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高聚物表面聚集的電荷量取決于高聚物本身對電荷泄放的性質,其主要泄放方式為表面傳導、本體傳導以及向周圍的空氣中輻射,三者中以表面傳導為主要途徑。因為表面電導率一般大于體積電導率,所以高聚物表面的靜電主要受組成它的高聚物表面電導所支配。因此,通過提高高聚物表面電導率或體積電導率使高聚物材料迅速放電可防止靜電的積聚。抗靜電劑是一類添加在樹脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除靜電產生的化學添加劑,添加抗靜電劑是提高高分子材料表面電導率的有效方法,而提高高聚物體積電導率可采用添加導電填料、添加抗靜電劑或與其它導電分子共混技術等。
(一)添加導電填料
這類方法通常是將各種無機導電填料摻入高分子材料基體中,目前此方法中所使用的無機導電填料主要是碳系填料、金屬類填料等。
(二)與結構型導電高分子材料共混
導電高分子材料中的高分子(或聚合物)是由許多小的重復出現的結構單元組成,當在材料兩端加上一定的電壓,材料中就有電流通過,即具有導體的性質,凡同時具備上述兩項性質的材料稱為導電高分子材料。與金屬導體不同,它屬于分子導電物質。根本上講,此類導電高分子材料本身就可以作為抗靜電材料,但由于這類高分子一般分子剛性大、不溶不熔、成型困難、易氧化和穩定性差,無法直接單獨應用,一般作導電填料與其它高分子基體進行共混,制成抗靜電復合型材料,這類抗靜電高分子復合材料具有較好的相容性,效果更好更持久。
(三)添加抗靜電劑法
1.有機小分子抗靜電劑。有機小分子抗靜電劑是一類具有表面活性劑特征結構的有機物質,其結構通式為RYx,其中R為親油基團,x為親水基團,Y為連接基。分子中非極性部分的親油基和極性部分的親水基之間應具有適當的平衡與高分子材料要有一定的相容性,C12以上的烷基是典型的親油基團,羥基、羧基、磺酸基和醚鍵是典型的親水基團,此類有機小分子抗靜電劑可分為陽離子型、陰離子型、非離子型和兩性離子型4大類:陽離子型抗靜電劑;陰離子型抗靜電劑;非離子型抗靜電劑;兩性型抗靜電劑。
導電機理無論是外涂型還是內加型,高分子材料用抗靜電劑的作用機理主要有以下4種:(1)抗靜電劑的親水基增加制品表面的吸濕性,吸收空氣中的水分子,形成“海一島”型水性的導電膜。(2)離子型抗靜電劑增加制品表面的離子濃度,從而增加導電性。(3)介電常數大的抗靜電劑可增加摩擦體間隙的介電性。(4)增加制品的表面平滑性,降低其表面的摩擦系數。概括起來一是降低制品的表面電阻,增加導電性和加快靜電電荷的漏泄;二是減少摩擦電荷的產生。
2.永久性抗靜電劑。永久性抗靜電劑是一類相對分子質量大的親水性高聚物,它們與基體樹脂有較好的相容性,因而效果穩定、持久、性能較好。它們在基體高分子中的分散程度和分散狀態對基體樹脂抗靜電性能有顯著影響。親水性聚合物在特殊相溶劑存在下,經較低的剪切力拉伸作用后,在基體高分子表面呈微細的筋狀,即層狀分散結構,而中心部分呈球狀分布,這種“蕊殼”結構中的親水性聚合物的層狀分散狀態能有效地降低共混物表面電阻,并且具有永久性抗靜電性能。
二、我國高分子材料抗靜電技術的發展狀況
我國許多科研機構和生產企業已陸續開發出一些品種,以非離子表面活性劑為主,目前常用的品種有,大連輕工研究院開發的硬化棉籽單甘醇、ABPS(烷基苯氧基丙烷磺酸鈉)、DPE(烷基二苯醚磺酸鉀);上海助劑廠開發目前多家企業生產的抗靜電劑SN(十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽),另外該廠生產的抗靜電劑PM(硫酸二甲酯與乙醇胺的絡合物)、抗靜電劑P(磷酸酯與乙醇胺的縮合物);北京化工研究院開發的ASA一10(三組份或二組份硬脂酸單甘酯復合物)、ASA一150(陽離子與非離子表面活性劑復合物),近年來又開發出ASH系列、ASP系列和AB系列產品,其中ASA系列抗靜電劑由多元醇脂肪酸酯、聚氧乙烯化合物等非離子表面活性劑;ASB系列產品則為有機硼表面活性劑(主要是硼酸雙多元醇脂與環氧乙烷加成物的脂肪酸酯)與其他非離子表面活性劑復合而成;ASH和ASP系列主要是陽離子與非離子表面活性復合而成,杭州化工研究所開發的HZ一1(羥乙基脂肪胺與一些配合劑復合物)、CH(烷基醇酰胺);天津合成材料工業研究所開發的IC一消靜電劑(咪唑一氯化鈣絡合物);上海合成洗滌劑三廠開發生產的SH系列塑料抗靜電劑,已經形成系列產品,在使用效果和性能上處于國內領先地位,部分品種可以替代進口,如SH一102(季銨鹽型兩性表面活性劑)、SH一103、104、105等(均為季銨鹽型陽離子表面活性劑),SH抗靜電劑屬于結構較新的帶多羥基陽離子表面活性劑;濟南化工研究所JH一非離子型抗靜電劑。(聚氧乙烯烷基胺復合物)等;
河南大學開發的KF系列等,如KF一100(非離子多羥基長碳鏈型抗靜電劑)、KF-101(醚結構、多羥基陽離子永久型抗靜電劑),另外還有聚氧乙烯醚類抗靜電劑,聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯專用抗靜電劑202、203、204等;抗靜電劑TM系列產品也是目前國內常用的,主要用于合成纖維領域。
從抗靜電劑發展來看,高分子型的永久抗靜電劑是最為看好的產品,尤其是在精密的電子電氣領域,目前國內多家科研機構利用聚合物合金化技術開發出高分子量永久型抗靜電劑方面已取得明顯進展。
三、結語
我國合成材料抗靜電劑行業發展前景較好,針對目前國內研究、生產、應用與需求現狀,對我國合成材料抗靜電劑工業發展提出以下建議。
(一)加大新品種開發力度
近年來國外開發的高性能伯醇多聚氧化乙醚類非離子型表面活性劑;用于聚碳酸酯的脂肪酸單縮水甘油酯;用于磁帶工業的添加了聚氯化乙烯醚醇的磷酸衍生物;適應于聚烯烴、聚氯乙烯、聚氨酯等多種合成材料的多元醇脂肪酸酯和三聚氰胺加成物等,總之國內科研院所應根據我國合成材料制品要求,開發出多種高性能、環保無毒的抗靜電品種,并不斷強化應用技術研究,以滿足國內需求。
(二)加快復合抗靜電劑和母粒的研究與生產
今后要加快多種結構抗靜電劑及其他塑料助劑的復配,向適應范圍廣、效率高、系列化、多功能、復合型等方向發展。另外合成材料多功能母粒作為助劑已經成為今后合成樹脂加工改性的重要原材料,如著色、阻燃、抗菌、成核等母粒在國內開發方興未艾,國內要加快抗靜電母粒的開發與研究,促進我國抗靜電劑工業發展。
參考文獻:
[1]高緒珊、童儼,導電纖維及抗靜電纖維[M].北京:紡織工業出版社,1991.148154.
