基于工程教育專業(yè)認證的“紡紗學(xué)”課程教學(xué)改革探索

高嬋娟，譚艷君，李 龍

(西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

2016年6月，我國正式成為《華盛頓協(xié)議》成員，意味著我國工程教育質(zhì)量得到國際認可。2017年11月修訂的 《工程教育認證標準》強調(diào)，教學(xué)要由“以教師為中心向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變”，具體體現(xiàn)在“以學(xué)生發(fā)展為中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心，以學(xué)生學(xué)習(xí)效果為中心”的教學(xué)理念[1-3]。我校(西安工程大學(xué))紡織工程專業(yè)從2017年開始加入中國工程教育專業(yè)認證的行列，并在2019年11月完成專家進校現(xiàn)場考查。“紡紗學(xué)”是我校紡織工程專業(yè)的一門核心專業(yè)課程，該課程的教學(xué)目標是培養(yǎng)學(xué)生紡紗生產(chǎn)設(shè)計及質(zhì)量管理能力，還要滿足畢業(yè)能力達成的要求，因此必須根據(jù)工程教育專業(yè)認證的要求對“紡紗學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及考核方式進行改革探索。

一、 “紡紗學(xué)”課程的特點和教學(xué)現(xiàn)狀

“紡紗學(xué)”是大紡織專業(yè)的基礎(chǔ)平臺課程，課程內(nèi)容的針對性、應(yīng)用性強[4]。“紡紗學(xué)”課程主要內(nèi)容包括傳統(tǒng)紡紗技術(shù)和新型紡紗技術(shù)的工藝設(shè)計、原理和設(shè)備。傳統(tǒng)紡紗又分為棉紡、毛紡、麻紡及絹紡四種紡紗系統(tǒng)，各種紡紗系統(tǒng)的知識體系內(nèi)容交錯，設(shè)備原理相近，但結(jié)構(gòu)又各有差異，工序多，不同線密度、不同質(zhì)量要求的產(chǎn)品工藝設(shè)計差異大等，這些特點使得“紡紗學(xué)”課程教學(xué)內(nèi)容繁多、抽象和復(fù)雜[5]。在新工科建設(shè)背景下，我校“紡紗學(xué)”課程由于課時壓縮，實驗條件限制，行業(yè)就業(yè)大環(huán)境不理想，本地紡織實體經(jīng)濟發(fā)展萎縮和不景氣等原因[6-8]，致使學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)習(xí)主動性差，教學(xué)效果不理想。因此有必要以工程教育專業(yè)認證為契機，因地制宜地對“紡紗學(xué)”課程教學(xué)進行改革。

二、 “紡紗學(xué)”課程對紡織工程專業(yè)畢業(yè)生能力和要求的支撐

工程教育專業(yè)認證背景下，對紡織工程專業(yè)本科生畢業(yè)能力的要求包括學(xué)習(xí)紡織工程方面的基本理論和專業(yè)知識，接受工程實踐和科學(xué)研究的基本訓(xùn)練，系統(tǒng)掌握紡織產(chǎn)品的生產(chǎn)原理與制造技術(shù)，了解紡織品的生產(chǎn)及質(zhì)量管理等方面。在我校紡織工程專業(yè)培養(yǎng)方案中，“紡紗學(xué)” 課程對畢業(yè)要求指標點的支撐包含三個方面：(1)能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程科學(xué)的原理和專業(yè)基礎(chǔ)知識用于識別和判斷復(fù)雜紡織工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)；(2)能夠基于數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、工程基礎(chǔ)與專業(yè)知識的科學(xué)方法，分析復(fù)雜紡織工程問題的影響因素，并得到合理有效的結(jié)論；(3)能通過口頭、書面、圖表、工程圖紙等方式就紡織工程領(lǐng)域的復(fù)雜工程問題與業(yè)界同行及社會公眾進行有效溝通和交流[9]。“紡紗學(xué)”課程對于紡織工程專業(yè)學(xué)生畢業(yè)要求的支撐強度較高，對于紡織工程專業(yè)學(xué)生畢業(yè)5年后能否達到參與紡織產(chǎn)品生產(chǎn)制造、質(zhì)量管理和科學(xué)研究具有一定的決定性作用。

三、 以工程教育專業(yè)認證為基準的“紡紗學(xué)”課程教學(xué)改革探索

1. 以學(xué)生為中心優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容

“紡紗學(xué)”課程的實踐性強，主要培養(yǎng)學(xué)生紗線生產(chǎn)的工藝設(shè)計、質(zhì)量分析、開發(fā)能力及掌握生產(chǎn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理等。工程教育專業(yè)認證提倡以學(xué)生為中心，對課程教學(xué)進行系統(tǒng)設(shè)計。通過教學(xué)，讓學(xué)生領(lǐng)悟?qū)W什么、怎么學(xué)，并通過測試了解學(xué)生學(xué)得怎么樣。改變傳統(tǒng)工科教育以教師為中心的教學(xué)理念，改革教學(xué)方法，實現(xiàn)該課程在畢業(yè)生能力達成度中的支撐作用。

