前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的高分子材料的重要性主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
【关键词】高分子材料;成型加工技术;创新
现代社会中,科学技术成为了推动经济发展,促进社会进步的重要力量,也正是由于科技是第一生产力的这一理念,各个国家的科技都达到了前所未有的发展速度。高分子技术应运而生,随着人类对高分子技术的深入了解,在应用过程中遇到的很多问题有待探讨,本文中就高分子材料成型加工技术的发展与创新进行了深入的讨论,也希望能够为我国的高分子技术贡献一份力量。
一、简述高分子材料成型加工术的发展历程
在对一项科学技术进行深入探讨之前,很有必要对其的产生、发展到应用的过程有所了解。由于新型高分子材料的发现较早,但是由于观念上的落后以及设备上的落后,导致高分子材料从发现到大规模的应用于工业流程中所耗费的时间较为漫长。近年来,随着关于高分子技术的一系列难题攻破,到更多、更加优良的高分子材料被发现,高分子技术开始进入飞速发展的时代。20世纪90年代塑料的平均增长率有了很大的提升,随之而来的塑料产量也有很大幅度的提升。不管是在塑料的产量上有了大幅度的提升,在塑料的种类上,材质上,应用范围上都有了很大的优化与发展。举个例子来说,之前制造一批汽车可能需要三百吨钢铁,而现在可能只需要三百吨的塑料就能达到相同的效果,甚至更好的效果。在钢材日益减少的现在,这些高分子材料的发明给了人类在发展道路上无限种可能。在汽车行业中,由传统纯钢铁制造的汽车可能已经无法满足现代人类的需要了,而对于高分子材料制造而成的汽车,不仅在强度上不输于钢铁,在造价,环保方面更是胜于钢铁一筹。而在其他方面也会有很多改变,规模上要更小一些,周期要相对更短一些,能量的消耗要更低一些,回收率要更高一些,对空气的污染程度和对资源的消耗要更小一些。
二、创新型高分子材料成型加工技术
1.聚合物动态反应加工技术及设备
聚合物反应加工技术是以现双螺杆挤出机为基础发展起来的。目前国外已经对这一个项目进行了深入的研究,并且已经研制出了连续反应和混炼的杆螺杆挤出机,这一项研究的产生,有效地解决了双螺杆挤出问题,还有这其他类似的反应器所不具有的优点。
在这些设备的发展过程中,技术是至关重要的一个环节,在技术上必须要有所突破。指交换法聚碳酸酝(PC)连续化生产和尼龙生产中的比较关键的技术是缩聚反应器的反应挤出设备,而在现在世界上所使用的反应加工设备上来看,大多数都是利用传统的混合、混炼技术,有些国外的企业也只是对传统的反应器进行了小范围的优化。但是根本上都存在传热、传质过程、混炼过程、化学反应过程难以控制、反应产物分子量及其分布不可控等问题。另外设备投资费用大、能耗高、噪音大、密封困难等也都是传统反应加工设备的缺陷。聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同,该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程,达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。这一项技术实现了聚合物单体或预聚物混合混炼过程中的理论的突破,有了新的理论作为指导,新型的加工反应器才能够制作出来。新的技术从理论上解决了聚合物单体或预聚物混合混炼过程及停留时间分布不可控制的难点,同时从技术上解决了设备结构集成化问题。新设备具有体积重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、适应性好、可靠性高等优点,这此优点是传统技术与设备无法比拟或是根本没有的。
2.新材料制备动态反应加工设备技术的革新
这一项技术的革新主要是指信息存储光盘直接合成反应成型技术的发明,这项技术具有当代新技术所需要的大多数优点,由于采取了全然不同的理论指导和流程,这项技术具有周期短,操作建议,对环境污染小,节约资源的优点。正是由于这些优点的存在,这项技术打破了原有传统技术的局限性,避免了很多问题的出现。而且随着光盘存储技术的发展,这项技术还有无限的提升空间。它的主要工作机理是把光盘级的PC树脂化,将中间存储和盘基成型融合在一个流程当中,再借鉴动态连续反应成型技术对交换连续化生产技术进行研究和发展。
3、复合材料物理场强化制备技术
此技术在强振动剪切力场作用下对无机粒子表而特性及其功能设计,整个流程都是在设计好的连续的加工环境中进行,省去了其他化学催化剂或者改性剂的参与,有效地实现了资源的节约。利用聚合物使无机粒子进行原位表面性、原位包覆、强制分散,实现连续化制备聚合物/无机物复合材料热塑性弹性体动态全硫化制各技术:此技术将振动力场引入混炼挤出全过程,控制硫化反直进程,实现混炼过程中橡胶相动态全硫化。解决共混加工过程共混物相态反转问题。
三、展望高分子材料成型加工技术未来的发展方向
近年来,在世界上的高分子材料成型技术的发展热潮的影响下,我国的各省各地也加快了高分子材料成型技术的发展,相关部门也加大了政策上的支持。这一做法是完全符合我国改革开放以来的经济发展路线,因此这一技术已经具备了发展的一切有利因素。
我国的各个城市陆续展开这项技术的推广,已经有超过一半的地区在推广和使用这一技术,这一技术所创造的经济利益也是不容忽视的,很多地区已经将这一技术变成一个产业,工业制成品大量出口到欧洲和亚洲的很多国家和地区,在国际贸易方面有非常显的成效,不但提高了出口的多样性,而且拉动了社会效益和经济效益的增长。在未来的时间里,这项技术还具有非常大的发展空间,新型高分子材料成型技术还可以应用在更多的领域,相信会有一天高分子材料会成为我们日常生活中不可缺少的东西。希望以后有更多的人才投入到这项技术中去,这样我国的高分子成型材料加工技术才能够赶超发达国家,为我国的外贸的发展。
四、结语
综合上文所陈述的,我国要想在高分子材料的道路上走的更远,必须牢记科技史第一生产力的这一原则。并且只有随着高分子材料的不断深入应用,我国才能够更好地建设资源节约型环境友好型社会,才能让世界看到中国的发展不是以牺牲环境,大量消耗资源为代价的。推动高分子加工合成技术势在必行。
参考文献
关键词:绿色化学;高分子;设计实验
高分子化学是一门实用性和实验性都很强的学科,是化学、化工、材料等专业必须修读的基础课程,与原有的四大化学并列,成为第五大化学。高分子材料已深入到人类生活和生产的每个角落。
高分子化学教学过程中发现,在实验内容等方面存在一定的局限性和不足之处,其完善需要经历一个不断实践和更新论证的过程。将高分子实验课中聚合物的分子设计、合成、加工和测试等实验内容有机结合,组成一门高分子科学实验课程,是高分子教学改革的必然趋势。
一、高分子设计实验课开设的必要性
廊坊师范学院化学与材料科学学院材料化学专业的高分子化学实验于2008年开设以来,由本专业教师在部分科研成果及其他院校高分子化学专业实验教学资料和经验的基础上,对设计实验的内容进行了设定。高分子设计实验的开设,为学生专业实验技能的培训、动手能力的培养以及思维创造力的提高等方面起到了积极的促进作用。
设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件,由学生自行设计实验方案,并加以实现的实验。设计性实验有利于培养学生的实践能力,提高学生探索新问题的兴趣、研究问题的综合能力。开设设计性实验时,要注意紧紧围绕学生的综合能力、初步设计能力及创新意识培养这一目标,注意与课程设计、课外科技活动、集中的综合训练相结合。
