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关键词:高分子材料;加工;形态控制
一、引言
高分子材料的性能与大分子的化学与链结构有着密切的关联,且材料形态也是重要影响因素之一。聚合物氛围结晶、取向等几种形态,多相聚合物择优扩相形态。聚合物制品形态的形成源自于加工中复杂的温度场与外力场作用。由此可见,关于加工过程中高分子材料形态控制具有重要的研究意义。
二、我国高分子材料加工中形态控制研究现状
高分子材料形态与物理力学性能之间的关联十分紧密,这也是高分子材料的重点研究课题。相较于其他材料,高分子材料具有非常复杂的形态,具体表现为高分子链的拓扑结构、共聚构型以及刚柔性非常复杂,在分子设计与结构调整中,可以对一些合成方法加以运用;其次,在高分子长链结构的影响下,其熔体的粘弹性非常突出;此外,高分子具有非常宽的弛豫时间,就是受到很小的应变作用,其产生的非线也会非常强烈。
对于聚合物的成型过程而言,在非等温场、不同强度的剪切与拉伸场的影响之下,就分子尺度而言,其大分子链会发生一系列化学反应;就纳米与亚微米尺度而言,大分子会有结晶与取向现象发生,如此一来就会有超分子结构的形成;而根据亚微米与微米尺度,多相聚合物会有不同相形态的形成,甚至会出现一些缺陷。而这些形态的影响因素非常广泛,例如加工中的外场强弱、作用频率、作用方式以及时间等。然而,现阶段关于这些问题的研究虽然有所深入,但相应的理论体系尚未成熟。此外,随着新聚合物的开发不断深入,在高分子材料加工中涌现出越来越多的成型加工方法,显然这使聚合物加工中的形态控制成为了一个长期的研究课题,对于高分子物理领域的发展无疑有着重要的影响。
在我国,关于新材料的研究起步以跟踪模仿为主,在知识产权与创新理论方面有所欠缺,并且基础研究与技术推广的通畅性也有待提升。其次,相关人员并不重视传统材料的升级与优化,很多高性能材料品种对进口的依赖性依然较强。再者,材料成型与加工设备也没有得到应有的关注,与一些发达国家相比,我国材料研究与整体发展依然存在诸多不足,显然这与国民经济与设备的发展需求不相适应。
聚合物的性能取决于形态,因此,在高分子材料领域中,聚合物形态与性能关系的研究一直以来都受到高度重视,然而在实践中,我们在二者之间的结合方面的研究上依然有所欠缺,具体可以从以下几个方面得到体现:
第一,在剪切速率与剪切应力非常低的情况下,聚合物共混物相形态的演化研究不断深入,然而在实践中,一些主要聚合物成型加工的剪切速率主要在10?~104s-1范围内,显而易见,相关研究成果对实际生产的指导作用依然有所欠缺。
第二,基于不同条件的不同特性聚合物,其共混物形态发展与演化研究依然是主要研究内容,而形态与性能关系的研究依然有所欠缺。
第三,在加工过程中,受到部分特殊外场的作用,聚合物凝聚态结构与相形态结构的研究有待深入。
截至今日,在聚合物及其复合物的成型加工中,就算成型设备与工艺条件属于常规,在外场作用下,人们依然没有彻底了解结构形态受到的影响,仅仅对一些粗略的定性关系有所认识,甚至有的推断还是错误的。以双螺杆挤出过程为例,人们仅对不同螺杆原件组合下外力场作用的不同会改变温度场,进而对产品产量、外观与内在性能产生影响这一规律有所了解。然而这一影响的具体方式却没有清楚的认识,业界研究人员也无法制定出定量的指导方案。在管材生产中,不管是落锤冲击不达标,还是纵向收缩产生波动,都没有搞清楚原因,也无法拿出改进方案,大部分情况下都是凭借经验进行处理。因此,现阶段很多成型设备与工艺控制的效果是否取得理想效果,我们依然难以准确判定。
一直以来,关于生产实践中的问题研究一直没有得到基础工作研究人员的关注。在成型设备与工艺技术的研究与开发中,相关规划也缺乏系统性。现阶段,我国塑料制品年产量超过了2200万吨,塑料机械工业取得了迅猛发展。然而在很多企业生产实践中,整个效率与质量依然有待提升,产生的能耗也没有得到有效控制。鉴于此,高分子材料成型加工将会成为未来高分子材料领域的研究重点,必须将侧重点放在高分子材料制品的研究上来,而不是过分的关注材料这一因素,只有如此,才能够提高高分子材料志制品质量。
三、高分子材料加工中形态控制的研究趋势
第一,基于常规的成型设备条件,聚合物及其复合物典型制品成型或型材生产在成型加工时,在设备与工艺条件改变的情况下,其形成的外场会有所差异,进而发生相应变化,例如塑化、结晶、赋型以及流动等,这些变化会改变制品形态、结构以及性能。
第二,极端的加工条件极端会改变聚合物及其复合物的形态结构变化规律,例如结晶结构、晶体大小等,在这类条件下,还需要尽可能对大尺寸高分子晶体的制备进行探究。
第三,在对新外场条件的分析、推断以及设定之下,通过对聚合物及其复合物结构形态与性能受到的影响研究,才能够围绕新的成型方法或具有特殊性能的高分子材料的制备进行探索,进而实现高分子材料性能的改善,并将节能性、经济性等方面的优势充分发挥出来。
四、结束语
总而言之,在未来工业领域的发展中,高分子材料的应用具有重要意义,而高分子材料加工中的形态控制则成为发展高分子技术的关键。作为相关研究人员,必须结合高分子材料加工中的形态控制研究与实践中存在的问题,采取相应的改进与优化对策,提高高分子加工整体水平,如此才能够从真正意义上推动我国高分子材料加工领域的进步。
参考文献:
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[2]李又兵,申开智.形态控制技术获取自增强制件研究[J].高分子材料科学与工程,2007,23(1):24-27.