[2]張淑琴,抗靜電劑,化工百科全書,第1版,化學工業出版社,1995(4):667.
[3]陳湘寧、王天文,用于最佳靜電防護的本征導電聚合物的最新進展[J].化工新型材料,2002,30(11):4750.
一、從天然樹脂到合成樹脂
一些樹木的分泌物常會形成樹脂,不過琥珀卻是樹脂的化石,蟲膠雖然也被看成樹脂,但卻是紫膠蟲分泌在樹上的沉積物。由蟲膠制成的蟲膠漆,最初只用作木材的防腐劑,但隨著電機的發明又成為最早使用的絕緣漆。然而進入20世紀后,天然產物已無法滿足電氣化的需要,促使人們不得不尋找新的廉價代用品。
早在1872年德國化學家拜耳(A.Bayer)首先發現苯酚與甲醛在酸性條件下加熱時能迅速結成紅褐色硬塊或粘稠物,但因它們無法用經典方法純化而停止實驗。20世紀以后,苯酚已經能從煤焦油中大量獲得,甲醛也作為防腐劑大量生產,因此二者的反應產物更加引人關注,希望開發出有用的產品,盡管先后有許多人為之花費了巨大勞動,但都沒有達到預期結果。1904年,貝克蘭和他的助手也開展這項研究,最初目的只是希望能制成代替天然樹脂的絕緣漆,經過三年的艱苦努力,終于在1907年的夏天,不僅制出了絕緣漆,而且還制出了真正的合成可塑性材料——Bakelite,它就是人們熟知的“電木”、“膠木”或酚醛樹脂。
Bakelite一經問世,很快廠商發現,它不但可以制造多種電絕緣品,而且還能制日用品,愛迪生(T.Edison)用于制造唱片,不久又在廣告中宣稱:已經用Bakelite制出上千種產品,于是一時間把貝克蘭的發明譽為20世紀的“煉金術”。
以煤焦油為原粒的酚醛樹脂,在1940年以前一直居各種合成樹脂產量之首,每年達20多萬噸,但此后隨著石油化工的發展,聚合型的合成樹脂如:聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯以及聚苯乙烯的產量也不斷擴大,隨著眾多年產這類產品10萬噸以上大型廠的建立,它們已成當今產量最多的四類合成樹脂。合成樹脂再加上添加劑,通過各種成型方法即得到塑料制品,到今天塑料的品種有幾十種,世界年產量在1.2億噸左右,我國也在500萬噸以上,它們已經成為生產、生活及國防建設的基礎材料。
二、從天然纖維到合成纖維
人類使用棉、毛、絲、麻等天然纖維的歷史已經有幾千年,但由于全球人口的不斷增加和對紡織品質量的更高要求,從19世紀起,人們就為尋求新的紡織品原料而努力。
1846年制成硝化纖維;1857年制成銅氨纖維;1865年制成醋酸纖維;1891年制成粘膠纖維。由于粘膠纖維的原料是來源豐富的木材漿粕、棉短絨及棉紗下腳料等,再加上制成的纖維性能好,以至它的產量到20世紀50年代已經超過羊毛。
盡管上述幾種稱為“纖維素纖維”或“人造纖維”的出現是繼紡織機械發明之后的又一次紡織革命,但它仍意味著人只是用化學方法,對天然植物纖維的再加工,而通過化學方法,制取全合成的、性能更為優異的紡織纖維階段,才迎來了第三次紡織革命。
1928年32歲的美國化學家卡羅塞斯(W.H.Carothers)博士從大學崗位上應聘到杜邦公司,負責對不久前才興起的高分子化學的基礎研究,他們研究了多種脂肪族二元酸與二醇或二元胺的縮合反應,由于保證了反應物料的嚴格配比,從而獲得分子量很高的縮聚物,但大多數產物的熔點偏低、不耐水,雖然有的可以抽絲,但不適于用做紡織纖維。反復不斷地失敗使卡羅塞斯在精神上受到很大打擊,以至身上經常攜帶著一小瓶準備自殺的氰化鉀。一直到工作6年后的1934年,終于在合成的數百種產品中,找到有希望成為優良紡織纖維的聚酰胺-66,尼龍(Nylon)是它在投產時公司使用的商品名。
杜邦公司為了使它工業化,動員了230多名各方面專家,花費2200萬美元,到1939年始正式投產。這一成功不僅是合成纖維的第一次重大突破,也是高分子科學的重要進展。
尼龍投產后,杜邦公司馬上宣布他們生產了比蜘蛛絲還細,比鋼還結實的全新有機纖維。盡管當時第二次世界大戰已經開始,仍然引起各方面關注。用它織成的女絲襪,銷售第一天就賣出400萬雙,報紙上還報道了當時許多銷售店曾引起“尼龍騷動”的場面,可惜的是卡羅塞斯本人卻沒有看到這種情況。41歲的他,雖然知道尼龍的研究已經取得突破性進展,但卻總感到心力交瘁地被失敗所纏繞,終于在1937年服毒自殺,留下深深的遺憾。
1938年德國研制出聚酰胺-6,即聚己內酰胺;1941年英國制出了聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維,商品名Dacron、“的確涼”、或滌綸;1939年德國人又研制出聚丙烯腈纖維,但到1949年才在美國投產,商品名Orlon,我國稱腈綸,此又出現多種新型合成纖維,滿足了多種需要,但從應用范圍和技術成熟等方面看,仍以上述幾種為主,其產量約占總量的90%。
三、從天然橡膠到合成橡膠
自然界中雖然含有橡膠的植物很多,但能大量采膠的主要是生長在熱帶雨區的巴西橡膠樹。從樹中流出的膠乳,經過凝膠等工藝制成的生橡膠,最初只用于制造一些防水織物、手套、水壺等,但它受溫度的影響很大,熱時變粘,冷時變硬、變脆,因而用途很少。
1839年美國一家小型橡膠廠的廠主古德易(Goodyear)經過反復摸索,發現生橡膠與硫黃混合加熱后能成為一種彈性好、不發粘的彈性體,這一發現推進了橡膠工業迅速發展。在這之前,橡膠的年產量只有388噸,但到1937年已增加到100萬噸,即100年間增加了2000倍,這在天然物質利用史上是十分罕見的,尤其是1920年以后,由于汽車工業興起,進一步擴大需求,以致世界各國開始把天然橡膠作為軍用戰略物資加以控制,這就迫使美、德等汽車大國,但卻是天然橡膠的窮國開展合成橡膠的研究,這種研究是以制造與天然橡膠相同物質為目的開始的,因為人們已知它是由多個異戊二烯分子通過順式加成形成的聚合體。
1914年爆發第一次世界大戰,德國由于受到海上封鎖,開展了強制性的合成橡膠研制和生產,終于實現了以電石為原料合成甲基橡膠的工作,到終戰的1918年,共生產出2350噸。
戰后,由于暫時性天然橡膠過剩,使合成橡膠的生產也告中止,但其研究工作仍在進行。先后研制成聚硫橡膠(1931年投產)、氯丁橡膠(1932年)、丁苯橡膠(1934年)、丁腈橡膠(1937年)等。