传统实验在与理论教学的配合上,是教师根据教学的一般规律或实验内容安排的,而不是学生根据各自学习中的需要或进一步探索的兴趣所确定的,无法体现个性的发展。验证性实验一般是前人做过的,经过精简提炼,专门为教学而设计的实验,实验没有次要的实验现象的干扰,这对学生今后从事科学研究和对新事物的探索非常不利。在高校中开设设计性实验,营造培养学生创造性思维能力的环境是非常必要的,有利于提高学生的综合素质和创新能力。
二、注意培养绿色环保和可持续发展意识
1.绿色化学的核心内容
绿色化学又称环境无害化学或环境友好化学,是指设计和生产中,使用没有或者尽可能小的产生环境副作用的化学品。绿色化学的核心内容主要体现在:第一是减量,即减少三废排放;第二是重复使用,如催化剂、载体等;第三是回收,可以有效地实现省资源、少污染、减成本的要求;第四是再生,是节省资源、能源,减少污染的有效途径;第五是拒用,如不用有毒副作用及污染严重的原料,这是杜绝污染的最根本方法。
开发新型的、可生物降解的高分子材料,解决“白色污染”问题;以及充分应用可再生资源,即:采用可再生资源做化学化工原料,是绿色化学的重要任务和方向。众所周知,“白色污染”是当今社会的一大公害,塑料作为合成高分子材料,具有性能多样、用途广泛和价格优廉的优点,已成为人类生产和生活中不可缺少的一种材料。然而,废弃塑料造成很大的环境污染。在实验教学中,应注重强调高分子材料的环境同化,高分子材料的循环和再生技术,探索高分子材料与生态环境的相互影响,实现高分子材料与生态环境的和谐等内容。
2.绿色化学的重要指标
绿色化学的一个重要指标是原子利用率,其定义为:期望产品的摩尔质量占化学方程式中按计量所得物质的摩尔质量的比值。高分子材料的制备包括单体的合成,聚合物的合成及聚合物的加工,前两步都有一个原子利用率的问题。要实现绿色化,只有在合成中提高原子利用率,才会真正减少废物的生成。
绿色化学的理想是指:不使用有毒有害的物质,不产生有毒有害的废弃物,不使用对环境有害的落后化学工艺。其目的是把现有的化学和化工生产的技术路线从“先污染,后治理”改为“从源头上根除污染”。
3.开设小量、半微量实验
有关绿色化学的教育才刚刚起步,国内大多数学校尚未涉足。现有的化学实验课程的教学内容难以体现绿色化学思想,不少实验仍大量使用有毒有害药品,产生大量的“三废”,对微型化学实验研究推广不够。
传统的常量实验药品用量大,导致教学经费投入大、资源利用率低、环境污染严重等。可以在某些实验开设小量、半微量实验。这些小量、半微量实验对学生实验技能、实验的准确性和精密度等都提出了更高的要求。
绿色环保和可持续发展已成为企业生产和发展必须考虑的因素。在设计专业实验时,尽可能地采用专业、简单高效的实验路线,教师在讲授时将其他生产过程和工艺进行对比,强调整个实验过程的经济性和环保效益,让学生充分体会到增强环保意识和可持续发展对社会经济发展的重要性。通过给学生灌输环保和可持续发展的理念,为学生今后生产设计和研究开发等工作提供一个基本的思想准则。
三、将科研与实验教学结合起来,开发应用型实验
1.将废旧高分子的综合利用作为设计实验内容
高分子化学是一门应用性很强的化学基础学科,是材料化学专业的重要专业基础课,对于材料化学专业的学生,学习高分子化学不仅要全面掌握高分子化学的理论知识,更重要的是要学会高分子的实验方法以及在实际中的应用。我们从废旧高分子的综合利用出发,探讨科研成果转化为高分子设计实验的研究与实践。
废旧高分子材料的综合利用是绿色化学的重要组成部分,它将对减少环境污染具有重要的实际意义,同时又能获得有价值的工业原料,对能源的再利用具有一定的意义。在我们的教学实践中,在已经具备的课题组成员大量前期科研成果基础上,对废旧聚苯乙烯、废旧有机玻璃、废旧聚氨酯和聚酯进行再利用研究。设计实验的内容包括对控制反应的几个因素:升温速度、温度、催化剂种类与用量、反应时间等进行优选。这类设计实验的开设使学生对绿色化学的概念有一个深入理解,使学生增强环保意识、掌握废旧高分子材料的综合利用方法,对从实际出发锻炼自身科研能力有重要意义。
在高分子实验教学中,适时引入“降解”这一高分子学科中的重要概念,并适当介绍高分子降解中的一些问题,如生物、光、辐射、热、机械及化学等因素引起的降解规律,并介绍相关高分子的设计方法。也就是让学生正面理解“聚合”的同时,也从反面理解了“降解与解聚”,这样就形成了一个完整的教学体系。
2.将天然可降解高分子作为设计实验内容
目前对付“白色污染”的方法一般是以填埋和焚烧为主,还有再生利用。再生利用的费用较高,难以推广,最好的方法是开发能够降解的环境友好材料。这种材料能够在环境条件下分解成能纳入自然生态循环的小分子物质。现在一般以淀粉、纤维素、甲壳素、壳聚糖等天然多糖为原料,采用共混或接枝等方法得到聚合物(如塑料),这类制品可以生物降解,最终转化为二氧化碳和水,纳入生态良性循环。
高分子设计实验中可以开发一些能联系实际生活的应用型实验,将教师的科研工作与实验教学紧密联系起来,体现出高分子科学实验的实用价值,能强烈地激发学生的创造性。
基于此,在高分子设计实验中我们增加了“从虾壳蟹壳制备甲壳素和壳聚糖并用于工业废水的净化”,本设计实验是从绿色高分子角度出发,将回收的虾壳蟹壳经水洗、稀酸浸泡、稀碱浸泡等方法先制备甲壳素,然后用碱煮的方法将制得的甲壳素进行脱乙酰化,制备出壳聚糖初产品,再用沉淀法进行纯化得壳聚糖纯品。将壳聚糖纯品分别进行脱乙酰度、平均分子量、灰份含量、水份含量的测定。将得到的甲壳素和壳聚糖用于工业废水中重金属离子和有机酸的吸附分离。
四、培养学生绿色化学思想和对高分子实验的兴趣
兴趣是学习的最大动力,学生只有具有了学习兴趣,才会主动花时间和精力钻研所学的内容。目前,实验课几乎全部是程式化过程,教师总是先讲解实验原理、操作步骤、注意事项等,学生被动地听,不去思考,机械地完成每一步操作,为实验而实验。实验带给学生的不是学习的兴趣,更不用说培养思考能力和兴趣了。因此,在课程实验教学阶段,通过质疑引思、举例与联想、归纳总结、启发式教学等方法来实现开拓创新。
关键词:课程建设;创新型人才
一、课程建设在创新型人才培养体系中的作用与意义
1,创新型人才培养的基础是课程建设
教学以课程为起点,课程居于教学的核心,是教学活动中内容和过程的统一。课程是把教育思想、观念、宗旨等转变为具体教育实践的中介,没有这个中介,一切教育目的、思想、观念、宗旨等都不可能得到落实。因此,要实现创新教育目标,优化课程体系应是首当其冲。
许多教育教学研究成果表明,创新人才的培养使命最终要靠创新课程体系来完成,创新课程体系是实现创新人才培养的终归途径。创新课程体系不能单靠某种因素构成,而要包括课程的新观念、新内容、新机制和新方法等。华中科技大学承担的新世纪高等教育教学改革工程项目项目组通过对国内外高校的人才培养进行调研、分析,得出结论:课程体系是开展创新教育的保证,工程实践是创新的基础,开展各项创新活动是培养创新人才的有力措施。
2,课程建设可以有效促进专业发展
科学、合理的课程体系可以有效促进专业建设与发展。以郑州大学国家精品课程“材料科学基础”为例,通过课程改革,综合了金属材料、高分子材料、无机非金属材料、材料加工等专业基础知识,构筑材料科学与工程学院新的基础平台课程体系。改革实践教学环节,增设八类“材料科学与工程基础实验”,实现了材料科学与工程大类专业人才培养新模式。突出“宽口径、厚基础、高素质、强能力”的创新教育理念,促进了专业建设与发展,使材料科学与工程大专业逐步成为郑州大学的特色专业。