“紡紗學(xué)”課程理論教學(xué)以設(shè)備與工藝發(fā)展成熟和技術(shù)先進的短纖維棉紡紡紗工藝原理及設(shè)備為主線，長纖維毛紡紡紗工藝原理及設(shè)備為輔助，麻紡和絹紡部分作為自主學(xué)習(xí)內(nèi)容。我校棉紡部分實驗設(shè)備配置完整性較好，可實現(xiàn)從纖維原料到細紗的整個工藝過程。這樣教師不僅可以有針對性地著重講解棉紡紡紗工藝原理及設(shè)備，在有限的課時內(nèi)使學(xué)生系統(tǒng)掌握棉紡短纖維成紗理論，而且可以通過專業(yè)課程設(shè)計環(huán)節(jié)對棉紡紡紗理論進行實踐，使得理論學(xué)習(xí)和實踐操作完美結(jié)合，獲得良好的學(xué)習(xí)效果。

2. 采用混合式教學(xué)方法

針對“紡紗學(xué)”課程特點，經(jīng)過不斷的探索，我們采用多種方法相結(jié)合的混合式教學(xué)方法進行課程教學(xué)。理論部分的教學(xué)采用講授法與翻轉(zhuǎn)課堂相結(jié)合的方法，在教學(xué)中引入東華大學(xué)郁崇文教授建立的國家“紡紗學(xué)”精品課程，讓學(xué)生在課前課后學(xué)習(xí)。在此基礎(chǔ)上教師對課堂教學(xué)內(nèi)容進行合理規(guī)劃，對以往傳統(tǒng)教學(xué)內(nèi)容進行取舍，達到既能讓學(xué)生有效理解和掌握紡紗工藝設(shè)計及原理，又可在同一知識點上減少不必要的重復(fù)，有效提高教學(xué)效率。

以梳理工序為例，梳理對于傳統(tǒng)紡紗和新型紡紗都是必不可少的環(huán)節(jié)，梳理車間被譽為紡紗企業(yè)的心臟。新工藝及智能化生產(chǎn)大多采用清梳聯(lián)模式，在此形成第一個紡紗半制品。根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗，在掌握了梳理設(shè)備機構(gòu)的前提下，將知識點按照層次進行有效歸納。一是通過纖維在針齒間的受力分析，讓學(xué)生理解纖維相對于針齒的運動分為切向運動、沿針運動和繞針運動三種情況；二是在受力分析的基礎(chǔ)上，分析相鄰兩個機件兩針面間梳理、剝?nèi)『吞嵘N作用的實現(xiàn)條件；三是在針面作用的基礎(chǔ)上講述梳理設(shè)備各機件之間實現(xiàn)纖維的轉(zhuǎn)移、梳理和輸出以及纖維在梳理過程中的均勻和混合作用。在梳理原理講解過程中穿插播放梳理原理動畫及生產(chǎn)實況視頻，然后將棉紡和毛紡設(shè)備的工藝簡圖提供給學(xué)生。此處引入對分課堂的理念，讓學(xué)生參與教學(xué)以實現(xiàn)有效互動，講解梳理設(shè)備的機構(gòu)和工作原理，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的專注力以及分析問題的能力，加深學(xué)生對所學(xué)知識的理解，幫助學(xué)生鞏固知識點，從而使學(xué)生通過學(xué)習(xí)具備正確表達復(fù)雜紡織工程問題的能力，如掌握梳理的主要目的、任務(wù)及原理；基于工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識的科學(xué)方法，分析復(fù)雜紡織工程問題的影響因素，如梳理中給棉板分梳工藝長度、蓋板與錫林之間的隔距，刺輥、錫林和道夫速度，以及針齒規(guī)格等關(guān)鍵工藝參數(shù)的選擇對梳理質(zhì)量及成紗質(zhì)量的影響。

3. 應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式

隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”成為國家教育的重要切入點。利用日益完善的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，搭建與學(xué)生無障礙的溝通平臺。近年來我校“紡紗學(xué)”課程教學(xué)一直采用比較接地氣的以班為單位的教學(xué)QQ群，教師隨時為學(xué)生答疑解惑，學(xué)生之間也可以相互討論。每個知識點講完后對學(xué)生進行測試，及時了解學(xué)生對知識點的掌握情況，聽取學(xué)生對課程教學(xué)的意見及建議，及時調(diào)整并反饋到后續(xù)的教學(xué)中，真正做到有的放矢。教學(xué)方法從傳統(tǒng)的教師講授和灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熃M織和引導(dǎo)，學(xué)生從“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”。教師針對重點和難點，用手機錄制小視頻，以微課的方式闡述知識點，加強學(xué)生對重點知識的理解，提高課程畢業(yè)要求達成度。

