紡織加工化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索

鄧一民 易世雄 盧 明

（西南大學(xué)紡織服裝學(xué)院，重慶 400715）

1 前言

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)又稱探索性實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生對(duì)擬定實(shí)驗(yàn)題目進(jìn)行的一種有明確目的的探索性研究。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在充分調(diào)研資料的基礎(chǔ)上，能靈活運(yùn)用基礎(chǔ)理論知識(shí)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案，并按照實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)時(shí)不再是按照既定步驟被動(dòng)驗(yàn)證相關(guān)的理論知識(shí)，必須遵循科學(xué)的研究方法，通過主動(dòng)探索、大膽創(chuàng)新來解決實(shí)際問題。教師在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)時(shí)不再是準(zhǔn)備好所有實(shí)驗(yàn)用品、配制好所需實(shí)驗(yàn)試劑、詳細(xì)講解實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等，而是根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)思路和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行引導(dǎo)和指點(diǎn)，使學(xué)生接受從提出問題到最終獨(dú)立解決問題的全程訓(xùn)練。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以讓學(xué)生初步了解科學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本程序和方法，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、研究問題、分析與解決問題，以及進(jìn)行科學(xué)研究的能力和實(shí)際操作技能。

紡織加工化學(xué)實(shí)驗(yàn)是紡織加工化學(xué)的課程實(shí)驗(yàn)，通常情況下是在理論課程教學(xué)之后，學(xué)生根據(jù)老師提供的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)按部就班地完成實(shí)驗(yàn)，然后根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板給出報(bào)告。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法雖然可以驗(yàn)證、強(qiáng)化理論知識(shí)、提高學(xué)生的動(dòng)手能力，但是不能有效激發(fā)學(xué)生主動(dòng)探尋、解決相關(guān)問題的積極性，不利于學(xué)生自覺地?cái)U(kuò)充和運(yùn)用理論知識(shí)以及提高實(shí)驗(yàn)技能。為充分激發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、探尋、解決問題的積極性，以苧麻脫膠作為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革探索。

在紡織工業(yè)中，麻纖維具有其它紡織用纖維難以比擬的優(yōu)勢：良好的吸濕散濕與透氣功能，傳熱導(dǎo)熱快、涼爽挺括、出汗不貼身、質(zhì)地輕、強(qiáng)力大、防蟲防霉、靜電少、織物不易污染、色調(diào)柔和大方、粗獷、適宜人體皮膚的排泄和分泌，具有屏蔽紫外線和抑菌功能。

苧麻的膠質(zhì)包裹在纖維表面，使纖維成束或片而不能直接用來紡紗，因此在精梳、紡紗之前必須脫去苧麻的膠質(zhì)。長期以來苧麻化學(xué)脫膠法主要采用以堿煮為核心的工藝，通過酸前處理和后處理來減輕堿煮的壓力和補(bǔ)充堿煮不足，工藝流程長、能耗水耗高，廢水排放量大，工藝控制不當(dāng)很易造成麻的損傷。因此，麻脫膠方法和工藝設(shè)計(jì)的創(chuàng)新與改進(jìn)，對(duì)改善麻脫膠效果、降低脫膠工程成本和廢水治理成本以及提高脫膠麻的品質(zhì)都有重要意義。我們以“麻脫膠方法的選用與改進(jìn)”作為設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，一方面要讓學(xué)生了解麻脫膠過程；另一方面要讓學(xué)生知道工藝參數(shù)設(shè)計(jì)、脫膠劑的選用和配比的變化、脫膠助劑的選用以及脫膠工藝流程設(shè)計(jì)的重要性；由學(xué)生根據(jù)不同的設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以讓學(xué)生知道預(yù)先的設(shè)計(jì)和小樣實(shí)驗(yàn)將幫助明確改進(jìn)設(shè)計(jì)的方向，是實(shí)現(xiàn)節(jié)約、高效的麻脫膠工程的必經(jīng)途徑；讓學(xué)生對(duì)前期所學(xué)知識(shí)，如助劑的選用和適用性、多種工藝的合并與組合等，有一個(gè)融會(huì)貫通、應(yīng)用與學(xué)習(xí)的過程。