在2007年4月召开的教育部高等学校高分子材料与工程专业教学指导分委员会工作年会上,与会专家结合高分子材料专业建设、专业规范、专业评估等工作,重点进行了课程建设研讨。围绕创新型人才培养模式,结合已有的课程改革成果,通过认真讨论,计划由郑州大学作为召集单位,针对高分子材料与工程专业本科生教学过程中存在的问题,以“高分子材料成型加工”课程建设为切入点,提出具体的课程建设规划,探讨课程建设对创新型人才培养的作用与意义,并探讨该课程对高分子材料成型加工新专业建设的推动作用。
二、课程建设基本思路与内容
结合学院本科教育发展目标,根据学科专业的发展趋势、社会对人才的要求和学院的具体情况,材料科学与工程学院确定了“以教学为中心,学科专业建设为龙头,队伍建设、实验室建设和科学研究为主体,全面提升学院的整体实力和水平,努力建设成为培养工程应用创新型人才”的总体目标,突出“高分子材料成型加工”课程建设的基本思路为:强化基础,注重实践,突出创新。具体包括:
1,拓展课程专业理论知识与技术方法
在原有课程体系的基础上,结合现代教育特点,借鉴国际化教育方法与先进的教学体系,在课程建设过程中,具体通过三项措施优化课程知识体系:
(1)拓展专业知识。主要包括:在新的课程体系中融入“高分子材料科学基础”、“高分子材料成型原理”、“成型机械”、“成型模具”等相关课程知识,组成新的课程基础平台,突出新课程体系的基础性、全面性、系统性。
(2)增加技术方法课程内容。主要包括:在材料加工知识领域增加“高分子材料制品开发设计”、“生产质量管理”、“工厂车间设计”以及最新的数字化制造技术等知识,全面拓展各类高分子材料(有机材料)的成型与加工新技术、新工艺、新方法,保持课程中材料成型加工技术与方法的新颖性、先进性、前沿性。
(3)注重学科交叉。主要包括:在课程体系中不仅涉及高分子材料与工程专业的相关知识,更要综合交叉材料科学基础、材料加工学、机械工程学和生产管理学为一体的新型教学平台,注重课程建设的综合性、交叉性、适应性。
2,强化实践教学环节
在高等教育中,实验教学是全面实现人才培养目标的一个重要环节。它具有直观性、实践性和探索性的特点,同时具有传授知识、培养能力以及思想品德教育的作用,是提高学生实践能力和科学素质的重要手段,是培养合格人才用其他教学环节不可代替的重要环节。“面向21世纪教育振兴行动计划”中进一步强调指出要加强对学生的素质教育,培养创新精神和实践能力。这些对于理工科学生而言更为重要,尤其是材料科学与工程这样一些实验性很强的学科,很多新知识、新技术、新材料都是从实验过程中产生的。
但长期以来实践教学处于理论教学的从属地位,在培养学生实践能力和创新精神中发挥的作用远远不够。问题在于教育观念上的落后,对实验教学的重要性认识不够,投入的经费不足,实验室仪器设备缺乏,以至于有的教学实验往往开成演示实验,严重影响了学生实践能力的提高。近年来,国家对高等教育投资力度逐步加大,在实验室建设上也投入了大量的人力、物力和财力,实验室建设取得了长足的进步。但随着经济的发展,社会对人才的要求不断提高,实验室的建设仍难以满足人才培养的需要,实践教学环节仍然比较薄弱,本科毕业生的实践能力、总体设计能力不够理想。因此,在新的课程体系中,围绕创新型人才培养,在注重基础理论、交叉学科、前沿领域等基础知识的同时,要进一步强化实践教学环节。
(1)在注重各类基础实验教学体系的同时,进一步加强综合性、设计性、创新型实验。在专业平台的基础上,加强学生基本概念、基本理论、基本方法、基本技能的培养。通过三类学院平台基础性实验、两类专业方向综合性实验、一类开放性实验,并结合“郑州大学材料科学与工程创新基地班”建设,设立3~4个创新型实验。重点培养材料先进加工与自动控制相关的专业实验技能,拓展专业知识面,全面培养学生的专业基本技能和基础理论应用能力。
(2)增加实践环节,加大实验教学、实习、综合设计等教学内容。实行“3+1”培养模式,增加毕业设计论文时间,即在学生第七学期下半学期开始进入毕业设计(论文)环节。
3,教材建设
结合实际应用范例编写教材。既注重高分子材料科学与工程的基础知识与基础理论、基本加工原理、成型加工工艺、成型加工设备等,又介绍最先进的高分子材料成型加工的新技术和新方法。教材内容多样化,既注重不同材料成型加工的共性,又兼顾不同材料成型加工的特色。
4,实训教学
主要包括应用实践载体建设和创新实践载体建设。其中,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。
郑州大学材料科学与工程学院位于郑州市高新技术开发区,区内有许多家材料类相关的高新技术企业,涉及高分子材料成型加工的企业有十几家,通过应用实践载体建设,以高新技术企业为依托,建立产学研联合体实验室,作为学生实训教学基地,培养学生的实际应用能力。
郑州大学材料科学与工程学科拥有材料加工工程国家重点学科、橡塑模具国家工程技术研究中心、材料成型过程与模具教育部重点实验室等,实验设备先进,从事的科研项目包括国家自然科学基金重大项目、国家“863计划”、“973计划”项目等,研究领域涉及许多前沿性课题。因此,充分利用这些学科优势,以学科前沿实验室为依托,作为本科生创新实践载体,从而培养学生的科学前沿意识和科技创新能力。
5,教学改革与教学研究
新的课程体系需要不断完善,从而保证教学效果和学生培养质量。因此,在课程建设过程中,需要注重教学研究与教学改革,不断丰富教学内容,完善教学手段,提高教学效果。
教学改革主要围绕以下几个方面来进行:
(1)进一步完善多媒体课件,使教学内容丰富、直观、科学、系统。
(2)建设网络课程。以“高分子材料成型加工”课程为平台,围绕精品课程建设要求,积极推进网络课程建设,即将所有课程资源上网,与国内相关高校进行课程互动建设,实现异地课程同步建设、同步交流、共同发展。
(3)建设虚拟实验室。对于当前材料成型的新方法,往往通过教材无法及时介绍。因此,通过虚拟实验室,介绍最前沿、最先进的成型方式及作用过程,保证课程内容的前沿性、先进性。
(4)开展第二课堂实践教学。通过吸收低年级本科生提前进入实验室,参与第二课堂实践教学活动,开设各类课外创新实验,鼓励学生参与各类科技活动,积极参与大学生“挑战杯”等各类课外创新活动竞赛。
(5)完善双语教学,培养学生英语应用能力。探索有效的双语教学方式,提高教学效果。
(6)课程建设国际化。课程建设国际化是中国大学教育与国际接轨的基础,对于引进国外优质教育资源,借鉴国外有益的教学和管理经验,培养国家经济建设急需的专业人才,增加中国教育供给的多样化和选择性,发挥着积极的作用。因此,通过与国外相关高校加强交流,共同探讨课程建设体系,选用原版教材,使学生了解国际前沿信息,促进课程国际化建设,培养国际化专业人才。
教学研究的内容主要包括以下几个方面:
一是课程体系中涉及的高分子材料模具设计、加工过程模拟等软件的研制开发及应用推广等的教学研究。
二是课程体系中涉及的新型高分子材料成型加工机械设备的改进、设计、研制与应用等的教学研究。
三是课程体系中涉及的高分子材料成型加T新技术、新工艺、新方法探索等的教学研究。
四是课程建设过程中各类教学实践与改革的教学研究。
通过教学研究,从而掌握新课程体系建设的基本规律,提出相关建设理论,指导其他工科类相关课程建设,全面提高各工科类本科生的培养质量。