第二次世界大戰期間,尤其是日本偷襲珍珠港、占領東南亞后,美國開始擴大合成橡膠生產,并納入國防計劃,1942年產量達84.5萬噸,其中丁苯橡膠為70.5萬噸。1950年以后,由于出現了齊格勒納塔催化劑,在這種催化劑的作用下,生產出三種新型的定向聚合橡膠,其中的順丁橡膠,由于它的優異性能,到20世紀80年代產量已上升到僅次于丁苯橡膠的第二位。此后又有熱塑性橡膠、粉末橡膠和液體橡膠等問世,進一步滿足了尖端科技發展的需要。
回顧過去,展望未來,在新世紀里新技術將更加迅猛發展,與此同時,作為技術革命物質基礎的,以合成高分子為代表的新材料的研制和開發,也將越來越起著重要作用。
參考文獻
關鍵詞:高分子材料學 表面工程 教學模式
中圖分類號:G642 文獻標識碼: A 文章編號:1672-1578(2012)04-0055-02
“高分子材料學”是我校材料科學與工程專業(表面工程方向)的一門專業課程。表面工程學生的就業領域主要為材料涂裝、防腐等,學生需要熟悉各種工程材料(金屬材料、無機非金屬材料、高分子材料等)的基本性質、制備工藝以及表面處理方面的知識。“高分子材料學”主要介紹高分子材料的制備、性能、成型、改性及應用等方面的知識。
“高分子材料學”這門課共32學時,所選教材為化學工業出版社出版的《高分子材料基礎》。主要內容包括四部分:高分子材料的合成及制備、高分子材料的結構與性能、常見的高分子材料及其成型加工方法、高分子材料的改性及應用。該教材[1]濃縮了高分子材料與工程專業的四門專業主干課共192學時的內容,即高分子化學(48學時)、高分子物理(64學時)、高分子材料成型工藝(48學時)、聚合物改性原理及方法(32學時)。
1 “高分子材料學”講授過程中面臨的問題
“高分子材料學”課程的講授具有較大難度,主要表現在以下方面:
該課程涵蓋了高分子材料與工程專業學生的專業主干課內容,要深入講解這些內容,需要近200學時,而針對表面工程學生開設的“高分子材料學”僅僅只有32學時,時間緊,內容多,如何合理安排各部分內容占的比重是授課教師面臨的首要問題。
“高分子材料學”相關內容的學習,需要學生具備一定的化學基礎及力學基礎,而對表面工程的學生而言,因專業側重不同,化學課程及機械基礎課開設門類不如高分子材料與工程專業齊全,導致表面工程的學生在學習“高分子材料學”時,對教材內容的理解及掌握有一定難度。這對授課教師備課也提出了更高的要求,如何在有限的學時中適時補充相關背景知識幫助學生理解,是授課教師需要思考的另一問題。
“高分子材料學”雖為表面工程學生的專業課之一,但從歷年就業情況看,表面工程學生就業以金屬材料加工行業居多,而從事高分子材料加工行業的很少。故必然存在學生對該課程重視程度不夠,學習積極性不高的問題,因此授課教師也需要在教學模式上進行探索創新,充分調動學生學習的積極性,引導學生主動參與到教學過程中來。
2 “高分子材料學”課程教學模式探索
2.1梳理重點,側重剖析基本概念
“高分子材料學”學時有限,內容繁多,因此需要授課教師在備課時梳理出各章節的重要知識點和基本概念, 注意各部分內容的銜接,并找出線索將各章散落的知識點貫穿起來。
比如,在介紹高分子材料合成及制備時,著重講授加聚反應及縮聚反應的基本步驟,對比這兩種聚合反應的特點及反應產物特性,便于學生掌握常見高分子材料的合成反應類型,了解制備方法對材料性能的影響。考慮到表面工程學生的學科基礎及專業側重,對反應速率的計算等知識點不做要求。
再如,課程內容第二部分介紹高分子材料的結構與性能,這部分內容為承上啟下的重點章節,高分子材料的結構及性能特點在其合成過程中奠定基礎,并將在成型過程及改性中得以體現和完善。這部分內容體現了高分子材料與其他材料的本質區別,涉及的基本知識點很多,而且多為表面工程學生不熟悉的內容。因此,同樣需要通過對比,突出高分子與低分子的結構與性能差異,側重高分子溫度——形變關系,結晶過程及晶體結構等重要知識點的講解。
2.2因材施教,適時補充背景知識
“高分子材料學”中很多知識點的理解離不開有機化學、物理化學等基礎課程的支撐,而表面工程方向的學生并未開設相關課程。為此,需要教師在講授過程中適時補充背景知識。
例如,在講授高分子合成反應類型對材料性能的影響時,可簡要介紹常見化學基團的特點并聯想對應的高分子材料的性能特點及成型要點。以聚碳酸酯(PC)為例,這種材料采用縮聚反應制備,分子結構中含有酯基,酯基在一定條件下容易水解,因此可聯想到PC材料在成型時的高溫條件下應避免水分的存在,防止水解反應發生導致材料性能劣化。
此外,為彌補學生基礎知識的不足,講授時還可結合日常生活中的實例進行對照說明。在講授高分子結晶時,可聯想泡面模型以及珍珠形成等實例;講授高分子材料降解及添加劑功效時,可結合塑料制品長期暴曬變色發脆、塑料拖鞋逐漸由軟變硬等學生熟知的生活常識進行分析。
2.3結合專業,調動學生學習積極性
“高分子材料學”為考查科目,且表面工程的學生就業以金屬材料加工行業居多,學生誤認為這門課程與自己的專業及將來就業銜接不緊,從而對“高分子材料學”課程重視不夠,故學習積極性也不高。為此,授課教師應有意識的引導學生思考,并采用靈活的考核方式調動學生的積極性。
筆者在講授此門課程時,并未采用課堂考試的形式進行考核,而是給學生布置了“高分子材料與表面工程”為主題的課程論文撰寫任務,并讓學生制作出相關的PPT將自己的論文進行口頭陳述,最后根據其論文撰寫情況、PPT制作情況及陳述情況給出該門課程的成績[2]。課程論文的完成情況直接跟成績掛鉤,能有效調動學生的積極性及對課程的重視;課程論文的撰寫需要大量專業文獻為基礎,學生在撰寫論文的過程中能自覺關注及閱讀相關專業文獻,有利于拓寬其專業視野;制作PPT的過程是對課程論文內容的凝練,有利于學生理清思路掌握重點;口頭陳述環節能有效杜絕學生互相抄襲論文,教師也能通過學生的口頭陳述情況,觀察學生對該門課程基礎知識的掌握程度。
學生通過獨立搜集資料撰寫論文制作PPT并口頭陳述等環節的訓練,既能讓他們發現“高分子材料學”這門課程與所學專業的緊密聯系,也鍛煉了他們的資料搜集能力及口頭表達能力,為將來畢業答辯及就業面試打下基礎。
3 結語
高分子材料是非常重要的工程材料,對于表面工程的學生而言,應該熟悉并掌握這類工程材料的特性。“高分子材料學”雖然不是表面工程方向的專業主干課,但涵蓋了高分子材料相關的大量專業基礎知識,也是面向表面工程學生開設的唯一一門有關高分子材料的課程。授課教師應該積極進行教學模式的探索,激發學生的學習興趣,讓學生在有限的學時中掌握相關基礎知識。
參考文獻:
[1]張留成,瞿雄偉,丁會利編.高分子材料基礎[M].北京:中國輕工業出版社,2004.
