學科交叉驅動下紡織物理課程教學改革研究

周惠敏，王穎，程璐，夏鑫

（新疆大學紡織與服裝學院，新疆 烏魯木齊 830046）

0 引言

紡織物理作為紡織科學與工程專業中的基礎課程，在該領域的學習中具有先導性和核心地位，為學生打下堅實的學科基礎，為后續課程的學習提供主要支撐[1-3]。本課程的目標是培養學生深入了解紡織材料的物理性質和特性，掌握紡織材料的微觀結構與宏觀性能之間的關系以及如何通過調整紡織工藝來改變紡織品的性能[4-6]。通過課程學習，學生將獲得運用紡織物理理念解決實際問題的能力，同時推動其他專業課程的發展，為計劃從事紡織領域的研究生提供必要的知識準備[7-9]。以紡織物理課程教學為研究對象，結合教學實踐經驗與反思，本研究在現有課程框架上探索創新思路，旨在提升課程教學質量，有效培養紡織科學與工程專業研究生的創新能力，以提高他們的專業素養和綜合能力。這些方法為紡織物理課程的教學探索提供了有益的參考依據。

1 紡織物理教學中的挑戰

1.1 知識體系的廣泛覆蓋

作為紡織科學與工程專業的核心教程，紡織物理課程的知識體系異常龐雜，涵蓋眾多知識領域，如物理、化學和數學等基礎科學，以及高分子有機材料學、無機材料學、結構力學、熱力學和電化學等專業領域。這些交叉融合的特點使得課程內容不僅廣泛，還呈現出強烈的專業性和復雜性[10-14]。這種情況對于教師授課和學生學習都帶來了較大的挑戰。學生可能因為基礎薄弱，難以理解紡織材料的物理性質、化學結構等復雜內容，從而難以有效掌握相關知識[15-17]。

在本課程學習中，尤其是面對多背景學科的研究生，許多本科非紡織工程專業的學生并未修過紡織材料學、化學纖維概論、紡紗學、織造學等先修課程以及相關的生產實踐，在課程知識內容掌握上存在幾方面難點：（1）纖維分子結構知識比較抽象，且高分子聚集態結構及其與性能之間的聯系通常通過數學模型體現，掌握難度較大；（2）纖維的結構（包括分子結構、形態結構）決定了纖維的各方面物理性質，學生對于結構與物理性質方面的關聯機制不清晰；（3）與纖維各物理性質之間往往相互關聯和相互作用，概念容易混淆，機理不易理解；（4）在紗線的基本生產過程涉及的成紗工藝以及質量控制，織造生產中需要了解的織物組織結構等基礎知識較為欠缺，因此在實際授課中課程內容深度難以擴展。

1.2 教學內容和方法的更新需求

紡織科學與工程是一個實際應用導向強烈的專業，但目前教材內容往往陳舊，無法充分涵蓋最新的知識和技術進展。很多前沿性、熱門的問題在傳統教材中得到的涉及較少，導致了教學內容的滯后性。這樣的狀況影響了教學質量和學生的學習興趣。特別是在當前，紡織行業常常被視為傳統產業，學生可能帶有對該領域前景不明朗的偏見，因此，教材內容的陳舊性可能進一步降低學生的學習熱情和積極性。

目前針對紡織材料的科學研究層出不窮，眾多領域科技工作者都以紡織品作為實現智能化產品開發與應用的柔性載體與平臺，包括具有紅外輻射“門控”效應的輻射冷卻織物、大面積電致發光“智能顯示”交互紡織品以及自供電多功能一體化柔性電子纖維器件等研究，越來越凸顯出紡織學科進行科學研究中交叉性強、技術綜合以及應用性廣的特點。面對目前情況，亟需具有高科技、高技術、智能化的技術推動本土紡織產業轉型升級，而紡織物理是紡織工程專業碩士研究生的必修課，承擔著運用紡織中存在的大量物理現象及基礎知識進行科研的任務，課程內容的優化選取、完善與革新可有效促進交叉融合型紡織科學的創新性研究。