6,教学团队建设
一、化学与新材料、新技术
材料是科学技术的先导,没有新材料的发展,不可能使新的科学技术成为现实生产力。通过对新材料的学习,使学生明确学习化学的目的,提高学习兴趣。新教材在“绪言”中首先介绍中科院北京真空物理实验室研究院人员以超真空扫描隧道显微镜(STM)为手段在Si晶体表面开展原子操纵研究,取得了世界水平的成果;李远哲教授与交叉分子束方法的研究等新科技的介绍。这既是很好的爱国主义教育,又把化学科学的进步与人类物质文明、精神文明的关系讲明,使学生理解学习化学的重要性,激发学生学好化学的社会责任感
二、化学与能源
能源也是现代社会三大支柱产业之一。随着人类经济活动的日益增大,人们对能源的需求急剧增加。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一,研究化学反应中能量变化具有非常现实的意义。高中化学新教材首次在化学教学中渗透了能量观点,如,在高一化学第一章里提出如何提高燃料的利用率,开发新能源等与社会相关的问题。
三、化学与环境
保护环境已成为当前和未来的一项全球性的重大课题。新教材中介绍了臭氧层的破坏、酸雨、温室效应、光化学烟雾、白色垃圾、土壤以及水污染等环境污染问题及其防治。并将“居室中化学污染及防治”、“生活中常见污染物和防治污染”放在选学教材中。在治理这些环境污染问题中,化学已经并将继续发挥重大作用,大幅度地增强了学生的社会环保责任感,增强了学习化学的兴趣。
四、化学与生产、生活
人的衣食住行、医疗保健、生命科学等无一不和化学密切相关。高一化学新教材卤素一章介绍了“碘与人体健康”,高二化学结合有机化学知识介绍了“食品添加剂与人体健康”,并以大量的彩图形象的介绍了各类无机物和有机物的用途。高三化学在电解池教学中,常识性介绍了“以氯碱工业为基础的化工生产”,结合生产实际以及其它相关学科知识探讨“硫酸工业的综合经济效益”,树立学生的主人翁意识,这是素质教育、创新教育的一种方式。但新教材中也有一些不足之处,如:与化学问题相关的其他学科的相互渗透介绍得较少,知识体系综合化不够,这不利于提高学生解决实际问题的能力和综合素养。要充分地体现化学素养教育,还可以在有关教学内容后以常识介绍的形式将相关的其他学科知识做适当的讲解,譬如,“胶体”内容后可结合空气溶胶介绍物理学中有关空气中可见光的波长,使学生明白“晴朗的天空为什么是蓝色的”。但瑕不掩瑜,新教材较以往教材,价值定位有了很大进步。这是价值的相对真理性,它随时空环境的改变而不断更新。
五、化学教学实践基本策略
1、主题型教学策略
“化学—人类进步的关键”是高中化学新课程的总主题,在整个高中化学教学过程中应该尽可能体现这一主题。如“糖类、蛋白质、油脂”可以“人类重要的营养物质”为主题;氮族元素结合生物圈中氮的循环以固氮为主题;硅和硅酸盐工业、金属和合成材料以材料为主题;化学反应与能量、原电池原理以开发新能源为主题;烃以石油化工为主题。主体型教学策略可以使学生认识到自己所学内容的社会价值及其实用性,有利于学生学习兴趣的激发和保持。
2、用途联系型策略
在元素化合物教学中应该将现代最新的有价值的有关元素化合物用途纳入教学之中。如在学习NO的性质时,可联系医学新成就,介绍NO对人体某些疾病的治疗作用,然后提出问题:为什么大量NO吸入人体有害,而少量的NO吸入却能治疗某些疾病?在学习有机高分子材料时,可联系智能高分子材料、导点高分子材料、医用高分子材料、可降解高分子材料、高吸水性高分子材料等;在卤素学习时,可联系海水化学资源的开发、利用和饮水与消毒化学;在硅和硅酸盐学习时,可联系新型无机高分子材料等。
3、情境渗透型策略
对某些与中学基础知识有密切关系的新的应用型成果可采取情境渗透型策略。例如,进行晶体类型与性质学习时,可以将“晶体缺陷对晶体生长、晶体的力学性能、电学性能、磁学性能和光学性能等有重要影响,如许多过渡金属氧化物中的价态可以变化并形成非整比化合物,从而使晶体具有特意色彩等光学性质,甚至具有半导性或超导性。”作为情境,讨论具有NaCl型结构的NiO晶体发生晶体缺陷形成的非整比化合物NiXO的结构特征等。
4、实验探究式策略
化学是以实验探究为基本特征的,因此,化学教学也应体现这一特征,并将其作为化学教学的主模式。探究的内容有物质的组成、结构、性质、变化规律以及物质的实用性等。在教学中,可把一些演示实验改为边讲边实验,将验证性实验改为探索性实验。如:联系生物实验“空气中SO2含量的测定”,可让学生联系化学知识设计反应原理,根据具体操作,提出问题:为什么抽拉活塞时不能过快也不能过慢?设计“HCO3-结合H+容易还是CO32-结合H+容易”等探索性实验。这些都是在创设出一种问题“情境”后,发挥学生的积极性和主动性,激发学生的求知欲,进而引导学生去探索化学知识的价值活动。
5、调查研究型策略
做科研不是只有实验室
2013年3月,北京化工大学机电工程学院机械设计及理论2012级博士生秦柳多了一个身份――宁波格林美孚新材料科技有限公司(以下简称格林美孚)的总经理,他创业了。对秦柳来说创业不在规划中,却又成为当下最应该做的事情,他义无反顾地走上了这条骄傲和煎熬并存的道路。“压力主要是现有的博士培养体系里,是这样评价的:做了哪些实验、发了多少文章、有多少专利。我大部分时间不在学校、不在实验室,能不能顺利毕业成了未知数。”秦柳说。然而,他顾不上担心,科研落地带来的梦想成真推动着他。
我国“十二五”规划提出:提升制造业核心竞争力,发展战略性新兴产业,在政策上将重点扶植包括高端装备制造和新能源等在内的新兴产业。2012年,从珠三角、长三角到环渤海等经济枢纽,上自职能部门、下至企业百姓都在讨论民营经济的产业升级与转型。制造业民企老板们生存还是死亡的焦虑,秦柳看在眼里,想在心里。
2009年,秦柳考入北化机电工程学院攻读硕士研究生,师从“教育部长江学者”杨卫民教授,研究方向是:基于高分子材料的新能源汽车轻量化制造技术。理工科研究生的学习需要埋头于实验室,秦柳也不例外。实验室除了承担国家自然基金项目和“985”项目外,还承担着不少和地方企业的合作项目。在企业合作项目中,学生们一般是在学校做实验,去企业待三五天补充实验需要的数据等,然后回校写文章。秦柳起初随大流,一个月后,他觉得这样做远远不够,应该运用自己所学专业的知识和科研方法解决一线遇到的问题。他主动找到导师,要求常驻企业,落地项目做出成果,导师十分支持。于是秦柳选了自己感兴趣的山东威海三角集团的轮胎项目,后来又接了浙江温岭市旭日滚塑科技有限公司的滚塑设备项目。就这样,秦柳跑威海、跑温岭,日子过得很辛苦。秦柳泡在企业的效果明显,他负责的两个项目在较短的时间就做出了成绩。
秦柳是2011年介入温岭旭日滚塑科技有限公司的滚塑设备项目的。这家民企老板找到实验室时,正处于风雨飘摇中,韧劲十足的老板一心要扭转小型加工作坊的命运。秦柳中学时寒暑假都跟着姐夫在长三角地区南翼的浙江温岭一带打工,他主动接下了这个项目。秦柳运用所学的专业知识,结合科研思路,帮助公司改进和升级产品、设备。如今,这家公司在行业里排到前三。企业老板感谢秦柳之余,多次在交流中流露出对传统的代加工方式的忧虑,想要拆资另起炉灶。秦柳告诉老板,做新项目不在于投入资金的多少,而是要考虑:产品是不是独一无二,是不是只有你的企业能生产,得有自己的运营特点。老板向秦柳提出了优厚的条件,希望他留在公司。秦柳拒绝了,他要读博,手上的实验项目还没有完成,心里舍不得。“我读本科时就深刻地知道,读书的机会就这么一次。如果工作以后再想要回到学校读书,做决定会困难得多。”秦柳说。
