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關鍵詞:高分子材料抗靜電研究
靜電廣泛地存在于自然界和日常生活之中,如人們每時每刻呼吸的空氣每厘米就含有100500個帶電粒子;自然界的雷電;干燥季節里人身上化纖衣物由于摩擦起電而粘附在身體上,這一切都是比較常見的靜電現象。實際上,靜電在生物工程中有著重要的應用。
一、高分子抗靜電的方法概述
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.
關鍵詞:高分子材料基礎;教學內容;教學手段;教學方法
高分子材料學科的學生培養,應立足于其創新精神和創新能力的培養,立足于對學生綜合素質的培養,以滿足社會對高分子材料學科人才的需求。為此,在“高分子材料基礎”課程的教學中,我們堅持“給大學生創造機會與條件,充分發揮其潛能,逐步培養其自主式、合作式和探究式的學習習慣以及創新意識、創新能力和科學精神”的教學宗旨,積極探索教學內容、教學手段和教學方法的改革。
一、教學內容的整合與優化
我校自2002年開始在高分子材料及其相近專業開設“高分子材料基礎”課程。課程教材選用“面向21世紀課程教材”《高分子材料基礎》。此教材的特點是涵蓋了高分子材料學科的基本理論、基本知識以及典型材料的制備與應用,并且對當前一些高分子材料學科前沿性的理論與知識給予了充分的闡釋。但是,為了適應本科教學的需要,給學生一個清晰的學習脈絡,在規定的學時內完成講授任務,通過認真討論,我們按照“刪繁就簡,削枝強干,突出重點”的原則,對教學內容進行了整合與優化,使學生在有限的時間內,盡量學習到課程的精髓。
教材內容體系主要如下:材料科學概論、高分子材料的制備反應、高分子材料的結構與性能、通用高分子材料、功能高分子材料、聚合物共混物、聚合物基復合材料。
通過對教材內容的整合與優化,對“高分子化學”、“高分子物理”中涉及到的基礎理論知識內容,通過以緒論的形式,以新的角度給予重點講授,目的是引出以下的重點講授內容。并且,在緒論的講授中增加了對歷來在高分子學科中作出突出貢獻的專家,尤其是獲得諾貝爾獎的科學家的生平事跡的介紹,以提高學生的學習興趣。整合優化后的課程教學內容為:材料與材料科學(含:材料概念及分類、材料結構、材料性能、材料制備、材料的發展簡史、高分子材料突出科學家簡介、材料科學范疇及任務等),通用高分子材料(含:塑料、橡膠、纖維、粘劑及涂料),功能高分子材料(重點:功能高分子材料的設計及制備方法、高分子催化劑、高分子功能膜材料、高分子醫用材料、智能高分子材料等),聚合物共混物(重點:制備方法、形態結構、性能、增韌塑料增韌機理等),聚合物基復合材料(含:聚合物基宏觀復合材料、聚合物基納米復合材料)。
此外,在進行講授的過程中,也插入一些花絮。例如在講授聚酰胺樹脂時,介紹尼龍(Nylon)名稱的來歷:尼龍最早由杜邦公司的Carothers領導的美國和英國科學家團隊研制成功的合成纖維材料,為紀念這一研究成果,銘記兩國科學家的貢獻,取兩國的首都城市名首字來命名,即New York取NY,London取LON,合成一個新名字NYLON(尼龍),等等。以引導學生樹立遠大理想,刻苦努力學習,為祖國的建設與發展作出貢獻。
二、教學模式的改革與實踐
荀子曰:假輿馬者,非利足也,而致千里;假舟楫者,非能水也,而絕江河。君子生非異也,善假于物也。所以教學手段與教學方法的改革對提高教學質量是至關重要的。因此,為了提高教學質量,在教學方法和手段上,我們也積極進行了一些改革與探索。
1.教學手段的改革
一是采用多媒體教學增加課程的信息量和內容的直觀性。我們按照教學內容制作了教學課件,課件中對一些難以理解的教學內容進行了直觀處理,使學生能夠更好地理解。例如,對一些塑料加工設備的運行專門制作了部分動畫,使其講授更加生動直觀。另外,通過利用多媒體教學,減少了板書的環節,節省了大量的時間,增加了課程的信息量。
二是利用學校的“課程中心”加強與學生的課外交流。通過學校的“課程中心”,達到師生互動的教學輔助模式,提高學生的自主學習能力及教學效率。學校“課程中心”設有教師論壇、課程論壇、專家論壇、答疑信箱和個人空間等板塊,可以達到課下師生之間互動的目的。此門課程充分利用以上功能,實現了教師上傳電子課件、課程相關文獻資料等,學生下載課件資料、上交作業、提出問題、在線測試等,達到了師生及學生之間相互訪問、交流、互動的學習目的,調動了學生學習的主動性與創造性。
2.教學方法的改革
主要采用“精講解多討論”的方法,引導學生的學習興趣,發揮學生的學習主動性,教育學生要知學、好學、樂學。為了使學生達到樂學的至高境界,教學中采取了以下方法:
一是在課堂教學中針對重要的知識點設計出系列問題,有意識地向學生提出,由學生經過自由討論后,請學生回答。
二是增加了課程論文的寫作。由于學生剛剛接觸到部分專業課程,關于專業科研論文的寫作技法不熟練,一開始只要求學生就所講的一些內容,如針對某種塑料,查閱至少10篇近期的論文,通過分析、歸納、總結,進行綜述寫作。為了使學生按照規范來寫作,利用課余時間給學生講授綜述的基本要求及寫作方法。通過綜述的寫作,鍛煉了學生自主學習的能力、查閱文獻的能力,以及對文獻分析、歸納、總結的能力、并且使他們通過寫作論文產生一種成就感。
三是布置自學內容,對自學的課程內容要求寫出課程讀書感想。學生通過自學,將書本上的內容消化成自己的知識,再經過歸納總結,寫出讀后感,使他們對所學的知識牢固掌握。
這些方法與手段的使用,使學生自主學習、合作學習和探究學習的能力得到提高,從而提高了此門課程的教學效率,也對其他課程的學習起到了促進作用。
三、改革取得顯著效果
“高分子材料基礎”課程涉及的教學內容比較龐雜,系統性較差,在講授的過程中不易形成嚴密的體系,特別是涉及對一些材料的制備、性能、應用等講解時,跳躍性大,內容枯燥,吸引力不足。但是,通過對課程內容的整合優化以及采用了一些有效的教學手段與教學方法,使該門課程的教學取得了一些很好的效果。
1.學生知識面得到拓寬。本門課程是高分子材料專業在本科教學中一門全面介紹材料知識的課程,學生在學習一些基本理論基本知識的基礎上,通過對一些常用材料的知識學習,對高分子學科的發展、應用等有了更深的、更清晰的認識。學生普遍認為,通過學習使他們對專業知識從懵懂、迷茫轉為清晰、明確,使他們的專業知識面得到的拓展。學生在掌握該課程的核心內容后,對于專業后續課程的學習、學業專題研究以及研究生階段的學習都起到了重要的促進作用。
