[摘要]高分子制品已经渗透到我们日常生活和工业领域的各个方面。高分子科学已经发展成为一门独立的学科，与其他传统学科不同，它既是一门基础学科也是一门应用学科。目前，国内近200所高校开设了高分子材料科学与工程专业，“聚合物成型加工原理”理论课和“聚合物成型加工原理”实验课是该专业的主干课程，在高分子材料专业人才培养中发挥着至关重要的作用。笔者作为担任此课程的主讲教师，具有十余年的教学经验，在理论和实验教学过程发现“聚合物成型加工原理”理论课中涉及到的实验的内容不能够有效支撑理论教学，“聚合物成型加工原理”实验课也没有和理论教学内容相关联等问题。这不仅不利于学生对“聚合物成型加工原理”所涉及到专业理论知识的理解和掌握，而且会导致学生对后续专业课程学习失去兴趣，甚至可能影响到学生的动手创新能和科研能力的培养。鉴于此，本文提出从“迷你”聚合物成型加工仪器研发的角度来解决理论教学和实验教学不能相互支撑的问题，以期为国内高校在“聚合物成型加工原理”理论课和实验课的建设提供借鉴。
[关键词]“迷你”仪器；高分子材料；聚合物成型加工；教学改革
目前，高分子材料已被广泛应用于生活、生产、科研和国防等各个领域，成为我国科学研究的一个重点领域，并已经成为我国众多高校开设高分子材料专业的驱动力[1]。郑州大学“资源-材料”为国家“双一流”建设学科，拥有橡塑模具国家工程研究中心、材料成型与模具技术教育部重点实验室、材料科学与工程部级教学实验中心等国家和省部级科研教学平台。郑州大学(原郑州工业大学)高分子成型加工与模具专业方向创办于1995年，由申长雨院士倡导组建而成的，在办学过程中将“聚合物成型加工、成型机械、成型模具、高分子材料以及橡胶加工”等专业知识有机融合，形成以高分子材料成型加工与模具为特色的《聚合物成型加工原理》理论课和《聚合物成型加工原理》实验课这两门主干专业课。依托学科和平台优势，该专业方向在高分子材料成型工艺、高分子成型装备、成型模具、模流分析等方面取得了丰硕的教学科研成果，为高分子材料成型加工行业培养了大批优秀的专业技术人才。笔者作为已担任郑州大学高分子专业的“聚合物成型加工原理”理论课程十余年的任课老师，发现“聚合物成型加工原理”在理论和实验教学过程中存在如下问题：(1)“聚合物成型加工原理”理论课中涉及到的实验的内容不能够有效支撑理论教学；(2)“聚合物成型加工原理”实验课也没有和理论教学内容相关联。为此，笔者首先分析导致这些教学问题出现的根本原因，并针对以上问题提出开发“迷你”成型仪器是解决这些问题的有效措施，以期为开设此类课程的国内高校解决此类问题提供参考。
1原因分析
郑州大学《聚合物成型加工原理》理论课和《聚合物成型加工原理》实验课这是两门具有独立课程编号的主干专业课，分别安排在大三第一学期和第二学期来执行授课任务。这样，这两门课上课时间间隔较长，在上《聚合物成型加工原理》实验课时，学生基本上不能完全回忆起理论课的内容。而且，这两门主干课授课团队的成员不完全一样，这样导致在上课时不能把两门课的重点内容在上课时同时讲授出来并有效关联起来。再者，《聚合物成型加工原理》理论课是在高分子熔体和溶液的流变行为、热传导、结晶和取向、降解等基本物理和化学理论的基础上，来阐述常见的成型加工方法和原理(主要内容是挤出成型、注射成型、模压成型和压延成型等)及其相关成型加工设备的基本结构、成型工艺对聚合物材料的各种形态结构和相态在特定成型过程中的演变，及其对最终制品性能(如力、光、电等性能)的影响。然而，该课程具有较强的实践性和工程应用性，如在涉及到具体的成型加工方式(如注射成型、挤出成型)时，由于学生还没有学习《聚合物成型加工原理》实验课，加之学校教学安排上不允许在课堂理论教学时穿插实验教学或到实验室现场理论教学。以上原因导致学生就很难理解《聚合物成型加工原理》理论课中关于这些具体成型加工方法的相关理论。
2解决方案
