以工程素質和能力培養(yǎng)為導向的“非織造學實驗”課程教學探索

黃 娟， 張如全， 劉延波， 鄒漢濤， 張 明， 陳志軍， 韋 煒

(武漢紡織大學 紡織科學與工程學院，湖北 武漢 430200)

我國工程教育專業(yè)認證標準明確指出，必須通過實踐類課程提高學生利用工程知識解決復雜工程問題的能力。在“新工科”建設背景下，不僅理論課程開展教學改革[1-3]，實踐課程也紛紛進行教學探索[4-7]。“非織造學實驗”是非織造材料與工程專業(yè)(以下簡稱非織造專業(yè))的基礎實踐課程，該課程教學亦是非織造專業(yè)人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。依據(jù)國家工程教育專業(yè)認證對學生工程能力培養(yǎng)的要求和基于非織造產業(yè)對教研產融合型工程技術人才的迫切需求，“非織造學實驗”課程的教學改革勢在必行。

一、“非織造學實驗”課程教學存在的問題

1.內容多、課時少

“非織造學實驗”是我校(武漢紡織大學)非織造專業(yè)實踐教學平臺中的實習實訓課程。該課程分為“非織造學實驗Ⅰ”和“非織造學實驗Ⅱ”兩部分，分兩學期開設，分別面向大二下學期和大三上學期學生，實驗內容及進度與“非織造學”課程的教學內容及進度相對應。“非織造學實驗Ⅰ”和“非織造學實驗Ⅱ”的教學內容、學時分配如表1所示。該課程包含的內容較多，在有限的時間里，很難要求學生在了解設備構造和工作原理的同時制備所設計的非織造產品。為了節(jié)約時間并順利地完成實驗，實驗主要由教師操作，學生在一旁觀看。學生沒有實際操作的機會，積極性就很難調動起來，從而影響教學效果。

2.教學方式過于單一

“非織造學實驗”課程往往采取教師講授、教師操作、學生觀摩這種以教師為中心的教學方式。因學時有限，通常教師先講授實驗及設備的相關理論知識，然后演示設備的操作，在極少數(shù)學生開關機、喂樣和收集產品等配合下完成實驗內容。這種單一的教學方式無法激發(fā)學生的學習興趣，也錯失了理論與實踐相結合的重要一步。

二、基于工程素質和能力培養(yǎng)的“非織造學實驗”課程教學改革

1.培養(yǎng)目標的確立

依據(jù)《武漢紡織大學紡織工程專業(yè)人才培養(yǎng)質量標準》制定的人才培養(yǎng)目標點，“非織造學實驗”課程的人才培養(yǎng)目標圍繞以下幾點進行：(1)具有良好的政治思想素質和工程倫理素養(yǎng)，有意愿并有能力為社會服務；(2)具有工程實踐能力和創(chuàng)新能力，能夠分析并解決非織造產品結構、加工方法和性能評價等工程問題；(3)具有自主學習能力和團隊協(xié)作精神，能適應社會發(fā)展，實現(xiàn)能力和技術水平的不斷提升。

2.教學模式創(chuàng)新實踐

(1)梳理教學內容，重新分配學時。由表1可知，“非織造學實驗Ⅰ”課程主要采用的是梳理成網(wǎng)針刺非織造材料的生產設備，具體涉及開松機、給棉機、梳理機、鋪網(wǎng)機和針刺機。其中開松機和給棉機設備較簡單，可調節(jié)的參數(shù)較少，可適當減少學時。而梳理機(羅拉-錫林式梳理機和低速凝聚輥)結構復雜，且參數(shù)設置影響纖維網(wǎng)的質量；針刺機包含預刺機、主刺機和倒刺機，每臺機器的結構不同且參數(shù)設置影響針刺非織造產品的機械性能，可適當增加學時。為了提高學生應對復雜工程問題的能力，針刺工藝與產品性能實驗的學時可適當增加，給予學生充分的時間思考問題、分析問題并解決問題。調整前“非織造學實驗Ⅱ”中6個實驗的內容相關性不大，可以根據(jù)某種非織造產品(如口罩)的生產流程將其重新梳理、串聯(lián)起來，提高學生在實驗過程中的趣味性和成就感。由于口罩的上下層是紡黏層，需要對其進行熱軋加固；中間層一般為熔噴層，也可以用靜電紡纖維層替代，該層不需要額外的熱加固處理；三層非織造布的邊緣是通過超聲波黏合成一個整體，且口罩帶亦是通過超聲波黏合到非織造布上的。因此，調整后的教學內容及學時分配如表2所示。