2.學生學習興趣得到提升。大力開展多媒體教學和網絡教學,發揮學生學習主動性,以及增加講授一些與課程有關的知識發現過程、相關課程內容涉及的科學家的趣聞軼事等等,學生普遍反映通過學習此課程,自己的學習興趣及學習能力得到了較大的提高。例如,通過“課程中心”達到了學生與教師之間的交流互動,學生的寫作能力,對問題的認識深度、廣度,對文獻的分析、歸納、總結能力等都得到了很大提高。
3.學業負擔轉化為精神享受。學生普遍反映,通過在課堂上討論問題,通過課下搜集相關資料,在“課程中心”提供的個人空間上發表,通過整理自己設計的BLOG空間等等,使自己的自主學習能力得到升華,學習成為一種對美好事物的追求,將枯燥的學習負擔轉變為一種精神的享受。
英文名稱:Polymer Materials Science & Engineering
主管單位:國家教育部
主辦單位:四川大學
出版周期:月刊
出版地址:四川省成都市
語
種:中文
開
本:大16開
國際刊號:1000-7555
國內刊號:51-1293/O6
郵發代號:62-67
發行范圍:國內外統一發行
創刊時間:1985
期刊收錄:
CA 化學文摘(美)(2009)
CBST 科學技術文獻速報(日)(2009)
Pж(AJ) 文摘雜志(俄)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國科學引文數據庫(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽:
中科雙效期刊
Caj-cd規范獲獎期刊
聯系方式
關鍵詞:高分子材料; 專業英語; 教學改革
中圖分類號:G642 文獻標識碼:A 文章編號:1006-3315(2013)11-153-002
高分子材料相對于傳統材料如玻璃、陶瓷、金屬等而言是后起的材料,但其發展的速度及應用的廣泛性卻大大超越了這些傳統材料,已成為工業、農業、國防和科技等領域的必不可少的材料。高分子材料除了作為通用材料使用外,同時向著功能化、智能化和復合化發展,這些都要求高分子材料專業的學生及時了解國內外研究進展和發展趨勢,具備閱讀英語專業資料的能力。
高分子材料專業英語作為高分子材料專業開設的一門專業基礎課,是大學英語教學的一個重要組成部分。學生畢業后無論在企業、科研機構或高校進一步學習或工作,只要從事科技開發,需要大量查閱英文科技信息資料,這些信息多存在于當前發表的專利、期刊等專業文獻中。因此,培養高分子材料學生的專業英語技能是科學研究和實際工作的迫切需要。針對目前高分子材料專業英語的實際教學狀況,本文從高分子材料專業英語的特點著手,對于詞匯教學、課堂教學內容,教學方法,考核方式等方面進行了研究和教學實踐。
一、專業英語詞匯教學
專業詞匯是用來專門描述某一學科、某一領域中的具體事物或者過程的詞匯,一般其詞義較單一,應用范圍僅限于專業領域。專業英語詞匯是學習專業英語的基礎,因此要求學生必須掌握大量的專業英語詞匯。經過大學英語的學習,學生積累了豐富的普通詞匯,對于浩繁復雜的專業詞匯還知之甚少。這些專業詞匯看似難識別和難記憶,但實際上大多數專業詞匯的構成是有規律的,不少是由一些含有具體意義部件,即詞根、前綴、后綴等所構成的組合體。如高分子材料專業中常見的表示元素的詞綴有hydro-(氫),-oxy(氧),thio-(硫),chloro-(氯),fluoro-(氟);bromo-(溴)等;表示數量的詞綴有poly-(聚,多),mono-(單);di-(二),tri-(三),tetra-(四),penta-(五)等;表示化學基團的詞綴有methyl-(甲基),ethyl-(乙基),propyl-(丙基),butyl-(丁基),vinyl-(乙烯基),phenyl-(苯基)等;烷烴多以-ane結尾,烯烴多以-ene結尾,醇類多以-ol結尾等;表示屬性的詞綴有thermo-(熱),electro-(電),cyclo-(環),opto-(光)等。以polytetrafluoroethylene(PTFE,聚四氟乙烯)為例分析,該詞匯是由poly-,tetra-,fluoro-,ethyl-,-ene五個詞綴構成,取前四個詞綴的首字母就構成PTFE,記憶起來就簡便多了。課堂上講授這些規律對于學生專業詞匯的掌握就會收到事半功倍的效果,同時也激發了學生學習的興趣。
二、以教材內容為基礎,適當補充教學內容
目前高分子材料專業英語的教材有不少,覆蓋了高分子化學、高分子物理和高分子材料加工等課程內容。但這些內容大多摘選自國外早期的原版專業書籍,不少內容陳舊,體裁單一,一方面不能反映高分子材料專業發展現狀,同時讓學生感到應用性不強,缺乏學習興趣。針對以上教材內容的缺陷,筆者在有選擇的講述教材內容的同時,精心選擇一些著名國際高分子專業期刊,如《Macromlecules》、《Polymer》、《Macromolecular Rapid Communications》等期刊的部分相關內容作為教材的補充,同時鼓勵學生上網搜索一些相關資料,如美國化學會下的Chemical & Engineering News下有關高分子材料方面的報道,這些內容反映當今高分子材料發展的前沿,拓寬了學生的知識面。同時考慮到學生畢業之后在工作中或進一步深造中會接觸到專利、說明書、技術標準、市場報告等多種體裁的專業文獻,在課堂教學中適當增加這部分實用性的內容,起到學以致用的效果。
三、課堂理論教學方法的革新
專業英語教學內容一般為專業知識的論述,具有很強的邏輯性和學術性。為提高學生的專業英語閱讀、翻譯、初步寫作的能力,筆者采取的方法如下。
1.師生互動是專業英語教學的重要手段
傳統專業英語的教學模式是先講解詞匯,再閱讀和翻譯課文,這樣的課堂單調且冗長,學生學習興趣不高。考慮到語言教學的特殊性,為達到好的教學效果,需要學生在課堂中的積極參與,嘗試改變以往教師講學生聽的簡單教學模式,采用多種形式與學生互動交流。通過提前布置作業,學生做好預習工作,每次帶著問題上課,在課堂上再隨機指定學生朗讀并講解翻譯,其他同學進行補充或修正,最后教師結合專業內容進行點評,并講解相關的重要知識點和專業詞匯。這樣,充分調動每個學生的學習積極性,使之從被動學習變成主動學習,加深了學生對教學內容的理解和認識。
2.適當進行多媒體教學,豐富課堂教學內容
現在多媒體及網絡等教學手段已廣泛引入到課堂教學中,這些教學手段使課堂教學更加直觀生動,增大了課堂的信息量,提高課堂效率,激發了學習興趣。為此,在每次課文內容講解結束后,筆者播放一些相關內容的科普性英文短片,比如介紹高分子材料合成、成型、應用等方面。由于剛學完相關內容,所以學生表現出濃厚的興趣,通過看、聽、講述,留下了直觀的知識,同時也鍛煉了學生的聽說能力。把一些信息量大、實用性強的專利、論文、技術標準等專業資料制作成多媒體課件進行課堂講解,在有限的課堂時間內給學生傳遞了較多的信息內容,提高了課堂效率。