2 實(shí)施方案

通過多年的紡織加工化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，感覺采用設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)對(duì)原有實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行改進(jìn)，能在有限的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，培養(yǎng)學(xué)生觀察、思考、解決問題的能力。具體的實(shí)施方案是：在理論課程教學(xué)開始時(shí)，由老師給出苧麻堿法脫膠的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，將要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的題目和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間和安排、苧麻脫膠設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的選題范圍和要求。這樣可以留給學(xué)生充足的時(shí)間去查閱文獻(xiàn)、思考、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并且在紡織加工化學(xué)理論課教學(xué)時(shí)，同學(xué)們對(duì)相關(guān)問題會(huì)特別關(guān)注，可提高理論課的教學(xué)效果。苧麻脫膠設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有大量研究性課題可供選擇，但對(duì)在校學(xué)生而言，由于種種條件的限制，不宜太大、要求不宜太高，因此主要采用單因子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。

苧麻化學(xué)脫膠設(shè)計(jì)性選題參考方向主要有以下幾個(gè)方面：

（1）苧麻堿法脫膠相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。苧麻堿煮脫膠是苧麻化學(xué)脫膠的核心工藝，脫膠效果與脫膠用堿量、脫膠時(shí)間、脫膠溫度、打麻等因素都有關(guān)。這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題是對(duì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)、完善，學(xué)生通過設(shè)計(jì)可以了解影響苧麻堿法脫膠的各種因素，通過實(shí)驗(yàn)可以證實(shí)其設(shè)計(jì)的可行性、科學(xué)性等問題。

（2）脫膠劑的選用。化學(xué)脫膠可以使用堿、酸、氧化劑等，各種脫膠劑可獨(dú)自用于脫膠、組合應(yīng)用脫膠等。對(duì)這種設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的選題要提醒學(xué)生：注意苧麻原麻的膠質(zhì)特點(diǎn)，考慮到用單一脫膠劑的脫膠效果與產(chǎn)出率的問題，可以在工藝設(shè)計(jì)時(shí)充分運(yùn)用機(jī)械物理及光、電等方法來膨化膠質(zhì)。通過這類題目的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對(duì)苧麻化學(xué)脫膠用劑的特點(diǎn)、脫膠效果有充分的了解，知道用一種脫膠劑要達(dá)到理想的脫膠效果、節(jié)約、減少污染等，結(jié)合其他的手段和方法是必須的。

（3）脫膠工藝流程設(shè)計(jì)。可以是多種工藝的合并與組合，選用同樣的脫膠劑，但是不同工藝流程脫膠效果不同，例如：選定堿脫膠＋氧化脫膠法，是先氧化處理還是先堿處理，還是堿氧同步處理，哪種脫膠效果更好、更經(jīng)濟(jì)、更環(huán)保是工廠更為關(guān)注的問題，也是設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)需要解決的問題，但是這些問題只有通過設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果來給出答案。學(xué)生通過這些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)將會(huì)更加理解“紡織加工化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性很強(qiáng)的應(yīng)用性科學(xué)”的含義。

（4）苧麻堿法脫膠用助劑。助劑用量少卻可以極大改變苧麻化學(xué)脫膠效果、改善精干麻質(zhì)量，是非常簡單、節(jié)約、有效改善苧麻化學(xué)脫膠效果的途徑之一。脫膠助劑的選用和適用性，如：選用哪些類型的助劑、如何拼混使用更有效，是實(shí)際生產(chǎn)關(guān)注的問題。

具體實(shí)施流程是：立題（老師提供選題參考方向）→由2～5名學(xué)生組成實(shí)驗(yàn)小組→查閱文獻(xiàn)、書寫實(shí)驗(yàn)方案→經(jīng)小組討論、與老師討論修改→實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)書→實(shí)施實(shí)驗(yàn)→數(shù)據(jù)收集與整理→實(shí)驗(yàn)報(bào)告和總結(jié)。提醒學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)必須遵循以下四個(gè)基本原則：科學(xué)性原則、綠色原則、對(duì)照原則和重復(fù)原則。

