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大学生课外方面论文如何怎么撰写 跟以和理论实践为导向的工科大学生课外科技活动以海南大学3D打印活动为例相关毕业论文格式范文

主题:大学生课外论文写作 时间:2024-01-06

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大学生课外论文参考文献:

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摘 要大学生课外科技创新活动是高校培养工科创新型人才的有效载体,应以创新和理论实践为导向,发挥教师指导作用,结合专业教学和科研,推动活动的深入开展.本文以海南大学开展的3D 打印课外科技活动为例,分析和探讨了活动开展的主要内容和成果,为我校在培养创新型科技人才长效机制建立方面提供了有益的案例.

关键词创新实践理论实践课外科技活动3D 打印技术

1 引言

近期,我国先后实施了创新驱动发展战略、“中国制造2025”、“互联网+ 制造”以及“一带一路”等重大国家战略举措,旨在加快经济结构转型,实现制造业升级与转型,由劳动密集型为主的中低端制造业向着智能化、物联化的高端制造业迈进.而培养与之相适应的理论基础和工程应用能力强,且具有创新精神的高素质工程科技人才队伍,对于实现上述宏伟的国家战略具有举足轻重的支撑作用.为此,教育部等相关部委出台了《国家中长期人才发展规划纲要(2010-2020)》《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020)》《制造业人才发展规划指南》等战略性人才培养计划.与之相呼应,“卓越工程师教育培养计划”以及“新工科研究与实践”等工科教育改革计划相继在各大高等院校实施和开展[1-3].上述教育改革计划的核心目的是加快工程教育改革创新,培养造就一大批多样化、创新型卓越工程科技人才,支撑产业转型升级,最终实现我国向新型工业化强国的转变.因此,如何更有效地培养工科和应用型理科大学生的创新和理论实践能力是摆在高等教育工作者的一项重要课题.

2 课外科技活动是培养工科大学生创新和实践能力的重要途径

虽然时代在不断进步,对人才能力的要求和培养标准也在不断提高,但对人才能力培养的本质和内涵不会改变.即着重培养学生的三大能力:发现和凝练问题的能力、动手解决问题的能力以及自主学习的能力.而在目前的本科生培养阶段,多数高校着重培养的是学生获取专业知识的学习能力,而对学生动手实践能力的培养力度偏弱,对凝练科学技术问题洞察力的培养则更加重视不够.而对学生发现问题和实际解决问题能力的培养则是强化大学生创新能力和实践能力的重要保障.这一能力的培养仅仅依靠理论课堂教学和书本知识灌输是远远不够的.需要理论和实践相结合,学以致用,引导学生以解决实际问题为目标,通过较为系统化的实验和实践训练,而逐步完善自己的知识和能力体系.

大学生课外科技活动是指大学生群体在学校的组织引导下,依靠教师的指导帮助,利用课外业余时间自主开展的一类科学技术活动[4,5].在此类活动中,强调学生自主选题、自主研究和自主管理,意在强化学生的独立科研精神和自主创新能力.

通过丰富多样的课外科技活动可以很好弥补在校工科类大学生动手能力和实践能力培养的短板.在此基础上,如能进一步将专业课理论知识有机融入到课外科技活动中,将会大大强化学生理论运用水平、创新意识和科学技术素养,为培养创新型卓越工程科技人才提供一个很好的成长平台.

3 大学生课外科技创新活动存在的问题

3.1 筹措活动经费相对困难

课外科技创新活动由于是学生自发组织的一类课外实践活动,因此很多时候难以及时得到充足的经费支持.经费的匮乏会造成活动开展受阻或进展缓慢,很容易造成学生参与积极性和热情的丧失,导致兴趣活动有始无终.而随着国家、社会各界以及高校对学生课外科技创新活动的日益重视,各层次科技类和学科类竞赛活动、创新创业类项目纷纷展开,各级部门对上述相关活动也提供了较为充足的预算经费加以支持.充足的经费正成为保证大学生课外科技活动顺利开展和实施的重要保障.

