紡織工程專業(yè)自主設計實驗教學模式探究

竺鋁濤

(浙江理工大學 a. 材料與紡織學院； b. 絲綢學院，浙江 杭州 310018)

紡織工程是一個實踐性很強的應用型工科專業(yè)，其目標是培養(yǎng)高級紡織工程技術人員，要求畢業(yè)生能夠適應社會發(fā)展的需求，具有熟練運用所學專業(yè)理論知識和實驗技能解決紡織生產(chǎn)實際問題的能力。實驗教學作為實踐性教學的一種組織形式，具有促進學生理論知識認知以及動手能力、創(chuàng)造能力發(fā)展和提升的功能，是培養(yǎng)專業(yè)技術人才的重要教學環(huán)節(jié)。然而當前大學教育中普遍存在以理論講授為主，實驗教學僅僅作為對理論的驗證，缺少理論與實際應用的聯(lián)系，同時實驗內容和實驗設備缺少更新和改進的問題。這種傳統(tǒng)的實驗模式雖然在過去取得了一定的教學效果，但與目前紡織工程教育專業(yè)認證中強調培養(yǎng)學生實踐創(chuàng)新能力[1]、提升學生專業(yè)素質具有很大的差距。

一、 開展自主設計實驗教學的必要性

《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》指出，高等教育承擔著培養(yǎng)高級專門人才、發(fā)展科學技術文化、促進現(xiàn)代化建設的重大任務，強調要把教學作為首要任務，加強實驗室、校內外實習基地、課程教材等教學基本建設，支持學生參與科學研究，強化實踐教學環(huán)節(jié)。這從根本上規(guī)定了高校必須開展科學研究，注重高素質人才和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，同時為人才的培養(yǎng)打造現(xiàn)代化的實習與實驗條件。而高校實驗教學改革和實驗室建設作為強化實踐教學環(huán)節(jié)和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的基礎，在培養(yǎng)理工科學生實踐能力和創(chuàng)新精神，提升學生的工程素質方面具有極其重要的地位和作用[2]。

自主設計實驗是在長期的教育改革與實踐中產(chǎn)生的一種創(chuàng)新實驗模式。在《普通高等學校本科教學工作水平評估方案(試行)》中，對專業(yè)建設與教學改革提出了開設綜合性、設計性實驗的要求，并制定了明確的等級標準。該方案指出，設計性實驗是指給定實驗目的、要求和實驗條件，由學生自主設計實驗方案加以實現(xiàn)的實驗。對自主設計實驗的探索與實踐已經(jīng)成為眾多高校實驗教學改革的重要內容[3-6]。

1. 自主設計實驗教學的特點

自主設計實驗教學模式是在2000年提出的自助式實驗的基礎上經(jīng)創(chuàng)新發(fā)展演變而來的。自主設計實驗創(chuàng)新模式要從實驗目的、實驗內容、實驗裝置、實驗過程、實驗結果及實驗形式等方面進行全方位的改革[7]。自主設計實驗注重培養(yǎng)學生的綜合素質，它將教師置于引導者地位[8]，而賦予學生充分的自主權。實驗課題可以由教師指定，也可由學生自主確定。課題確定后，學生通過文獻檢索了解實驗目的和國內外發(fā)展狀況，結合專業(yè)知識自主設計實驗方案，然后利用學?；蚱髽I(yè)資源開展實驗。在自主設計實驗教學中，學生不是被動地接受知識，而是通過自主探索學習知識，掌握技能[9]。自主設計實驗的優(yōu)越性表現(xiàn)在：

(1) 充分的課題自主權。學生可以根據(jù)自己的情況確定課題，安排實驗的時間和內容，也可以選擇教師提供的課題。

(2) 自由的方案執(zhí)行權。學生根據(jù)實驗要求整合資源，自行開展原材料的準備、設備的對接、實驗技術的實施和結果的分析。

(3) 鼓勵實驗方式的創(chuàng)新和另辟蹊徑。

2. 自主設計實驗教學存在的問題

自主設計實驗模式雖然有很大的優(yōu)越性，但是在實踐和推廣中也會遇到很多問題，主要有以下兩點：

(1) 如何培養(yǎng)學生對自主設計實驗的興趣。在實驗教學初期，學生對專業(yè)知識的認識不夠深入，缺乏系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)、性能表征的思維，存在對自主設計實驗目的和概念不清晰的情況，從而產(chǎn)生找不到實驗開展的切入點，最后導致對自主設計實驗產(chǎn)生焦慮和排斥心理。

(2) 如何達到自主設計實驗的教學效果。自主設計實驗的目的是讓學生掌握對專業(yè)知識的應用，通過實驗設計和實施培養(yǎng)解決工程問題的能力。自主設計實驗的選題與實驗的效果密切相關，高校教師應選擇具有產(chǎn)學研開發(fā)前景，能充分應用專業(yè)知識，且具有可操作性的實驗課題，并明確實驗的背景和意義、實驗目的、實驗手段，引導學生從工程師的角度去設計和開展實驗，讓學生從中得到收獲和成長。