关键词:交叉学科;本科教学;互动;创新思维;实践认知
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2013)07-0143-03
现代社会科技进步日新月异,创新性的研究和产品不断涌现,其中非常多的成果都来自于交叉学科的贡献。一个已经被普遍接受的共识是:学科交叉点往往就是科学新的生长点、新的科学前沿,这里最有可能产生重大的科学突破,使科学发生革命性的变化;同时,交叉科学是综合性、跨学科的产物,因而有利于解决人类面临的重大复杂科学问题、社会问题和全球性问题[1]。所以,对于本科教学中的交叉学科课程的教学就提出了更高的要求,如要求教师纵览多个学科的发展,从而能站在交叉学科的前沿来引领学生去认知和创新性思考;同时,也要求学生积极主动地去检索相关资料,能互动地参与到整个课程教学的过程中来。只有这样,交叉学科的本科教学才能获得理想的教学效果,提高学生的科学敏锐力和培养学生的创新性思维。尽管教育界对交叉学科研究生阶段创新型人才培养已有较多思考[2],但是迄今为止对交叉学科的本科教学的交流还很少。
本文以四川大学高分子科学与工程学院开设的“生物高分子及制品”课程教学为例,从课堂教学的多个方面提出了对交叉学科的本科教学的思考和体会。
一、课程背景
“生物高分子及制品”是四川大学高分子科学与工程学院为大三学生开设的一门课程,任课教师均来自我院医用高分子材料及人工器官系。医用高分子材料专业建立于1978年,并分别于1986年和1992年获得硕士、博士学位授予权,是我国最早的培养生物医用高分子材料专业人才的基地之一。系内的教师在生物医用高分子材料及人工器官的科研、教学方面有30多年的丰富经验。本课程所使用教材主要为我系老师合力编写的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《生物医用高分子材料》[3],并结合科研前沿做了丰富多样的专题讲解。目前一个年级有三个班平行授课,每个班的人数在70~90人。本门课程是典型的交叉学科产物,其内容涉及生物医学、材料学(高分子材料)、工程设计、医疗器械等多个领域。教材的主要章节包括绪论、高分子材料和生物体的相互作用、生物医用高分子材料的生物相容性和安全性评价、人工器官用高分子材料、医疗诊断用高分子材料、药物缓控释高分子材料、软硬组织替代和组织工程用高分子材料、医用高分子材料的设计。根据我院学生学术研究发展方向和工程应用发展方向并重的特点,在课堂讲授的时候授课教师会尽量同时扩展到前沿的科研领域(如医用高分子非病毒基因载体)和相关产业的应用环节(如生物医用高分子材料制品的生产、消毒)等。考查方式以课堂讨论、平时成绩和期末笔试成绩综合打分。
二、互动式授课的几点思考与体会
1.综合多学科领域的讲解方式。生物医用高分子材料是功能高分子材料中重要的组成部分,是指在生物及医学领域所使用的高分子材料。总体而言,本课程是两个一级学科:材料学(其中的高分子材料)和生物医学工程学(其中的生物材料)的交叉点。两个学科的跨度很大,如何能生动形象地讲解和引领学生思考至为关键。例如,在进行人工器官用高分子材料的讲解时,我们通常会采取由浅入深的启发式教学方法。首先,我们将人体器官做一个对应的抽象化的模型,其中包括脑—计算机、耳—声音探测器、肺—气体交换器、心—泵/液体输送器、肝—化学工厂、肾—分离/净化系统和血管—输送管路等,以方便同学们从功能上理解人体器官并能针对性地对人工器官进行设计、思考。通过讲解,同学们了解到研究人工器官并不能简单考虑其与人体组织器官的类似,更重要的是能使其再现或部分再现人体器官的功能。举例来说,在讲到人工肾时,我们会先从医学的角度讲述肾脏的结构和功能,重点描述肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用。其中,肾小球每天以125ml/min的滤过率处理约180L的血液,肾小管将滤过液中大部分的水、电解质、葡萄糖和其他小分子有用物质重新吸收入血液,而每天最终排尿量仅为2.0L。通过上述讲解,同学们可以清楚地了解肾脏在人体中的主要功能,那么进一步的关于人工肾功能设计的讲解也就顺理成章了。人工肾是血液净化技术中所使用的最重要的人工器官,再通过进一步关联讲解病理学的内容,我们可以使同学们了解到使用人工肾的血液净化技术的目的和意义在于治疗与血液相关的疾病,既包括肾脏方面的疾病如肾衰竭,也包括各种由于血浆成分发生病理改变而产生的血液性或免疫性疾病,如巨球蛋白血症、系统性红斑狼疮、血友病和多发性骨髓瘤等。紧接着,针对不同的疾病和需要去除致病物质,我们很自然就将知识点转到不同的血液净化技术上来,分别讲述血液透析、血液滤过和血液透析滤过三种人工肾技术。最终,三种不同的人工肾技术就引出了不同的生物医用高分子材料和制品的需求和设计:通过对用于人工肾的各种生物医用高分子材料的化学成分、物理性能的分析,以及对完成其制品的各种工程技术的描述和表征,使同学们融会贯通,掌握这个跨多学科交叉领域的知识点。再举一个例子,在讲组织工程用高分子材料章节时,由于这是一个非常前沿的跨生物学、医学和材料学的交叉领域,如何有机结合多学科知识使同学们带着兴趣学习就非常关键。首先,我们会用“人耳鼠”等组织工程经典的图片展开绪论,使同学们的目光一下子就被吸引住了,让他们去思考:人类科技的进展真的有一天能实现更换人体的各个组织器官吗?由于多个现实的案例摆了出来,他们就会意识到这是有可能并已经部分实现了的前沿科技。进而,我们就会用搭房子来做一个形象的比喻讲解组织工程的三要素:细胞是砖块,生长因子是建筑工人,而生物材料就是整个房屋的支架。而组织工程支架材料对生物相容性、生物降解性能的要求就使得生物医用高分子成了其中的首选。在这样的引领下,同学们的关注点自然就转到了我们高分子学科与组织工程的关系,并能带着兴趣学习接下来的组织工程的原理和方法、软骨组织工程支架材料、神经组织工程支架材料、血管组织工程支架材料、肌腱组织工程支架材料、皮肤组织工程支架材料、角膜组织工程材料、组织工程支架制品的制备方法等多个知识点。在讲解的过程中,我们还会播放组织工程培养细胞、体外构建人工血管等录像资料,让同学们更直观地认识生物医用高分子材料在组织工程中的应用。