[關鍵詞]工程意識;高分子材料專業;綜合實驗
我國的高等工程教育培養造就了大批工程科技人才,有力地支撐了我國工業體系的形成與發展。但與其它工業發達國家相比,我國高等工程教育雖然規模位居世界第一,但總體質量并不高。突出的問題就是高等工程教育培養出的人才工程性缺失和實踐能力薄弱。針對高等工程教育存在的的問題,2010年6月,中國工程院、教育部啟動“卓越工程師教育培養計劃”,旨在培養造就一大批創新能力強、適應經濟社會發展需要的高質量各類型工程技術人才,使我國培養的卓越工程師后備人才滿足我國工業化和現代化建設的需求,使我國躋身工程教育強國之列。
一、目前高分子材料專業綜合實驗存在的問題
長期以來,我校高分子材料專業綜合實驗僅僅是停留在使學生鞏固并加深對專業基本理論及概念的理解,對高分子材料性能檢測,以及高分子材料成型加工設備的操作等層面。存在的最大問題就是實驗內容陳舊、滯后,實驗教學形式僵化。驗證性的實驗內容較多,與工程實際密切結合的實驗內容太少。這種傳統的高分子材料專業實驗教學體系不利于學生工程觀念的建立,不利于后續階段的頂崗實習、畢業設計、及進入工作崗位后迅速完成從學生到合格的工程技術人員的轉變。
二、加強高分子材料專業綜合實驗工程性的指導思想與原則
“卓越工程師教育培養計劃”具有三個特點:一是企業深度參與培養過程,二是學校按通用標準和行業標準培養工程人才,三是強化培養學生的工程能力和創新能力。我們認為高分子材料專業綜合實驗應該是在專業實踐層面上安排的,能夠與生產實際緊密結合,能夠體現工程與教學相互聯系、相互促進關系的一門實驗課。通過實驗培養學生建立初步的工程能力。在這門實驗課中要創造出一種讓學生真正感受到工程實踐的氛圍,促使學生從知識積累向工程能力生成的轉化。
三、高分子材料專業綜合實驗改革的具體實施
(一)調整高分子材料專業綜合實驗開設時間
我校高分子材料專業綜合實驗原開設時間放在第3學年的第6個學期。通過幾輪教學發現,在學生專業學習還沒完全到位的情況下,學生并不完全具備很好完成實驗的能力,嚴重影響專業實踐能力的取得。因而將設置時間調整到第4學年第7個學期,時間從3周延長到4周。從實踐結果來看,這一調整是合理的。
(二)企業參與高分子材料專業綜合實驗教學計劃的制定
以往的實驗教學計劃完全由任課教師自行制訂,由于教師的工程能力不足等原因,制訂的實驗教學計劃脫離生產實際,即所謂的“理論性、研究性過強”。在新的實驗教學計劃修訂時,我們積極爭取企業具有豐富實踐經驗的生產技術人員參與進來,共同制定人才的培養目標,培養方案,共同制定實驗教學大綱、實驗教學計劃。
(三)高分子材料專業實驗內容的確定
1.原有實驗內容優化。全面更新實驗內容。只保留小部分經典的實驗內容,這些經典實驗可以訓練學生系統地掌握原料的準備、材料的合成、性能測定與表征方法等。增加具有工程背景的實驗,選擇貼近實際的社會需求,符合高分子材料的變化潮流,適應企業對人才需求的內容。
2.教師科研課題轉化。將部分教師完成的或在研的科研項目中的部分內容拿到專業實驗中來,分解為學生有能力可以完成的實驗項目。
3.到有合作關系單位完成部分實驗。生產單位可以為人才培養提供先進的工程實踐條件。此種實驗方式最顯著的特點是實驗方案的應用性和工程性。更能激發學生動手實驗的興趣,發揮了學生自主實驗和學習的主觀能動性。
(四)實驗教學方式的改革
1.題目自選與指定結合。由過去的分配到人改變為由學生在給定題目中自行挑選感興趣的題目,使實驗教學從傳統的“以教師為主”的模式轉變為“學生為主體、教師為主導”的模式,充分發揮學生的積極性和創造性。
2.改變實驗指導方法,強化學生自主實踐能力的培養。強調實驗指導教師的“導師”作用,使學生成為實驗的主動參與者、探索者。鼓勵學生獨立思考,引導而不是替代學生解決實驗過程中出現的問題。
3.實驗以課題組形式進行。每三名同學組成一個課題組,并選舉一名組長。每課題組配備一名指導教師或生產單位的技術人員,為課題組提供技術上的指導和方向上的把握。通過具體的研究課題,培養學生團結協作的精神。
4.計算機輔助教學。引入新的教學手段,即利用高分子材料與工程設備素材庫,對實驗中涉及到和未涉及的工藝進行計算機模擬仿真實驗,擴大實驗范圍。
(五)專業綜合實驗的考評方式改革
實驗模擬本科畢業論文方式進行。結合實驗內容給學生下達任務書,學生做出開題報告、開題答辯,以論文的形式完成實驗報告,最后采用類似畢業論文答辯的方式總結實驗。在同等的實驗時間、實驗條件下,增加了實驗信息量,增強了團隊意識,強化了工程理念。
四、專業綜合實驗改革取得的成效
(一) 直接促進了畢業教學環節的順利進行
專業綜合實驗過后,就是畢業環節的教學工作。專業綜合實驗的過程就是一個微縮的畢業論文過程。有了專業綜合實驗的基礎,很多同學在短時間內就適應了畢業論文過程。畢業答辯也充分體現了這個環節所起的作用。
(二) 促進了教師隊伍工程能力的提高
從事高等工程教育的教師多數是從學校直接到學校,他們沒有企業工程實踐的經歷,因而在實踐教學中缺少工程思維、工程方法和工程文化的傳授。專業綜合實驗內容及教學方式的改革以及企業專家的參與,極大促進了實驗指導教師工程能力的提升。
五、結語
通過新的高分子材料專業綜合實驗教學體系的構建,從根本上改變了實驗教學內容陳舊、滯后與生產實際脫節嚴重的現狀。新的實驗教學體系不僅加深了學生對整個高分子材料體系的理解,更重要的是培養了學生在實驗中以工程意識去發現問題、分析問題和解決問題的能力。
基金項目:黑龍江工程學院教改項目:基于“卓越工程師教育培養計劃”專業綜合實驗教學改革與實踐(項目編號: JG2012042)
參考文獻:
[1]劉宇艷,劉宇婷,劉立洵等.高分子材料與工程專業系統化實驗體系的建立.[J]實驗技術與管理,2011(1):9-11 .
