探究式教学在高分子材料成型加工设备课程中的应用研究*

张 敏，刘 鑫，文 瑾，胡传跃，罗 飞

(湖南人文科技学院材料与环境工程学院，湖南 娄底 417000)

高分子材料成型加工设备是高分子材料与工程专业重要的课程之一。该课程是应高分子材料在加工过程中所需要的工艺以及控制要求，对所涉及的设备结构、工作原理以及技术要求进行系统地介绍[1]，具有素材多、应用强的特点。学生在选择原材料进行配方设计后，可以通过对成型模具、工艺条件的把握选择合适的设备进行加工。对这些设备的组成、工作过程以及技术参数等有关规律的掌握，可以为正确使用原材料，优化材料性能，探索新性能、新工艺、新材料等打下基础[2]。然而，在校学生缺乏实践经验，对于设备的学习较为抽象，因此对各种设备原理和结构不能透彻地掌握。同时，也因为该门课程的学习存在这些困难，学生对该门课程学习的兴趣和积极性不高。因此，该课程的教师应在教学大纲的基础上，采取更具体、更有效的教学方法调动学生的积极性，提高学习兴趣。笔者通过对该课程的教学现状进行分析，并对探究式教学模式在该课堂教学上的应用进行了探索。

1 高分子材料成型加工设备课堂教学的现状

1.1 教学内容繁杂、抽象

高分子材料成型加工设备课程主要介绍成型加工过程中的机械设备的类型、基本组成结构、工作原理、工作过程以及液压传动基础、液压元件和液压基本回路等方面的内容。涉及的设备主要有开炼机、密炼机、挤出机、注射机、压延机、液压成型机等。设备种类多、知识覆盖面较广，内容较多且刻板。并且，该课程学习过程中，学生对各零部件的了解仅限于课本，并无实地接触经历。因此学生对该课程的学习较抽象，知识掌握只浮于表面。对于如何更深层次地理解和掌握设备的操作技术、更好地优化实验条件有所欠缺。

1.2 教学过程枯燥、乏味

该课程与机械零部件组成与传动等密切相关，内容较枯燥，缺乏趣味性。并且，该专业的学生不具备机械基础相关知识，对机械零部件的组成与工作原理理解不透彻，知识掌握程度较浅。此外，在传统的灌输型上课模式中，学生被迫跟着老师的思路走，缺乏主动思考，注意力难以集中，甚至出现犯困、瞌睡等现象。

1.3 多媒体教学工具运用不充分

在讲授高分子材料成型加工设备课程时，使用的是购买教材配套的课件，或者制作大都是文字的简单课件，动画视频较少。经调查显示，通过动画、小视频等动画作为载体进行知识传递，能使知识点更生动和形象，也能更好地抓住学生的注意力，引导学生思考，提高学生的学习主动性[3]。

2 探究式教学模式的应用

针对在高分子材料成型加工设备课程中出现的以上问题，提出在该课程教学过程中采用探究式教学法[4]，从教学内容、教学方法以及教学手段三个方面开展工作，积极提高学生的学习主动性，提升教学质量。

2.1 改革教学内容

根据生产实际、工艺实例，以及高分子材料学科发展的前言与热点更新、丰富教学内容，保持知识的科学性、实用性与先进性，注重教学内容的系统性、合理性，应用性和发展性。分析现有的各种《高分子材料成型加工机械》教材，寻找最适合高分子材料与工程专业的《高分子材料成型加工机械》教材。高分子材料是人们日常生活中密不可分的一部分，学生对很多类别的高分子材料并不陌生，如运动鞋鞋底、脸盆、汽车缓冲件等。利用这些常见的种类入手，对其加工时所需要的成型方法以及设备运用等进行巧妙的讲解，引导学生发现高分子材料的“生活性”，激发学生学习的兴趣与思考能力，提高其主观能动性。同时结合高分子行业发展前沿，对新型的高分子材料成型方法及所涉及的设备操作过程与技术控制进行讲解，丰富教学内容，提高教学质量。

2.2 改革教学方法

改变传统的“满堂灌”的教学方法，采用探究式教学的模式积极引导学生的学习主动性和积极性，适当引入实验教学法、案例教学法、课题研究教学法等教学方法。将多种教学方法有机结合，活泼课堂，促进学生思维能力和创新能力的培养。