2.学生积极参与的教学互动形式。除了教师的有效引领作用外,学生能否积极参与教学过程的互动也是交叉学科本科教学能否成功的关键。对于本课程,我们主要采取了课外检索学术资料做PPT报告和分组讨论的形式。如前所述,我们将人体组织、器官分开并做了一个对应的抽象化的模型。对应于此,我们将学生分成了若干个小组,安排每个小组负责准备和主持一个主题的PPT报告和讨论。我们会提前一周通知负责组的同学(通常为4~8人),事先与他们讨论讲述的主线和子方向,要求同学们分工合作,其中一些同学负责每人5分钟的PPT讲解,其他一些同学负责资料收集和整理工作。例如对肺的一个主题,通过一周的准备,同学们查阅了一定数量的文献资料,准备了精美的PPT资料和讲解内容:第一个同学做了呼吸系统和常见呼吸系统疾病的综述;第二个同学的报告集中于描述现有的呼吸系统手术(尤其是肺部手术)中使用的大量生物医用高分子材料和制品,例如包括呼吸道麻醉科导管、单肺通气封堵导管等医疗器械;第三个同学从人工肺的研究角度出发,用较多的学术资料描述了该领域的研究前沿,进一步通过阅读资料提出了现有研究的不足,并提出他们小组讨论后对该领域的展望;最后一个同学结合工程实际,从生产设备、生产工艺等方面描述该领域医用高分子制品的制备方法,并简单提及国内外的主要生产企业。通过这样的一个“准备—讲述”的过程,该组同学系统地掌握了交叉学科从基本概念到学术研究,再到工业领域的诸多方面,并能逻辑清晰地讲述给全班同学。在同学们的PPT讲述过程中,任课教师会组织听报告的同学们进行有益的讨论。例如,在讲解到有关生物医用高分子材料和制品的生物相容性的时候,有做报告的同学会以隐形眼镜为例讲解,其制备原料主要是聚羟乙基甲基丙烯酸酯类材料。这时,我们会请有戴过隐形眼镜的同学举手,并组织讨论:为什么隐形眼镜有日抛、月抛和年抛的区别,它们对材料的要求有何不同?为什么夜晚要取下眼镜进行清洗保养?作为使用者,自己戴隐形眼镜会有什么样的要求?通过这些问题的讨论,同学们可以进一步了解作为交叉学科的产品,生物医用高分子材料和制品不仅要在功能上满足使用的医学目的,还要求我们从材料学和工程学的角度去设计,才能获得较为理想的使用性能。而且这样的讨论也容易引起同学们的兴趣,避免过多过深的理论讲解会导致的注意力分散。在整个PPT报告和讨论的过程中,任课教师会针对同学们的资料准备情况、PPT讲解情况和讨论情况进行评价和打分,作为成绩考核的重要标准之一。
3.创造条件结合实践教学。交叉学科除了能在学术前沿激发出更多的创新性火花之外,往往还可以通过学科的交叉设计、生产出大量的实用的制品。本门课程针对的生物医用高分子材料和制品就是典型例子,其所涉及的产业主要为医疗行业和医疗材料(器械)企业。因此,创造条件结合实践进行教学就成了本门课程重要的组成部分。本门课程的授课教师大多与上述行业的企业有长年的产学研合作关系,已经完成或正在研发多项生物医用高分子材料和制品的工作,因而具备较好的实际条件进行实践教学。例如,任课教师与成都市的多家医疗器械生产企业建立了长期的科研关系,从而能将课程的认识实践带到其中的一些单位,包括人工肾的生产企业和医疗耗材(导管、输液制品)企业等。通过实习参观企业,以及在课堂上观摩老师带的各种生物医用高分子材料和医疗器械,同学们对这门交叉学科涉及的产业有了更好的认识。另外,经常有高端的相关行业展会在成都举行,例如2012年的第68届中国国际医疗器械秋季博览会在成都云集了国内外的多家企业。这种时候,任课教师就会及时公布展会时间,并鼓励同学们去参观,通过学习和对比国内外企业的产品,了解其设计理念和所使用的生物医用高分子材料。展会结束之后,我们会和同学们在课堂上针对展会上的所见所想进行很多有益的讨论,很好地帮助同学们更进一步地认识这门交叉学科的知识和产业。
4.结合教学内容邀请专业医生讲座的教学。结合课堂讲授内容,我们会定期或不定期邀请一些医生到课堂进行讲座,如讲授到血液透析时,我们会专门邀请四川大学华西医院肾内科进行血液透析的医生到课堂进行讲座,从医生的角度讲述医用高分子材料在血液透析制品方面的临床应用。通过这些讲座,使同学们更深刻了解医用高分子材料及制品的实际应用,增加了学习的积极性和兴趣。最后,由于交叉学科课程覆盖的知识面非常广,简单地进行死记硬背的考试是不适宜的。经过商讨,本课程的多位任课老师达成了一致的共识:平时的讨论和报告占学生成绩的很大一部分,期末考试以开卷方式进行,出题尽量是基于交叉学科的特点来综合性地考查学生的逻辑思维、判断和创新能力。通过八年多的教学实践,我们发觉本课程的教学互动效果很好,也起到了很好的引领作用,有很多学生对这门交叉学科产生了浓厚的兴趣,并相继进入了生物医用高分子材料和制品的科研或产业领域。
总而言之,交叉学科的独特性决定了对其本科教学方法的灵活性、多样性的要求。只有不断解放思想、更新教学理念和完善教学手段,才能保证交叉学科教学的质量,才能更加有效地提高同学们的兴趣和综合能力,为更高阶段的交叉学科创新性研究以及相关交叉学科的产业输送人才。
参考文献:
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[3]赵长生.生物医用高分子材料[M].化学工业出版社,2009.
一、高分子化学的内涵
1.何为高分子化学
顾名思义,高分子就是相对分子质量很高的分子,它是高分子化合物的简称。高分子化合物,又称聚合物或高聚物,是结构上由重复单元(低分子化合物—单体)连接而成的高相对分子质量化合物。高分子的相对分子质量非常的大,小到几千,大到几百万、上千万的都有。我们有时将相对分子质量较低的高分子化合物叫低聚物。高分子化学作为化学的一个分支,同样也是从事制造和研究分子的科学,但其制造和研究的对象都是大分子,即由若干个原子按一定规律重复地连接成具有成千上万甚至上百万质量的、最大伸直长度可达毫米量级的长链分子,称为高分子、大分子或聚合物。
2.高相对分子质量与高强度
相对分子质量和物质的性质是密切相关的,是决定物质性质的一个重要因素。只有相对分子质量高的化合物才有一定的机械力学性能,才能作为材料使用。例如乙烷、辛烷、廿烷、聚乙烯、超高分子量聚乙烯,都是直链的烷烃化合物,但是分子量变化很大,其机械力学性能因而也有极大的区别。
3.高分子科学的主要内容
既然高分子化学是制造和研究大分子的科学,对大分子的反应和方法的研究,显然是高分子化学最基本的研究内容。高分子科学不仅是研究化学问题,也是一门系统的科学。高分子科学的主要内容有:如何将低分子化合物连接成高分子化合物,即聚合反应的研究。高分子化合物的结构与性质关系。不同性质的高分子,其结构必然是不同的。为了得到不同性质的高分子,就要去合成具有特殊结构的高分子。
二、高分子材料化学的应用
材料是人类社会文明发展阶段的标志,是人类赖以生存和发展的物质基础。它是指经过某种加工,具有一定结构、组分和性能,并可应用于一定用途的物质。上世纪半导体硅、高集成芯片、高分子材料的出现和广泛应用,把人类由工业社会推向信息和知识社会。可以说某一种新材料的问世及其应用,往往会引起人类社会的重大变革,材料是人类文明的重要标志。如果说现在人人离不开高分子材料,家家离不开高分子材料,处处离不开高分子材料,是一点也不过分的。高分子化合物的最主要的应用是以高分子材料的形式出现的,高分子材料包括了塑料、纤维、橡胶三大传统合成材料,另外许多精细化工材料也都是高分子材料。
第一,塑料:一类是通用塑料,如容器、管道、家具、薄膜、鞋底与泡沫塑料等等;另一类叫工程塑料,其强度大,如汽车零部件、保险杠、洗衣机内的滚筒、电器的外壳等。
第二,纤维:人们开发出聚酯、尼龙、腈纶、维尼纶等高分子化合物,通过不同的加工,生产出了各种纤维制品,极大地满足着人类的需要。
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。
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[4]陈立贵,袁新强,李雷权,王忠,付蕾.构建符合学校定位的高分子专业人才培养方案的研究[J].科技教育,2009,(22):161-162.