關鍵詞:功能高分子材料;教學探討;教學方法
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2016)32-0139-02
一、引言
《功能高分子材料》是材料化學、高分子材料、復合材料和應用化學專業的主干綜合性課程,同時是一門以高分子化學和物理為基礎,與生物學、物理學和醫學等學科都有交叉的交叉學科。隨著科技迅速發展,當前社會領域內對功能高分子的應用更為普遍,因其種類多、內容豐富成為新技術革命中不可或缺的關鍵材料并充斥在人類生活中,這使得《功能高分子材料》課程的教學顯得尤為重要。高分子材料的功能化主要體現在對其組成及結構上的設計,而《功能高分子材料》的教學目的就是讓學生在掌握關于功能高分子材料基本知識的基礎上,可以制備和設計功能高分子材料。因此,提高對《功能高分子材料》課程教學方法的重視,打破傳統的教學方式,對于培養出運用功能高分子材料的高素質優秀人才尤為重要。
二、教學內容和課程特點
《功能高分子材料》是一門專業選修課,同時是一門重要的核心主干課程,不僅要求學生了解并掌握高分子材料的基礎知識,更要求學生具備動手設計和制備有關的功能高分子材料的能力。而這也就要求在功能高分子材料的教學過程中,始終貫穿高分子材料的分子“設計―結構―性能”之間的關系,這往往需要學生運用和掌握大量的高分子化學與高分子物理的基礎知識。
三、目前《功能高分子材料》課程教學現狀與存在的部分問題
首先,功能高分子是一門結構復雜、跨學科性強的專業學科。因此,該門課程在教學內容的選擇上不能拘泥于在傳統模式中選取某一本教材內容進行教授,而是應需要進一步的去完善和提煉綜合各版本的優勢內容,再進行教學內容的選取;其次,晦澀難懂的教學重點是要求學生理解高分子材料是怎樣從組成、結構上進行設計而使材料功能化的,但理論知識往往比較刻板生硬,使得學生學習興趣低下。那么,如何提高學生學習積極性是教學關鍵。傳統的“填鴨式”教學并不適用于這門課程,因為在缺乏以學生興趣作為保障的前提下,我們很難將內容多、更新快、知識點晦澀、難點較多的功能高分子材料這門學科講清楚。因此,教師應充分考慮更新教學手段、教學方法以及考核方式,提高自身專業素養并調動學生積極性來克服這一困境。
四、《功能高分子材料》課程教學改革方法與實踐
1.教材的選定和內容的精講。目前多數學校對于這門課程安排的課時、學時較短,主要集中于學生找工作和考研的大四階段。那么,這就有賴于授課教授前期對課程教學內容的精心設計,更要求教師掌握當代先進的高分子材料的前沿知識和發展進程,不斷更新自我的知識結構,對課程內容進行系統的分析和歸納,突出課程重點,授課時選擇精練重點,深入淺出進行授課,從而解決教學內容多與學時少之間的矛盾。其次,功能高分子是一門相對新興的前沿學科,因此選擇其內容要跟隨時代的發展,不可將陳舊的知識拿來反復陳述,而是要跟上科學步伐不斷更新、充實和完善授課內容,教師應多方面的關注功能高分子材料領域的前沿動態,不斷積累并更新自己的知識量,將先進的學術成果及時應用到平時的教學過程中,使得學生對高分子材料充滿好奇,從而提高學生學習功能高分子的積極性,進而牢固掌握高分子材料的基礎知識。
2.多媒體教學與傳統教學方式相結合。多媒體教學越來越廣泛的應用于現代教學中,相比傳統的板書口述的傳輸途徑,多媒體具有生動形象的圖片和模型、涵蓋的信息更廣、交互性更強的特點,更容易令學生理解和接受教學過程中復雜的知識難點。近些年,越來越多的課程都已經實行多媒體教學,由于功能高分子材料這門課程的新概念多并且涉獵領域廣,引入多媒體輔助教育將更有利于學生直觀感受有關功能高分子設計的實例,尤其是教師可利用各種軟件、網絡資源和視頻,生動地展示各種原理模型,把抽象枯燥的功能高分子材料課程變得更加具象、具體,以此調動學生的各種感官、啟發學生思考,從而激發學生參與到功能高分子學習中來的興趣,加強學生對高分子材料中的教學難點的理解和掌握。然而任何事物都是具有兩面性的,不能過分依賴多媒體教學,在教學過程中,對于某些特別重要的理論公式的學習和推導,通過多媒體教學難以使學生在較短的時間內完全理解,這時教師就應該采用傳統的板書教學方式,通過板書并逐漸講解過程使得學生能夠慢慢理解,加強學生的記憶。總之,多種教學方法有機的結合才能達到完美的理想效果。
3.強化理論與實踐緊密結合,培養創新性思維。教師在傳授功能高分子材料的理論知識的同時應開設與此課程相關的開放實踐課程,如開放性的設計實驗。在教師指導下,學生自己動手設計、操作并最終提交實驗結果,在整個實驗操作中不僅需要現實性的應用學到的理論知識,還可以鍛煉學生的自主創新能力。這種自己動手操作設計實驗的方式不僅培養了學生的動手能力,更加深了學生對所學知識的理解;還可以帶學生去功能高分子材料的工廠參觀,切身感受理論結合實際的生產過程,開闊學生的視野,教學實踐相結合使得教學成果更為顯著。
4.從生活實際出發,激發學生學習動力。教師在教學活動中介紹功能高分子材料的時候,可以以生活中的實際例子或新聞報道中的最新科技進展為例子,讓學生認識到功能高分子材料的重要性,同時讓學生對最新的研究成果有所了解,從而提高學生們對科學研究的興趣。例如,教師可以以環保問題為切入點,介紹對于廢水、廢氣處理方面的功能高分子材料;在講解導電高分子材料時,可以用“諾貝爾化學獎科學貢獻―導電聚乙炔發現”的案例切入;在講電致發光功能高分子材料時,可以先從熟悉的智能計算機談起,慢慢講解其屏幕發光機理和應用機制;講解吸波材料時,教師則可以從各國隱身戰斗機的發展入手,從材料的特殊功能入手,再慢慢引出高分子材料的不足之處,從而引導學生主動思考、發掘原因,引導學生獲取解決問題的方法,感受到成功的樂趣增進自信,提高學習功能高分子的學習動機。總之,要讓學生在學習中建立起功能高分子材料與現實生活的緊密聯系,感受到功能高分子學習在未來職業和社會生活中的作用。
5.教學手段多樣化,增強教與學的互動性。采取多種教學手段并用,增強互動性教學在功能高分子材料這門學科中是非常重要的,尤其是教與學的互動性,在一定程度上可以促進學生的學習興趣,在互動中得到對知識的理解和掌握。在互動性教學中,教師可以提出一些問題并適當的給學生安排一些課下查閱資料的任務,鍛煉學生的文獻檢索能力,并能在文獻中了解和掌握更為前沿的學科知識;更可以放手安排讓學生在講臺上講授,這樣不僅可以促進學生對知識的掌握,還可以鍛煉學生的膽量和演講能力。此外,還可以鼓勵學生撰寫一些功能高分子材料相關的綜述性論文,在培養學生論文寫作能力的同時也對功能高分子材料領域有一個廣博的認知。總的來說,互動模式可以督促學生主動對知識進行獲取,增強學習的效果。
6.科研與教學相融合,以科研促進教學。在功能高分子材料教學過程中,應將教學和科研有機的結合起來。科研教學一體化不但能夠提高教師水平,把握前沿的功能高分子材料的知識,更能豐富關于功能高分子材料的教學內容,為學生營造濃郁的學術氛圍,提高學生的科研素養和創新能力,進而全面提高關于功能高分子材料的教學質量。
