“紡織新材料”課程中教學與科研相結合探索

徐思峻　姚理榮　孫啟龍

【摘 要】文章通過向學生展示最新的科研成果和最新的纖維材料，并參與到科學研究中來，直觀感受到纖維材料的性能和開發(fā)原理，不僅能夠充分調動學生學習興趣和學習主動性提高學生的知識的高度，而且能夠激發(fā)學生的創(chuàng)造潛能。

【關鍵詞】教學；科研；課程改革

中圖分類號： TS10-4 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0183-002

Exploration of Combination of Teaching and Scientific Research in "New Textile Materials" Course

XU Si-jun YAO Li-rong SUN Qi-long

（College of Textiles and Clothing， Nantong University， Nantong， Jiangsu 226019， China）

【Abstract】The article presents students with the latest scientific research results and the latest fiber materials， and participates in scientific research. It intuitively feels the performance and development principles of fiber materials. It not only can fully mobilize students interest in learning and initiative to improve students. The height of knowledge， but also to stimulate students creative potential.

【Key words】Teaching； Scientific research； Curriculum reform

教育教學和科學研究是高等院校自然科學和人文科學的兩大核心任務[1]。隨著現代科學技術突破式發(fā)展，新技術和新知識的更新速度遠遠超過以往任何一個時代。同樣，對于紡織科學，近年來也出現了大量的新材料、新技術和新設備。大大提升了傳統(tǒng)紡織業(yè)的科技含量和競爭力。當前，紡織新材料相關教材更新速度無法追趕科技進步速度，很多新材料未能及時補充。這就要求高校教師在教學過程中引入科研內容，將最新的科研成果帶給學生，刷新學生的知識，提高學生的對新材料認識的深度、廣度和發(fā)展趨勢[2]。另一方面通過展示目前實驗室超前的新材料技術，甚至引導學生參與到紡織新材料的科學研究中，提高學生的眼界和創(chuàng)新能力。這也要求高校教師不僅是一名淵博知識的學者而且是具有較強研究能力的研究者[3]。紡織新材料是紡織服裝專業(yè)學生技術方向必修的一門專業(yè)性基礎課程。本課程的特點是跨學科性和專業(yè)性強，知識更新速度快，實踐性強，學生對于諸多新型紡織材料特征和性能難以有直觀的認識。本文將從教學與科學研究相結合的角度探討如何提高專業(yè)課程的教學效果。

1 課程開展的難點及問題

新型纖維材料學是一門涉及到物理、化學、機械、電子、醫(yī)學等多學科交叉的課程。該課程是在紡織材料學的基礎上的對新型纖維材料基本性能進行全面詳細的介紹。隨著國內高端紡織的不斷推進，學生僅僅掌握傳統(tǒng)纖維材料已經遠遠不能滿足當今社會對學生能力的要求。通過高性能高技術纖維相關知識的學習，不僅能夠拓寬學生視野，而且能夠提升學生專業(yè)創(chuàng)新能力，從而適應未來崗位高端產品研究與開發(fā)的需求。同時，通過新材料制備原理與工藝的學習，激發(fā)學生的創(chuàng)造力，為未來產品開發(fā)奠定基礎。最后，通過新型纖維材料的學習，能夠為其他專業(yè)課程如產業(yè)用紡織品、復合材料學提供學習基礎。本課程的重點和難點之一在于新型纖維材料課程的跨學科性，課程所涉及的物理學尤其是晶體學、高分子化學等知識難度較大，紡織類學生在物理和化學方面僅具有基礎知識，理解難度大。二、課程抽象性。對于傳統(tǒng)纖維，學生在日常生活中經常接觸到。對天然纖維和滌綸為代表的化學纖維有直觀的認識。而對于新型纖維，接觸較少，難以有直觀深入的認識。三、合成與紡絲工藝復雜，知識枯燥。對于高性能纖維如碳纖維、高強高模聚乙烯纖維、芳綸等高技術纖維合成和制備工藝極為復雜，核心技術仍然被國外壟斷，如何生動形象的將上述知識展示給學生的是本課程的難點之一。最后，本課程與實際生產聯系極為緊密。例如高強高模聚乙烯纖維是當今防彈衣的首選材料，其防彈性能遠高于其他材料，如何直觀展示其成本以及性能是學生理解的關鍵，也是學生是否能夠深刻理解的關鍵。