表1 調整前“非織造學實驗”課程的教學內容及學時分配

表2 調整后“非織造學實驗”課程的教學內容及學時分配

(2)優(yōu)化教學模式。打破傳統(tǒng)的教學內容和教學方法，通過以學生為中心的教學模式，提高“非織造學實驗”的教學效果，培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識。教學模式如圖1所示。

圖1 “非織造學實驗”課程教學模式

①實驗任務書：由課程教學團隊集體討論、編寫，包括實驗目的、理論知識、實驗設備、實驗操作、實驗內容等，需提前發(fā)給學生預習。

② “講-問-答”理論教學：將學生分成5組，每組4人或5人，每組負責一次實驗理論知識的講解。比如，第1組學生對第1個實驗中設備的工作原理、參數(shù)對產品性能的影響等理論知識進行講解，之后，由其他4組學生提問，第1組學生回答。通過“講-問-答”的方式進一步理解和鞏固“非織造學”課程所學的理論知識。讓每名學生參與到提問和討論中來，活躍課堂氣氛，提高學生的參與感，讓學生對這門課真正感興趣。

③操作流程：由某組學生演示設備的操作流程，依照“開機-設備穩(wěn)定運行-修改參數(shù)-觀察設備運行的變化-關機”的流程進行，其他組學生評價該組操作正確與否，并給予糾正。

④分組實驗及測試[7]：根據(jù)實驗目的，由學生共同決定某一實驗變量(工藝參數(shù))，先預測該變量對樣品性能的影響。調節(jié)該變量的大小，進行分組對比實驗。每組學生團隊合作，完成樣品制備及性能測試(厚度、面密度等)，其中，為了增加實驗的可比性，樣品性能測試結果以10次測量數(shù)據(jù)的平均值為準。

⑤數(shù)據(jù)處理及分析：每組學生對自己組所測數(shù)據(jù)進行處理、分析，然后匯總所有組數(shù)據(jù)，通過畫圖、列表等手段綜合評價變量對樣品性能的影響趨勢，看是否達到預期效果，如果沒有，則分析其原因。

⑥實驗報告：根據(jù)實驗任務書的要求完成實驗報告，需提供實驗數(shù)據(jù)、分析及評價等，并附實驗樣品。

3.教學團隊建設

“非織造學實驗”課程內容較多且開設在兩個學期，教學團隊的水平直接影響課程教學與人才培養(yǎng)效果，因此合理的教學團隊結構組成是課程運行的基本前提。一是構建合理的團隊成員結構。教學團隊由老中青不同年齡、高級與中級不同職稱、教師與實驗師不同崗位的成員組成，便于課程的可持續(xù)發(fā)展與改進。二是定期開展教研活動。教學前、中、后期分別開展團隊研討活動，同時參與企業(yè)培訓、非織造產品展等交流活動，提升團隊成員的崗位技能。

4.考核評價機制改革

在實驗過程中，考核每組學生的自主學習能力、實際動手操作能力、創(chuàng)新能力、團隊合作能力、分析與解決問題的能力；通過實驗結果分析，考核每個學生對知識的理解能力和獨立思考能力；甄別學生實驗報告是否雷同，完善考核學生實驗效果的評價體系。最后，根據(jù)學生的平時考核成績與實驗報告成績對其總成績進行評定。成績分配如表3所示。

表3 考核方式及成績比例

三、結語

基于工程素質和能力培養(yǎng)的教學改革是高等工程教育改革的趨勢。通過對“非織造學實驗”課程的教學探索，彌補目前該課程教學中的不足，打破傳統(tǒng)的實驗教學模式，以學生為中心，優(yōu)化教學內容及學時分配，激發(fā)學生去思考和創(chuàng)新，增加學生動手操作的時間，培養(yǎng)學生的團隊合作精神，提高學生的參與度和學習興趣，培養(yǎng)工程實踐和創(chuàng)新能力強、具備解決復雜工程問題能力的人才。