关键词: 高分子专业 《环境保护》课程 改革措施
全世界高分子材料年产量不断上升,废弃物相应增加,由此引起的环境污染已成为一个很大的问题。高分子材料的污染包括生产高分子材料过程中引起的污染,以及高分子废弃物引起的污染。前者比如:在泡沫塑料生产中如果采用氟氯烃做发泡剂,气化的氟氯烃会破坏臭氧层;后者比如:包装材料、塑料膜和管材、建筑塑料、电器塑料及医用塑料等材料的废弃物由于不容易降解或有毒性,对土壤、水源和大气等都造成污染。
但高分子材料同时也可用于环境保护,比如:在水处理方面可以制造水处理设施、离子交换树脂及离子膜等,在废气处理方面可以制成抗菌网等净化材料,在噪声控制方面可以制成消音材料。
所以,高分子材料对于环境保护起到正负两方面的作用,正确利用这种材料就显得至观重要。高分子专业的教师尤其应注意在教学过程中加强对学生环保意识的培养,对于如何做好《环境保护》课程的教学工作,本专业系提出了如下改革措施。
一、精选组织教材内容
本课程所选教材是刘天齐主编的《环境保护》,课程内容全面丰富,主要分为环保基础知识、各类环境污染的危害与防治、环境质量评价、环境管理、环境标准及环境保护法等内容。针对本专业特点,专业系挑选了前三部分内容进行重点讲授,着重介绍环境与健康的关系,以及与人们生活密切相关的水、大气、噪声及固体废弃物等各类污染的产生机理、治理方法、国内外最新治污技术和设备等内容。另外还对环境管理、环境监测、环保法规等内容进行简单介绍,通过合理分配教学时数,使学生学起来条理清晰,重点突出,主次分明。这样就能利用有限的教学时数学到尽可能多的知识,并学以致用,适应工科应用型本科人才培养的需求。
二、改进课堂教学方法
在课堂教学中,除理论教学外,还特别补充了一些从网络、报纸和杂志上能反映当时环境现状的文字和影像资料进行直观教学,增强学生的感性认识,提高学生的学习兴趣。
课堂上特别注重教学互动,调动学生的积极性,采用启发式教学法,既活跃了课堂气氛、又使学生学到了更多的知识。如在讲固体废弃物污染一章时,介绍什么是高分子废弃物引起的“白色污染”,让大家寻找日常生活中的“白色垃圾”,询问这些污染物产生污染的原因、途径及危害,让学生思考治理途径。此问题的提出引起了学生的注意,因为与其所学专业有关,所以会利用已学过的知识进行深入分析和讨论,大家提出各自的见解,发言踊跃。随后教师引导学生对各种治理方法进行比较,指出其优缺点,筛选综合治理的最佳途径,这样引导学生建立系统的思维方式。这样的启发讨论,使学生温故知新、学以致用,调动了他们的学习积极性。
另外,还组织学生进行专项讨论。如现在的家庭装修热中,要注意哪些室内环境污染?其中有哪些又是因高分子材料引起的污染,如何避免呢?这些问题的讨论都使学生受益匪浅。课堂讨论气氛热烈,教与学更加融洽,教学效果良好。
三、在其它教学过程中穿插环保知识
目前对于大学生的教育,既要强化素质教育,又要拓宽知识面,这样可以考虑将环保教学的一些内容融入到其它学科的教学之中,高分子专业系的另外一些专业课,比如《高分子合成工艺学》、《高分子材料成型加工》、《塑料成型模具》等,在教学过程中就可对生产或加工过程中的一些污染产生机理、治理方法等作适当介绍,对常用及最新的环保设备也可作部分介绍。
例如,教师在讲授《高分子合成工艺学》时,除了讲解各类高分子材料的基本性质、制备方法、工艺过程及工艺设备等内容外,还应该向学生介绍合成高分子材料的两面性,即有可能在合成过程中带来的一系列对生态平衡、环境保护的负面影响,穿插介绍各工艺的循环利用及废物处理的过程,并加入废旧高分子材料资源利用等内容,这些应用实例不仅吸引了学生注意力,而且在不知不觉中灌输了环保知识。这样既使各学科相互渗透,增加了教学的深度和广度,又加强了理论与实践的联系,开阔了学生的视野。
在实践教学环节上,在生产实习、毕业实习等阶段将环保现场教学穿插其中,这样既节约了经费和时间、起到了事半功倍的作用,又加深了学生的环保意识,增强了教学趣味性。
在实验教学上,可以考虑通过计算机辅助教学,引进应用新实验技术,更新实验内容,选用对环境友好的化学试剂和反应,实验微型化、系列化研究等手段,推进高分子专业的实验向“绿色化”方向进行改革。从点滴入手,不断研究、发现和探索绿色反应及条件,加强绿色化学教育和环保意识,才有可能从根本上切断污染源。这样,学生不仅会对实验课会产生浓厚的兴趣,而且会切身体会到环保的重要意义。
四、改进考试方法,巩固教学效果
在考试方法上,常规的闭卷考试模式需要学生花费大量的时间与精力背诵一些基础概念,但考试过后可能会遗忘掉很多内容,教学效果并不能体现出来。我们采取开卷形式,内容灵活多样,包括用大作业检查课堂教学内容掌握情况;作社会调查,提出环保治理方案或无污染生产方案;设计出新型环保设备,等等,既能考查学生对环保知识的掌握程度,促进他们对文化课的学习,又能使他们学以致用,充分发挥他们的主观能动性和创造性,综合运用所学各科知识,提出创造性见解,提高教学效果。
五、教学体会
通过对《环境保护》课程的教学改革可知,教学过程是一个复杂的动态过程,必须不断地探索,不断地改进。教学内容应该不断更新、不断完善,使其适应社会发展和人才培养的需求;教学方法要灵活多样,教学手段和教学观念要不断更新,教与学要协调一致,相互促进,这样才能保证教学质量和效果不断提高。随着近年来环境问题的日益凸显,加强对学生的环保意识的培养也越发显示出其必要性与紧迫性,广大高校教师应该把握一切传授知识的机会,将环境教育真正落到实处。
参考文献:
[1]刘天齐,黄小林,邢连壁等.环境保护[M].北京:化学工业出版社,2004.
关键词 高分子材料与工程 工程实践 专业实习 生产实习
中图分类号:G642 文献标识码:A DOI:10.16400/ki.kjdkz.2016.09.025
Exploration and Practice on the Practice Mode of Polymer
Material and Engineering Specialty
LI Zhijun, YU Rentong, ZHAO Yinmei
(College of Materials and Chemical Engineering, Hai'nan University, Haikou, Hai'nan 570228)
Abstract Production practice is an important practice in Higher Education of engineering. Through the in-depth reform of the professional practice mode, the engineering practice ability of polymer materials and engineering specialty of Hainan University has been effectively strengthened, and the comprehensive quality has been improved.