在科研的路上,有理论研究和应用研究之分,秦柳的导师对应用科学看得比较重,所以鼓励秦柳和企业老板探索合作的模式。从实际情况来看,民企老板们有市场、有资源、有资金,高校导师们有技术、有团队、有人员,但是这中间如何衔接?导师们不太可能带着队伍直接进企业,毕竟教学任务为重,而一茬茬的研究生、博士生毕业了往往选择外资企业、国企和科研院所做研究。秦柳倾向于应用研究,他说:“博士该做的就是实现理论到应用,在应用中发现问题,进一步完善理论,再做研究,这样就形成了良性循环。”在大环境利好的情况下,读博后,秦柳的创业之路开启了。
解决分叉,实现交叉
“研究成果到企业的落地,问题在于执行率和效率分叉了。”秦柳说。
从科学的角度来讲,一个产品的形成要经过基础科学研究、应用科学研究和产品开发的三个阶段。前两个阶段的重大突破是我们所说的科学创新,后一个阶段的重大突破是我们所说的创业创新。
产业化的科研在应用过程中要求产品能够批量生产,标准化,性能统一、稳定。秦柳以格林美孚生产的“超临界CO2微发泡制备超轻热塑性材料”为例,这一新材料的研发是在实验室搭设了小型设备,通过反复实验,成功地制备出超轻的复合材料,并且系列的工程材料也都做了,没有问题。从实验角度来说,得出在什么样的温度、什么样的压力下能做出产品,就是完美地解决问题了。但是格林美孚要想实现年产量200万平方米的超轻发泡材料,问题就来了,连续生产的时候,幅宽、厚度、平整度如何保证?更重要的问题是,市面上根本没有这样的生产设备。
把实验室的小型设备“放大”到实现批量生产的设备,也就意味着秦柳需要先打造出新设备,为此他花了近两年的时间。“这不是简单的放大,是一个原理的放大。”秦柳说,用好的材料做出好的产品,必须要有好的设备。他和研发团队不得不从设计开始,然后是组装、调试再到运转,一步步来。画出设备的图纸,申请专利,找不同的厂家委托加工,有时候为了一个零件的加工不得不找几十家工厂。组装后的设备在生产过程中屡屡调试,秦柳坦言没有一次是能一次成功的。
秦柳将这一新材料应用到墙纸和皮革替代品,这是一种全新的产品。秦柳创立的格林美孚定位于绿色制造,他解释高分子材料的特性可以做到无毒害、食用级。“从墙纸来说,国内的壁纸行业很早就提出希望生产的壁纸实现食品级,消费者也迫切需求,但是传统工艺肯定是实现不了的。”秦柳还提出新材料不只是绿色环保的,还能防火、防潮、防霉,这些都可以从高分子入手攻关。在导师的推介和帮助下,秦柳一路解决了设备问题、材料生产的问题。花了近半年的时间,秦柳拿到了符合要求的原材料。他把600平方米的材料交给下游厂家,想做一批包。厂家按着传统的加工方式去做,结果材料全部报废。
“得知消息后真的是绝望啊。”秦柳说,“也不能怪厂家,最了解产品特性的人是我们,但是我们不懂制作成品的环节。”为了赶一个展会,秦柳临时召集工人,加班加点生产原材料。然后,他带着赶制出来的材料到下游工厂盯了40多天,从预处理、成型到后处理,他和厂家的设计人员、技术人员一起琢磨和研究,最后顺利做出成品的包。说到做包,秦柳开心地给记者展示手机里的图片,是他最近做的靠枕。“我们刚做出来一新材料,我们叫它塑料的记忆珍珠,我要试验它的弹性并有所控制,就做了个靠枕。”秦柳乐呵呵地说。动手做包、做靠枕这样的事情,在实验室的时候,秦柳是不会做的,这也充分说明研究成果到工业产品之间的路不仅遥远而且风格迥异。
解决了分叉问题,实现跨界交叉后,企业的路就走得宽了。“这是我的一个深刻体会。”秦柳说。他在北化实验室的英蓝团队研究熔体静电纺丝,研发的中纳米纤维过滤膜在空气过滤的领域表现出优异性能,专门针对空气中的PM2.5,是空气过滤材料行业新星。秦柳琢磨着应该把这项技术应用到家具产品,尤其是生产出能够过滤PM2.5的儿童家具一定会很有市场。格林美孚可以做新材料,但是打造家具超出了现有的能力范围。后来,有朋友推荐了台州做家具的老板。“我们就加紧开发,已经攻关成功了。”秦柳介绍这类儿童家具,采用高分子材料,不会那么坚硬,可以很好地避免小孩子被碰伤,同时还有过滤空气的特效,这需要跨行业的交叉,传统家具厂很难独立完成。
秦柳告诉记者,高分子成型往往是在高温环境下,在实验室的时候,他就想过用一种使用清洁能源的锅炉来代替现在的燃媒锅炉,成立公司后,他们研发出了新型的超高速绿色智能蒸汽发生器,基本实现安全、清洁、自动化,目前设备销售得不错。
两年间,三个稳定的项目,格林美孚开始盈利,稳步发展中。目前,秦柳的企业有近二百员工,6个研发部门、设计部门和管理、财务等10多个部门是重中之重。
大三找到方向:轻量化
“这么多年,读书、打工、做项目,有一点很明显,就是我的忧患意识比较强。”秦柳说。
秦柳出生在湖北恩施的大山里,小学时是留守儿童,由爷爷奶奶照顾长大。中学的寒暑假他会探望在温州打工的父母,也跟着姐夫在民企里打工。2005年,秦柳高考后,不知道如何填志愿,老师帮他选了湖北理工学院的车辆工程专业。“其实,我学的这个专业对我现在创业挺有帮助的。”秦柳解释,车辆工程专业学的内容比较杂,要学习材料、控制、机械、成型工艺等很多东西,就算学得不精深,起码得知道重要性,这些所学在创业中都用上了,可以说是知识资源的大整合。到大学报到后,在课堂讨论中秦柳知道自己在思维和意识上跟同学们有比较大的差距,他努力学习。一方面是泡图书馆,看经济学、人文学、社会学的书,一方面是听学界大家的讲座,开阔眼界。大三分方向,秦柳敏锐地选择了轻量化,他在某次讲座中听过院士专家提出节能减排、新材料是未来的一个趋势。在学习轻量化的过程中,秦柳通过调研发现高分子材料是汽车轻量化必不可少的,决定到北化读研,跟着研究高分子材料的杨卫民教授学习。
“大家都说年轻人最大的优势是时间,这不对,时间是年轻人最不能浪费的,应该在年轻时最有效的时间内攒够人生所需要的东西,这不是钱,而是一些必须具体的硬件素质,包括思维的模式、学习的能力、处理问题的方法和态度。”危机感促使秦柳学习,也让他在大学里不断折腾。大二考下驾照后,秦柳当起了夜班出租车司机。因为入学时申请了助学贷款,秦柳急于还清贷款。辛苦的兼职了8个月的司机,赚够后两年的学费,他才不干。此外,他还做过些小生意,比如回收毕业生的电脑转卖给大一、大二的学生,迎新时为新生家长提供咨询服务等。在这些小折腾中,秦柳学会了待人接物、有效的沟通和表达,也锻炼出一颗迎难而上、面对问题就解决的坚强心脏,攒下不少经验值。
【关键词】点、面结合;知识点;教学新模式;探讨
0 引言
《高分子物理》是一门新兴的学科,是在长期的生产实践和科学经验的基础上逐渐发展起来的,是高等工科院校高分子材料科学与工程专业的核心主干课程,是研究高分子结构与性能间关系的科学,也是研究聚合物分子运动规律的科学[1]。通过本课程的学习使学生掌握聚合物的多层次结构分子运动及主要物理机械性能的基本概念理论和研究方法。为高分子设计、改性、加工、应用奠定基础,对学生深入掌握专业知识有深远影响。然而《高分子物理》概念多、抽象、结构纷繁且性能多变,被视为高分子专业最难讲授和最难学的专业课程。不少同学认为,高分子物理理论性强、推导多、在课堂教学中缺乏学习兴趣,同学们在学习过程中普遍感到无从下手,力不从心[2]。
针对以上问题对该课程教学方法进行研究,以增强教学效果、调动学生的学习积极性。对现有的教学模式进行改革,采用点、面立体教学模式,让学生充分了解各个知识点,通过引入多种、全面的教学方法,让学生从整体上了解高分子物理的基本概率和理论知识。
