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1、聚合物流变学课程的教学改革探讨 摘 要聚合物流变学是高分子材料与工程专业的一门重要专业课。依据笔者所在学校实际的状况和学生的特点,结合高分子物理、高分子成型加工原理和高分子成型加工设备等教学和试验阅历,作者提出了课程改革的思路,并对现行教材的内容、结构体系与教学方法进行了初步探讨。 关键词聚合物;流变学;教学改革 流变学是探讨材料流淌与变形规律的科学。聚合物流变学是它的主要分支, 是探讨聚合物流体包括溶液、熔体、悬浮液、胶乳、塑料溶胶等以及聚合物粉体的变形与流淌行为的学科。目前国内的教材也比较少,这些教材在教学内容选取和讲解上都有肯定的特点和针对性,如在数学方法上的在张量代数与微分、连续介质力
2、学概念的基础上,流变测量学、典型本构方程以及分子理论等流变学核心内容,起点高、内容难,要求学生具有很坚固的数学和物理学问,对一些一般的本科院校的高分子材料专业的学生来说有肯定的难度;另有一些教材则是注意流变学在塑料加工中的应用,或者是流变学方法的测试,作为专业基础课来说略显狭窄。作者以林师沛主编、国防工业出版社出版的塑料加工流变学及其应用1为主线教材,辅以徐佩弦教授编著、化学工业出版社出版的高聚物流变学及其应用2,结合周持兴主编、上海交通高校出版社出版的聚合物流变试验与应用3,由浅入深、由单一到困难,较完整、系统地阐述了聚合物流变学的概念、现象、理论和试验方法等,教学内容难易得当、结构层次分明
3、,非常适合一般高等学院高分子专业的本科生的学习。作者以“注意现象、把握实质、理论实践相结合”为教学原则,努力加强本专业学生的理论基础学问,强化重视应用实力培育和素养的提高。 一、课程内容的改革 (一)聚合物流变学的一般探讨内容 聚合物流变学的探讨内容一般包括三大部分,各部分的主要内容如下: 第一部分为模拟流变学(结构流变学),分为两个探讨角度:(1)宏观法即经典的唯象探讨方法,将材料当作连续介质处理,用连续介质力学的数学方法进行探讨。由于这种探讨方法不考虑物质内部结构,因此又称为宏观流变学或唯象流变学。(2)微观法即分子流变学方法,是从分子运动的角度动身,对材料的力学行为和分子运动过程进行相互
4、关联,提出材料微观结构与宏观流变行为的联系,也可称为分子流变学或微观流变学4。 其次部分为试验流变学3包括挤出式流变仪(毛细管流变仪、熔体指数仪)、转动式流变仪(同轴圆筒黏度计、锥板式流变仪)、振荡式流变仪、转矩流变仪拉伸流变仪。 第三部分为加工流变学:探讨加工条件与产品流淌性的关系、聚合物加工操作单元的流变分析(挤出、注塑、纺丝、吹塑)、异样流变行为(挤出胀大、熔体裂开等)、以及多相高分子体系的流变学规律。 (二)课程内容的调整与改革 聚合物流变学课程涉及的教学内容许多,很多的讲授内容涉及到较为高深的数学和物理学问,所以在实际学习中,本科学生会感到抽象、困难。因此老师在每章起先应向学生展示本
5、章的教学目的和要求,在讲授课程当中要讲解并描述哪些是必需要驾驭的,哪些是要求熟识,哪些只是要求了解的,每章结束后要进行学问点的总结,让学生的学习思路清楚、学习目的明白,以达到教学的要求。该课程总课时为40学时,4学时/周,共10周,课时比较惊慌,所以我们在实际的教学中,依据大纲要求,对现有教材的教学内容结构做了更为具体的重点说明,详细如下: 绪论 了解聚合物流变学的历史和探讨意义,驾驭聚合物流变学的特点、应用。 第部分:流变学基本学问 第一章 塑料流体的流变特性 驾驭塑料流体的流淌类型和特点,影响黏性剪切流淌的因素、弹性现象表现和本质。 其次章 流体流淌基础 了解应力张量概念、基本性质、特别类
6、型,驾驭聚合物流变探讨的数学方程和表达方式,以及驾驭牛顿流体、广义牛顿流体本构方程及其特点。 第部分:塑料在加工中的典型流淌 第三章简洁截面导管内的流淌 驾驭聚合物流体在简洁就截面:平行板、矩形槽、圆环空间、环形导管的拖曳流淌、压力流淌的特征,以及求解流淌速率、流率方程。 第四章单螺杆挤出机内的流淌 驾驭单螺杆挤出机的熔体输送原理、影响熔体输送速率的因素,固体输送原理,驾驭聚合物熔体的熔化过程和了解相应模型。 第五章双螺杆挤出机内的流淌 驾驭反向和同向啮合双螺杆的固体输送、熔化的原理,熔体输送的速率方程。 第六章挤出口模内的流淌 驾驭不同挤出机口模(圆形、缝型、环隙、异形口模)的构造特点及其应