Key words Polymer materials and Engineering; engineering practice; professional practice; production practice
近些年来,我国的工科高等教育获得了长足的进步。据教育部统计数据显示,工程科技类人才的培养规模已达到总体教育规模的1/3~1/2。然而,我国工科院校培养的工程师的整体水平与美国、德国和日本等发达国家甚至一些发展中国家都有很大差距。为了加快提高我国工科高等教育的质量,《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》明确指出要建立学校教育和实践锻炼相结合的人才培养体系。专业实习是高校课程体系中专业教学的必要环节,对于提高学生的工程实践与创新能力具有特殊的重要意义。海南大学高分子材料与工程专业始创于1958年,是海南省的特色优势专业。海南大学高分子材料与工程系对其高分子材料与工程专业本科生的专业实践教学模式不断进行探索与实践,为达到良好的实践育人的效果及培养高质量的高分子材料与工程专业的毕业生奠定了扎实的基础。
1 高分子材料与工程专业实习的必要性
高分子材料与工程学科的特点是理论与实践密切结合。1935年,Wallace H. Carothers通过己二胺和己二酸进行缩聚反应成功合成出聚酰胺66(PA66),有力地证明了高分子的存在,使人们信服于Staudinger的大分子理论,从而使得高分子科学真正建立起来。此后高分子材料迅速渗透入人们的衣食住行并在国民经济、社会发展和国家安全中承担着重要而不可或缺的作用;早在1994年,全球三大合成高分子材料的产量便达到1.4?04万吨,从体积上超过了钢铁。近年来,对高性能化、功能化、精细化、复合化、智能化材料的需求更给高分子学科提出了需要在实践上的创新与突破。实践的需要及实践中的发现推动了高分子科学的不断发展,而不断完善的高分子学科理论体系又对高分子行业的生产实践起到指导作用。可见,高分子学科的诞生、发展都深深扎根于实践的土壤,而专业实习的实践特性则为高等院校的高分子学科专业的发展提供了必要的支撑作用。
高等工科教育的目标是培养拥有扎实的基础知识与专业技能,同时具备较强工程实践能力的高级人才。专业实习促使学生将所学的专业知识与生产实际相结合,强化动手能力,更重要的是可以培养学生独立分析问题、解决问题的工程实践能力与创新能力。20世纪20年代,英国H.E. Palmer、A.S. Homby等人提出了情景教学法,专业实习属于情景教学的一种。传统的课堂教学以教师的讲述为主,有些内容难以达到生动形象的描述,难以通过直观、丰富多彩的形象材料激发学生的学习兴趣。通过专业实习,激发学生的学习热情,启发学生更深刻地理解所学的理论,进而实现知识与应用的融会贯通。如我校2011级高分子材料与工程专业的学生们在海南某塑料制件生产厂家进行专业实习时,针对其注塑车间生产的少量产品存在缺陷的实际问题,及时与企业的技术人员及车间负责人进行了交流与探讨,学生们根据所学专业知识并结合企业生产的实际情况对该问题进行了分析并提出若干条合理化解决问题的建议。在实习实践过程中,学生们的学习热情得到了激发,所学理论得以在实践中践行,学生们解决实际问题的能力得到了提升,同时也得到企业的技术负责人及车间负责人的认可与欣赏。
2 专业实习工作的有效推进
由于专业实习在学生综合培养中具有特殊的重要性,如何有效提升专业实习的成效就成为进一步推进我校高分子材料与工程专业发展而需要解决的首要问题。海南大学高分子材料与工程系的高分子材料与工程专业于2013年获批成为教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业,拥有热带岛屿资源先进材料教育部重点实验室、海南省高校高分子工艺实验室教学示范中心平台和海南天然橡胶产业集团股份有限公司牵头建设的海南省先进天然橡胶复合材料工程研究中心。在探索专业实习人才培养模式的过程中,我校高分子材料与工程系充分利用丰富的校内外实习基地资源,实习基地的软件和硬件建设齐头并进,初步建立了具有本专业特色的本科生实习模式,实习模式示意图如图1所示:
2.1 校内实习基地与校外实习基地建设齐头并进
对高校学生实习不具义务的现实使得一些单位不愿主动承担专业实习工作,这也是当前全国工科专业学生实习面临的普通难题。海南大学高分子材料与工程系通过多年的积累,已与海南省内近二十多家企业建立了良好的专业实习合作关系。尽管如此,由于学生在企业的单次实习时间仍然有限,所以作为企业实习的补充,充分利用校内实习基地既有的检测仪器及成型加工设备对学生进行一定学时的前期工程实训显得尤为重要。在校内实习基地,学生们能有充分的时间动手操作工业生产中常用到的设备,如挤出机、注塑机、开炼机、密炼机、平板硫化机等,也能熟练掌握红外光谱仪、热分析仪、偏光显微镜、电子拉力试验机等仪器的操作规程及对企业生产的诸多产品的结构与性能进行测试、表征及分析,能在遇到问题的时候方便地查阅资料并针对问题及时与指导教师进行交流。校内基地的实训为后续的校外基地实习奠定了坚实的基础,这也使得学生们能迅速适应校外基地的实习任务并得以进行更高层次的生产实际操作能力和创新能力的培养。
天生的市场敏感性使得企业对产品具有更完备的把握性,如果说校内基地的实训是沙盘演练,校外基地的实习则是实战演习。对于校外实习基地的选择我们遵循以下原则:(1)专业性强、生产规范并具备一定的生产规模;(2)有指导生产实习的技术实力及经历;(3)具有产学研合作的兴趣及能力;(4)企业内部及外部环境安全。高分子材料与工程系还借助多种渠道如专业教师与企业的技术合作、校友关系、橡胶及塑料行业相关协会等成功实现了与多家企业的专业实习对接并建立了稳定的签约实习基地。激烈的市场竞争、技术的更新换代以及对专业知识人员的渴求使得一些具有前瞻性的企业对学生的专业实习表现出强有力的支持,甚至海南省的一些中、小型塑料行业的企业也主动提出按技术工人待遇解决学生的食宿问题,公司的管理者也更愿意在学生的实习活动中发掘人才并培养人才。
2.2 夯实内功,深化软件建设
海南大学高分子材料与工程系与时俱进,在专业实习的软件建设上不仅对学生布置了贴切实习单位实际的新任务,而且对专业指导教师提出了更高的要求。作为专业实习实践层面上的补充,高分子材料与工程系引进了与实习内容相关的仿真软件,如从哈尔滨工业大学引进了塑料成型工艺软件和复合材料成型工艺软件,在指导教师的讲解下,学生们通过对仿真软件中成型加工原理、工艺及设备操作等的认知,再加上相关知识点的视频资料学习,学生能迅速能缩小理论与实际间的差距。
实习的整体效果很大程度上取决于准备工作的充分程度。专业指导教师由具有丰富的指导实习经验的老教师和有热情及责任感的青年教师组成,共同编写各实习点的实习学习手册,通过老教师的传帮带,青年教师明确了在学生实习过程中自己的责任和义务,掌握了实习企业的管理及生产特点,以及必须注意的一些关键环节问题。专业实习指导教师不但要熟悉《突发公共卫生事件应急条例》和《学生伤害事故处理办法》,还要制定师生都要严格执行的《师生实习期间管理办法》。另外,赴专业实习点前,学生务必在《专业实习安全知情书》上签字。
2.3 综合全面地进行双向考核及评价
现代社会对学生提出了更为全面的素质要求,如学习能力、动手能力、创新能力、人际交往能力、适应社会能力等等。海南大学高分子材料与工程系对学生的实习考核除了实习报告和开放式考试的固定形式外,还辅以其它形式多样的综合考察途径,如是否勤学好问,是否积极参与企业的科技创新研究及活动,是否能融入企业文化、乐意参与企业的文体活动等等。生动活泼的实习氛围是激发学生实习热情的“强心剂”,如举办有师生及企业相关人员共同参与的“假如我是一名车间主任”的模拟竞选演讲活动。学生们围绕“一个合格的车间主任所应具备的综合素质”进行阐述,不仅能站在我是企业人的角度给予实习单位在生产管理、技术践行及人员调配等方面提出合理化的建议中增强就业自信心,还能通过企业相关负责人的点评认识到自己需努力的方向。通过多形式的考核,专业指导教师与学生都能及时发现问题,从而有的放矢地进行改进与完善,进而达到提高学生综合素质的目的;同时,企业也能更深层次地考核需要引进的对位专业人才。另一方面,学生对课程的反馈与评价也有利于任课教师将课程改革推向深入。校教务处网上问卷调查表明同学们对该课程的满意率达到96.35%,线下问卷调查的典型反馈与评价如表1所示:
3 总结和展望
实践证明,我们对本专业的实习教学模式进行的探索能卓有成效地提高学生的工程实践能力及就业能力(2015年度该专业本科生一次性就业率达到93.24%),多年来反馈的信息表明,我校高分子材料与工程专业的毕业生普遍(下转第51页)(上接第49页)为用人单位看好,未来我们将积极借鉴国内外其它高校在实践教学方面的办学经验,不断完善和发展既符合我校实际又能适应国家经济、科技、社会发展对高素质人才的需求的高分子材料与工程专业实习模式。
海南省中西部高校提升综合实力工作资金项目(02M4 097001004002);海南省自然科学基金(514204);海南大学教育教学研究项目(hdjy1224)
参考文献
[1] 王芳,张红,陈丰秋.化学工程与工艺专业工程实践教学模式的探索与实践[J].化工高等教育,2012(2):76-78+85.