1 点、面立体教学模式
以课本上的知识点中心,发散到和这个知识点相关的各个知识面,采用不同教学手段相结合。首先课本上理论讲授知识点,结合当前的科研相关成果,讲解这个知识点的应用,结合计算机模拟技术建立形象的思维,通过实体的图形数据深入的理解知识点,达到能够熟悉掌握并灵活应用的效果。
教学初期让学生对高分子物理这门课程有个总体的认识,大概理解这个课程是做什么用,和我们以前学习的高分子课程有什么不同,在整个高分子专业课程中的地位和重要性。从总体的面上,帮助学生理顺各章节之间的内在联系,明确课程前后内容的逻辑关系,完善高分子物理知识体系框架结构,强化高分子结构内涵,重视高分子运动机制描述,突出高分子性能与结构和运动之间关系的关联[3]。高分子物理学的主要内容包括结构、分子运动及性能,结构包括高分子链结构、聚集态结构;性能包括力学性能、热性能、电学性能、光学性能及表面与界面性能等; 分子运动则包括高分子的三种状态及松弛转变[4]。授课时应将各个知识点的内容详细的讲解、推导,让学生真正从
随着教学过程的深入,学生在基本理解高分子物理的研究内容和特点后,需要让学生深入理解高分子物理中基本术语,高分子物理课程中有许多内涵相近、相关或相互对应的术语。如高分子、大分子,非晶态、无定形态,银纹、裂纹等是内涵相近的术语,构造、构型、构象,高弹性、黏弹性,滞后、力学损耗、损耗因子,蠕变、应力松弛,松弛时间、推迟时间,屈服强度、极限强度、拉伸强度、冲击强度、弯曲强度等是内涵相关的术语,近程结构、远程结构,结晶态、非晶态,动态模量、动态柔量,应变软化、应变硬化,有规立构聚合物、无规立构聚合物,取向、解取向等可视为内涵相对的术语[5]。在高分子物理课程的教学中,对众多基本术语的深入讲解是一个首要和基本的任务。对于这些基本术语是否理解和掌握,意味着对有关基本概念是否理解和掌握,在理解基本概率的基础上,结合当前和这个知识点相关的科研成果,让学生能够真实的感受这个知识点很有用。
在仔细理解各个知识点后,将知识点发散到各个面,结合当前的研究热点或研究进展,全面的介绍和讲授的知识点相关的研究工作。真正做到能够即学即用,达到事半功倍的效果。
2 实例讲授高分子物理非晶态聚合物的玻璃化转变
2.1 课本知识点讲授
玻璃化转变现象是非常复杂的,至今还没有比较完善的理论可以解释实验事实。现有的玻璃化转变理论包括:自由体积理论、热力学理论、动力学理论、模态耦合理论、固体模型理论等。每一种理论只能解决玻璃化转变中部分实验现象,课本中重点讨论自由体积理论。
自由体积理论最初由Fox和Flory提出来的,主要工作是由Turnbull和Cohen完成。自由体积理论认为:液体或固体的体积由两部分组成,一部分是被分子占据的体积,称为已占体积;另一部分是未被占据的体积,称为自由体积。后者以“空穴”的形式分散于整个物质之中,自由体积的存在为分子链通过转动和位移调整构象提供可能性。当高聚物冷却时,自由体积先逐渐减小,到达某一温度时,自由体积达到最低值,维持不变。此时,高聚物进入玻璃态。因而高聚物的玻璃态可视为等自由状态[1]。
在玻璃态下,聚合物温度随温度升高发生的膨胀,只是由于正常的分子膨胀过程造成的,包括分子振动振幅的增加和键长的变化。到玻璃化转变点,分子热运动已具有足够的能量,而且自由体积也开始解冻而参加到整个膨胀的过程中去,因而链段获得了足够的运动能量和必要自由空间,从冻结进入运动。
2.2 玻璃化转变知识点推导演示
理论知识点讲授之后,需要给学生推导理论的由来和公式的演算过程,虽然大部分的推导书本上有,但是有些省略的步骤,可能让学生不能独自的完全推导出来。结合自由体积理论示意图推导,可以将Doolittle方程和WLF方程做个简单的介绍,然后推导得到自聚合物的自由体积分数等于2.5%,直接在黑板上板书整个过程,让学生能够体会到公式是有根据,同时增强学生学习高分子物理学中公式的信心,应该会有很好的效果。
实验中研究玻璃化转变,主要方法是聚合物发生玻璃化变化时,测量发生急剧变化的物理性能,主要有测比容、线膨胀系数、折光率、溶剂在聚合物中的扩散系数、比热容、动力学损耗等随温度的变化,可以重点讲述比较典型的几类,如图1、图2、图3:
通过课本上的部分实验数据,让学生能够直观的理解玻璃化转变温度的客观性,加深对玻璃化转变温度公式的理解。
2.3 玻璃化转变知识点发散到知识面
结合当前玻璃化转变的研究热点,将知识点发散到面,使学生更加全面的理解知识点。近些年来,非晶态聚合物玻璃化转变研究的热点比较多,在给学生讲授的时候,可以选择一个熟悉的研究热点进行讲解。如大分子物质如聚合物、蛋白质分子等受限于纳米孔洞的玻璃化转变,Schonhals[6]发现聚二甲基硅氧烷(PDMS)受限于2.5~20nm孔洞中的链段运动性均较本体强,随着孔径的减小受限体系的温度依赖性由VFT行为转变为Arrhenius行为;Russell[7]等人应小角 X射线散射(SAXS)和中子散射的方法发现,聚苯乙烯链(PS)受限于比其本体状态链尺寸小的氧化铝孔洞中时,由于高分链之间缠结的减少,链整体的运动性增强,粘度降低。DSC实验表明链段运动的分布变宽,但其运动性并没有发生明显变化;Richterli[8]等人应用中子自旋回波的方法研究了聚二甲基硅氧烷受限于 26nmAAO孔洞中的动力学行为,第一次发现了在分子受限于纳米孔洞,在紧邻孔壁表面的强吸附层与孔中心本体层之间存在一个中间相,它的链松弛行为受到固定在孔壁上链的影响(如图4所示)。Kinimicht[9]等人应用NMR的方法研究受限的高分子熔体,发现高分子熔体即使在比其自身尺度大得多的受限空间中,其tube-reptation模型算得的有效管径都小r本体状态,“紧缩效应”(corest effect)的概念被用来解释这一实验现象。
图4 受限于AAO纳米孔洞中高分子链的三层模型
教师在讲课时,可以重点讲解一个受限条件下玻璃态转变研究成果,让学生从目前的科研中感受到学习的知识点很有必要,而且研究的前景十分宽广,激发学生学习的动力和兴趣。
3 思考和探索
高分子物理的总体课时并不多,所以不是所有的章节都需要采用点、面结合的教学方式,需要合理分配教学课时,尽量在有限的教学课时里,让学生充分掌握学习知识的方法,提高兴趣。首先使学生明确学习高分子物理的意义,将术语真正地讲透彻,在教学过程中牢牢地把握住教学主线,注意方式方法,例如从某个知识点强化理论概念,然后立体的发散到和知识点相关的面,并通过运用多种教学方法,形成一个知识的空间网络结构,使学生牢固掌握高分子物理中的知识。结合现有的一些科研热点,调动学生的积极性,使其主动参与到教学活动中来,培养创新意识。我们主要是激发学生学习兴趣,只有这样才能提高运用知识的能力,开拓眼界,启发思维,使认知过程不断充实提高,达到提升教学质量的目的。
4 体会
高分子物理是一门难学难教的课程,作为高分子材料与工程本科专业重要的基础课,对学生后续学习其它专业课有深远的影响。总之,在高分子物理的教学过程中,应突出重要知识点的详细讲解、推导,然后有这个知识点发散到相关的知识面,形成以这个知识点为中心的空间知识网,对学生牢固的掌握知识将会有很大的帮助,提高学生对课程内容的理解,培养和提高学生分析、解决问题的能力。但是在讲授的过程中,由于受到教学课时的限制,需要整体把握,不能对每个知识点面面俱到,需要有筛选的进行该方法的教学。
【参考文献】
[1]何曼君,张红东,陈维孝,等. 高分子物理[M]. 北京:复旦大学出版社, 2007.