4. 開展虛實結(jié)合的實驗教學(xué)

實驗教學(xué)可加深學(xué)生對理論知識的理解，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計能力和解決復(fù)雜工程問題的能力。實驗環(huán)節(jié)強調(diào)以學(xué)生為主，教師為輔，使學(xué)生積極參與實踐，增強動手能力。目前我校“紡紗學(xué)”課程的實體實驗教學(xué)共12學(xué)時，實驗內(nèi)容涉及梳理、精梳、并條、粗紗和細紗。實驗以2人或3人小組為單位，實驗過程中學(xué)生分工合作，提高學(xué)生的團隊合作意識，并加強考核，鍛煉學(xué)生的動手能力。

由于清梳聯(lián)部分設(shè)備數(shù)量多、占地面積大，管路連接復(fù)雜、價格高等因素造成設(shè)備缺乏，為此，我校建立了省級虛擬紡織實驗中心[10]。通過VR技術(shù)構(gòu)建了清梳聯(lián)虛擬仿真實驗平臺，以3D模式展示選配原料在抓棉機兩側(cè)的排列方式，以及清梳聯(lián)主要設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理及運行等，直觀地向?qū)W生展示清梳聯(lián)各設(shè)備的連接方式、纖維的開松和除雜、纖維流管道和除塵管道的連接方式等，彌補了缺乏清梳聯(lián)設(shè)備的不足，有效提高了清梳聯(lián)部分的教學(xué)效果。清梳聯(lián)總體框架的虛擬結(jié)構(gòu)和選配原棉在抓棉機上的虛擬排列如圖1所示。在實體實驗和虛擬實驗過程中，以學(xué)生為主、教師為輔，提高畢業(yè)達成度，以滿足工程教育專業(yè)認證的要求。

(a) 清梳聯(lián)總體框架的虛擬結(jié)構(gòu)圖

(b)選配原棉在抓棉機上的虛擬排列

5. 參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，提高課程學(xué)習(xí)效果

近年來，在學(xué)校和學(xué)院的大力支持下，“紡紗學(xué)”課程組教師積極帶領(lǐng)學(xué)生參加“挑戰(zhàn)杯”全國大學(xué)生系列科技學(xué)術(shù)競賽、全國大學(xué)生紗線設(shè)計大賽和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等學(xué)科競賽和創(chuàng)新活動，通過實際操作，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，有利于培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能、動手能力[11]。通過參加競賽提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新技能和創(chuàng)新素質(zhì)。

6. 構(gòu)建科學(xué)合理的考核體系

多年來“紡紗學(xué)”課程一直采用平時表現(xiàn)、作業(yè)和實驗情況作為平時成績，占總成績30%，考試成績占70%的考核方式。原來的平時表現(xiàn)考核主要為考勤，作業(yè)和實驗成績沒有按照指標點進行分配，不能體現(xiàn)各指標點在課程中影響因子的差異。在工程教育專業(yè)認證體系中，不認可將考勤作為學(xué)生的考核，在撰寫新的“紡紗學(xué)”課程大綱時，將考核方式調(diào)整為平時成績由課堂互動表現(xiàn)和作業(yè)環(huán)節(jié)組成，占20%；實驗環(huán)節(jié)由實驗操作技能和實驗報告的完成情況組成，占20%；考試則按照“紡紗學(xué)”課程指標點要求涉及的知識點及比例出題，占60%。這樣的考核方式更全面，最終結(jié)果更具有公正性和綜合性，能更加真實地體現(xiàn)學(xué)生對課程的掌握情況，引導(dǎo)學(xué)生參與互動，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

四、 結(jié)語

為了滿足工程教育專業(yè)認證對學(xué)生畢業(yè)達成度的要求，對“紡紗學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法及考核方式進行改革探索。在理論教學(xué)方面合理選擇課程內(nèi)容，避免同一知識點的重復(fù)；在教學(xué)過程中采用集多媒體教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、對分課堂、“互聯(lián)網(wǎng)+教育”、參與創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等相結(jié)合的混合式教學(xué)模式；實踐教學(xué)采用虛實結(jié)合，學(xué)生為主、教師為輔的方法；同時引入新的考核評價體系，重視每個教學(xué)環(huán)節(jié)，提高“紡紗學(xué)”課程教學(xué)效果。通過改革，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性大大提高，教學(xué)過程從以教師為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心。由考評結(jié)果可看出，課程畢業(yè)達成度大幅提升，學(xué)生的團隊意識增強，創(chuàng)新技能和創(chuàng)新思想得到了鍛煉，使“紡紗學(xué)”課程能更好地支撐紡織工程專業(yè)畢業(yè)生達到行業(yè)認可的質(zhì)量標準。