传统的“满堂灌”的教学方法，采取的是教师单向灌输的形式。在教学过程中，教师为主角，学生被动的接受知识。而探究式教学[5]，肯定学生的主体地位，是教师为提高教学质量，达到为学生提供充分自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会而使其能力得到提高的目的，对学生进行启发和诱导。并以学生独立自主地学习和合作讨论为前提，以现行教材为基本探究内容，以周围世界和生活实际为参照对象，让学生通过个人、小组、集体等多种解难释疑尝试活动，将自己所学知识应用于解决实际问题的一种教学形式。在运用该教学方法的教学过程中，将实验教学法、案例教学法等多种教学方法融合，能在保证课程的实用性的同时，增强该课程的趣味性，提高学生对该课程的学习兴趣和积极性，充分调动其学习主动性。

班上同学分组并以某一制品为例，选择不同的设备，对其设备的结构组成、工作过程、主要控制参数、存在的问题以及解决办法等在班上进行陈述。在该过程中，学生通过独立自主地发现问题、实验、操作，表达与交流等探索活动，使得探索精神和创新能力得到提高。例如，在讲授开炼机这一章节时，对开炼机炼胶、炼塑的基本原理以及开炼机的基本结构等进行讲解时，可以首先给出一个橡胶或者塑料的加工实例，让学生思考和讨论各个工艺过程所用到的设备极其每个设备的作用和原理，然后通过教师的指导先进行理论分析和讲解，在此过程中教师又可以通过提出工程实际问题让同学思考、讨论，并让他们提出可行的解决方案。最后，教师结合工艺实际对开炼机的各个知识点进行讲解并总结。又如，在学习注塑机章节中，以传统生活用的塑料脸盆为例，首先，教师引出“原料种类有哪些？配方中的每个组分分别起到的作用是什么？”等问题，让学生调研塑料脸盆的配方组成和性能要求。以聚丙烯(PP)基塑料脸盆为实例，选择合适的PP原料，加入一定量的色母料，然后选择合适的模具，通过注塑机进行注塑。在这过程中，学生首先需要明确制品的性能要求与所选择原料和配方的匹配程度。聚丙烯材料密度小，强度、刚度、硬度以及耐热性都较好，可在100 ℃左右使用。具有优良的耐蚀性，良好的高频绝缘性，不受湿度影响，可以作为塑料盆的生产使用原料。其次，抛出“选择什么样的设备？设备参数如何控制？”等问题，引导学生进一步对设备要求以及参数控制等进行思考。该材料具有较高的结晶性，因此需要采用注射压力较高。注射量为20%～80%即可。由于脸盆尺寸要求较高，因此可采用90 ℃的较高模温。同时对流道直径、浇口长度等进行合理的计算和设计，并选择有良好的排气性的模具。又由于聚丙烯的熔点为160～175 ℃，分解温度为350 ℃，且注射加工时的温度设定不能超过275 ℃。因此，注塑机的熔融温度控制在240 ℃为宜。最后，围绕“要怎么样才能得到尺寸均匀，表观较优的注塑件呢？出现毛边怎么办？脱模以后会不会变形？”等问题，再次引领学生对制品产品的外观以及性能进行思考和探索。当选择高速注射时，可以有效地减少内应力及变形。而当刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相见条纹，则可使用低速注射和较高模温。而后，选择合适的熔胶背压、熔胶压力和保压时间，获得制品。为了防止结晶引起的收缩变形，需要对制品进行热水浸泡处理。

在该探究式教学过程中，学生在学习过程中的主体地位得到了肯定。教师的任务是充分调动学生的学习积极性，促使他们自己发现问题、提出解决问题的方法，从而从生产实际出发获取知识、发展能力。结合实际条件，可以在教师的指导下让学生进实验室进行操作。在该过程中，学生通过独立自主地发现问题、实验、操作，表达与交流等探索活动，使得探索精神和创新能力得到提高。同时，该教学方法的应用使得学生课堂活动参与度高，学习积极性也得到明显地提高。因此，在该课程中，该教学方法的运用比传统的“灌输式”教学方法更具有实际意义。

2.3 改革教学手段

在高分子材料成型加工机械的教学过程中，针对不同的教学内容选用适当的教学手段。多媒体的应用使原本枯燥无味的理论知识，通过生动、形象、直观的形式表现出来，调动了学生的学习兴趣，为教师节省了大量板书绘图的时间，加快了知识点的讲授速度，课堂教学的信息量大大增强。同时结合生产实际，以小视频和小动画的形式将常见的设备结构、生产流程进行展示，重视高分子材料加工过程的完整性和实践性。例如，在讲授密炼机时，可将密炼机结构图制作成FLASH动画，并结合生产实际工作图进行分析和讲解，使学生对密炼机的结构、工作原理等建立起形象而直观的理解。

3 结 语

实践证明，采用探究式教学法，结合以上三个方面的改革，学生的学习积极性和主动性都得到明显改善，这有利于培养学生主动思考、发现问题和解决问题的能力，为以后解决实际问题创造了更多的条件。