[2]张焕芝. 《高分子物理》课程教学改革的探索[J]. 科技信息,2013(17):177-177.
[3]付文, 王丽. 高分子物理教学改革探讨[J]. 化工高等教育, 2010, 27(5):69-71.
[4]余若冰, 徐世爱, 张德震. 高分子物理教学几点思考和体会[J]. 化工高等教育, 2014, 31(3):93-95.
[5]侯维敏, 詹世平. 提高高分子物理课堂教学效果的实践与探索[J]. 长春教育学院学报, 2014, 30(13).
[6]Dobriyal P. Enhanced mobility of confined polymers[J]. Nature Materials, 2007, 6(12):961-965.
[7]Krutyeva M, Wischnewski A, Monkenbusch M, et al. Effect of nanoconfinement on polymer dynamics: surface layers and interphases.[J]. Physical Review Letters, 2013, 110(10):1214-1222.
1紧扣专业知识特点,构建专业知识体系
虽然过程装备工程材料课程的教学内容主要为机械类,但是其多涉及到压力、高低温和腐蚀等工艺情况,在材料应用方面和传统的机械制造有很多不同之处。例如在过程装备工程材料课程中,讲解了黑色金属在机械零部件、腐蚀工况与压力容器等工况下的应用;在复合材料、有色金属、高分子与陶瓷等性能与应用方面,过程装备工程材料课程着重强调其用材特殊性,如高分子材料的耐腐蚀性等。在机械制造中,着重讲解了工艺设计与工件选材,以及不同工程材料在行业中的应用,如化工行业等。过控专业知识体系与传统的机械专业并不相同,过控专业教学主线主要为压力管道、耐腐蚀构建、耐温构件与压力壳体等,而传统的机械专业教学主要为机械部件的用钢,如果在过程装备工程材料课程的教学采用机械专业知识的框架结构,学生无法建立过程装备工程材料课程的知识框架,也不利于课程选择正确教学材料。过控专业的课堂教学内容与教学大纲需要摆脱机械专业的框架束缚,紧扣过控专业的特点,帮助学生构建专业知识体系。由于工程材料主要应用于过程装备,所以在机械零部件的用钢方面,需要突出化工机械零部件的重要性,而轴承和弹簧钢不是重点,过程装备的用钢框架应以耐腐蚀、高低温和压力壳体的用钢等为主构成框架。材料性能也需要强调过控专业特点,如耐腐蚀、耐高温及焊接性能等,以便于学生更好地理解与掌握。过程装备工程材料课程的教学内容复杂且分散,名词与概念术语较多,课时也有限,所以在教学内容的组织上需要构建完善的体系框架,以免使学生感觉主次不分,课程的系统性不强。教师可以依据材料共性与特性、基础与应用之间关系,合理构建体系框架。例如在讲解高分子材料时,教师需要先讲解其使用时的共性,如刚度、温度上限、强度与耐腐蚀上比钢铁较低;讲解不同的高分子材料时,需要着重突出材料特性,如PA耐磨特点,以及F4、PP与PVC温度时的使用上限等。
2紧扣专业课程特点,掌握基础理论知识
过程装备工程材料课程与机械设计、机械制造和材料力学等课程在教学内容上有部分重叠,例如与材料力学课程中的拉伸实验等存在重叠情况;与机械制造中工艺性能存在重叠情况等。这些课程中包含的工程材料教学内容主要有如下特点:
①每个课程中的工程材料无法自成体系,只重点讲解与专业有关的内容;
②工程材料的教学知识深度与广度有限,只是从课程对象需要的材料性能出发,并没有进行材料学方面的讲述,学生无法真正理解;
③材料性能与应用对象的特性结合比较紧密,学生比较容易理解。为了平衡好过程装备工程材料课程与其他课程之间的关系,起到其应有的作用,教师需要在教学中做好三个方面的工作:其一,构建过程装备工程材料教材基本框架,帮助学生明确教学内容与基础知识,将各专业课程中分散的知识有机结合起来。其二,教师需要在工程材料教学中把握专业特点,注重基础知识与材料理论的讲解,帮助学生真正选择教学内容时的本意,为学生的后续学习打下坚实的基础。例如对于压力壳体的用钢需要满足低碳要求的原因,教师需要指导学生从过程装备和材料学等不同角度进行分析,而不仅仅只是让学生了解压力壳体的化学成分、性能与用钢牌号。教师通过这样的讲解,既可以突出工程材料专业的特性,又可以帮助学生更好掌握基础知识,提升学生学习的兴趣。其三,教师需要注重工程材料与其应用对象之间的相互结合。在过控专业的课程体系中,工程材料主要是为其他的课程提供工程材料方面的知识,以便可以帮助学生实现按照机械设备的化工工艺、设备型式及规格等,合理选择工程材料,并通过对材料性能的分析,实现整机设计的目的。学生只有在进行工程材料的学习时,了解其应用对象,并把握应用对象与课程之间交叉的程度,才能真正明确工程材料方面的问题,并做好材料工程与后继课程的深入学习。
3结束语
一、化学与新材料、新技术
材料是当今社会三大支柱产业之一,也是人类赖以生存和发展的物质基础,是人类进步的一个重要里程碑。新教材在高一教材中介绍了高温结构陶瓷、光导纤维、C60等新型无机非金属材料;在高二教材中介绍了金属陶瓷、超导材料等金属材料,功能高分子材料、复合高分子材料等新型有机高分子材料;高三教材中介绍氯碱工业里新型的离子交换膜等。材料是科学技术的先导,没有新材料的发展,不可能使新的科学技术成为现实生产力。要通过对新材料的学习,使学生明确学习化学的目的,提高学习兴趣。
新教材在《绪言》中首先介绍了中科院北京真空物理实验室研究院人员以超真空扫描隧道显微镜(STM)为手段在Si晶体表面开展原子操纵研究,取得了世界水平的成果;以及李远哲教授对交叉分子束方法的研究等新科技的介绍。这既是很好的爱国主义教育,又把化学科学的进步与人类物质文明、精神文明的关系讲明,使学生理解学习化学的重要性,激发学生学好化学的社会责任感。
二、化学与能源