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关键词:塑料制品;配方设计;理论;实践;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2015)27-0063-02
从事高分子材料专业学习的学生知道,“高分子成型加工”、“高分子物理”和“高分子化学”,共同构成了高分子材料专业的三大主干基础课程。而“塑料材料与配方设计”是高分子材料与工程专业成型加工分支下一门重要的专业课程,对合成树脂及塑料助剂的深入了解,正确的选用塑料原料和塑料助剂,合理的进行配方设计,在塑料成型加工过程中至关重要,也是获得品质优良塑料制品的技术保障。然而,“塑料材料与配方设计”在课程教学环节中,只是片面的理论介绍涉及某一材料的某一性能,大部分同学觉得课堂内容比较单一,理论性过多,实践性较少。鉴于以上不足,为了培养和提高学生理论联系实践的能力,适应目前社会对高分子人才的实际需求,力求学生能在较短的时间内掌握该课程的教学内容,特别是课程理论与实践教学有效的结合学习,改变传统的教学模式,本文从以下几个方面的教学改革进行了有效的探索。
一、围绕人才培养目标,夯实课程建设的教学改革探索
立足贵阳学院的人才培养目标――“突出实用、服务本地”,紧扣《贵州省新材料产业“十二五”发展规划》中涉及的高分子材料人才培养方向领域,我校根据具体情况和要求,对专业人才培养方案进行了认真地讨论,不断完善课程的教学大纲与基本要求,力求符合实际的需求。材料科学与工程本科生的课程和教学大纲应主要集中在材料科学与工程的四个基本要素――合成和加工、结构、性质、使用性能及其相互关系[1]。“塑料材料与配方设计”课程以每种塑料材料的合成、结构与性能关系、加工性能、应用性能、成型方法、改性以及最新的发展状况等角度,完整地将通用热塑性塑料、工程塑料、热固性塑料展现在每位高分子专业学生面前,从而使学生可以完整、全面地了解每种塑料材料以及各种助剂的功效、添加量、作用机理和最新发展状况。目的是使学生掌握高分子材料加工助剂的概况、合成、作用机理及其应用,重点掌握塑料增塑剂、抗氧剂、热稳定剂和阻燃剂的结构特点和作用机理,了解其结构与性能之间的关系,熟悉塑料制品实际应用配方设计。力求紧扣工程应用型人才培养的目标和工程实际,从应用型本科生学习的实际出发,重视理论与工程实际的结合,突出应用性较强的内容,有利于工程应用。通过该课程的学习,再配以一定的配方设计方法的讲授,为培养高素质应用型人才,提高学生综合素质打下坚实基础。
二、完善教学内容的教学改革探索
1.教学内容与专业特色相结合。“塑料材料与配方设计”是我校高分子材料专业一门重要的专业课,根据在以往的教学过程中的观察与经验,教学多采用传统模式,课程具有与物理化学联系密切、抽象概念多等特点,大多数学生觉得课堂内容难以理解,不感兴趣,丧失学好该课程的信心,然后就逐渐厌学甚至放弃学习。该门课程的授课对象是大学三年级的学生,处于这个时期的学生学习兴趣和学习热情处于整个大学的全盛时期,求知欲强,精力充沛。面对这样的学生,如何有效地利用他们的求知欲,激发起学习该课程的兴趣,并针对他们的缺点,制定行之有效的方法及对策,使其通过该门课程的学习,培养起运用创新教学理念、联系科学研究和提高解决实际问题的能力,是值得我们教学工作者思考并认真对待的问题。如何围绕塑料制品的化学组成、结构及聚合方式、添加剂及其配比以及成型加工工艺、工艺条件及其控制、成型设备等知识内容对学生开展有效教学是一个重中之重。教学内容必须与专业特色有效结合,在向学生传授课程理论基础知识的同时,又要围绕当前贵州省高分子材料人才培养领域涉及的塑料成型加工新技术、新发展方向进行有效的结合介绍。遵循高分子材料的成型加工基本原理,着重对新的成型加工工艺进行研究,尤其是通用塑料与工程塑料的成型加工区别。在日常教学过程中,将高分子材料基础理论与实际日常生活中常见塑料制品的例子相结合,开展与学生的分析和讨论,启发学生在学习过程中牢牢抓住本课程的主题思想。例如:在介绍五大通用塑料制品尤其是PVC制品生产时,介绍了生产PVC软硬制品过程中各类助剂的选择及添加量控制,合理的配方设计,不同的成型加工方法,以及不同成型工艺生产的制品具有不同的特殊性能,应用的不同的场合,让学生掌握“高分子材料-成型加工-制品性能”三者之间的关系。
2.教学内容与科研实践相结合。“塑料材料与配方设计”课程教学内容应与教师科研实践有效结合,使两者达到互助互促的作用,以科研促进教学发展,将教师科研工作有效融入到教学实验中,体现教学与科研的互动,提高学生分析问题、解决问题、实验操作和使用计算机软件的能力。例如:塑料制品的增韧途径有多种方法,可将教师科研课题与相关课程知识相结合来进行教学,如聚合物纳米复合材料对塑料增韧的影响,尤其是近年来较热门的稀土偶联剂的研究,在增加粒子与基体树脂结合力的同时,兼顾一定的内作用等,可以鼓励感兴趣的学生参与到教师的科研实验中来,学以致用,加强对知识点理解的同时,拓宽视野,锻炼科研及动手能力。
三、丰富教学方法的教学改革探索
1.传统与先进多媒体辅助、计算机技术运用等教学手段相结合。传统的教学手段――板书由于其单调、枯燥的特点已不能完全适应当前的教学要求,而多媒体辅助――PPT教学使原本量大、抽象、复杂、枯燥无味的理论知识,通过形象、生动、直观的图文并茂形式表现出来,调动了学生的积极性和学习兴趣,便于学生对知识的理解和掌握[3]。比如通过多媒体电子课件辅助教学,对于高分子塑料制品成型加工过程中塑料助剂的作用机理的演示以及挤出成型、注射成型等成型加工过程的演示,更加直观和生动,利于学生对理论知识的进一步掌握。塑料配方设计是指确定配方中各种助剂加入量的方法。一个塑料配方中往往包括增塑剂、热稳定剂、抗氧剂、光稳定剂、剂、填充剂、阻燃剂等多种添加剂。多种助剂的合理搭配,通过利于计算机技术(word、cad)来对配方设计进行科学地设计,有效地减少了实验次数,节省实验时间,使配方设计更加准确、快速,达到事半功倍的效果。
