备的结构和特点。
4考核方式应综合全面评价学生的实践能力
作为工科专业,我校材料化学专业的培养目标是培养高分子材料设计、加工改性领域的工程技术人才。仅仅通过提交设计说明书、由指导老师评定一个分数,对于评价学生的综合能力来说还较为片面。课程设计考核的是学生对理论知识的综合应用能力[6]。因此,有必要对考核方式进行改进,比如指导老师可以提出一些有针对性的问题,这些问题没有统一的答案,但可以开启学生思路。如原材料为什么要规定某些成分的最高含量值,超过规定值会有什么影响;如果在现有配方基础上进一步提高韧性或硬度应怎么改进等等。指导老师可以引导学生在专业知识基础上探索答案,使学生提高运用专业知识解决实际问题的能力。为了更好地考察学生的实践能力和综合思维能力,课程设计的考核方式可以实施弹性考核,从而更好地考察学生的实践能力和综合表现能力。考核成绩将按比例分配至课程设计的各个具体环节,即设计方案的提出和思路(20%)、课程设计方案的工程计算和工艺安排(35%)、工程图纸绘制(20%)、课程设计答辩(15%)和开放性工程实际问题回答(10%)。其中,设计方案的提出和思路主要从方案的合理性、实践性进行评价,同时考察学生思路是否清晰、文献调研是否周密以及系统总结能力等;课程设计方案的工程计算和工艺安排主要考察学生是否能充分利用所学相关知识在设计资料基础上完成正确的工艺计算,并根据平时实习环节获取的现场知识充分进行工艺安排;工程图纸绘制主要考察学生图纸绘制的正确、规范程度,课程设计答辩主要考察学生的综合表达能力;而通过对指导教师所提出的工程问题的解答可了解学生的理论知识基础是否扎实,能否活学活用。
5结语
综上所述,高分子材料加工与成型课程设计的选题需结合学生就业方向,因地制宜,难度适中;时间安排要灵活机动,适当分散,以安排在期中考试结束后为佳;教师辅导应方式灵活,统一与个别相结合,注意保护学生的学习自主性;考核方式应多样化,将设计的多个环节分开考核,综合评价,考察学生多方面的能力。应用上述指导方法,学生均感觉通过完成高分子材料加工与成型课程设计,既提高了对知识的理解和应用,又增强了动手能力和解决实际问题的能力,收获很大。
参考文献:
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