2 科學研究在教學中作用

教學與科研是相輔相成的整體。課堂知識來源于科研，又可以促進學科研究。科研在教學中的主要作用主要有以下幾點。第一，科研可以提升教師的知識水平，從而服務于教學。第二，科學研究可以讓教師掌握最新的前沿技術，敏銳把握到當前的科技發(fā)展趨勢，從而通過補充資料的形式傳授給學生，提高學生認識的深度和廣度，啟發(fā)學生的思維敏銳性和創(chuàng)造性。第三，科學研究產生的成果可以第一時間展示給學生，讓學生有直觀的認識。第四，學生可以通過參觀實驗室甚至參與到研究中，提高學生的分析能力和創(chuàng)造能力。

3 科學研究在教學中的應用

3.1 在科研工作中提煉教學內容

紡織新材料與紡織材料學有所不同。紡織材料學側重于紡織材料基本材料和基本理論。而紡織新材料則側重于新型纖維。這些纖維材料在某些物理化學性能上顯著優(yōu)于普通纖維。例如天然纖維中的彩棉，具有普通棉所不具有的色彩。芳綸具有極為優(yōu)異的阻燃性能和優(yōu)異的力學性能。近年來，芳綸更是發(fā)展出了力學性能接近高強高模聚乙烯纖維的種類。新型纖維材料加工生產機理也顯著不同于一般纖維。其制備方法復雜甚至有的纖維材料制備工藝仍處于為未公開狀態(tài)或者國內尚未解決狀況。另外，新型纖維并不是完美無瑕，也存在諸多缺陷。例如，高強高模聚乙烯纖維雖然強力很高，但是耐熱性能不好。芳綸1414雖然力學性能和阻燃性能優(yōu)異，但是耐光照性不好。這就要求教師首先是新型纖維材料的研究者。熟悉新型纖維材料，接觸并經常研究新型纖維材料，與相關企業(yè)具有合作關系，能夠了解目前國內外市場纖維材料的狀況。只有這樣才不會霧里看花。

在科研工作中提煉教學內容包括以下內容。第一，課程中未能及時補充的新型纖維。這些新型纖維往往具有比前代纖維更為優(yōu)異的性能，是行業(yè)尚未了解到但應用潛力極大的纖維材料。通過這部分資料的補充能夠顯著提升學生知識的前沿性。第二，原有新型纖維的研究進展。例如碳纖維是國防軍工領域重要的高性能纖維材料。碳纖維質量不到鋼材的1/4，其復合材料拉伸強度是鋼的7倍以上。拉伸模量也高于鋼材。實際上，碳纖維的力學性能一直在改進。以東麗公司為例，早期東麗推出的T300系列，拉伸強度為3530Mpa，拉伸模量為230GPa，而目前東麗開發(fā)的T1000系類碳纖維拉伸強度可達6370Mpa，是鋼材的10倍以上，拉伸模量達294GPa（Q345B鋼材為345MPa）。國內目前中復神鷹可以生產的T800系類穩(wěn)定率在90%，與國外仍有一定差距。由于教材更新速度的問題，上述進展很難第一時間編撰的教材中。另外，目前出版的幾種關于新型纖維材料的書籍對碳纖維主要性能指標以及市場形勢僅作了籠統(tǒng)介紹。而這些內容對開拓視野，明晰碳材料的基本面貌有很大幫助。相比于概述性介紹，這些內容可以以視頻數據的形式展示，提高課堂的趣味性和含金量。

