紡織工程專業自主設計實驗教學模式探究

竺鋁濤

(浙江理工大學 a. 材料與紡織學院； b. 絲綢學院，浙江 杭州 310018)

紡織工程是一個實踐性很強的應用型工科專業，其目標是培養高級紡織工程技術人員，要求畢業生能夠適應社會發展的需求，具有熟練運用所學專業理論知識和實驗技能解決紡織生產實際問題的能力。實驗教學作為實踐性教學的一種組織形式，具有促進學生理論知識認知以及動手能力、創造能力發展和提升的功能，是培養專業技術人才的重要教學環節。然而當前大學教育中普遍存在以理論講授為主，實驗教學僅僅作為對理論的驗證，缺少理論與實際應用的聯系，同時實驗內容和實驗設備缺少更新和改進的問題。這種傳統的實驗模式雖然在過去取得了一定的教學效果，但與目前紡織工程教育專業認證中強調培養學生實踐創新能力[1]、提升學生專業素質具有很大的差距。

一、 開展自主設計實驗教學的必要性

《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》指出，高等教育承擔著培養高級專門人才、發展科學技術文化、促進現代化建設的重大任務，強調要把教學作為首要任務，加強實驗室、校內外實習基地、課程教材等教學基本建設，支持學生參與科學研究，強化實踐教學環節。這從根本上規定了高校必須開展科學研究，注重高素質人才和創新人才的培養，同時為人才的培養打造現代化的實習與實驗條件。而高校實驗教學改革和實驗室建設作為強化實踐教學環節和培養創新人才的基礎，在培養理工科學生實踐能力和創新精神，提升學生的工程素質方面具有極其重要的地位和作用[2]。

自主設計實驗是在長期的教育改革與實踐中產生的一種創新實驗模式。在《普通高等學校本科教學工作水平評估方案(試行)》中，對專業建設與教學改革提出了開設綜合性、設計性實驗的要求，并制定了明確的等級標準。該方案指出，設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自主設計實驗方案加以實現的實驗。對自主設計實驗的探索與實踐已經成為眾多高校實驗教學改革的重要內容[3-6]。

1. 自主設計實驗教學的特點

自主設計實驗教學模式是在2000年提出的自助式實驗的基礎上經創新發展演變而來的。自主設計實驗創新模式要從實驗目的、實驗內容、實驗裝置、實驗過程、實驗結果及實驗形式等方面進行全方位的改革[7]。自主設計實驗注重培養學生的綜合素質，它將教師置于引導者地位[8]，而賦予學生充分的自主權。實驗課題可以由教師指定，也可由學生自主確定。課題確定后，學生通過文獻檢索了解實驗目的和國內外發展狀況，結合專業知識自主設計實驗方案，然后利用學校或企業資源開展實驗。在自主設計實驗教學中，學生不是被動地接受知識，而是通過自主探索學習知識，掌握技能[9]。自主設計實驗的優越性表現在：

(1) 充分的課題自主權。學生可以根據自己的情況確定課題，安排實驗的時間和內容，也可以選擇教師提供的課題。

(2) 自由的方案執行權。學生根據實驗要求整合資源，自行開展原材料的準備、設備的對接、實驗技術的實施和結果的分析。

(3) 鼓勵實驗方式的創新和另辟蹊徑。

2. 自主設計實驗教學存在的問題

自主設計實驗模式雖然有很大的優越性，但是在實踐和推廣中也會遇到很多問題，主要有以下兩點：

(1) 如何培養學生對自主設計實驗的興趣。在實驗教學初期，學生對專業知識的認識不夠深入，缺乏系統的產品開發、性能表征的思維，存在對自主設計實驗目的和概念不清晰的情況，從而產生找不到實驗開展的切入點，最后導致對自主設計實驗產生焦慮和排斥心理。

(2) 如何達到自主設計實驗的教學效果。自主設計實驗的目的是讓學生掌握對專業知識的應用，通過實驗設計和實施培養解決工程問題的能力。自主設計實驗的選題與實驗的效果密切相關，高校教師應選擇具有產學研開發前景，能充分應用專業知識，且具有可操作性的實驗課題，并明確實驗的背景和意義、實驗目的、實驗手段，引導學生從工程師的角度去設計和開展實驗，讓學生從中得到收獲和成長。