3.2 部分大学生课外科技活动水平不高

随着各层次科技竞赛和创新项目的逐步开展,大学生可以进行的课外科技类活动日益繁多.但由于各种因素的制约,使得部分大学生课外科技活动的水平不高,实施流于形式,未达到培养大学生科技创新和实践应用能力的目标.比如,部分学生在项目启动时热情较高,但在实施过程中,“三天打渔,两天晒网”,积极性和主动性消失很快;由于很多高层次课外科技活动获奖或发表成果后,主要参与学生可以获得保研或评奖评优的加分奖励,导致部分学生参加此类活动时功利性较强,而并不是因为自身的兴趣所驱动.这也造成学生短期突击的多,坚持长期研究的少.此外,学生课外科技活动强调学生的主体性,鼓励学生自主选题、自主研究和自主管理.但由于本科生自身学识和科研经历的局限性,往往需要指导教师及时和正确的引导.而由于指导教师在指导学生课外科技活动的同时,还有大量繁重的教学和科研本职工作要及时、高质量完成.在目前缺乏对指导教师相应工作量的计算以及激励措施的情况下,指导教师由于要优先完成本职工作,以及对课外科技活动对学生能力培养的价值认识不足,往往会疏于过问和指导学生的此类科技活动,导致学生课外科技活动的长效指导机制不健全.可见,如何提高学生参加和投身课外科技活动的积极性和主动性,以及如何增强指导教师的指导水平和参与热情,是保证此类科技项目和活动顺利开展的基本保证.

4 我校高分子材料与工程专业大学生课外科技活动的研究与探索

海南大学非常重视培养工科类本科生的实践应用和科技创新能力.而高分子材料与工程专业为海南省优势特色专业、教育部“卓越工程师教育培养计划”试点专业,拥有一支高水平的师资队伍和专业实验平台.近年来,我系不断强化对学生课外科技活动类项目的指导和支持力度,取得了较好的效果和成绩.指导本科生获得高校环保创意设计大赛金奖和银奖各1 项,大学生高分子材料创新创业大赛二等和三等奖各1 项,全国大学生节能减排大赛二等奖和三等奖各2 项,全国大学生创新创业计划项目立项4 项等十余项国家级、省部级竞赛类和科技类奖项以及项目资助,为我系创新型高素质工科类科技人才培养提供了良好的教学条件.

下面以我系教师指导的3D 打印课外科技活动为例,深入阐述我系在大学生课外科技活动中的实施过程、方法以及效果.

4.1 将3D 打印技术引入专业理论课堂教学中

3D 打印技术是近几年发展起来的材料成型新技术.其中,熔融层积(FDM)型3D 打印技术由于其设备投资小、耗材低廉、易操作、成型效果较好等优点而在工业、科研以及教育教学等众多领域得到快速推广和应用.FDM 3D 打印过程如下:首先利用计算机软件对塑件模型进行分层;打印机的加热喷头在计算机控制下,根据各层的截面轮廓形状,做X-Y 水平面运动,热塑性聚合物长丝由供丝机构不断输送至热熔喷头,并在喷头内熔融为高流动性熔体,然后由喷头喷嘴挤出,有选择性地涂覆在接收板表面,快速冷却后形成一层约0.127mm 厚的薄层轮廓.一层截面成型完成后工作台下降一定高度,再进行下一层的挤出涂覆,一层层“画出”截面轮廓,如此循环,最终形成三维塑件[6,7].相较于传统注射成型、挤出成型、模压成型以及吹膜成型等热塑性树脂的成型工艺,FDM 3D 打印成型仅需要桌面级打印设备即可进行,非常适合在课堂展示以及开展相关课外科技活动.

