以碳纖維成紗為例探討“紡紗工程”課程高效學習方法

周 群，肖學良，畢 印，曹少杰，楊奧林，夏 雪

(江南大學 紡織科學與工程學院，江蘇 無錫 214122)

一、 “紡紗工程”課程的特點

“紡紗工程”是我校(江南大學)紡織工程專業的一門核心課程，是一門集理論、實踐、應用于一體的專業基礎課程。該課程上承“紡織材料學”課程，下啟“機織工程”和“針織工程”等課程，在整個專業課程體系中占據重要地位，是紡織工程專業學生的必修課程。“紡紗工程”課程內容包含從纖維原料到紗線的主要加工過程與原理、各工序設備結構和原理、工藝質量調節與控制、紗線產品設計開發等，課程內容廣，概念多且雜，學生難以記憶；紡紗各工藝流程及設備原理較為抽象，學生較難理解；各種紡紗系統的知識內容交錯，設備原理相近，但結構又各有差異，學生容易混淆。此外，“紡紗工程”是一門多學科交叉的課程，涵蓋數學、機械、電氣等多個學科，學生理解和學習難度較大；紡紗工藝設計和產品開發對學生創新能力要求較高，學生容易產生畏難心理。為了幫助學生高效學習“紡紗工程”課程，我們引入碳纖維成紗案例，從知識積累和能力提升兩個維度提出了9種學習方法。

二、 “紡紗工程”課程學習方法

依據“紡紗工程”課程大綱要求，筆者提出知識積累與能力提升兩類學習方法，其中知識積累有5種學習方法，即制定課程學習目標、與MOOC學習相結合、討論式學習法、利用課堂筆記構建紡紗知識體系、模塊化分層次學習紡紗工序，其主要目的是使學生完成“紡紗工程”課程學習任務，適用于絕大部分學生；能力提升有4種學習方法，即利用文獻檢索等方式拓展知識、理論與實踐相結合、參加學科競賽以培養創新意識、多學科交叉學習模式，其主要目的是使學生進一步豐富紡紗知識儲備，提高學習能力，適用于學有余力并想進一步探索的學生。同時在教學過程中引入碳纖維成紗案例，以促進學生對知識的理解和記憶，提高課程教學效果。

1. 制定課程學習目標

學習目標對學生的學習活動和行為表現起著定向和驅動力作用[1]。樹立學習目標有助于學生調整自身時間安排和學習狀態，掌握課程整體的學習內容，而不至于在學習過程中產生“這門課是講什么的”“這門課難不難”“這門課該怎么學”等問題或疑惑。

以碳纖維成紗工序為例，學生可以根據課程教學大綱制定學習目標：(1)運用紡織材料學、工程力學等相關知識學習碳纖維成紗基本理論；(2)熟練掌握碳纖維成紗工序的加工設備工作原理；(3)能將紡紗專業知識應用于碳纖維成紗過程優化和改進、設計與控制；(4)運用工程思維方法，正確設計和選擇碳纖維成紗過程中的變量；(5)針對碳纖維成紗問題，提出正確的解決方案。讓學生帶著目標去學習，從整體上把握“紡紗工程”課程內容，合理安排學習時間，從而達到事半功倍的學習效果。

2. 與MOOC學習相結合

隨著“紡紗工程”課程網絡教學資源的日益豐富，將線上學習和傳統學習方式結合起來是一種必然且有效的學習方式。在傳統教學中結合MOOC，可以豐富教學模式，彌補傳統教學存在的教學時間和地點的依賴性和局限性。通過課后線上自學，學生可以了解更多與本課程相關的知識，開闊視野，鞏固課堂教學效果，同時可以提高自學能力以及發現、分析和解決問題的能力。

以碳纖維成紗為例，在MOOC平臺上可搜索到很多共享資源。如我校的“紡紗工程”是國家精品開放課程，學生可以通過MOOC課程學習深入詳細地分析開松、除雜、梳理、并合、牽伸、加捻、卷繞等紡紗基本理論，熟悉紡紗生產系統的適用原料、工藝流程及紗線特征，了解主要生產工序的任務和主要設備的作用過程，掌握生產工藝配置以及生產中常見問題解決方法，逐漸形成系統觀念、工程觀念、創新觀念。通過大量課程視頻、動畫、文檔、試題等資源學習碳纖維成紗的過程、機器原理以及后續處理等知識。