二、 紡織工程專業自主設計實驗教學模式的實踐

根據我校(浙江理工大學)紡織工程專業的培養目標，結合筆者多年工程實踐和教學經驗，選擇2014、2015級本科生為主要實施對象，以“織造學”“現代準備工藝學”“紡織結構復合材料”等課程為依托，實施紡織工程專業自主設計實驗教學模式的探索與實踐。

1. 確定設計性題目

自主設計實驗效果與實驗題目直接相關，學生需要在教師指導下自由組隊，然后自主選擇實驗題目。實驗題目既要貼合專業課程，又要具有產業化合作基礎和前景。表1為我校紡織工程專業的自主設計實驗課程內容。

表1 紡織工程專業自主設計實驗課程內容

2. 實驗實施過程

在自主設計實驗中，為了讓學生具備獨立開展自主設計實驗的能力，教師預先對學生開展驗證性實驗模塊和綜合性實驗模塊的培訓。為了使實驗能夠順利進行，我們提出了下列自主設計實驗步驟：(1)教師提出/學生自選課題；(2)學生分組設計，提交設計報告；(3)教師審定實驗設計報告；(4)實驗教師提供相關試劑、材料和儀器；(5)學生獨立完成實驗；(6)整理實驗數據；(7)撰寫實驗報告和總結；(8)撰寫論文或專利。在實驗過程中注重團隊協作，學生以3～4人為一組，采取組長負責制開展實驗設計。課題規定了實驗目的、實驗時間、實驗范圍等具體要求[10]，學生需要結合專業知識查閱文獻，制訂方案，開展實驗，最后小組分析討論，撰寫總結報告。

在實驗前教師要對學生進行安全教育，使學生樹立安全意識。在實驗過程中要注重對學生的指導，以啟發其思考更深層次的問題。對于能順利完成實驗的學生給予鼓勵，并指出實驗過程中可以進一步改進和提升的方面；而對在實驗中遇到困難的學生給予耐心引導，指出改進方向，多鼓勵、少批評。

3. 對學生實驗方案的評閱

自主設計實驗需要建立合理的評價指標，以達到端正學生實驗態度、規范實驗過程、提高實驗效果的目的。表2是紡織工程專業自主設計實驗課程的評價指標，按照實驗準備、實驗過程和結果分析三步法，對每一部分都制定了明確的觀測點、考核目標、各項分值及成績比率。

表2 紡織工程專業自主設計實驗課程評價指標

三、 自主設計實驗教學案例分析

結合“紡織結構復合材料”專業課程，開展了“玻璃纖維復合材料層合板的制備”自主設計實驗教學。

1. 實驗準備

在開展實驗之前，學生應清楚實驗的內容和目的。本實驗內容是開展玻璃纖維復合材料層合板的制備；實驗目的是掌握玻璃纖維復合材料層合板的制備工藝，了解固化溫度和壓力對層合板彎曲性能的影響。學生以3人為一組組建團隊，首先進行文獻檢索，了解玻璃纖維復合材料層合板制備所需的原材料、層合板鋪層方案及加熱固化工藝。

2. 實驗過程

根據文獻檢索和調研，學生確定了如下的實驗方案和步驟：(1)將玻璃纖維預浸料從冰箱中取出放到實驗平臺上，在使用前打開紙箱使之在室溫(20 ℃)下充分解凍，解凍時間不少于2 h。(2)裁剪的預浸料應平整地放在切割臺上以避免變形。(3)用丙酮將模具表面清洗2遍，然后再刷3遍脫模劑。(4)預浸料按照鋪層方案在陰模中鋪疊，邊鋪疊邊抽真空，防止預浸料層間有氣泡。(5)合上陽模，放入模壓機中加熱固化。從常溫升溫至80 ℃保溫30 min，同時設定加壓壓力為1.33 MPa；然后溫度升至130 ℃，在此溫度下保溫60 min；最后自然降溫至約60 ℃，取出脫模。完成層合板制備后，學生進行產品質量評估，完成實驗總結報告。教師對學生實驗操作的規范性、正確性進行點評，同時對產品外觀質量進行評價。

四、 結語

在紡織工程專業教學中開展自主設計實驗，同時通過打造一支高素質的實驗教學師資隊伍，選擇合理的實驗課題，規范實驗操作，鼓勵學生參與生產實踐和科研，可有效激發學生學習的興趣和積極性，培養學生分析問題、解決問題的創新思維和能力，進而提高學生的實踐能力和創新能力。