由于FDM 3D 打印成型过程实质上是聚合物树脂加热熔融后,熔体经由喷头下部毛细管喷嘴挤出的过程.因此,其挤出过程和熔体流动特性属于高分子加工流变学的研究范畴.在讲授“高分子材料加工成型基础”理论课关于聚合物加工流变性能及其与加工成型方法间的关系时,授课教师将FDM 3D 打印过程与原理、打印成型对聚合物树脂流变学性能的要求作为实例进行讲解.通过将理论知识点与上述3D 打印原理和过程有机结合,使学生对原本较为抽象和难懂的流变学概念及分析方法,如粘度、特性粘度、表观粘度、切应力、剪切速率、假塑性流体、聚合物熔体在毛细管中的流动分析等有了更直观的了解和掌握,极大提升学生学习兴趣.此外,通过对市售打印线材流动性的测量和表征,使学生对熔体流动速率仪以及高压毛细管流变仪的原理和测试过程有了较好的理解和掌握.此外,在“塑料模具设计与制造”“塑料综合实验”以及“高分子材料研究进展”等课程的教学环节中,授课教师也将3D 打印技术作为最新教学案例有机融合到相关知识点的教学当中去.通过在理论课堂上引入FDM 3D 打印成型实例,极大地调动学生学习相关高分子加工成型以及流变学理论的兴趣和热情,课堂授课效果得到较好提升.

4.2 成立3D 打印技术研究兴趣小组,提高动手能力

在学生对课堂理论知识较好掌握的前提下,由若干名学生自愿报名并组成3D 打印技术研究兴趣小组,在专业教师指导下开展相关课外科技研究活动.学习和使用相关CAD软件,亲手设计、开发塑件3D 模型,并现场打印出塑件实物.通过上述3D 打印实物活动,进一步加深学生对FDM 3D打印成型原理和工艺的熟悉程度,提高学生的动手实践能力.

在此基础上,引导学生查阅国内外文献,关注FDM 3D打印材料的开发研究和应用进展.通过相关文献阅读和实际调研,发现目前市面上商用可生物降解环保型3D 打印用聚合物线材主要由聚乳酸(PLA)材料制备.通过实际性能测试发现,由PLA 线材打印得到的塑件虽然具有良好的拉伸强度和模量,但脆性较大,不适合打印制备对柔韧性有要求的塑件制品.通过小组讨论和交流,提出研究和开发柔性FDM 3D打印材料的想法.

4.3 凝练科学问题,开展3D 打印材料的改性研究工作,培养学生理论实践和创新活动能力

在提出研究和开发柔性FDM 3D 打印材料的想法后,在导师引导下,组织学生开展相应的课外科技研究活动,主要目的是通过研究活动的开展,使学生投身科研活动,切实经历较为完整的材料开发全过程,有助于学生理论应用能力、实践和创新能力的全面提升.

其活动主要分为如下几个阶段:

4.3.1 查阅国内外相关文献,凝练出关键科学问题

通过组织学生收集、查阅和汇总国内外相关学术文献,培养其跟踪最新科研成果和动向的能力,为学生今后更好开展学术前沿和创新工作打下良好的自学基础.主要指导学生能够掌握从中国知网、中国国家标准全文数据库、中国专利数据库以及SCI、EI 数据库等国内外文献资料库中检索和查阅相关文献全文,并能够较好地分类汇总和理解掌握相关的研究成果,把握所研究领域最新进展和动向,结合自己的实际情况,凝练出明确的科学和技术问题.比如,通过系统检索和查阅文献,学生发现聚对苯二甲酸- 己二酸-丁二醇酯(PBAT)是一种新型可生物降解柔性高分子树脂,在环保材料领域具有广泛的应用前景,是目前可生物降解材料开发和应用研究的热点之一.

4.3.2 确定研究目标,制定研究内容和实验方案

通过查阅文献,以及初步的实验,学生发现PBAT 虽然具有良好的柔韧性和拉伸韧性,但其拉伸强度和拉伸模量很低.大家提出可以利用刚性PLA 与PBAT 熔融共混,以改善PBAT 材料的拉伸强度和模量.指导教师适时提出由于PLA与PBAT 相容性不佳,会导致PLA 增强效果不能有效发挥的问题,并引导大家思考是否能够将理论课堂所讲授过的物理增容法和化学增容法用于改善PBAT/PLA 共混物相容性和力学性能.通过多次查阅文献和相互交流,最终确定以多元环氧扩链剂作为反应型增容剂,采用原位反应增容共混法来制备改性PBAT/PLA 共混物.在研究和确定上述研究目标、实验内容和方案的过程中,学生对“高分子物理”“高分子化学”以及“聚合物共混原理”等专业课程所学习到的相关知识,如共混原理、组成- 微观结构- 宏观性能间的关系等,有了实际应用和检验的机会.