3. 討論式學習法

討論式學習法可以培養學生自信心、獨立思考能力、創造力和批判性思維[2]。相比于傳統的問答式學習，討論式學習能夠使學生收獲更多的反饋，及時進行查漏補缺，充分調動學習的積極性和主動性，豐富學習內容，對學習“紡紗工程”課程具有很大的幫助。

課堂上教師針對紡紗工程提出某一富有挑戰性、啟發性的主題，例如原絲預氧化和碳化過程的影響因素、碳纖維上漿理論和目的、碳纖維成紗新工藝以及聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和黏膠基碳纖維的異同點等，學生針對問題闡述自己的看法，同時也能夠了解別人的觀點并與之相互印證，最終通過教師的講解充分認識這些問題。此外，討論式學習法打破了課堂和時間限制，學生之間可以對碳纖維成紗過程中的影響因素等問題進行課下討論，集思廣益，達到更佳的學習效果。

4. 利用課堂筆記構建紡紗知識體系

現今大學課堂大多采用多媒體教學，多媒體教學生動有趣、直觀形象，但容易出現教師講課速度快、課堂信息量大、學生難以及時理解等問題[3]，從而影響學生學習效率。俗話說筆勤免思，記筆記就是學生提高學習效率的一種重要方法，它不僅能培養學生的理解和總結歸納能力，還能鍛煉學生的思維能力[4]。

比如在“紡紗工程”課程學習過程中，學生可以采用劃線、眉批和區域高光法標注知識重點，總結歸納教師授課內容并列出提綱。這樣不僅可以提高學生上課時的注意力，還可以幫助學生抓住學習重點，方便記憶及日后復習。通過對知識點的總結，學生可以構建紡紗思維導圖，將前后學習的知識點聯系起來，讓知識脈絡變得更加清晰。構建思維導圖也有利于學生擴散思維，能更加全面地學習知識，方便記憶。如在學習碳纖維紡紗原理時，學生可以繪制有關碳纖維種類、結構和性質的思維導圖(見圖1)，以幫助自己更好地學習碳纖維相關知識，選擇合適的紡紗工藝流程。

圖1 碳纖維知識的思維導圖

5. 模塊化分層次學習紡紗工序

紡紗工程包括初步加工、梳理前準備、梳理、精梳、并條、粗紗、細紗和后加工多道工序，每道工序作為一個模塊，課程即分為8個模塊。每個模塊按照目的及作用、基本原理、機器設備、質量控制、工藝設計的思路進行學習。各模塊的內容逐一遞進，在學習時要注重把握各模塊之間的內在聯系。在一個模塊學習完畢后，可以通過筆記或PPT進行階段性總結和自我反饋，及時查缺補漏，形成知識體系。對每個模塊的內容要進行分層次學習。第一個層次是掌握基本知識；第二個層次是運用工程思維的方法改變紡紗過程變量(原料變化、流程設計、機型選配、關鍵元件、工藝參數等)設計不同性質的紗線，并對影響因素進行分析判斷，做到融會貫通、學以致用；第三個層次是通過資料查閱掌握紡紗領域的新技術和前沿發展趨勢，開闊自己的視野。

以碳纖維和芳綸混紡成紗為例，將紡紗過程分為預處理、混棉、清花、梳棉、并條、粗紗、細紗、絡筒8個模塊，按模塊學習各工序的目的及作用、工藝參數、機械設備等內容，在掌握基本知識后，通過改變工藝參數等紡紗過程變量設計具有不同性質的混紡紗。在課后通過查閱文獻進一步了解碳纖維紡紗的最新進展，掌握更多碳纖維和芳綸混紡成紗方面的知識。

6. 利用文獻檢索等方式拓展知識

“紡紗工程”是一門實用性很強的課程，且與眾多學科交叉，涉及面廣、知識點多。在課程學習過程中，僅學習課本內容是遠遠不夠的，學生需要通過文獻檢索、資料查詢、調研等方式獲取信息，掌握紡紗領域的新技術和前沿發展趨勢，以拓展專業知識。同時，不斷獲取信息也有助于提高學生的創新能力。例如，在學習碳纖維成紗過程中，學生可以通過中國知網、超星、萬方數據庫或Web of Science 等數據庫查閱有關碳纖維成紗的期刊文獻，學習碳纖維的性能及其紡制成紗線的工藝流程和工藝原理等；也可以從文獻中學習別人是如何以碳纖維為原料紡制成其他新型紗線的，并總結實驗方法，提高自己的創新能力。通過對相關文獻資料的閱讀，學生可以更加全面地了解碳纖維成紗過程，更好地掌握紡紗原理及知識。