7.改革考核方式,端正學習態度。學生的考核情況是反應教學效果的標準,教師應該隨時注意自己的教學效果,隨時做好查漏補缺的工作,并積極調整教學方式以達到預期的教學效果。傳統的考核方式主要是通過考試成績來評價這門課的教學效果,而在這種情況下,學生往往是陣前磨槍,突擊復習,這種瞬時記憶導致學生知識點很快被忘卻。因此,改革考核方式變得尤為重要。首先,重視課堂表現力和出勤率,培養學生上課的紀律性和交流思考能力,該方面要占總成績的30%;其次,要注重課堂報告和文獻檢索能力,從而鍛煉學生檢索資料、撰寫報告以及演講能力,并占總成績的20%;再次,為了培養學生理論聯系實踐的創新性思維能力,那么設計性試驗和課后作業要占總成績的20%;最后就是考查學生對概念、原理、性能以及實驗設計方案的掌握,占總成績的30%。這種全新的考核方式能夠有效促進學生素質的提高,使得分數不再是衡量學生的標準,對功能高分子材料課程教學效果的提升起到了重要的作用。
五、結語
在隨著科技的發展,功能高分子材料科學也在飛速發展,這就要求高分子專業的人才的素質也要與時俱進。因此,在功能高分子材料的課程教學過程中,教師要不斷提升自身素質,并及時掌握高分子材料研究的前沿內容,系統歸納課程內容,改變教學觀念運用多重教學手段,采用理論與實踐結合的教學思路,培養學生獨立思考、解決問題的能力,調動學生自主性和積極性,為該科研領域不斷輸送優秀人才。
參考文獻:
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關鍵詞:高分子材料 抗靜電 技術
通常情況下,兩種不同的物質表面接觸的時候就會形成電荷的遷移。在理論上來說,靜電是普遍存在的,我們通過高分子材料一般都具有電絕緣性,所以會在摩擦后易產生帶電現象。這種靜電輕則吸附灰,重則引起火災等重大事故。所以,怎樣消除積聚在高聚物表面的靜電,以及防止高聚物表面產生靜電作用,已成為當今高分子材料研究領域的一個熱門課題。
一、防靜電技術的現狀
目前靜電技術是有很多種的,像我們平時用的塑料以及刷墻時用的涂料都是加入了導電的粉末,還有像石墨以及炭黑和和其他每一種金屬粉末以及易于離子化的很多種無機鹽類等這些是都可以防靜電。有機靜電劑主要是包括季鐵鹽類等。一般常用的有機抗靜電劑是表面活性劑,我們可以把它加到塑料內部之后在擴散到它的表面里,還可以用到塑料的表面上。表面活性分子中有親水的部分還有親油的部分。親水的那部分就留在塑料的表面上,就在表面形成導電層,因此形成了防靜電的表面層。
二、高分子抗靜電的方法概述
高聚物本身對電荷泄放的性質決定了高聚物表面聚集的電荷量,它主要泄放方式為表面傳導、本體傳導以及向周圍的空氣中輻射,在這三者中以表面傳導為主要途徑。這是因為表面電導率一般大于體積電導率,所以高聚物表面的靜電主要受組成它的高聚物表面電導所支配。因此,通過提高高聚物表面電導率或體積電導率使高聚物材料迅速放電可防止靜電的積聚。抗靜電劑是一類添加在樹脂或涂布于高分子材料表面以防止或消除靜電產生的化學添加劑,添加抗靜電劑是提高高分子材料表面電導率的有效方法,而提高高聚物體積電導率可采用添加導電填料、添加抗靜電劑或與其它導電分子共混技術等。
三、添加導電填料
這樣的方法一般的是每種不同的無機導電填料摻入高分子材料基體中去,目前此方法中所使用的無機導電填料主要是碳系填料、金屬類填料等。
四、與結構型導電高分子材料共混
導電高分子材料中的高分子是由許多小的重復出現的結構單元組成,當在材料兩端加上一定的電壓,材料中就有電流通過,即具有導體的性質,凡同時具備上述兩項性質的材料稱為導電高分子材料。與金屬導體不同,它屬于分子導電物質。根本上講,此類導電高分子材料本身就可以作為抗靜電材料,但由于這類高分子一般分子剛性大、不溶不熔、易氧化和穩定性差,無法直接單獨應用,一般作導電填料與其它高分子基體進行共混,制成抗靜電復合型材料,這類抗靜電高分子復合材料具有較好的相容性,效果更好更持久。
五、添加抗靜電劑法
永久性抗靜電劑。永久性抗靜電劑是一類相對分子質量大的親水性高聚物,它們與基體樹脂有較好的相容性,因而效果穩定、持久、性能較好。它們在基體高分子中的分散程度和分散狀態對基體樹脂抗靜電性能有顯著影響。親水性聚合物在特殊相溶劑存在下,經較低的剪切力拉伸作用后,在基體高分子表面呈微細的筋狀,即層狀分散結構,而中心部分呈球狀分布,這種“蕊殼”結構中的親水性聚合物的層狀分散狀態能有效地降低共混物表面電阻,并且具有永久性抗靜電性能。
六、我國高分子材料抗靜電技術的發展狀況
我國許多科研機構和生產企業已陸續開發出一些品種,以非離子表面活性劑為主,目前常用的品種有,大連輕工研究院開發的硬化棉籽單甘醇、烷基苯氧基丙烷磺酸鈉、烷基二苯醚磺酸鉀,上海助劑廠開發目前多家企業生產的抗靜電劑十八烷基羥乙基二甲胺硝酸鹽,另外該廠生產的抗靜電劑硫酸二甲酯與乙醇胺的絡合物、抗靜電劑磷酸酯與乙醇胺的縮合物,北京化工研究院開發的三組份或二組份硬脂酸單甘酯復合物、陽離子與非離子表面活性劑復合物。從抗靜電劑發展來看,高分子型的永久抗靜電劑是最為看好的產品,尤其是在精密的電子電氣領域,目前國內多家科研機構利用聚合物合金化技術開發出高分子量永久型抗靜電劑方面已取得明顯進展。
七、結語
我國的合成材料抗靜電劑的行業發展的前景較好的,我們針對國內的研究以及生產都應該根據現在的需求來調整自己的產業。應該加大新品種開發的力度。近幾年來國外在不斷的開發高性能的抗靜電材料。在我國科研院所應根據我國合成材料制品要求,開發出多種高性能、環保無毒的抗靜電品種,并不斷強化應用技術研究,以滿足國內需求。導電機理無論是外涂型還是內加型,高分子材料用抗靜電劑的作用機理主要有以下幾種:抗靜電劑的親水基增加制品表面的吸濕性,吸收空氣中的水分子,形成海一島型水性的導電膜。離子型抗靜電劑增加制品表面的離子濃度,從而增加導電性。介電常數大的抗靜電劑可增加摩擦體間隙的介電性。增加制品的表面平滑性,降低其表面的摩擦系數。總的來看降低制品的表面電阻,增加導電性和加快靜電電荷的漏泄,減少摩擦電荷的產生。
參考文獻
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關鍵詞:高分子材料與工程;應用型轉變;人才培養
中圖分類號:G642
文獻標識碼:A 文章編號:16749944(2017)09024202
1 引言
2015年10月21日,教育部、國家發展改革委、財政部聯合了《關于引導部分地方普通本科高校向應用型轉變的指導意見》(教發[2015] 7號),至此地方高校轉型發展成為國家深化高等教育領域綜合改革的一項重要部署[1]。鑒于高校轉型發展的新形勢,遼寧省于2015年確定首批10所高校116個專業開展應用型轉型試點工作,遼寧石油化工大學高分子材料與工程專業為其中試點之一,作為以“工科為主、石油化工為特色”的遼寧省屬綜合性重點大學以及卓越工程師教育培養計劃試點高校,遼寧石油化工大學率先邁出了應用型本科轉型改革的步伐,積極響應我國高等教育改革方針,明確了該校應用型人才的培養目標。高分子材料與工程專業針對應用型轉變下,如何加快應用技術人才培養,以提升高校服務經濟社會發展能力,開展了一系列的改革與探索。