2 紡織物理教學中的創新

針對紡織服裝產業鏈條的發展需求，培養具有多學科背景的紡織科學與工程專業的碩士研究生對于復合型專業人才的儲備至關重要。如何使具有多學科背景的研究生在課程學習中更融會貫通地掌握基礎內容，如何在課程中有效地整合多學科交叉融合的知識體系，如何加強課程內容與實際科學研究乃至企業生產應用之間的聯系，對于授課和教學方式、課程知識應用的手段以及策略提出了新的挑戰，因此面對多學科背景碩士的研究生在課程應用實踐形式多樣化方面提出課程改革勢在必行。

2.1 因材施教，制定以人為本的授課方案

盡管多媒體等多種教學手段已在使用中，但需要授課教師精心整理和歸納前沿新技術與傳統基礎知識點的關聯。借助前沿研究的更新，打破傳統知識只限于教材的困境，使學生能夠真正理解新知識。多年教學實踐表明，選擇多本教材有助于解決知識片面和內容不足的問題，豐富了講授內容。主要策略基于教材，強調基本概念的講解，對教材內容適當調整，并對重點內容加以突出。調整教材內容的順序，模塊化教學，將相關內容融為一體，幫助學生在整體框架下更系統地理解相關知識。

在授課時更注意講解紡織纖維材料與其他學科領域的某些共性，啟發學生從本身熟悉的學科角度思考與紡織的結合點，減少非科班出身研究生對紡織學科的距離感，并提高他們的研究興趣；同時，充分發揮研究生的自主學習能力，每一章節選擇一個主題，要求學生在課后查閱資料的基礎上，結合自身研究課題、研究興趣及學術背景，以自己感興趣的方式呈現章節作業，可以是學術報告、實驗視頻、實物展示等多種形式，使學生了解紡織物理學知識在其較為熟悉的生產領域的廣泛應用。

此外，強調引入新材料和新技術，通過前沿科研實例（如文獻、新聞報道、視頻等）來講解紡織物理的應用，注重新研究成果的引入。比如，在學習天然纖維中的植物纖維時，以新疆特色的棉花、羅布麻為切入點，通過前沿科學研究開發中的纖維表面官能團改性和提取纖維素納米晶等新技術，以及在醫療、能源、環境等領域的應用案例，以生動的方式加深學生對分子結構等關鍵知識的掌握，并通過實際案例培養學生的創新思維能力。

瞄準課程知識龐雜以及學生學科背景復雜的特點，采取以人為本制定出個性化授課方案，并且允許課程作業不拘泥于一種形式，充分調動具有跨學科背景學生學習本課程的積極性并建立與紡織學科的密切度。

2.2 多種教學方法及手段的協同融合

強化過程式教學方法的引入，不僅限于基礎知識的傳授，還將開放性和綜合性融入教學，培養學生的自主性，即啟發式教學；在課堂上采用授課與討論相結合的方式，不僅有課堂問答互動，還請學生講解特定主題，以翻轉課堂的方式提高學生的積極性。這有助于更好地理解和應用復雜理論，實現討論式和任務驅動式教學。

舉例來說，在講解動物纖維中蠶絲的內容時，通過介紹石墨烯添加到蠶食物中以抑制絲素蛋白分子向β-折疊結構轉變的案例，激發學生對新疆特有的羊毛、駝絨等產品改性方法及其用途的思考，從而激發學生自主學習的動力。疫情暴發后，口罩、防護服等需求激增，盡管人們了解它們具有一定的防護功能，但卻不了解其防護功能的制作工藝。將這類時事引入教學創新，例如，在講解非織造布時，通過與學生討論如何通過復合結構獲得良好的防護效果、適當的材料選擇和生產工藝要點，使學生深刻理解相關知識，增加學習興趣。任務驅動式教學方法可以使學生體驗完整的工作流程。例如，在講解高性能纖維時，可以借助新疆特有的玄武巖纖維產業，將內容劃分為產業現狀、生產工藝和產品應用等模塊，讓學生自主分組查找資料并進行翻轉課堂的自主授課，以加深專業知識學習，引導學生提出問題并思考產業發展，從而增強學生的創新能力。