3.教學效果的檢驗
考核方式是教學中的重要環節,是檢驗教學效果和鞏固學生所需知識的重要手段。考核主要涉及兩個層次,平時考核與期末考試。平時主要考核學生以英語為工具進行專業信息交流的能力,期末考試則通過試卷形式檢驗學生對專業詞匯的掌握情況,以及快速閱讀科技論文并從中獲取信息的能力。在完成每一階段的教學環節后,教師要不斷總結,了解學生對所授知識的掌握程度,確定考核指標,根據考核結果來修正下一階段的目標,設計下一階段的教學內容。平時的階段性考核可以有多種方式,如根據教學內容,學生抽簽選擇一個題目用英語講述,考察聽說能力。或針對知識點,把常見的錯誤總結出來,引導學生糾錯,考察語法知識的掌握情況。在課堂教學將結束的時候,我們對學生進行分組合作完成一次科研課題的匯報,學生自行分工,查找資料、設計制作多媒體課件、上臺匯報講演。在這個過程中,學生不但提高了自己的專業英語水平,還培養了團隊合作的能力。
四、結束語
綜上所述,對于高分子材料專業的學生而言,高分子材料專業英語是繼大學英語后非常重要的英語教學課程,教學應培養學生以英語為工具解決專業學習中的實際問題的能力,為學生今后畢業設計、實際工作或進一步深造學習奠定良好的基礎。為此,從教學內容、教學方法及考核方式及內容等方面改革高分子材料專業英語的教學是很有必要的。
參考文獻:
[1]曹同玉,馮連芳,張菊華.高分子材料與工程專業英語[M]北京:化學工業出版社,2011
關鍵詞: 應用型高分子材料與工程專業 人才培養模式 實施途徑
隨著科學技術的迅猛發展,材料、能源和信息已被公認為科技發展的三大支柱。作為社會發展的物質基礎,材料的發展水平已成為一個國家綜合國力的主要標志之一。高分子材料與工程專業作為材料科學與工程學科下的分支學科,在過去20年的時間里得到了飛速發展。高分子材料應用的日趨普及,使得社會對高分子材料與工程專業的人才需求日益迫切。培養具有一定的實際操作能力,能以理論指導實踐、應用于實踐,服務于地方經濟建設的高分子材料與工程專業技術人才是十分重要的責任。為了滿足這一需求,高分子材料與工程專業應實施“強化基礎,注重應用,突出創新”的人才培養模式,大力提高學生的科研創新應用能力。
一、社會發展急需工程應用型人才
人才培養模式涉及的一個重要問題是培養什么樣的人。中國是世界上最大的高分子化纖生產國,化纖工業正在實現由“數量型”向“技術型”的戰略轉變,使化纖主要常規品種具備國際競爭能力,在一些重要高新技術纖維品種上取得產業化成果。
目前,我國高分子化纖材料工業隨著數量的增加和規模的擴大正由數量型向效益型轉變,行業發展的速度遠遠高于化纖人才的培養速度。據調研統計,化纖企業的專業人才數量不到職工總數的5%,有的甚至不到1%,存在專業人才嚴重匱乏的現象。同時還發現,由于化纖新技術、新設備、新產品的不斷出現,企業原有的專業人才不能完全跟上行業的發展,急需更新人才。
二、應用型高分子材料與工程專業人才培養的基本原則
1.更新教學理念,明確培養目標。
面向未來的教學改革需要前瞻性的教學理念和現代化的教學思想。這些教學理念包括從重視知識傳授向重視能力培養轉變;從封閉式的學校教育模式向開放型的產、學、研相結合的教育模式轉變;從標準化培養模式向個性化培養模式轉變;從維持性學習向創新性學習轉變[1,2]。
應用型高分子材料與工程專業的培養目標,是以市場需求和就業為導向,以課程建設為核心,以實踐教學為重點,培養在高分子材料與工程專業領域具有豐富的理論知識,能在高分子材料的合成、改性和成型加工等領域從事科技開發、工藝設計及經營管理等方面工作,具有創新精神及實踐能力的高素質創新型高級技術人才,更好地為地方經濟建設服務。
2.重視能力培養,實施素質教育。
提高學生的綜合素質可以通過選修課、專題講座、社會實踐,以及在專業教育中融入人文精神、工程環境背景等多種形式,從而加強對學生思想道德素質、文化素質、業務素質、身心素質和獲取知識、運用知識、創新知識的能力等方面的培養。
3.強化基礎訓練,拓寬專業口徑。
強化基礎、拓寬專業口徑是培養學生適應能力的有效途徑。強化基礎,一是在基礎理論和技能上進行面上拓寬,加強要求,使學生對基礎知識掌握更牢固,知識結構更加合理;二是將專業基礎課拓寬到新的專業目錄的專業口徑,為新專業的各個專業方向提供廣闊的發展空間。拓寬專業口徑,不是將專業課程的名稱加以改變,而是將專業主干課程認真整合,構建新的專業課程體系。
4.優化課程體系,整合課程內容。
課程體系與教學內容是實現培養目標最直接的體現,是形成人才知識結構和能力的主要因素,是提高人才培養素質的核心,也是教學改革的重點[3]。要進行課程重組,減少課程內容重復,做好課程之間的銜接,逐步深入;建立大工程觀念下的新型課程體系,重視各相關學科知識內容的融合、滲透和時間安排上的協調,做到課程綜合化、系統化。
二、應用型高分子材料與工程專業人才培養模式的實施途徑
1.實施“平臺式”教學。
本著工程應用型人才培養要主動適應用人單位的實際需要,要面向基層、面向生產第一線的原則,在加強通識教育的基礎上,強調提升學生的綜合素質,強化學生的專業實踐能力和動手能力的培養。新的教學模式設置了三個教學平臺,即理論教學平臺、實踐教學平臺、第二課堂素質教育平臺,以達到學生適應社會、適應行業和充分發展個性空間的目的。
“理論教學平臺”包括學科基礎課程、專業知識能力課程、專業能力拓展課程,初步形成學院、學科、專業、職業興趣四級理論課程體系;“實踐教學平臺”包括學科基礎實驗教學和模擬仿真企業生產的工程實踐教學兩部分;“第二課堂素質教育平臺”則包括學院公共選修課、課外素質教育及社會實踐三部分,作為第一課堂的補充和延伸,拓展學生個性發展的空間[4]。
2.以實踐教學改革為重點,提升學生工程實踐能力。
高分子材料與工程專業有著不同于其他學科的顯著特點,它是在大量的科學實驗和工程實踐基礎上發現并總結出的一般規律,運用科學分析方法探索這一規律內在的作用機理,采用數學、物理、化學理論與模型計算歸納形成理論體系,并在理論指導下,將科學研究應用于生產實踐,使理論體系進一步得以檢驗并逐步完善,經過實踐理論再實踐的循序漸進過程向前發展的學科。在該領域的科學研究中,實驗是分析問題、解決問題的主要手段,每一理論、發明的誕生都是在實驗中孕育、培養出來的。針對上述學科特點,專業教研組在制定本科教學培養計劃時,要有意識地加強實踐教學環節課時比重,培養學生的創新意識、創新能力和實踐能力。