7. 理論與實踐相結合

在“紡紗工程”課程學習過程中，學生需要做到將課堂所學理論知識靈活地應用于實踐。紡紗實踐分為實驗課程和工廠實習兩個部分，當學生能夠真正在實驗和實習過程中體會并驗證所學紡紗理論時，其學習將會達到一個新的高度。

例如，在大絲束碳纖維成紗的實驗中，學生已經了解到碳纖維具有彈性模量和摩擦因數大、表面粗糙且彎曲易折斷等特點[5]，那么如何解決大絲束碳纖維成紗效果差、紗線質量不達標問題呢？學生通過聯想學習的紡紗理論，可以從改進碳纖維浸潤設備和研究浸漬樹脂體系兩方面入手[6]。這樣學生在實驗過程中既用到了所學的理論知識，又進一步體會、理解和記憶，學習效果比死記硬背書本上的知識好得多。工廠實習是學生將紡紗理論與實踐結合的最好機會，然而往往被許多學生忽視。身臨其境方能知曉其中奧妙，在實習中學生能近距離接觸紡紗設備，這樣才能真正理解紡紗設備的結構及其工作原理。

8. 參加學科競賽以培養創新意識

學科競賽具有創新教育功能，是理論與實踐結合的重要載體。紡織學科競賽種類多，創新機制強，是紡織工程專業教學的延伸。如果學生僅通過教師、書本、課堂、課內實踐等學習知識，不利于其創新能力的培養，只有參與項目才會針對具體問題思考解決方法，或者結合所學知識從新的角度創造一款新的產品。參與創新項目比賽可使學生吸收的知識得到良好輸出，并進一步去探索更多的知識。

全國大學生紗線設計大賽是與“紡紗工程”課程密切相關的紡織學科競賽之一，結合碳纖維成紗原理和工藝，以小組為單位設計一種新型碳纖維紗線，根據設計的紗線品種類型，學生邊學習碳纖維成紗的適用原料、工藝流程及紗線特征等理論，邊設計相應的實驗方案并進行實踐操作。這種模式不僅激發了學生學習專業知識的興趣，而且培養了學生創新實踐的能力，同時提升了學生的獨立工作能力以及團隊合作精神。

9. 多學科交叉學習模式

學科交叉點是學科新的生長點，重大的科學突破往往在這里產生。交叉學科是自然科學、社會科學、人文科學等大門類科學之間發生的外部交叉以及本門類科學內部眾多學科之間發生的內部交叉所形成的綜合性、系統性知識體系[7-8]。學生在學習“紡紗工程”課程時，可以通過形成系統化的知識理論體系，更深入地理解并掌握“紡紗工程”課程知識，并運用所學知識解決工程問題。

為了將“紡紗工程”課程學習透徹，學生不能僅停留在紡織專業學習，還需要具備多學科交叉學習的能力。學生應具備線上線下多學科學習的意識，涉獵一些與“紡紗工程”相關的其他專業知識，以加強對紡紗工程知識的理解。例如，在學習碳纖維成紗時，學生可以涉獵材料類專業知識，了解到碳纖維具有高比強度、高比模量、耐高溫和導電性等優點后，便可以根據這些知識來選擇最適合碳纖維成紗的紡紗工藝，如制備聚丙烯腈基(PAN基)碳纖維需要經過聚合、紡絲、預氧化和碳化四個關鍵步驟。

三、 結語

在“紡紗工程”課程學習中，學生只有掌握科學的學習方法, 不斷提高學習能力, 才能取得事半功倍的學習效果。隨著科技的快速發展與全球經濟一體化，現代紡織產業呈現出多元化發展趨勢，紡織產品研發也越來越體現多學科交叉，紡織企業對紡織工程技術人員的綜合素質提出了更高要求。學生不僅要掌握基礎的專業知識，還要進行跨學科學習，具備學習相關專業發展前沿技術的能力，使自己成為企業所需的復合型人才。