此外,对于3D 打印用PBAT/PLA 共混材料而言,不但需要具有良好的力学性能,同时还要保证具有合适的熔体流变学性能,才能保证较好的3D 打印成型性能.指导教师帮助学生认识到这一点后,大家根据所学的聚合物加工与成型以及高分子加工流变学方面的知识,提出采用熔体流动速率仪和高压毛细管流变仪表征和研究PBAT/PLA 共混材料加工流变学性能的方案.

在研究完材料改性和加工流变学性能后,学生又根据专业课程知识,制定了双螺杆混料、造粒、拉丝成型以及3D打印等后续环节的实验方案.

至此,一套关于PBAT/PLA 共混物的制备、性能表征及其在FDM 3D打印中的应用研究方案大致形成.

4.3.3 准备实验材料和设备,进行系统的科学研究

在明确实验目的、内容以及方案后,在老师指导下,学生购买相应原材料;同时,积极熟练相关实验设备的操作,并通过查阅相关的GB国家标准,对所涉及的检测项目进行实际检测训练,如拉伸测试、熔体流动速率测试等.

采用转矩流变仪研究多元环氧扩链剂对PBAT/PLA 共混体系的原位增容和扩链增黏效应,并通过扫描电镜评价扩链剂加入量对PLA 增强相的细化作用以及两相界面粘附力的改善效果.最终,结合拉伸性能(拉伸模量、强度和断裂伸长率)的改善程度确定环氧扩链剂的最佳用量.

在得到改性的PBAT/PLA 共混材料后,小组成员接着研究改性材料的加工流变学性能.通过对流变学仪器的选型,最终确定采用熔体流动速率仪和高压毛细管流变仪研究在类似于FDM 3D 打印的挤出条件下,材料熔体的流变学性能及其影响因素.运用流变学的测量和分析方法,学生在实践中亲身了解到扩链剂用量、剪切速率、剪切应力以及温度变化对聚合物熔体流动性能以及加工成型性能的影响,大大扭转了学生先前在课堂上对流变学概念抽象难懂、测量计算晦涩复杂的印象和学习畏难情绪,深刻体会到流变学理论知识对聚合物加工成型性能调控的指导意义和重要作用.

结合改性材料的力学性能和加工流变学性能,学生优选出可应用于FDM 3D 打印研究的改性PBAT/PLA 配方.选择双螺杆挤出机制备上述改性PBAT/PLA 共混物,并造粒.接着将粒料再次通过双螺杆挤出机挤出,并由收卷机进行拉丝定型,得到一定直径的PBAT/PLA 长丝.最后,将长丝送入3D打印机进行3D 打印性能的评价.结果发现,上述长丝具有较好的挤出和打印性能,可以得到柔性的打印材料.但在打印过程中发现,由于PBAT/PLA 长丝较为柔软,在通过通用级FDM 3D 打印机的送料齿轮时,送料齿轮压紧力过大,容易造成长丝挤压变形,导致打印中断.目前,小组成员正着手从优化送料机构的角度出发,来进一步完善柔性PBAT/PLA 材料在3D打印机上的打印匹配性能.

4.3.4 总结实验结果,撰写实验报告和论文

通过上述的课外科技研究活动,同学们的动手能力、理论联系实践能力、创新能力和科学研究素养均得到了较好的培养,且积累了丰富的实验数据.在指导教师引导下,同学们在前期查阅文献的基础上,结合自己的实验数据和分析结果,撰写课题的研究成果报告,并以学术论文的形式发表.此训练环节的目的主要是:1)进一步强化学生对国内外相关文献的查阅和汇总分析能力,提高对前沿研究和最新动向的跟踪、把握能力,能够对相关领域的研究背景和热点问题充分了解和熟悉;2)熟悉科技论文的撰写要求和具体写作过程;3)能够将自己的实验数据和成果准确地进行分析和论证,并用专业术语准确地进行写作和表达.培养学生以科技论文的形式发表自己的学术见解、研究过程以及研究成果,达到与同行在学术期刊上相互交流和学习的目的.论文的主要部分包括题目、中英文摘 要、前沿进展、实验原料与仪器设备、样品制备、实验测试与表征、结果与讨论、结论及

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