高分子專業教學實踐分為認識實習、專業基礎實驗教學、專業實驗、生產實習、課程設計、畢業實習和畢業教學環節等實踐教學部分。在專業基礎實驗教學中要積極有效地開展研究型、設計綜合型實驗教學,鼓勵學生利用業余時間參加開放實驗室科研活動,注重培養學生的動手能力和科研能力[5]。
在畢業教學環節實踐中結合教師科研項目,選擇學科前沿或與企業合作開發的課題進行畢業論文選題,結合工廠實際進行畢業設計,可使學生獲得良好的科研能力培養,有效地促進學生動手能力,提高學生理論聯系實際、分析問題和解決問題的能力,為今后從事本專業研究與生產奠定良好的基礎。
3.以市場需求為導向,積極探索“訂單式”人才培養模式。
在教學改革上,注重人才培養與市場需求相結合,積極開展“訂單式”培養模式。此舉不僅能為企業發展量身定做工程實際應用型人才,而且能夠提前將學生“預售”出去。同時,企業還可以根據實際情況,為“訂單式”培養學生提供獎學金、貧困助學金等費用,解決經濟困難學生的求學、就業等問題。
4.理論聯系實際,注重培養創新能力。
要強化學生的操作技能,培養綜合素質和創新能力,進一步提高學生在社會大環境中的競爭能力,關鍵是建立與企業同步發展的規范的實訓環境。要充分利用區域與學科優勢,加強產學研聯合,設立產學研聯合體實驗室,為學生提供必要的社會實踐場所,保障實習、實踐教學效果,培養學生的工程應用能力[6]。實習基地可以完成學生的認識實習和生產實習任務和多項工藝實驗。學生通過這些實踐環節能加深對書本理論知識的理解和應用,同時也了解了本行業發展趨勢和存在的問題,這對于學生踏入工作崗位和繼續深造都是大有裨益的。
5.加強師資隊伍建設。
為適應素質教育的教學改革需要,辦好高等教育質量工程建設,教師的知識更新與自身素質的提高是非常重要的。只有高水平的師資隊伍才能培養出高素質的人才。因此學校需要不斷引進高水平科技人才,提高本專業教師隊伍的科研能力和科技創新能力。同時,還要注重青年教師的培養,指定有豐富教學經驗的老教授對新進教師進行“傳、幫、帶”教學指導,使新進教師的授課水平快速提高,從而有效地將行業發展動態與理論授課相結合,最大限度地激發學生的科研興趣,拓寬學生的專業知識面。
三、結語
高分子材料的發展極其迅速,每年都會有許多新材料、新技術、新工藝不斷涌現,而教育教學改革隨著社會的發展也是永無止境的。如何加強高分子材料與工程專業學生的工程應用能力的培養,提高高等教育的辦學質量和人才培養質量,是21世紀高等教育面臨的挑戰,必須引起高度重視。但是,如果一味追求應用而忽略科研創新能力的培養,所培養出來的人才就不是社會需要的高級人才。所以在重視應用的同時,還要注意科研創新能力的培養,即提倡一種“強化基礎,注重應用,突出創新”的人才培養模式,才能夠適應當代社會經濟發展需要。
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一、生物醫用高分子材料的特點
生物醫用高分子材料是一種聚合物材料,主要用于制造人體內臟、體外器官、藥物劑型及醫療器械。按照來源的不同,生物醫用高分子材料可以分為天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2種。前者是自然界形成的高分子材料,如纖維素、甲殼素、透明質酸、膠原蛋白、明膠及海藻酸鈉等;后者主要通過化學合成的方法加以制備,常見的有合聚氨酯、硅橡膠、聚酯纖維、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性質,生物醫用高分子材料可以分為非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴,芳香聚酯、聚硅氧烷等;后者包括聚乙烯亞胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亞胺—聚乙二醇—聚(β-胺酯)共聚物、聚乙烯亞胺—聚碳酸酯共聚物等。
生物醫用高分子材料作為植入人體內的材料,必須滿足人體內復雜的環境,因此對材料的性能有著嚴格的要求。首先,材料不能有毒性,不能造成畸形;其次,生物相容性比較好,不能與人體產生排異反應;第三,化學穩定性強,不容易分解;第四,具備一定的物理機械性能;第五,比較容易加工;最后,性價比適宜。其中最關鍵的性能是生物相容性。
根據國際標準化組織(InternationalStandardsOrganization,ISO)的解釋,生物相容性是指非活性材料進入后,生命體組織對其產生反應的情況。當生物材料被植入人體后,生物材料和特定的生物組織環境相互產生影響和作用,這種作用會一直持續,直到達到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括組織相容性、細胞相容性和血液相容性。
二、生物醫用高分子材料的發展歷史
人類對生物醫用高分子材料的應用經過了漫長的階段。根據記載,公元前3500年,古埃及人就用棉花纖維和馬鬃縫合傷口,此后到19世紀中期,人類還主要停留在使用天然高分子材料的階段;隨后到20世紀20年代,人類開始學會對天然高分子材料進行改性,使之符合生物醫學的要求;再后來人類開始嘗試人工合成高分子材料;20世紀60年代以來,生物醫用高分子材料得到了飛速發展和廣泛的普及。1949年,美國就率先發表了研究論文,在文中第1次闡述了將有機玻璃作為人的頭蓋骨、關節和股骨,將聚酰胺纖維作為手術縫合線的臨床應用情況,對醫用高分子的應用前景進行了展望。這被認為是生物醫用高分子材料的開端。
在20世紀50年代,人類發現有機硅聚合物功能多樣,具有良好的生物相容性(無致敏性和無刺激性),之后有機硅聚合物被大量用于器官替代和整容領域。隨著科技的發展,20世紀60年代,美國杜邦公司生產出了熱塑性聚氨酯,這種材料的耐屈撓疲勞性優于硅橡膠,因此在植入生物體的醫用裝置及人工器官中得到了廣泛應用。隨后人工尿道、人工食道、人工心臟瓣膜、人工心肺等器官先后問世。生物醫用高分子材料也從此走上快速發展的道路。
三、生物醫用高分子材料的發展現狀、前景和趨勢
據相關研究調查顯示,我國生物醫用高分子材料研制和生產發展迅速。隨著我國開始慢慢進入老齡化社會和經濟發展水平的逐步提高,植入性醫療器械的需求日益增長,對生物醫用高分子材料的需求也將日益旺盛。2015年1月28日,中國醫藥物資協會的《2014中國單體藥店發展狀況藍皮書》顯示,2014全年全國醫療器械銷售規模約2556億元,比2013年度的2120億元增長了436億元,增長率為20.06%。但是相比于醫藥市場總規模(預計為13326億元)來說,醫藥和醫療消費比為1∶0.19還略低,因此業內普遍認為,醫療器械仍然還有較廣闊的成長空間,生物醫用高分子材料也將迎來良好的發展前景。