2.教师理论实践指导与学生自主学习相结合。在理论教学中,我们知道塑料配方设计的方法有两种:一种是单因素变量配方设计法;一种是多因素变量配方设计法。在课程理论教学过程中,尤其是正交设计法介绍环节,我们在教学中采用重点难点教师讲授、学生自主学习的方法。学生自主学习之后,采用课堂提问的方式以检验学生自主学习的学习成果,让学生了解正交设计法的使用特点,掌握多因素变量的实验方法,优化出最佳配方。学生具有较强的学习兴趣和能力,通过教师理论指导与学生自主学习相结合,我们将学生能力激发出来,使学生的学习变被动为主动,从而收到事半功倍的教学效果。在实践教学中,秉承贵州省的绿色发展观念,保护自然生态环境,走节能减排可持续发展之路,在塑料制品成型加工及废旧塑料回收及再生利用中,始终贯彻绿色生态理念,对日常生活废弃塑料,譬如食品包装、各类饮料瓶、储存容器及薄膜等塑料制品,有意识地进行分选挑捡,改性再生利用,将实验课程内容涉及到的包括塑料的混炼,塑料的双螺杆挤出成型、注射成型等各种加工方法工艺,通过相容性混炼技术来进行废旧塑料的再生利用。比如:回收的PP耐应力开裂性能较差且低温脆性较大,可选择回收HDPE及LLDPE制备再生共混物,也可以回收农膜与PP制备合金,利用适当设备经过混炼实施。这既增加了学生的实践操作能力,又培养了绿色环保创新意识。同时,成立课外实践兴趣小组,让学生充分调动主观能动性,开展探讨思考,与教师共同讨论分析,提出解决思路,找出解决问题办法,提高学习兴趣和逐步培养科研创新能力。
3.企事业工厂参观学习。本专业目前与贵州省材料产业技术研究院、龙里蓝图新材料公司等企事业单位建立了良好合作关系,建立了实习基地。通过与这些合作企业的协作,学生可以现场实地对各种成型加工所涉及的原料处理、设备、工艺流程、质量控制等实际生产过程进行近距离的感受,让学生们了解橡胶和塑料加工过程使用的原材料、工艺方法及工艺流程以及生产过程中所使用的仪器和设备。将知识与生产进一步联系和认识,毋庸置疑对学生有了很大的帮助。比如:参观塑钢门窗加工工厂时,讲解员详细地向学生介绍了加工车间的工作情况及以聚氯乙烯树脂为基本原料进行成型工艺的加工流程。通过参观,每一个学生都受益匪浅,知道了PVC,这也为我们以后专业方向的选择和学习打下了良好的基础。
随着市场对塑料制品需求的不断扩大以及塑料工业的高速发展,培养出高素质应用型人才,使其具备更加牢固的知识基础,更加灵活地运用知识的能力,成为当务之急。本课程通过几个方面的课程理论与实践教学改革,极大地调动了学生的学习兴趣,提高了学生的逻辑推理能力以及分析问题和解决问题的能力,在培养学生的积极自主学习能力、配方设计能力、实践能力等方面都取得了良好的效果。
参考文献:
关键词:培养目标;课程体系;高分子材料应用技术
课程体系是育人活动的总方案、是培养目标的具体化和依托[1,2]。课程体系构建合理与否,直接影响到专业人才规格的培养,也决定了教学能否顺利实施。高分子材料应用技术一般分为橡胶、塑料、纤维、复合材料等多个方向,鉴于我院和西部区域经济情况,该专业包含橡胶和塑料加工两个方向,因而目前在国内尚无现成的课程体系借用。本文以社会、企业人才规格需求和国家技能要求为目标、以工作过程为主线、以建构主义为理论依据构建了高分子材料应用技术专业(橡塑加工专业)课程体系。
1、以工作过程构建课程体系
工作过程是指在企业里为完成一件工作任务并获得工作成果而进行的一个完整的工作程序,是一个综合的、时刻处于运动状态但结构相对固定的系统。高分子材料应用技术专业是实践性强的专业,构建课程体系时必须从整体出发,以职业岗位能力为核心,突出工作过程在课程构建中的主线地位,按照实际工作任务和工作情景来组织课程。依据工作过程中的主要岗位划分主要模块,按由简到繁设计相应课程,并将企业真实情景通过项目化教学或案例教学等多种教学形式引入教学环节,同时为学生提供体验工作过程的学习机会,逐步实现从学习者到工作者的角色转换。
在构建课程体系时,课程设置顺序应符合人的认识规律,由简到繁,先会或了解再懂的原则设置,使能力在逐渐递进的课程项目实训中得到培养。因而在构建高分子材料应用专业课程体系时将认识实习提前,或让学生直接参与到学校实习基地生产中去,使学生对高分子原材料加工、配料、混合、挤出、注塑、压延、检验等工序先有一定性认识。当学生具有一定感性经验后,甚至带着一些问题回到课堂,专业课程理论教学和项目化教学才更具有针对性,才更能引起学生的兴趣和共鸣。
2、基于工作过程为导向的课程实施方案
学习领域的课程是学生职业领域能力获得的载体,一般由学习目标,学习内容,学习时间即课时组成。课程方案的实施就是使学生获得必要技能和职业素质的过程,可以通过真实或虚拟的项目、任务、实际产品完成过程或案例分析等来设计。合理的课程方案有利于学生主动性的发挥,有利于职业能力的形成和获得。我们在设计具体教学过程中遵循了以下原则:
①课程目标要明确,必须以社会、企业人才规格能力需求为依据,突出能力培养。高职培养的是要解决实际问题所应具备相应能力的技能人才,学生毕业后能直接进入生产一线,具有较高的动手操作能力。要达到这个目标,需要强化能力的培养,而课程的能力目标要以社会、企业人才规格需求以及具体岗位能力要求为依据。这些能力目标必须通过大量的社会、企业调研收集、分析、研究来确定。
②强调项目化和完成一定任务等相结合的多种教学方法。高分子材料应用技术专业是实践性非常强的专业,理论教学过多或传统的学科性教学只能培养出高分低能。因而在课程设置上更应多注重能力的培养,而不是定义、概念、理论的讲解和简单记忆。能力可以通过完成一定的项目和任务来习得和构建。能力可分为单项能力和综合能力。单项能力可分阶段、分项目、分任务,在符合职业能力成长规律的递进过程中逐渐形成。综合能力是各单项能力的综合,也是整个课程的贯穿和融合。综合能力的培养应选择真实项目更能形成“零距离”职业能力,该项目能贯穿全课程,应根据课程能力培养要求选择典型项目。
③课程的实施必须符合人的认识规律,并以学生为主体,调动学习积极性。众所周知,理论来源于人们对自然、实践的观察总结,形成的理论又推进实践的前进,人类的发展就是在这螺旋上升阶段中前进。然而,长时间以来,高等教学往往在课堂上被动完成理论学习,然后完成简单的验证性课程实习或走马观花的生产实习,却往往忽略了个体在实践中主动性获得。特别是对职业教学的对象为基础知识较差的学习者,课堂理论教学效果可想而知。强调学习者主动性参与,强调学生在真实项目或虚拟工作任务中构建必要的职业能力是目前高职课程体系和课程改革的本质所在。
根据以上原则我们确定了高分子材料应用技术专业(橡塑专业方向)各门课程学习领域的项目或任务。例如橡胶加工工艺及技术课程分为如下几个项目完成:
认识实习,橡胶加工工艺录像教学;
项目1:一具体橡胶制品配方拟定;
项目2:橡胶材料分析和选取;
项目3:原材料加工、称量;
项目4:混合、塑炼、混炼;
项目5:挤出、压延;
项目6:橡胶制品硫化;
项目7:橡胶制品性能检测、处理;
[关键词]高分子材料与工程 人才培养 教学
[中图分类号] C961 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2015)11-0024-02