2.1合理安排《聚合物成型加工原理》理论课和实验课的上课时间。“聚合物成型加工原理”理论课和实验课是体现专业特点并根据专业需求而设置的课程，也是高分子成型与模具专业方向本科生在专业学习阶段最重要的课程。由前述可知，只有“聚合物成型加工原理”理论课中涉及到的实验实践的内容要有效支撑理论教学、“聚合物成型加工原理”实验课要和理论教学内容密切关联的前提下才能获得良好的教学效果，学生才能真正在掌握专业理论知识的同时，也能够通过实验课的学习进一步巩固专业理论知识。鉴于“聚合物成型加工原理”理论课和实验课教学内容较多、且知识点较为分散的特点，这两门课首先应该安排在同一学期行课。再者，要根据教学大纲和教师的授课计划，确保同一个的专业理论教学内容授课完成之后，马上进行相应的实验教学内容行课。例如，在“聚合物成型加工原理”理论课中“挤出成型”章节授课完成之后，实验教学部分的“热塑性高分子材料挤出成型实验”要马上行课，这样才能让基础理论知识和实验教学有效衔接。
2.2开发“迷你”仪器，使其在理论和实验教学中一机两用。目前，我校实验室虽然拥有一些高分子成型加工相关的成型装备，如挤出机、注射机、热压机、吹瓶机等，但这些设备均为工业用设备，具有占地面积大、重量大、操作复杂等缺点，更不可能在理论课行课时带到教室供学生演示和现场拆装。为了让学生在没有开展“聚合物成型加工原理”实验课的前提下，在理论课上更好地理解成型装备(如挤出机、注射机等)的基本工作原理等专业理论知识，笔者自筹资金首先尝试组装了“迷你”桌面式挤出机(如图1a所示)，而且结合共挤出模具，两个桌面式挤出机可以组装成共挤出装置(如图1b所示)。该挤出机的料筒和螺杆为优质38CrMoAla合金钢氮化处理(和工业上挤出机的材质一样)，200W伺服电机提供动力且超静音，温度和动力分别采用模块化控制，一旦配件损坏易于更换。此外，该挤出机的占地面积仅有50cm×30cm，重量仅有3kg，可以放在桌面或试验台上，在两相AC220V电源下就可以工作。最近两年，“聚合物成型加工原理”理论课行课时，我都会把该“迷你”挤出机带到教室，在讲授挤出机工作原理的时候，我就随时把该挤出拆卸让学生直观地理解挤出机的基本结构和工作原理，并随时开机挤出进行拉条实验，分析挤出工艺对挤出效果的影响，取得了良好的理论授课效果。此外，综合性高校由于场地受限、实验设备多采用工业设备等因素，普遍存在生均设备配备率低等问题[2-4]，例如，我校以前挤出成型实验的分组时每组学生数为15人，学生每人都要完成一个完整的挤出成型工艺流程，这样一组学生要完成实验的时间将近达8小时，这些问题严重影响教学工作进度，并且给任课老师带来超乎寻常的工作强度。为此，我校材料学部级教学实验中心的聚合物成型实验拟把大型的工业用挤出机替换成“迷你”挤出机，现有三台大型挤出机的占地面积可以放下60台“迷你”挤出机，基本上能够保证一生一机。这样在减轻任课老师负担的同时，留足让学生能有充分操作挤出机的时间，通过对设备的操作和对挤出生产工艺调节，让学生身临其境，加深对课程理论知识的理解，更能让学生把课堂教学所学理论知识和实际应用结合起来，以适应目前新工科建设的要求。
3结论
本文针对“聚合物成型加工原理”在理论和实验教学过程中存在如下问题：(1)“聚合物成型加工原理”理论课中涉及到的实验的内容不能够有效支撑理论教学；(2)“聚合物成型加工原理”实验课也没有和理论教学内容相关联，首先分析了这些问题存在的原因，并提出通过组装的“迷你”挤出机来解决以上问题。这种“迷你”挤出机不仅能在理论教学时带到教室让学生能够直观地理解并掌握挤出机的基本结构和工作原理。而且，由于该“迷你”挤出具有造价低、占地面积小等优点，可以替代教学实验室中的工业用大型挤出机，以解决目前高校普遍存在的生均设备配备率低等问题。笔者所提出的“迷你”仪器在理论教学和实验教学中的一机两用这一教学改革实践，将有助于高分子材料相关专业本科生对“聚合物成型加工原理”理论知识的理解和掌握，并有助于提升他们动手实验能力，真正实现该课程理论教学和实验教学的完美融合。
参考文献
[1]木肖玉，陶全华，李瑞海，等．高分子材料与工程专业卓越工程师人才培养的探索与实践，高分子通报，2019，11：73-77．
[2]陈保荣，邹吉权．中国高等职业教育质量年报2019年入选公示院校分析，武汉职业技术学院学报，2020，2：38-54．
[3]刘振天．高校教学评估效能的特性及因应策略—一项基于数据、调查和观察的新发现，现代大学教育，2014，11：93-100．
[4]吴正顺，梁桂华．生均教学仪器设备值评估指标探析，实验教学与仪器，2014，1：71-72．
作者:郑国强 潘亚敏 纪又新 单位:郑州大学材料科学与工程学院