根據evaluateMedTech公司基于全球300家頂尖醫療器械生產商的公開數據而得出的報告《2015-2020全球醫療器械市場》預測,2020年全球醫療器械市場將達到4775億美元,2016-2020年間的復合年均增長率為4.1%。世界醫療器械格局的前6大領域包括:診斷、心血管、影像大型設備、骨科、眼科、內窺鏡,其中生物醫用高分子材料在其中都得到了廣泛的應用。
以往的醫學研究對組織和器官的修復,更多是選擇一種替代品,實現原有組織和器官的部分功能。隨著再生醫學和干細胞技術的迅速發展,利用生物技術再生和重建器官、個性化治療和精準醫學已經成為趨勢。因此傳統的生物醫藥高分子材料已經不能滿足現有的需求,需要模擬生物的結構,恢復和改進生物體組織與器官的功能,最終實現器官和組織的再生,這也是生物醫用高分子材料未來的發展方向。
生物醫用高分子材料在醫療器械領域中得到了非常廣泛的應用,主要體現在人工器官、醫用塑料和醫用高分子材料3個領域。
1.人工器官
人工器官指的是能植入人體或能與生物組織或生物流體相接觸的材料;或者說是具有天然器官組織或部件功能的材料,如人工心瓣膜、人工血管、人工腎、人工關節、人工骨、人工肌腱等,通常被認為是植入性醫療器械。人工器官主要分為機械性人工器官、半機械性半生物性人工器官、生物性人工器官3種。第1種是指用高分子材料仿造器官,通常不具有生物活性;第2種是指將電子技術和生物技術結合;第3種是指用干細胞等純生物的方法,人為“制造”出器官。目前生物醫用高分子材料主要應用在第1種人工器官中。
目前,植入性醫療器械中骨科占據約為38%的市場份額;隨后是心血管領域的36%;傷口護理和整形外科分別為8%左右。人工重建骨骼在骨科產品市場中占據了超過31%的市場份額,主要產品是人工膝蓋,人工髖關節以及骨骼生物活性材料等,主要應用的生物醫用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增強聚乳酸、自增強聚乙醇酸等。心血管產品市場中支架占據了一半以上的市場份額,此外還有周邊血管導管移植、血管通路裝置和心跳節律器等。
目前各國都認識到了人工器官的重要價值,加大了研發力度,取得了一些進展。2015年,美國康奈爾大學的研究人員開發出了一種輕量級的柔性材料,并準備將其用于創建一個人工心臟。在我國,3D打印人工髖關節產品獲得國家食品藥品監督管理總局(CFDA)注冊批準,這也是我國首個3D打印人體植入物。
人工器官未來發展趨勢是誘導被損壞的組織或器官再生的材料和植入器械。人工骨制備的發展趨勢是將生物活性物質和基質物質組合到一起,促進生物活性物質的黏附、增殖和分化。血管生物支架的發展趨勢是聚合物共混技術,如海藻酸鈉/殼聚糖、膠原/殼聚糖、膠原/瓊脂糖、殼聚糖/明膠、殼聚糖/聚己內酯、聚乳酸/聚乙二醇等體系。
2.醫用塑料
醫用塑料,主要用于輸血輸液用器具、注射器、心導管、中心靜脈插管、腹膜透析管、膀胱造瘺管、醫用粘合劑以及各種醫用導管、醫用膜、創傷包扎材料和各種手術、護理用品等。注塑產品是醫用塑料制品當中產量最大的品種。與普通塑料相比,醫用塑料要求比較高,嚴格限制了單體、低聚物、金屬離子的殘留,對于原材料的純度要求很高,對加工設備的要求也非常嚴格,在加工和改性過程中避免使用有毒助劑,通常具有表面親水、抗凝血等特殊功能。常用醫用塑料包括聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)、熱塑性聚氨酯(TPU)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)等。
目前醫用塑料市場約占全球醫療器械市場的10%,并保持著每年7%~12%的年均增長率。統計數據顯示,美國每人每年在醫用塑料領域消費額為300美元,而我國只有30元,由此可見醫用塑料在我國的發展潛力非常大。
我國醫用塑料制品產業經過多年的發展,取得了長足的進步。中國醫藥保健品進出口商會統計數據顯示,2015年上半年,紗布、繃帶、醫用導管、藥棉、化纖制一次性或醫用無紡布物服裝、注射器等一次性耗材和中低端診斷治療器械等成為我國醫療器械的出口大戶。但是也必須清醒地認識到,我國的醫用塑料發展水平還比較落后。醫用塑料的原料門類不全、生產質量標準不規范、新技術和新產品的創新能力薄弱,導致一些高端原料導致國內所需的高端產品原料還主要靠進口。
目前各國都認識到了醫用塑料的重要價值,加大了研發力度,取得了一些進展。2015年,英國倫敦克萊蒙特診所率先開展了塑膠晶狀體移植手術,不僅可以治療遠視眼或近視眼,還可以恢復患有白內障和散光者的視力;住友德馬格公司推出一種聚甲醛(POM)齒輪微注塑設備,在新型白內障手術器械中具有重要作用;美國美利肯公司開發了一項技術,可使非處方藥和保健品塑料瓶的抗濕性和抗氧化性提高30%;MHT模具與熱流道技術公司開發出了PET血液試管,質量不足4g,優于玻璃試管;Rollprint公司與TOPAS先進高分子材料公司合作,采用環烯烴共聚物作為聚丙烯腈樹脂的替代品,以滿足苛刻的醫療標準;美國化合物生產商特諾爾愛佩斯推出了一款硬質PVC,以取代透明醫療零部件中用到的PC材料,如連接器、止回閥、Y接頭、套管、魯爾接口配件、過濾器、滴注器和蓋子,以及樣本容器。
未來醫用塑料的發展趨勢是開發可耐多種消毒方式的醫用塑料,改善現有醫用塑料的血液相容性和組織相容性,開發新型的治療、診斷、預防、保健用塑料制品等。
3.藥用高分子材料,
藥用高分子材料在現代藥物制劑研發及生產中扮演了重要的角色,在改善藥品質量和研發新型藥物傳輸系統中發揮了重要作用。藥用高分子材料的應用主要包括2個方面:用于藥品劑型的改善以及緩釋和靶向作用,此外還可以合成新的藥物。
藥物緩釋技術是指將衣物表面包裹一層醫用高分子材料,使得藥物進入人體后短時間內不會被吸收,而是在流動到治療區域后再溶解到血液中,這時藥物就可以最大限度的發揮作用。藥物緩釋技術主要有貯庫型(膜控制型)、骨架型(基質型)、新型緩控釋制劑(口服滲透泵控釋系統、脈沖釋放型釋藥系統、pH敏感型定位釋藥系統、結腸定位給藥系統等)。
貯庫型制劑是指在藥物外包裹一層高分子膜,分為微孔膜控釋系統、致密膜控釋系統、腸溶性膜控釋系統等,常用的高分子材料有丙烯酸樹脂、聚乙二醇、羥丙基纖維素、聚維酮、醋酸纖維素等。骨架型制劑是指向藥物分散到高分子材料形成的骨架中,分為不溶性骨架緩控釋系統、親水凝膠骨架緩控釋系統、溶蝕性骨架緩控釋系統,常用的高分子材料有無毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纖維素、羥丙甲纖維素、海藻酸鈉、甲殼素、蜂蠟、硬脂酸丁酯等。