線上線下混合式教學設計相較于傳統線下授課優勢顯著[12-13]。紡織物理課程采用MOOC平臺、bilibili云直播的在線教學，結合慕課堂、雨課堂和騰訊會議等信息化工具，實現“線上+線下”的混合式教學。這不僅豐富了教學手段，完成了正常的教學任務，還提供了豐富的教學資源，培養了學生的自主學習能力，實現了傳統課堂以教師為中心向以學生為中心的轉變，有效解決了知識更新問題，促進了學生對紡織專業知識的了解，并促進了紡織知識的普及。同時，脫離一人式填鴨授課，采取跨學科專家進行專題研討的形式與學生進行互動，交流討論，注重前沿科技實例的引入，既有利于加深對相應紡織物理知識的理解，也幫助學生以學科交叉融合的形式緊扣住科研前沿。

2.3 理論與實踐的結合

實踐是獲取真知的途徑，在紡織物理的教學中，強調理論與實際應用的聯系，增強學生的動手能力和創新能力。例如，紡織物理實驗內容根據前沿研究進行更新。隨著非織造布在醫療用品、一次性消費品和家居產品中的廣泛應用，學生可以自主收集各領域的產品樣本，如口罩、紙尿褲、墻紙等。結合文獻調查，學生分組進行理化鑒定，教師提供指導和建議，學生制定試驗方案，進行試驗并分析結果。從生產方式、材料選擇到復合工藝等，學生在自主完成實驗報告的過程中鍛煉了問題提出、分析和解決問題的能力，同時提供了創新思考和發揮的機會，鼓勵學生嘗試新方法和新思路，將專業知識與理論靈活應用于實際生活中。

此外，紡織學科競賽種類頗多，大多都體現出學科交叉性很強的創新性研究，比如“互聯網+”創新創業大賽、“匯川杯”紡織智能設計大賽、“紅綠藍杯”中國高校紡織品大賽等，是將課程知識轉化為實際科研應用的良好契機。通過組建紡工/紡材、輕化染整、生物等不同學科背景甚至不同院系乃至兄弟院校的骨干教師進行聯合指導，達到資源優化，使現代生物技術、現代紡織檢測技術、紡織化學等專業課程知識相互聯系與轉化應用的目的。以學以致用為指導思想，挖掘課程知識應用路徑，以學科專業競賽為契機，以教師合作方式將多學科背景學生進行組隊指導，鼓勵學生進行創新創業。

3 結語

在當今多樣化市場需求的背景下，對核心專業課程進行教學內容體系的創新和改革，對于構建應用型專業的實踐教學體系，提升學生實踐創新和綜合能力，具有重要意義。尤其基于“十四五”時期，新疆紡織服裝產業發展將持續完善產業鏈條、優化產業布局，全力推進紡織服裝產業高質量發展的總體戰略要求，圍繞自治區紡織資源優勢特色，加快促進紡織產業轉型升級為目標，開展以新疆特色紡織資源為基礎的功能化紡織品的研發以及相關智能化技術的開發與應用，是推進本土紡織產業基礎深入化、產品功能化、技術智能化、產業鏈現代化的有力手段。教學創新方法的運用不僅優化了紡織物理課程結構，也激發了學生的學習興趣與實際應用能力。這種方法不僅在課程改革方面取得成果，還為優化本專業人才培養模式提供了寶貴實踐指導。通過不斷創新，我們將繼續培養更具創新能力和綜合素質的專業人才，為行業發展培養更多優秀人才。