明確所有學(xué)生必須參與分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)小組內(nèi)選1～2名小組長，小組長負(fù)責(zé)本組的設(shè)計(jì)、小組內(nèi)分工、根據(jù)本組組員的實(shí)際參與程度和效果給出設(shè)計(jì)小組成員的成績。實(shí)驗(yàn)小組確定設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)選題，有目的地查閱相關(guān)資料，初步設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)方案。提醒學(xué)生們要注意設(shè)計(jì)方案的創(chuàng)新性、科學(xué)性、可行性和簡約性。初步設(shè)計(jì)方案要先在小組內(nèi)討論修改，再經(jīng)過班級(jí)討論，篩選出比較可行的方案進(jìn)一步修改完善。苧麻堿法脫膠的實(shí)驗(yàn)先于苧麻脫膠的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生由此可以熟悉苧麻堿法脫膠的實(shí)驗(yàn)方法和基本的實(shí)驗(yàn)技能，了解堿脫膠的基本流程，掌握檢測脫膠結(jié)果的方法，通過實(shí)驗(yàn)及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析可發(fā)現(xiàn)其存在的問題和不足，為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備提供參考。用再次修改后的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，與苧麻堿法脫膠分析對(duì)比，撰寫實(shí)驗(yàn)分析報(bào)告。

3 設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果

由于遵循了“循序漸進(jìn)”的原則，先給出了設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的選題方向和范圍讓學(xué)生有足夠的時(shí)間進(jìn)行資料調(diào)研、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備等，并且先進(jìn)行了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)可供學(xué)生參考，達(dá)到的教學(xué)效果包括以下幾方面：

（1）學(xué)生對(duì)苧麻脫膠理論課的學(xué)習(xí)積極性 、主動(dòng)性提高。要脫去苧麻的膠質(zhì)提取纖維素，首先要了解膠質(zhì)、纖維素的性能，特別是膠質(zhì)和纖維素的穩(wěn)定性差異；膠質(zhì)在原麻中的分布、含量、組成等，這些知識(shí)是設(shè)計(jì)苧麻脫膠實(shí)驗(yàn)方案所必備的，因此學(xué)生在相關(guān)理論課程的學(xué)習(xí)過程中認(rèn)真度提高，積極思考、討論，通過課程學(xué)習(xí)了解苧麻脫膠可以用多種方式從原麻中提取纖維，但是不同的方式膠質(zhì)脫除效果、消耗、廢水、產(chǎn)出、纖維損傷程度不同，采用什么方式必須根據(jù)原麻性質(zhì)、下游工廠對(duì)精干麻的要求、加工廠的情況選用，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)篩選、確定最佳的工藝流程和工藝參數(shù)。

（2）學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)融合貫通的過程。在學(xué)習(xí)苧麻化學(xué)之前，學(xué)生學(xué)習(xí)過相關(guān)的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，也進(jìn)行過多次實(shí)驗(yàn)，有一定的基礎(chǔ)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力。但是以前大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)是老師給出實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、計(jì)劃準(zhǔn)備所用實(shí)驗(yàn)材料器具、計(jì)算配制實(shí)驗(yàn)用劑、預(yù)實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生只需按步驟完成實(shí)驗(yàn)，再根據(jù)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告?，F(xiàn)在所有過程必須是學(xué)生獨(dú)立完成，學(xué)生必須復(fù)習(xí)過去所學(xué)相關(guān)知識(shí)、查閱相關(guān)資料才能完成相關(guān)設(shè)計(jì)、計(jì)算、準(zhǔn)備，最簡單的試劑配制就讓學(xué)生體會(huì)很多，如苧麻堿脫膠時(shí)NaOH溶液的配制，最初有學(xué)生設(shè)計(jì)需要5%、10%、20%的NaOH溶液，要老師幫其購買，通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)才知道NaOH溶液是要用固態(tài)NaOH自己配制而成，配制NaOH溶液需要確定所需液量，根據(jù)所需液量才能知道所需固態(tài)NaOH量，還有濃度的計(jì)算、溶液的配制、器具的準(zhǔn)備等都是要獨(dú)立解決的問題。