3.2 在科研工作中收集教學素材

教師在科學研究中除了更新新知識新理論，還要收集新型纖維樣品及其制品、圖片、視頻等教學素材。纖維新材料學作為工程類課程，與生產應用密不可分，文字性知識往往無法將纖維材料的性能特點直觀的展現給學生。例如天然材料具有普通棉纖維不具有的特殊的色彩，但其色彩較為古樸，色系單一。這是因為彩棉的色素存在于細胞壁中，其色彩要經過多層反射和折射才能到達人眼，因此其色彩偏朦朧感，光澤偏淡，而這種感覺是無法用語言來形容。學生即使將兩種纖維特點記住，遇到染色織物和天然彩棉織物也未必能夠區(qū)分開來。相反如果將材料樣品直接交由學生自己觀察，并得出兩者之間的區(qū)別，則更為直觀生動，也更夠激發(fā)學生主動概括歸納知識的能力。高性能纖維如高強高模聚乙烯纖維可用于防割刺服裝，其性能遠超普通化學纖維織物。如果僅僅比較兩者耐割刺數據，對學生來說沒有任何概念。教師可以學生進行分組，將防割刺面料發(fā)給每一組，利用小刀進行割刺實驗（保證安全的情況下），將普通面料與防割刺面料區(qū)分開來。另外也可以將高模聚乙烯纖維、普通天然纖維和滌綸絲束發(fā)給學生，讓學生分析防割刺性能強的原因。同樣，向學生展示高模聚乙烯纖維制防彈衣的打靶彈孔，也能直觀的像學生展示其防彈性能。當然除了樣品展示外，圖片和視頻也是展示該課程的良好手段，這對于纖維制備方法和原理相關的知識尤為有效。高性能纖維制備方法往往過程復雜，加工設備較多，利用圖片、視頻等展示現場生產過程往往起到將知識化繁為簡的效果。

3.3 學術專題講座

隨著國內科學技術的長足進步，材料學研究水平與國外基本處于同一水平。國內關于紡織新材料研究涉及到新型纖維的各個領域。相關的研究者是各自領域的專家，對相應方向具有深刻的理解。我院教師研究范圍覆蓋了當先新型纖維材料制備與應用的主要研究方向，為學術專題講座的開展提供了可能。另外，也可以定期邀請國內其他高校的同行進行專題講座。講座的形式可以分為課內講座和課外講座。課內講座的好處在于研究者可以針對教學內容編排合理的教學內容，更適合于知識的傳授，另外師生可以面對面交流，互動效果較好，缺點是會占用課堂大量時間。課外講座是開放性的學術性講座，不用占用學生時間，學生具有自主選擇權，但講授內容往往具有較強的學術性，理解難度較大。隨著網絡課程的興起，利用手機客戶端學習越來越成為學生喜愛的學習方式。學術專題講座也可以通過微課的形式作為補充上傳到網絡上供學生學習。教師可以和本學院其他老師合作，根據個自研究的領域做出相應的微課課程，經核對后上傳供學生學習。

3.4 參與學術研究課題

新材料包括尚未成熟的新材料都由實驗室而來。學生通過進入實驗室學習，能夠從源頭上感受到纖維新材料的特性，并能夠在實際操作過程中，鍛煉自己的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。纖維新材料加入學術研究的方式有兩種。第一種在課內安排實驗環(huán)節(jié)，在新材料中選取集特性材料進行實驗。實驗內容包括纖維物理化學性能測試，基于新型纖維的特種材料設計以及前沿新型纖維開發(fā)研究。其中，最后一部分內容與研究生工作內容類似，可由研究生共同參與完成。第二，鼓勵學生加入課題組，通過系統(tǒng)性研究培養(yǎng)，實現學生知識的升華與創(chuàng)新能力的提高。該種方式可以直接和畢業(yè)課題結合。第二種方式需要學院建立鼓勵本科生進實驗室的長效機制，形成學習與研究相結合的教學機制。

4 結論

將學術研究引入到教學環(huán)節(jié)中，要求教師具有較高的研究能力和教學熱情。與本學科同行建立良好的學術關系，注意收集教學素材，通過老師間的合作，建立起一種長效的合作教學機制。課程教師定期更新教學內容，補充教學素材。通過樣品展示，圖文視頻等資料激發(fā)學生興趣。通過翻轉課堂、微課等形式將教學內容形象的引導并傳授給學生。最后，設立學術講座，鼓勵學生參與到新材料的研究中來，實現學以致用，提高學生的實踐能力和創(chuàng)造力。總之，通過學術與教學的相互結合能夠充分發(fā)揮教師研究者的特長，是避免學生學習形而上學弊端的有效手段。

【參考文獻】

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[3]王清華，劉建新.研究型大學中動物科學特色專業(yè)建設的若干思考[J].教育教學論壇，2012（18）103-105.