2 遼寧石油化工大學應用型人才培養定位
應用型本科教育本著立足地方、面向全國、依托行業、服務區域經濟發展的原則,以行業需求為人才培養目標[2]。與研究型大學以及高職高專的定位不同,該校立足于打造高水平應用型大學,高分子材料與工程專業的人才定位為 “創新應用”型人才,即培養的學生不僅能勝任操作生產設備等一線生產工作,而且還具備較高的創新知識能力。為達到此目標,在大學四年的培養教育過程中,學習理論知識、培養實踐動手能力以及實踐科技創新方面要三管齊下,使學生具備完整的理論知識體系,運用學科專業知識應用于實際的能力以及創新的邏輯思維。其就業領域主要面向國內外大中型科技生產企業的一線生產、檢測及產品研發崗位,經過一定時間的錘煉并最終走上各企業的中高層核心崗位,并成為企業骨干力量。
3 “創新應用”型人才培養模式改革
針對以上定位,在課程體系,實踐環節以及本科生科技創新方面開展了一系列的探索與改革。
3.1 課程體系和教學方法改革
由于高分子材料種類繁多、來源豐富,而且各高校開設此專業的背景以及所依托的優勢學科也不盡相同,所以其培養模式和教學內容側重點均有所不同[3~6]。專業核心課程是人才培養的核心要素,我校依據自身優勢,設置的專業核心課程有《有機化學》、《物理化學》、《材料科學與工程基礎》、《高分子化學》、《高分子物理》、《聚合物流變學》、《高分子材料研究方法》、《高分子材料成型加工原理》、《聚合物共混改性》、《高聚物合成工藝學》。通過對這些課程的學習,學生具有拓展自己知識和創業的能力,具有較扎實的自然科學基礎、材料科學與工程的基礎理論和高分子材料與工程的專業知識。同時,在教學過程中高校教師要避免填鴨式教學,大力推廣啟發式、案例式和研討式教學,讓學生更多地參與到課堂教學中去,在分析、討論和解決問題的過程中理解、應用所學到的專業知識,并且能夠識別、表達高分子材料成型加工與改性相關的工程問題,最終利用科學基本原理進行合理分析。對于一些專業核心課程,我們還進行了慕課的建設以及推廣校際課程學習,全面利用課上和課下時間,結合網絡,調動學生全過程學習的積極性。
3.2 實踐環節改革
實踐教學環節是培養學生動手能力的關鍵環節,我們主要開展的實踐性教學環節包括工程訓練、生產實習、計算機在材料科學中的應用、課程設計、高分子材料創新實驗、畢業設計(論文)等,共計36學分。①計算機在材料科學中的應用和課程設計模塊,運用理論知識進行綜合性訓練;②通過工程訓練與生產實習進入高分子材料相關企業檢測、生產崗位,熟練生產設備與職業技能、感受企業文化生活;③在高分子材料創新實驗,畢業論文環節進入學術課題組,以中高級職稱教師作為指導教師,參與國家級,省級以及企業工藝改進、產品研發等項目,培養學生的應用能力;④積極開展校企聯合,邀請相關高分子材料優秀企業的工程師來校分享企業生活,開展技術專題報告。經過多層次、多維度的能力培養及實踐教學環節,學生能逐步將專業理論知識與實際應用相結合,最終轉變成牢固的職業技能,并可以進一步提升。
3.3 科技創新教育開展
“創新應用”型人才培養的最終目標是使學生具備創新能力,具有開拓精神,因此,我們開放實驗平臺,以大學生挑戰杯、大學生創新創業大賽、大學生工業設計大賽、以及各個教師的國家省級科研項目等為依托,鼓勵學生參與,在導師的指引下,完成項目應用專業知識,并獲得各種榮譽或專利等,經過此過程的培訓,學生的創新能力會得到大幅度的提高。
4 結語
高分子材料與工程專業“創新應用”型人才具有應用和創新能力的雙重保障,在職業發展上有更大的空間,既符合用人市場對人才的需求,又符合學生成長的長遠規劃。以學生為本,是高校的發展之基,也是滿足社會經濟發展對專業人才培養的需求,應用型轉變應以促進學生能力的培養和行業對人才需求之間形成良性循環為主旨,而我國地方普通本科高校向應用型轉變仍需在探索中不斷前行。
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關鍵詞 高分子科學導論 案例教學 考核機制
包裝材料對包裝的發展起到巨大的推動作用,有時甚至引起發展上質的飛躍。①高分子材料作為現代包裝材料的一個極為重要的組成部分,是包裝工程專業學生必須掌握的知識。高分子科學導論主要包括高分子的合成與化學反應、高分子結構與性能的關系、高分子的分析與表征、典型高分子材料的性質與應用,以及高分子科學的發展歷程和研究前沿。②知識點多,內容繁雜,而教學時數只有48學時。如何安排好教學的內容、教學重點,按照包裝工程專業是需求進行課程建設,成為一個非常有意義的課題。課程內容豐富、實用性強,是包裝工程專業學生的必修課程。如何強化學生的參與意識,提高教學效果,本文從以下三個方面進行了探索和總結。
1 教學內容上,突出以專業特點為導向
教學大綱的完善和更新是教學內容建設的基本骨架。現代教學理念認為,教學大綱不是教學內容的堆砌,而是教學的指導性文件。③④課程大綱的完善是以創新教育理念為指導,傳授知識和培養能力為主線,并要充分地展示課程教學設計思想。根據我校高分子科學導論教學時數少,同時專業方向又是以包裝材料和包裝工藝為主要方向,以食品、藥品及化妝品包裝為主要應用領域,如何選擇甚至編寫合適的教材,如何確定本課程包含的各部分內容,合理分配學時,成為提升高分子科學導論教學效果的一個非常重要的因素。在本課程的教學中,在對第一部分高分子合成化學部分的學習中,主要精力集中在對于反應基本原理的認識和各種高分子化合物的命名及分子量的影響因素。而不對聚合理論做深入探討。在第二部分,高分子材料結構與性能的相關知識中,對材料的力學性能進行了著重介紹。作為包裝容器的設計、加工和使用,這是考察材料的關鍵點,同時還需要介紹相關的耐熱、耐化學性及其他一些基本性能。使得學生在課程學習后,對材料的基本理化性能有一個初步認識。第三部分是將材料的加工,對于包裝材料而言,如何將粒料通過注射、吹塑、模壓等方式制備成包裝容器,這是一個能激發學生學習興趣的部分,也是與學生將來從事包裝職業聯系最緊密的部分。因此,從內容上、從學時上予以加強。尤其是針對我校包裝專業比較偏重的食品包裝,各種液狀貨品的包裝容器(如各種瓶、壺、桶)以及各種薄膜的主要原材料( PE、PP、PET、PA 等)和主要加工工藝(擠出吹塑成型、注塑吹塑成型、注塑成型、單/雙向拉伸等)進行了較為詳細的展開。
2 在教學方法上,輔助以案例教學