（3）提高了學(xué)生的動(dòng)手能力。在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生能夠遵守實(shí)驗(yàn)室守則和各項(xiàng)規(guī)章制度，嚴(yán)格遵守課堂紀(jì)律；實(shí)驗(yàn)操作認(rèn)真，積極參與實(shí)驗(yàn)，愛護(hù)實(shí)驗(yàn)儀器、用具等公物，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后能積極做好儀器設(shè)備清潔維護(hù)。實(shí)驗(yàn)中能互相配合認(rèn)真完成自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，根據(jù)階段實(shí)驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整實(shí)驗(yàn)工藝條件，基本完成了設(shè)計(jì)方案的要求。完成實(shí)驗(yàn)以后，學(xué)生提交了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、實(shí)驗(yàn)報(bào)告和總結(jié)等。

（4）學(xué)生初步了解了科學(xué)研究的流程。通過苧麻化學(xué)脫膠設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，學(xué)生初步了解科學(xué)研究首先要提出問題，其次是根據(jù)已有科學(xué)知識(shí)和科學(xué)規(guī)律提出解決問題途徑，再選用先進(jìn)的、有效的、合理的方法，通過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證修改，得出科學(xué)的、合理的解決問題的方案，并由此建立新的模型、提出新的理論。

（5）學(xué)生通過苧麻化學(xué)脫膠設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，了解了影響脫膠效果的因素很多，需要在多個(gè)環(huán)節(jié)嚴(yán)格控制工藝條件才能獲得理想的效果。

（6）提高苧麻脫膠效果、節(jié)能減排，依然是科學(xué)界、實(shí)業(yè)界一直關(guān)注的問題，還有很多問題需要反復(fù)的研究解決。

4 存在的問題及今后的改進(jìn)

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分組采用自由組合的方式，有些組學(xué)生人數(shù)較多，這些人數(shù)較多的組中有些學(xué)生參與程度不高?？紤]的解決方案：一是控制設(shè)計(jì)小組的人數(shù)不超過3人；二是設(shè)計(jì)組內(nèi)每位學(xué)生都要就同一設(shè)計(jì)選題提供設(shè)計(jì)方案，每位學(xué)生根據(jù)自己的方案實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析在小組內(nèi)討論、整合提出小組設(shè)計(jì)方案再次實(shí)驗(yàn)。

由于先給出了苧麻堿脫膠的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，部分學(xué)生的設(shè)計(jì)方案基本就是實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的克隆，只是相關(guān)數(shù)據(jù)的改動(dòng)。今后考慮一是采用目標(biāo)設(shè)計(jì)法，給出選題的同時(shí)提出相關(guān)要求，如：實(shí)驗(yàn)結(jié)果要求、廢水排放要求、工序縮短要求等；二是給學(xué)生提供缺陷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，通過實(shí)驗(yàn)分析讓學(xué)生知道這個(gè)指導(dǎo)里面存在的問題，只有通過學(xué)生自己設(shè)計(jì)方案并實(shí)驗(yàn)才能達(dá)到改善缺陷獲得需要的結(jié)果，從而杜絕克隆實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的做法。

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［2］張曉麗，胡鳳霞，劉陶．紡織應(yīng)用化學(xué)課程的教學(xué)改革與實(shí)踐［J］．紡織科技進(jìn)展，2011（2）：93－96．

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［4］孫自淑．高職院校紡織應(yīng)用化學(xué)教學(xué)模式的改革與實(shí)踐［J］．內(nèi)江科技，2011，32（12）：175－175，167．

［5］何深知，崔純瑩，段薇，等．在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力［J］．實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2009，26（6）：134－136．