我國的高分子基礎研究處于世界一流,但是藥用高分子的應用發展相對滯后,品種不夠多、規格不完整、質量不穩定,導致制劑研發能力與國際產生差距。國內市場規模前10大種類分別為明膠膠囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1,2-丙二醇、PVP、羥丙基甲基纖維素(HPMC)、微晶纖維素、HPC、乳糖。高端藥用高分子材料幾乎全部依賴進口。專業藥用高分子企業則存在規模小、品種少、技術水平低、研發投入少的問題。
目前,藥物劑型逐步走向定時、定位、定量的精準給藥系統,考慮到醫用高分子材料所具備的優異性能,將會在這一發展過程中發揮關鍵性的作用。未來發展趨勢是開發生物活性物質(疫苗、蛋白、基因等)靶向控釋載體。
四、結語
雖然生物醫用高分子材料的應用已經取得了一些進展,但是,隨著臨床應用的不斷推廣,也暴露出不少問題,主要表現出功能有局限、免疫性不好、有效時間不長等問題。如植入血管支架后,血管易出現再度狹窄的情況;人工關節有效期相對較短,之所以出現這些問題,主要原因是人體與生俱來的排異性。
生物醫用高分子材料隸屬于醫療器械產業,其發展備受政策支持。國務院于2015年5月印發的《中國制造2025》明確指出,大力發展生物醫藥及高性能醫療器械,重點發展全降解血管支架等高值醫用耗材,以及可穿戴、遠程診療等移動醫療產品。可以預見,在未來20~30年,生物醫用高分子材料就會迎來新一輪的快速發展。
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關鍵詞:高分子材料與工程;人才培養;教學改革
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)09-0041-02
高分子材料是材料領域中的新秀,它的出現帶來了材料領域的重大變革,在諸多行業中已逐漸成為不可替代的關鍵材料。高分子材料與工程專業具有跨學科、綜合性的特點,既與化學、石油化工、精細化工等基礎學科緊密聯系,又和汽車、電子、環境等應用學科相輔相成[1]。
閩江學院高分子材料與工程專業建設以課程建設為中心,從改革課程體系、強化實踐教學、改進教學方法等方面系統深入地開展建設,以達到“重基礎理論、重創新精神、強實踐技能、強綜合素質”的人才培養要求。
一、優化課程結構
本專業的教學體系包括理論教學體系和實踐教學體系。在理論教學體系中,課程結構又可分為校級公共基礎課程、學科基礎課程、專業核心課程等[2]。其中,公共基礎課、學科基礎課和專業核心課程分別安排63、29和4分,在總學分中分別占比35%、17%和28%。通過進一步深化教學內容改革,構建以專業核心課程和學科基礎課程相結合、有利于學科交叉與融合、與經濟社會發展相適應的課程體系。此外,還鼓勵教師努力建立主干課的課程網站并加強精品課程建設。
在實踐教學體系中,遵循從入學軍訓、金工實習、科研訓練、認識實習、專業課程設計、畢業實習到最終的畢業論文(設計)的循序漸進過程,共計34學分,在總學分中占比20%,結合本科四年各課程的實驗教學內容,形成較為完整的實踐教學體系[3]。同時,為了使高分子材料與工程專業的畢業生具有更強的實踐技能,還設計了創新實踐環節,其中安排了與本專業相關的社會服務活動、開放實驗室活動、專業學術講座、學科競賽以及創新創業實踐計劃項目等。
二、加強實踐教學改革
實踐教學是高等學校人才培養體系的重要組成部分,與理論教學起著相輔相成的作用。國內外對高分子材料實驗實踐教學提出多種想法,朱晶心等[4]把加強專業實驗教學、提高實驗質量、培養創新人才、提高創新能力等作為教學改革的重點。龔建良等[5]研究了高分子材料與工程專業實驗教學體系的現狀和不足,提出了高分子材料與工程專業實驗教學新體系。付一政等[6]認為專業實驗既要注意基礎知識的綜合應用和基本實驗技能的訓練,又要強調分析問題、解決問題、獨立工作、協同配合、富于創新等綜合能力的培養。在加強教學實踐的建設工作中,結合近年來高分子專業實踐教學經驗,我們系統地規劃和改革“高分子材料與工程專業”的學科基礎和專業實踐課程體系,使實踐教學體系具有基礎寬厚、層次分明、循序漸進的特點。
1.實驗教學建設。實踐教學的初始階段應該是在學校內掌握基礎實驗技能,因此對本科階段實驗教學改革應特別重視。在實驗教學中,從基礎化學中精選出操作性強的實驗,安排在本科一、二年級學習階段對學生集中進行基本實驗技能訓練。專業實驗課程主要安排在本科三、四年級進行,進一步培養學生的專業實驗技能。以“循序漸進”為原則,以綜合、創新能力的培養為目標,在完成單元性實驗教育后,增設單元性設計實驗(應用性實驗),最后進入綜合設計性實驗,形成由淺入深、循序漸進的實驗教育模式。在實驗內容上,鼓勵實驗教師將自己的科研成果與綜合設計性實驗相結合,拓展學生對本專業發展前沿的認識。
在教學方法上,重點加強基本實驗技能的訓練,如組織學生參與專業實驗準備、開放實驗室訓練、社會服務活動等均加深了學生對實驗原理和流程的認識。此外,強調教學中激發學生對實驗的興趣。如讓學生自行設計方案,引導學生到圖書館查閱相關文獻及手冊,設計實驗方案等。通過積極思考和熱烈討論,不少學生都迫切希望馬上進實驗室驗證自己的觀點,從而激發了他們濃厚的實驗熱情。富有啟發意義的實驗教學方式發展了學生的創造思維,發揮了主觀能動性,培養了獨立思考能力,進而強化他們的綜合專業素養[7]。
2.生產實習基地建設。由于歷史原因,我系原有實習基地大多數是國有化工企業,目前普遍經營情況較差,設備陳舊,實習環境差。在這些單位實習,盡管聯系方便、費用低,但實習效果不佳。而一些效益較好、技術先進、環保意識強的合資及獨資企業擔心學生來廠實習會影響生產,不愿積極配合學校完成實習的組織安排;即使接受了實習的任務,也只是讓學生站在一旁觀看,鮮有動手實踐的機會。因此,我專業通過兩條途徑解決實習基地問題。一是針對效益差的國有化工企業,開展科研活動,與企業合作,走產學研相結合的路子。二是積極與新興的合資企業、私營企業及鄉鎮企業聯系,簽訂合作協議,為他們提供技術咨詢,幫助他們培訓一線操作工人。這樣,企業就比較樂意接受學生到這些單位進行專業實習,讓學生頂崗操作,視學生為本單位職工。學生在這樣的實習單位實習,學習熱情高,很好地鞏固了專業知識。
三、突出專業特色建設