掌握和運用好的教學方法是提高教學質量的重要手段,也是課程建設的重要內容。⑤案例教學是一種非常行之有效的教學方式,能更加直觀地讓學生理解書本知識,聯系實際。例如在講高分子材料的應用的內容時,對身邊的包裝產品進行舉例,例如牙膏是我們生活中不可或缺的日用品,因此市場競爭十分激烈。國際牙膏巨頭美國高露潔公司在進入我國牙膏市場以前,曾做過大量的市場調查發現,牙膏包裝的同質化競爭嚴重。針對這些特點,高露潔采用了創新的復合管塑料內包裝。結果大獲成功,在短短的幾年時間內,迅速占領了我國1/3的牙膏市場份額。這個例子,充分讓學生認識到,高分子材料對于傳統材料的替代作用及其適用范圍十分廣闊,從而激發了學生的學習興趣。在講述高分子注射成型工藝時候,拿出在工廠收集的殘次樣品,對氣眼、流痕、欠注、銀紋/水花、縮痕、熔接痕等常見問題進行分析。以氣眼為例,是由于困在型腔內氣體不能被及時排出,易導致出現表面起泡,制件內部夾氣,注塑不滿等現象。其改進方法,從產品結構設計上,減少厚度的不一致,盡量保證壁厚均勻。這些處理手段,又都可以通過前期所學的高分子化學和高分子物理相關的鏈段運動、熔體流動、聚集態變化等相關知識進行解釋。從而使所學知識得到綜合體現,提高了學生的聯想、歸納能力,深化了對理論知識的理解,同時有助于其將來在工作中分析并解決一些實際問題。
3 優化考核模式,多重手段調動學生學習積極性
構建課堂教學模式時,主要采用教師引導,充分地調動學生的主動性教學方法,而考核方式的優化,則是對學生一種非常有效的激勵方式。為了提高學生的學習興趣,將考核方式改為論文+PPT講述+期末考試的模式,其中平時考勤、作業占二十分,論文占二十分,PPT講述占二十分,期末考試占四十分。考慮到學生還處于大二階段,尚未接觸到文獻調研等課程,經過簡單教授學生如何使用百度等網絡搜索引擎以及初步學習使用中國知網,重慶維普等中文數據庫,武裝了學生的文獻調研手段,同時也充分調動學生的積極性,促使學生發揮主觀能動性去查閱文獻資料和標準,并按照正規的綜述論文格式規范進行撰寫。學生雖然還比較稚嫩,在專業領域幾乎尚無法真正領會,但初步的鍛煉,拓展了專業視野,深化了對本專業的認識,提高了用所學知識去發現問題、分析問題并進行歸納的能力。雖然還不能提出和解決較為復雜的問題,但這種鍛煉已經起到了非常顯著的效果。大二第二學期,包裝專業學生就可以以高分子材料為出發點,申請大學生創新的科技項目,其申請數每年都占到本專業的很大部分。另一個考核內容是將學生按四人一組進行分組,每組做個PPT并請一位同學進行講述,考核成績作為該組四位同學的成績。通過做PPT講述,學生需要自行組織圖片和說明,并進行PPT的設計,直至最后講述。十分鐘的講述和五分鐘的提問,有助于并在一定程度上能集思廣益,學生之間相互交流和討論。再經過最后的考試,學生需要對所學課程進行一個全面的復習和總結,三者結合,使得學生對整個學習內容都有較為直觀、詳盡的認識。
關鍵詞:課程建設;通識選修課;教與學;教學實踐
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)07-0126-03
“通識教育”(general education)是高等教育的組成部分,是一種盡可能綜合的(comprehensive)教育,是所有大學生都應接受的非專業性教育,在學生接受特殊的、專業知識之前對知識的總體狀況有個綜合性的了解。[1,2]1999年李曼麗等人在《清華大學教育研究》中提到:“通識教育目的是培養積極參與社會生活的、有社會責任感的、全面發展的社會的人和國家的公民。”[2]為了推進以“課程建設與改革”為核心的本科人才培養模式改革,蘇州大學從2014年起正式啟動通識教育課程改革計劃,課程建設基本要求為:適合所有學生學習的非專業課程;注重學科交叉和學科前沿;提倡教學形式和教學方法多樣化;注重經典原著閱讀;建設有地域特色和本校特色的通識教育課程。通識選修課程包括五大模塊:文學與藝術、歷史與哲學、社會科學、數學與自然科學、科技與發展。通過跨學科的體系設計,讓學生廣泛涉獵不同的學科領域,拓寬知識視野,培養學生跨領域、多角度思考問題能力、批判性思維能力和包容性理解能力。2014年學校通識教育課程的申報數量達93門,經過專家組兩輪評審,隸屬于科技與發展模塊的《生活中的高分子材料》課程成為立項建設中的一門通識選修課程,并于2015―2016學年開始對全校學生開放選修。
在認真開展本課程的項目建設工作過程中,筆者在課程教學內容設計和教學方法選擇方面做了一些探索與嘗試,在幾輪教學實踐中對教與學之間存在的問題進行了思考和改進,希望能夠與相關老師一起交流教學經驗,共同探討如何尋找合適的教學模式來開設全校性工程技術類通識選修課。
一、《生活中的高分子材料》課程的體系建設
1.課程的建設目標。《生活中的高分子材料》課程是面向于全校所有學生學習的非專業課程,建設目標是普及生活高分子材料常識、推廣不同專業的學生去了解我們生活中不可缺少的高分子材料;科學認知高分子材料性能特點、合理健康使用各種高分子材料;從而提出新問題和新思想,推動我們國家高分子材料產業鏈的進一步發展。
2.教學內容及課時安排。從與我們生活密切相關的“衣”“食”“住”“行”四個方面出發,給學生介紹典型的高分子材料組成、特性及使用注意事項。主要安排如下:
第一章 緒論(2課時)。介紹高分子材料的基本概念、新型高分子材料及其研究進展。
第二章 “衣用”高分子材料(8課時)。介紹紡織行業纖維材料(天然纖維和合成纖維高分子材料),了解一些服飾用涂層高分子材料和皮革高分子材料。
第三章 “食品”相關高分子材料(8課時)。介紹食品行業用塑料(塑料薄膜、塑料瓶、塑料餐具)高分子材料,了解天然高分子(淀粉、膳食纖維、蛋白質)和合成高分子(食品添加劑)等食用高分子材料。
第四章 “家裝”高分子材料(10課時)。介紹塑料家具(熱塑性塑料、熱固性塑料),了解涂料(墻飾涂料、木器漆、家電粉末涂料)和粘合劑。
第五章 “戶外運動”相關高分子材料(8課時)。介紹橡膠(天然橡膠、合成橡膠)和橡膠制品(輪胎、籃球、運動鞋),了解高分子基復合材料(運動自行車、復合材料賽車)。
3.多元成績評價體系的建立。開設《生活中的高分子材料》這門課程是希望通過學習來加深學生對周圍高分子材料的了解,知道其利弊及正確使用方法,讓高分子材料更好、更安全地為己所用;激發學生對高分子材料世界進一步探索的激情,創造高分子材料與人的和諧環境。對學生一學期學習的考核不是一張試卷來決定,而是建立多元成績評價體系。在充分考慮不同專業學生的個性的基礎上,鼓勵學生從不同角度去認識高分子材料,教學成績的最終評價體現出全面性和激勵性。指標包括課堂表現(20%)、平時作業(40%)和期末小論文(40%)三大方面。(1)學生對這門課程的學習態度會明顯地體現在課堂表現中。(2)針對“衣食住行”中可能碰到的高分子材料設定一些開放性作業,讓學生自主選擇有興趣的高分子材料去學習,找其優缺點、使用注意事項及這類高分子材料的發展史,然后分組討論匯報,其余同學和老師一起給予評分作為平時作業的成績。(3)在課堂知識的基礎上,期末讓每一個同學對某一大類高分子材料進行綜述,引用實例,從不同的專業角度去分析其利弊和發展潛力,寫出自己對材料改進的需求和建議方案,按照科技小文的格式編排、撰寫和打印。
二、調動學生的參與積極性