7、用范围。 第七章注塑机和注模内的流淌 驾驭聚合物熔体在注塑模具流道和浇口的流淌特点,了解流道、浇口的设计基本步骤和要求。 第八章其他加工方式中流淌 驾驭聚合物熔体在压延、挤出吹塑、吹膜中流淌的特点。 第部分:流变学的测量及其应用 第九章 熔体指数仪 第十章 转矩流变仪 第十一章 毛细管流变仪 第十二章 高级扩展流变仪 驾驭以上常用聚合物流变方法的测试方法的原理,以及应用的领域,学会对流变数据的分析处理。 通过调整后教学内容主线清楚,层次分明,并且理论学问和试验相结合。首先对聚合物的流变学的发展历史和应用进行概述,进而通过流变学基本学问(塑料流体的流变特性和流体流淌基础),让学生驾驭聚合物流体的
8、流淌类型和特点,影响黏性剪切流淌的因素、弹性现象表现和本质,并对流变学中相关的理论学问如张量、本构方程等有肯定了解。进一步扩展流变学学问在聚合物详细加工设备中的流淌特性,最终再细化聚合物流变学的测量方法和原理。这样整体的教学内容由浅入深、连接合理、层次分明、脉络清楚。 (三)结合当前探讨成果 高分子流变学是一门新兴发展起来的,与物理、化学、生物、材料、工程以及食品等多学科交叉的重要学科。因此老师在教学过程中,不应只是仅仅关注课本中的学问,还应与时俱进,常常关注近期流变学的新成果、新理论,将它们融进课堂教学中,比如聚合物及其共混物、复合体系等具有困难多尺度的非匀称内部结构的困难流体,其相应的流变
9、理论和方法还在进一步探讨当中。尤其是当今一些新型仪器和表征设备的出现,更有利于流变学理论的完善,这样才能保证不与时代脱节,同时也丰富了学生对当今聚合物流變学科的相识。 二、教学方法的改革 (一)课堂讲授与问题探讨相结合 课堂讲授采纳传统的授课方法,老师运用语言向学生系统而连贯地传授科学文化学问。其优点是授课对象多、信息量大、学问系统性强,可以使比较多的学生在比较短的时间里获得大量的学问。在教学过程中,若只是以传统的老师讲授学生听的方式为主,不易发挥学生主动主动性,因此需在讲授的同时,提出问题,激发学生思索问题的主动性,并与学生进行探讨。例如讲到聚合物在挤出过程中的流淌行为一章中,结合学生自身做
10、试验的感受,让其探讨在挤出过程中熔体裂开的现象描述和缘由。然后再对学生的想法观点进行点评,这样有利于调动学生的学习主动性,并能加深对该学问点的理解。 (二)多媒体教学手段和传统方法相结合 进行多媒体教学,是将图象、声音、动画、视频等各种多媒体信息结合在一起5。目前,世界范围的教学手段渐渐由“黑板+粉笔”向计算机多媒体转变。该种教学方法有利于学生对学问的理解和记忆。作者将多媒体教学手段与传统教学方法相结合,通过板书、现场作图等方式,将教学思想与设计在课件中充分体现出来。两种方法的集合可以不断地对课件内容进行更新和完善,另一方面可使许多抽象的学问形象化和详细化,加深学生对学问的理解和印象,丰富课堂
11、内容。例如讲授到聚合物熔体的爬竿效应和无管虹吸效应时,通过播放教学视频,让学生对这些效应的现象有形象的认知。通过多媒体教学,由间接变干脆,由抽象变详细。这既有利于老师的教,又有利于学生的学。正如马克思主义哲学观所认为的万物是相互联系的,抽象的概念用贴近生活的形象的比拟讲授出来,很简单使学生理解,而且记忆深刻,同时也能活跃课堂气氛,收到意想不到的教学效果。 (三)理论和试验相结合 作者所在校高分子材料与工程专业试验室有挤出机、注塑机、吹塑成型、哈克转矩流变仪、熔体指数仪,在学生具有肯定专业学问的基础上,进行上述试验,可以干脆接触相识对象并亲身参加实践活动,能够为学生供应丰富的干脆阅历,有助于学生
12、理解和驾驭理论学问,培育运用学问于实践的实力。老师也能针对学生在进行试验过程中出现的问题和一些试验现象,比如挤出胀大、挤出熔体裂开等进行形象生动的说明,让学生进一步加深学问的理解。 三、结语 聚合物流变学是一门新兴学科,在许多高分子专业本科教学中还未开设该课程,作者依据在实际教学中的阅历和体会,对聚合物流变学课程教学内容、结构体系与教学方法进行了初步探讨。随着高分子材料科学的飞速发展,聚合物流变学课程的教学内容也须要适应其学科的现实发展状况,不断汲取新的内容和现代科学探讨的最新成果,从而扩大和完善本科教学的学问结构。所以对本课程教学内容的改革是一个长期的过程,在今后的课程建设中,我们要接着在各
13、个层面加大课程改革的步伐,为培育现代高分子材料的特地人才而努力。 参考文献 1林师沛,赵洪,刘芳.塑料加工流变学及其应用M.北京:国防工业出版社,2022. 2徐佩弦.聚合物流变学及其应用M.北京:化学工业出版社, 2003. 3周持兴.聚合物流变试验与应用M.上海:上海交通高校出版社出版的, 2003. 4吴其晔.聚合物流变学M.北京:高等教化出版社,2002. 5方志梅.多媒体教学应当正确处理的几个关系J.中国高教探讨, 2002, (4):73-74. 作者简介刘钰馨,广西师范学院化学与生命科学学院;杨芳,广西师范学院化学与生命科学学院。 第9页 共9页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页第 9 页 共 9 页