具有較強的創新意識和實踐能力,是高分子材料與工程專業努力塑造的專業特色。在專業建設中,通過企業實習,利用生產現場的實際條件,將專業理論和生產實際相結合,最大限度地滿足后續課程學習和人才培養目標的需求。專業教學團隊注重生產實習基地的開發,健全實習質量保障體系,保障相對穩定的生產實習教師隊伍,出版內容適當的生產實習教材。為保證實習教學質量,指導小組根據教學內容、實習地點進行了合理分工,發揮每位教師的長處,做好教學和組織管理工作。在實習單位內組織相對固定的對生產技術了解深入、有一定培訓經驗的一線工程技術人員組成實習教學隊伍,在實習中發揮了巨大的作用。
結合科研實踐培養專業人才,推進教學與研究一體化,是本專業建設的另一特色。為增加學生對專業發展的認識,培養他們創新思路和實踐能力,本專業積極落實以教學促科研、以科研帶教學的思路,組織學生參與專任教師的科研課題研究工作。目前由本專業12位教師主持的課題共30余項,其中省部級以上科研項目7項,市廳級項目19項,校企合作項目5項,每一項課題都有高年級本科生參與。此外,吸收部分專業學習熱情較高的學生參與創新實踐訓練。目前本專業教師共承擔12項大學生創新創業訓練計劃項目,其中國家級2項,省級5項,校級5項,科研實踐工作的開展顯著提高了本專業學生的專業素養和動手能力。
四、總結
閩江學院高分子材料與工程專業建設的成果表明,加強專業教學體系和實踐體系改革,不僅能增強學生的動手能力,更重要的是能激發學生的求知欲,培養學生的創新意識和實踐能力。我們不僅要對現有實驗教學內容、教學方法及創新能力的培養方面提出改革要求,還要通過多層次開展實踐教學,提高綜合性實驗和設計性實驗等創新內容教學比例,進一步增強學生在實驗中的主動性和創造性,以培養出更多具有創新能力的高素質專業人才。
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口腔種植體:
口腔種植體又稱為牙種植體,還稱為人工牙根。是通過外科手術的方式將其植入人體缺牙部位的上下頜骨內,待其手術傷口愈合后,在其上部安裝修復假牙的裝置。
陶瓷材料類:包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷、生物降解性陶瓷等。具有機械強度高,耐腐蝕,無刺激和毒性,與組織相容性等特點。目前在臨床上也在使用。
碳素材料類:包括玻璃碳、低溫各向同性碳等。優點是生物體內有較高的穩定性,無生物降解作用。
金屬與合金材料類:包括金、316L不銹鋼(鐵一鉻一鎳合金)、鑄造鈷鉻合金、鈦及合金等。其優點是強度高、剛性好,但生物機械適應性和組織、骨適應性均較差。
高分子材料類:包括丙烯酸酯類、聚四氟乙烯類等。某些高分子材料與人體結構中的天然高分子有較近似的化學結構,但易被生物體降解并刺激生物體。
關鍵詞:高分子材料加工與成型;課程設計;指導方法;教學改革
高分子材料加工與成型課程設計是高分子材料專業系列課程中的重要組成部分,是學生在完成高分子材料成型與加工原理理論學習和工廠認識實習后的一項實踐項目,是學生對所學相關基礎知識的綜合運用與實踐[1-2]。通過這一實踐環節,使學生熟悉并了解文獻檢索相關知識,培養學生資料收集及運用、設計及配方計算、計算機CAD作圖的能力,為畢業設計打下基礎[3-4]。高分子材料加工與成型課程設計通常是在給定設計題目基礎上,根據設計要求,一人一題獨立完成。通常安排2~3周,需要一定的獨立思考能力和團隊合作精神。在指導學生完成課程設計的過程中,我們發現不少同學只會死記書本知識而不會靈活運用,在接受設計題目后茫然無措,不能有效收集資料。此外,對課程設計環節不重視,懶于思考,經常坐等其他同學接近完成后拿來機械模仿,不去思之所以然,導致設計說明書漏洞百出。因此,為了提高學生課程設計完成質量,激發學生學習興趣和主觀能動性,幫助學生熟悉工程設計流程并掌握正確的工藝計算規則,指導老師必須針對學生實際情況,探索合適的指導方法,以達到培養合格工程實踐人才的目的。現就課程設計的各個環節指導方法的改革和實踐總結如下。
1課程設計題目的選定及時間安排
在課程設計開始之前,首先要對學生情況進行摸底,了解學生對相關理論知識的掌握及靈活運用程度,以及對本專業領域主流產品實際生產流程、工藝參數、基本配方的熟悉程度,了解學生獲取文獻及生產資料的渠道和學生對課程設計的重視程度。在輔導學生時,通過啟發的方式引導學生提出問題并幫助其找到解決問題的思路。通過詳細的調研和輔導,了解學生的基礎,并使學生知道如何進行課程設計準備工作。在擬定課程設計題目時,盡量擬定學生感興趣且資料收集較為容易的題目。如我們在生產實習中曾經組織學生參觀株洲時代新材、株洲工業園金德管業,對改性塑料生產工藝、注塑、模塑和擠出加工成型方法積累了詳細的一手資料,學生對一些應用性強的產品如家電專用PP塑料、汽車內外飾件的工程塑料、給排水管等產生了濃厚興趣,我們擬定了一系列有針對性的題目供學生選擇,如“高鐵用PTFE滑塊產品工藝設計”“耐高溫聚乙烯管工藝設計”和“高鐵用尼龍扣件加工工藝設計”等。課程設計開始的時間選擇也極為重要。課程設計一般需要2~3周時間,程序為指導老師下達題目,進行具體安排和講述基本要求,確定考核方式,使學生充分了解課程設計的內容和需達到的任務指標。但是如果采用集中的2~3周時間,完成從選題到設計方案優化和完善以及設計說明書的撰寫,時間上較為緊迫。因此,需要機動靈活地安排設計各個環節的時間。同時,由于目前我校的高分子材料加工成型課程設計安排在理論課程結束后、期中考試周開始前,生產實習安排在學期初,雖然理論課程的學習和課程設計環節銜接緊密,有利于學生在對理論課程尚有深刻記憶時通過課程設計進一步加深理解,但即將開始的期中考試必然會分散學生的精力,占用不少時間,使課程設計完成的效率和質量難以保證。學期初的生產實習由于只是進入車間參觀,聽取工程師講解,生產實習結束后馬上是多門專業課程的學習,實習期間掌握的現場知識和工藝細節會隨時間流逝慢慢淡忘,對課程設計沒有起到應有的輔助作用。為了把生產實習、理論課程講授和課程設計有機地結合起來,我們改革了課程設計的教學過程,在學期初安排生產實習時,根據實習內容安排了課程設計的選題工作,使學生帶著課程設計的任務進行生產實習。在實習動員會議上,指導老師引導學生關注實際生產中原料配方、原料質量指標、設備參數、車間生產制度等與設計相關的問題,做好詳細記錄。學生在現場實習時,由于有確定的目標,可做到“帶腦”“帶心”參觀生產過程,與工程技術人員深入交流,有利于獲得更多的生產資料。實習結束后,要求學生在實習報告中添加和設計題目有關的生產工藝現狀與發展、工藝流程及控制方面的內容,使學生對將要進行的課程設計有一個總體認識。為了讓學生更好地消化理論知識,提高效率,課程設計集中的時間段可安排在期中考試結束后,一來學生可釋放復習迎考的壓力,心態最為放松,有利于課程設計環節的開展;二來老師結束理論課程也有更多的精力全程輔導。在組織課程設計的教學模式上,為了強化學生的獨立性,減少對教師和其他同學的依賴,在選題上盡量體現不同,如在產品規格、原料來源和質量指標、生產工藝選擇等方面存在差異。同時,指導教師需在統一的時間檢查進度,召集3次設計討論會議,時間節點設置在工藝計算部分初步完成、設計說明書初稿完成和圖紙初稿完成階段,在集體討論中,對相關環節出現的錯誤可及時更正。在學生分組上,應考慮不同學生的層次,在對學生性格、心理的充分了解上進行分組,如有的學生工作細致,追求完美,有的學生善于整理文獻,有的學生公式運用熟練,計算能力強,合理的分組能達到1+1>2的效果。