一、经济和社会的转型对国际化应用型人才有迫切需求
培养什么样的人才(应用型、创新型、学术型等)是人才培养模式的一个重要问题。中国是世界上高分子产业强国之一,但其行业发展的速度远远高于人才的培养速度,不断出现的新产品、新设备、新技术,使原有的企业人才完全不能满足行业的快速发展以及对新型人才的需求。
二、培养应用型人才的原则
(一)改变教学模式,明确培养目标
国际化应用型高分子材料与工程专业的培养目标,是以建设核心课程群为核心,为满足市场和企业的需求,实现国际化的目标,重视实践教学,培养出既拥有扎实的相关专业的理论知识,又能够在高分子材料的加工工艺等方面从事新产品研发、新设备及仪器制备、新工艺流程设计工作,具有综合素质、实践能力以及创新能力的新型技术型人才,更好地服务于社会经济建设和石油产业。
(二)全面实施素质教育,提高其实践能力
通过基础实验、专业实验、生产实习、认知实习、两课等多种形式来提高学生的综合素质,从而加强对学生人文化素质、专业素质、思想素质、服务意识的培养,使学生能较好地获取专业知识,并熟练运用专业知识,提高自身创新能力。我们提出并实施了培养较强工程实践能力和创新能力的措施方案,多方位、多角度加强学生实践创新能力和工业化生产能力,培养学生狼队团结精神,提高学生日常英语和专业术语的应用能力。
(三)夯实基础知识,拓宽专业知识
要想培养学生的适应能力,就必须使其具有扎实的基础理论知识,并拓宽其专业知识面。夯实基础,一是拓宽基础理论知识和技能,强化知识体系建设,发挥课程群的核心作用,使学生牢固掌握基础知识,知识结构建设合理,培养学生科学合理的思维方式,提高他们的应用能力,以适应将来职业岗位的要求。二是将专业基础课拓宽到新的工程认证的专业目录下,为专业方向提供广阔的工程技术市场。拓宽专业知识,不是改变专业课程的名称,而是认真整合该专业的主干课程,丰富实践教学的教学内容,建立新的专业课程体系。我们在全院公共平台课基础上增设了国际经济法、国际金融法、国际商法、西方文化鉴赏等课程,强化英语交流应用,加大了实践创新能力的培养力度。
(四)构建核心课程群,提高学生国际竞争力
教学改革的重点是对核心课程群的建立,其直接实现了对人才的培养,促进了人才知识结构的形成以及能力的培养,是提高学生综合素质的主要途径。我们从以往注重学生理论培养,改为注重学生实践能力的培养。如高分子基础实验由原来的8学时增加为56学时,另在大二增加了两周的认知实习,以此来提高学生对本专业的归属感和认同度。对课程进行融合和重组,避免课程内容重复;对专业基础课,如高分子化学和高分子物理采用双语教学和海外归国人员全英文教学;新型课程体系的建立要强调应用工程的概念,重视各学科知识之间的联系以及安排的时间顺序,建立完整的课程体系。在英语听说中,根据将来可能的工作环节进行视听教学设计,训练听说能力和讲解在国外可能遇到的民族、风俗、宗教事务等问题。
三、人才培养模式的渠道
(一)实施递进式教学平台
为了满足企业的实际需求,在培养应用型工程人才方面,必须坚持面向基层、面向社会、面向一线生产的原则,通过对通识教育的强化,提高学生的综合素质以及专业实践操作水平。新的教学模式主要包括两课素质教育平台、学术实践创新平台、基础实践平台以及综合实践平台,以实现学生的分层次培养,多角度递进式培养,满足社会经济以及企业的各方面要求,使学生的个性空间得到发展。
(二)大幅度增加实践教学,提升学生工程实践能力
与其他学科不同,高分子材料与工程专业有其明显的特点,它是以工程实践和实验为基础进行总结的一门学科。根据本学科的特点,教研室在制订教学培养计划之前,要重点增加实践教学的课时,以提高学生的创新意识、工程意识和实践操作能力。
在课程设计和毕业论文实践中,应结合教师科研项目和企业解决现场生产实际的项目,选派学生到企业现场做毕业论文等。这样可使学生获得良好的科研能力和现场工作经验,熟悉企业现场文化氛围,能有效地促进学生实践操作能力,为以后学生职业的发展打下良好的基础。
(三)为满足市场需求,采用“订单式”的人才培养模式
将人才培养与市场需求结合,通过“订单式”的人才培养模式进行教学改革。这样不仅能满足企业对国际化应用型人才的需求,而且有助于学生的顺利就业。另外,单位还可根据实际状况,为“订单式”培养学生提供一定的费用(奖学金、贫困助学金等),以解决学生在学习、求职中遇到的困难。近几年,我校先后与中财管道和川路集团有限公司等单位签订了“订单式”培养协议,为企业的发展培养了一批技术人才。
(四)培养学生对知识的运用能力以及创新能力
学校要积极与企业合作,为学生营造规范的实践环境,培养其创新能力和综合素质,提高学生的社会竞争力。在中财管道实习中,学生必须顶班实习,这可以让学生充分利用学科优势和区域优势进行现场比赛,建立实验室,给学生提供一定的实践基地,使产、学、研密切结合,提高学生的工程技术能力,保证实践教学效果。学生可在实践基地完成认识和生产实习任务,以及工艺试验活动。实践操作活动可以帮助学生加深对基础理论知识的理解及运用,同时还可以让学生及时了解相关专业的发展前景以及存在的问题,有助于学生顺利走向工作岗位。
(五)师资队伍建设的加强
为适应素质教育的改革,教师知识的更新与自身素质的提高非常重要。只有高水平的师资队伍才能培养出高素质的人才。西南石油大学高分子材料与工程专业2002年第一次招生,目前已招生12届,从2010年起就是四川省特色专业,为国内培养了大量的应用型人才。2005年我们在全院教学实践中,以归国学者代加林教授为责任人,在高分子化学双语和物理双语课程的建设及教学方面率先取得了发展,为国际化人才培养跨出了第一步。经过7年的建设,两双语课程成为校精品课程,而后学院又引进3名海外高级人才和多名985高校博士,以此促进了多门双语课程的开展,为国际化人才培养奠定了良好基础。这些高水平科技人才的引进,大大提高了教师的科技创新能力以及科研能力。
此外,还应重视对青年教师的培养,让经验丰富的教师指导青年教师,帮助他们在专业教学方面有所突破。
四、小结
随着高分子材料的迅速发展,每年都会涌现出一批新材料、新工艺以及新技术。如何培养相关专业学生的工程应用能力,促进高校的办学质量和人才培养质量的提高,是目前乃至未来高校教育所面临的挑战。当然,如果因此忽略了科研创新能力的培养,就不能为社会经济以及企业的发展培养高级人才。因此,要同时注重培养学生的工程应用能力以及科技创新能力,运用“强基础,重应用,突创新”的人才培养模式,培养出适合社会经济发展需要的人才。
[ 参 考 文 献 ]
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