能源也是现代社会三大支柱产业之一。随着人类经济活动的日益增多,人们对能源的需求急剧增加。化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一,研究化学反应中的能量变化具有非常现实的意义。高中化学新教材首次在化学教学中渗透了能量观点,如,在高一化学第一章里提出如何提高燃料的利用率,开发新能源等与社会相关的问题。在《卤素》中新增了“海水资源及其综合利用”,在几种重要金属中增加了“金属的回收和资源保护”,在《原电池》一节介绍了化学电源和新型电池等。化学与能量、能源观点的建立,不仅仅是为了教育学生节约能源,树立环境保护意识,更侧重培养学生的创新意识和创新能力,增强社会进步责任感。尤其是在第二轮新教材改革中增加了一些开放性问题的研究,有利于培养学生的创新能力、实践能力、团结协作能力等。
三、化学与环境
保护环境已成为当前和未来的一项全球性的重大课题。新教材中介绍了臭氧层的破坏、酸雨、温室效应、光化学烟雾、白色垃圾、土壤以及水污染等环境污染问题及其防治,并将“居室中化学污染及防治”“生活中常见污染物和防治污染”放在选学教材中。在治理这些环境污染问题中,化学已经并将继续发挥重大作用,大幅度地增强了学生的社会环保责任感,增强了学习化学的兴趣。化学与能源一样,化学与环境从可持续发展的角度来看,在化学教育中增加了化学与社会的联系部分,因为环境科学是一门综合性的学科,而环境化学是解决环境问题的“钥匙”,环境教育与能源问题的提出对提高学生的创新意识和实践能力,培养公民的综合素养有着重要的作用。这正是现代化学教育的蓝图规划,是现代化学教育价值观的一种重要体现。
四、化学与生产、生活
见习目的:
为了今后实际工作的需要,为了接触广阔的社会,丰富我们的知识和阅历。进工厂见习是一个很好的办法。哲学唯物辩证论的一个最显着的特点,就是强调它的实践性。这次见习的主要目的是使我对与专业密切相关的一些产品的生产流程有了进一步的了解。比如了解中空吹塑、注塑成型过程及其结构以及轮胎等产品的具体生产流程。
见习内容:
4月10号星期一下午
我们的首站是位于本校内的茂名金鹰制罐厂。
首先我们听了厂的负责人给我们讲了有关中空吹塑机和注塑机的生产原理和流程。
中空吹塑机的产原理:将聚乙烯原料投入到吹塑机,加热到熔融状态,再从吹塑机的直角机头挤出管坯,当管坯达到要求的长度时,迅速合模,切断管坯,并在管坯中注入压缩气体,使模具中的管坯吹胀成型。
在工厂中我们也认识了原材料高密度聚乙烯和红色母的形状和破碎机,混色机等的生产设备。也了解了一些生产的相关参数和混合的比例。
在跟生产工人的交谈中也了解到他们的日生产量大概是一千个左右。每天是工作8个小时。生产出来的产品主要是用来装油。
xx年4月11号星期二上午
我们的第二站是高州市飞碟轮胎工业有限公司
首先该产的带队人给我们简单的讲解了该公司的介绍,下面是我从互联网上找到的有关该公司的一些简介:飞碟公司是全国力车胎、摩托车胎生产的重点企业,拥有先进的轮胎设备及检测设备;年生产摩托车轮胎、自行车轮胎能力万套以上;摩托车胎有代号、公制、小轮径三大系列的普通型轮胎、加强型轮胎、真空胎、自补胎等80多个品种;自行车胎有直边、钩边、软边三大系列的普通型轮胎、加强型轮胎、精品胎、彩色胎等100多个品种。公司有30多年的轮胎生产经验,"飞碟"牌轮胎已通过国家"ccc"强制性产品认证,先后被评为省优、部优和国家a级产品,茂名市"十大工业品牌"之一.
接下来我们便参观了该厂的生产过程,从领队人那得知轮胎主要原材料--优质天然橡胶由泰国橡胶公司直供;飞碟公司和茂名永业股份有限公司强强合作,由茂名永业直供高性能的n234炭黑作轮胎的补强材料,使产品更耐磨、耐载.飞碟公司引进的auto-cad技术进行轮胎设计,从而大大缩短了新产品开发周期,提高产品精度.飞碟公司采用了国际上先进的生产技术:成型弹簧反包、精度高;硫化电脑自动控制;密炼采用橡胶共溶的薄膜包装后自动投料;压延采用自动调节的高精度四辊压延机压延复胶;橡胶加工采用生物凝固技术代替酸凝固,从根本上保证了橡胶优异性能.
xx年4月12号和14号
广东茂名众和化塑有限公司的5个分厂。
分别是茂名众和谷远高分子材料公司化塑1厂
茂名众和谷远高分子材料公司化塑3厂ffs重包装膜
茂名众和化塑呈驰mps丁苯透明抗冲树脂
广东茂名众和金塑包装制品公司6厂
在这两天的见习中我们学到了更多的东西,可以说大大的开阔了我们的眼界。
1.从中我了解到了以塑木复合材料来代替木材,不仅可以减少我国未来对木材的需求量、节约大量的森林资源,而且缓解了我国白色污染日益严重的问题。为固体废旧物的综合利用提供了一条新的途径。它是一项利用废弃资源综合开发、变废宝、既具有很高的经济效益、又具有良好的社会效益的可持续发展特点的环保型项目。目前,塑木复合材料已广泛用于建筑、装饰、包装、运输、仓储等民用和商用领域。
2.通信电缆护套料产品采用美国联炭公司(ucc)工艺技术生产的线性乙烯电缆专用树脂为基料,加入炭黑和多种添加剂,经混炼、塑化、造粒而成。
3.编织袋产品以茂名乙烯生产的优质产品为原料,经先进的设备和工艺精心加工而成
本产品具有强度大、包装牢固、防潮、防水的特点;且外观美、容易码垛、搬运和运输方便及包装费用低廉。适用于化工产品、化肥、饲料、粮食、水泥、矿沙等粒状、块状、粉状等固态物质的包装。
4.丁苯透明抗冲树脂以其透明、抗冲、无毒、高光泽、易加工、极易与其它聚合物共混的优越性能,使其成为二十世纪未发展最为迅速的一种高新材料。广泛应用于包装、医疗器件、家电、玩具、鞋业、高档日用和办公用品等领域。其薄膜具有高透明、刚性、柔韧、光亮等显暑优点,用途广泛,另一重要用途是与各种塑料,如gpps、san、pp等的改性,制成各种用途的塑料合金,极具发展潜力。本产品可采用注射成型、片材挤出、热成型、吹塑成型、流延薄膜挤出等加工方法。
见习体会:
虽说只有一周的时间,但还是觉得收获满大的。感受颇深的一点是,理论学习是业务实战的基础,但实际工作与理论的阐述又是多么的不同,在工作的闲暇之间,在同一些工作多年的工人的交谈中,深知,在工作岗位上,有着良好的业务能力是基础能力。因此,对于我们这些在校的大学生,掌握好牢固的专业知识就显得尤其重要了。
还有一点就是在进行自身相对循环重复的工作中,不仅应保持工作的质量及效率,还应具备创新精神。