2課程設計應體現學生的自主性和教師輔導的有效性
在課程設計教學過程中,指導老師的輔導環節是十分重要的[5]。指導老師首先要消除學生面對選題時茫然無措、無從下手的心理,給學生詳細講解相關范例,幫助確定設計說明書框架并及時審閱相關內容。指導老師輔導可以采取在線隨時輔導和線下集中組織兩種方式相結合的形式。老師統一召集學生,以會議的形式對設計任務、設計說明書的內容和格式、圖紙的要求和數量進行統一規定,對學生普遍存在的問題進行統一解答。引導學生查閱和使用工具書,對往屆課程設計中出現的問題提前做好預警并提出解決的途徑。由于學生在知識儲備和接受水平上存在個體差異,開展有針對性的個別輔導十分必要。在線聊天工具是大多數學生使用頻繁且得心應手的工具,在線討論也可消除學生單獨會見老師的緊張。設計組的學生和指導老師可建立討論組,暢所欲言,開放和放松的氛圍也有利于激發靈感,減少失誤。學生遇到公式運用上的困難以及某些關鍵資料無法收集的情況,可以直接和老師進行一對一的討論,獲得及時有效的幫助。
3課程設計授課方式改革應體現科學性和學生獨立性
3.1課程設計在課程體系中有承上啟下的作用
課程設計是在學生已經掌握一定的基礎理論知識之后和開展畢業論文(設計)之前的實踐教學環節,具有承上啟下的作用[3]。首先,它以某一理論課程為基礎,如在學習了高分子成型加工原理這一門理論課后開始高分子成型工藝課程設計,學習了塑料成型加工設備后,相應地開始高分子設備課程設計等。根據課程所學內容對學生提出了設計任務和技術要求,又給學生動腦、動手的余地。這個環節對學生的畢業設計,乃至今后走上工作崗位后的實際工作都有著重要的影響。
3.2課程設計具有很強的綜合性
為了使學生獲得必要的工程設計能力,必須通過授課方式改革來體現科學性和學生的獨立性。如指導老師從往屆的設計中,挑選代表不同水平層次的設計,在課程設計開始前的課堂講授環節進行詳細的對比分析,幫助學生建立起一個設計質量標準。為了培養學生的獨立性,在設計時,務必使每位學生有不同的設計基本數據,如產量、原料組成和配方設計,生產工藝等,減少學生對其他同學的依賴,積極參與到設計的整個過程,能夠較好地提高學生的參與性、積極性,同時激發學生主動思考和創造。在課程設計過程中,工藝流程和設備類型的選擇都需要根據物料的物性參數和實際工藝條件來共同決定。
3.3課程設計授課需針對不同學習層次進行合理設計
在實際指導環節,由于學生的知識基礎和能力的差異,在獲取基礎工程數據、物性數據、方案設計、公式選用等方面都會有或多或少的困難,可對問題進行分析,采取不同的處理方法:1)針對少數同學遇到的非共性問題,單獨輔導,對認識不清的問題進行答疑解惑。如注塑、擠出工藝中基本原理和工藝條件確定,對于PS,需考慮熔體溫度、模具溫度、平均注射速度的影響,而對于PP和PE,還需額外考慮保壓時間和總循環時間的影響。2)對于大部分學生在課程設計過程中遇到的共性問題,采取集中詳細講解的方式進行,并對設計過程中所涉及的知識點在實際工程中的影響進行引導與分析。如在擠出機的設計計算中,對于擠壓系統的計算,包括螺桿主要參數設計和機筒設計以及螺桿和機筒材料的選擇與校核。然后根據市場上常見擠出機的型號和基本數據,結合擠出機生產能力、產量基本要求,根據物料特性、理論公式計算出螺桿加料段、塑化段和均化段長度尺寸,確定螺桿種類,并根據計算數據進行校核,選定擠出機設備。3)對于設計過程中學生遇到的因不了解設備形狀和結構等造成的困難,指導教師可通過實物、多媒體圖片及動畫的方式向學生展示說明,讓學生充分了解設計中所選用設備的結構和特點。
4考核方式應綜合全面評價學生的實踐能力
作為工科專業,我校材料化學專業的培養目標是培養高分子材料設計、加工改性領域的工程技術人才。僅僅通過提交設計說明書、由指導老師評定一個分數,對于評價學生的綜合能力來說還較為片面。課程設計考核的是學生對理論知識的綜合應用能力[6]。因此,有必要對考核方式進行改進,比如指導老師可以提出一些有針對性的問題,這些問題沒有統一的答案,但可以開啟學生思路。如原材料為什么要規定某些成分的最高含量值,超過規定值會有什么影響;如果在現有配方基礎上進一步提高韌性或硬度應怎么改進等等。指導老師可以引導學生在專業知識基礎上探索答案,使學生提高運用專業知識解決實際問題的能力。為了更好地考察學生的實踐能力和綜合思維能力,課程設計的考核方式可以實施彈性考核,從而更好地考察學生的實踐能力和綜合表現能力。考核成績將按比例分配至課程設計的各個具體環節,即設計方案的提出和思路(20%)、課程設計方案的工程計算和工藝安排(35%)、工程圖紙繪制(20%)、課程設計答辯(15%)和開放性工程實際問題回答(10%)。其中,設計方案的提出和思路主要從方案的合理性、實踐性進行評價,同時考察學生思路是否清晰、文獻調研是否周密以及系統總結能力等;課程設計方案的工程計算和工藝安排主要考察學生是否能充分利用所學相關知識在設計資料基礎上完成正確的工藝計算,并根據平時實習環節獲取的現場知識充分進行工藝安排;工程圖紙繪制主要考察學生圖紙繪制的正確、規范程度,課程設計答辯主要考察學生的綜合表達能力;而通過對指導教師所提出的工程問題的解答可了解學生的理論知識基礎是否扎實,能否活學活用。
5結語
綜上所述,高分子材料加工與成型課程設計的選題需結合學生就業方向,因地制宜,難度適中;時間安排要靈活機動,適當分散,以安排在期中考試結束后為佳;教師輔導應方式靈活,統一與個別相結合,注意保護學生的學習自主性;考核方式應多樣化,將設計的多個環節分開考核,綜合評價,考察學生多方面的能力。應用上述指導方法,學生均感覺通過完成高分子材料加工與成型課程設計,既提高了對知識的理解和應用,又增強了動手能力和解決實際問題的能力,收獲很大。
參考文獻:
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