二、 紡織工程專業(yè)自主設計實驗教學模式的實踐

根據(jù)我校(浙江理工大學)紡織工程專業(yè)的培養(yǎng)目標，結合筆者多年工程實踐和教學經(jīng)驗，選擇2014、2015級本科生為主要實施對象，以“織造學”“現(xiàn)代準備工藝學”“紡織結構復合材料”等課程為依托，實施紡織工程專業(yè)自主設計實驗教學模式的探索與實踐。

1. 確定設計性題目

自主設計實驗效果與實驗題目直接相關，學生需要在教師指導下自由組隊，然后自主選擇實驗題目。實驗題目既要貼合專業(yè)課程，又要具有產(chǎn)業(yè)化合作基礎和前景。表1為我校紡織工程專業(yè)的自主設計實驗課程內容。

表1 紡織工程專業(yè)自主設計實驗課程內容

2. 實驗實施過程

在自主設計實驗中，為了讓學生具備獨立開展自主設計實驗的能力，教師預先對學生開展驗證性實驗模塊和綜合性實驗模塊的培訓。為了使實驗能夠順利進行，我們提出了下列自主設計實驗步驟：(1)教師提出/學生自選課題；(2)學生分組設計，提交設計報告；(3)教師審定實驗設計報告；(4)實驗教師提供相關試劑、材料和儀器；(5)學生獨立完成實驗；(6)整理實驗數(shù)據(jù)；(7)撰寫實驗報告和總結；(8)撰寫論文或專利。在實驗過程中注重團隊協(xié)作，學生以3～4人為一組，采取組長負責制開展實驗設計。課題規(guī)定了實驗目的、實驗時間、實驗范圍等具體要求[10]，學生需要結合專業(yè)知識查閱文獻，制訂方案，開展實驗，最后小組分析討論，撰寫總結報告。

在實驗前教師要對學生進行安全教育，使學生樹立安全意識。在實驗過程中要注重對學生的指導，以啟發(fā)其思考更深層次的問題。對于能順利完成實驗的學生給予鼓勵，并指出實驗過程中可以進一步改進和提升的方面；而對在實驗中遇到困難的學生給予耐心引導，指出改進方向，多鼓勵、少批評。

3. 對學生實驗方案的評閱

自主設計實驗需要建立合理的評價指標，以達到端正學生實驗態(tài)度、規(guī)范實驗過程、提高實驗效果的目的。表2是紡織工程專業(yè)自主設計實驗課程的評價指標，按照實驗準備、實驗過程和結果分析三步法，對每一部分都制定了明確的觀測點、考核目標、各項分值及成績比率。

表2 紡織工程專業(yè)自主設計實驗課程評價指標

三、 自主設計實驗教學案例分析

結合“紡織結構復合材料”專業(yè)課程，開展了“玻璃纖維復合材料層合板的制備”自主設計實驗教學。

1. 實驗準備

在開展實驗之前，學生應清楚實驗的內容和目的。本實驗內容是開展玻璃纖維復合材料層合板的制備；實驗目的是掌握玻璃纖維復合材料層合板的制備工藝，了解固化溫度和壓力對層合板彎曲性能的影響。學生以3人為一組組建團隊，首先進行文獻檢索，了解玻璃纖維復合材料層合板制備所需的原材料、層合板鋪層方案及加熱固化工藝。

2. 實驗過程

根據(jù)文獻檢索和調研，學生確定了如下的實驗方案和步驟：(1)將玻璃纖維預浸料從冰箱中取出放到實驗平臺上，在使用前打開紙箱使之在室溫(20 ℃)下充分解凍，解凍時間不少于2 h。(2)裁剪的預浸料應平整地放在切割臺上以避免變形。(3)用丙酮將模具表面清洗2遍，然后再刷3遍脫模劑。(4)預浸料按照鋪層方案在陰模中鋪疊，邊鋪疊邊抽真空，防止預浸料層間有氣泡。(5)合上陽模，放入模壓機中加熱固化。從常溫升溫至80 ℃保溫30 min，同時設定加壓壓力為1.33 MPa；然后溫度升至130 ℃，在此溫度下保溫60 min；最后自然降溫至約60 ℃，取出脫模。完成層合板制備后，學生進行產(chǎn)品質量評估，完成實驗總結報告。教師對學生實驗操作的規(guī)范性、正確性進行點評，同時對產(chǎn)品外觀質量進行評價。

四、 結語

在紡織工程專業(yè)教學中開展自主設計實驗，同時通過打造一支高素質的實驗教學師資隊伍，選擇合理的實驗課題，規(guī)范實驗操作，鼓勵學生參與生產(chǎn)實踐和科研，可有效激發(fā)學生學習的興趣和積極性，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的創(chuàng)新思維和能力，進而提高學生的實踐能力和創(chuàng)新能力。