適應新工科建設的“非織造工藝與產品設計”任務型實踐教學方法探索

丁遠蓉，朱新生，楊旭紅，張歡嘉

(蘇州大學 紡織與服裝工程學院，江蘇 蘇州 215021)

為了滿足國家發(fā)展戰(zhàn)略和新興產業(yè)的發(fā)展需求，肩負產業(yè)人才培養(yǎng)重任的高校應大力推進新工科建設，深化教育教學改革，培養(yǎng)工程實踐能力強、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力強、具備國際競爭力的高素質復合型人才[1]。我國非織造產業(yè)發(fā)展迅速，技術進步成效顯著，已成為國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)的重要組成部分和橫跨多領域的高新技術產業(yè)[2-3]。“非織造工藝與產品設計”為我校(蘇州大學)非織造材料與工程專業(yè)的一門綜合性實習實訓課程，目前該課程存在學時少、內容多，加工設備龐大，生產線長，實踐教學開展難等問題。本文在詳細分析現(xiàn)有問題的基礎上，充分利用學校的軟硬件資源，探索該課程的任務型實踐教學模式，以培養(yǎng)符合新工科要求的高素質創(chuàng)新型人才。

一、 “非織造工藝與產品設計”課程教學現(xiàn)狀

為適應非織造產業(yè)的發(fā)展需求，我校紡織與服裝工程學院于2007年開設了非織造材料與工程專業(yè)，并投入大量經費購置了一批專業(yè)實驗設備，為專業(yè)人才的培養(yǎng)搭建了必要的非織造實習實訓平臺?！胺强椩旃に嚺c產品設計”為本專業(yè)的一門綜合性實踐課程，需通過理論教學與平臺實訓，使學生在全面掌握非織造材料與工程理論知識及實驗技術的基礎上，根據材料的結構與性能要求，獨立設計和試制非織造新產品，以培養(yǎng)具有全球視野、跨界整合能力、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力、應用實踐能力的綜合性復合型工程科技人才[4]。但在該課程的教學過程中尚存在一些問題。

1. 實訓時間短、內容多

非織造技術是紡織工業(yè)新技術，它綜合了紡織、化工、塑料、造紙等多行業(yè)的工程技術，其產品具有許多其他紡織品不可比擬的突出性能，廣泛應用于人類的衣食住行和各產業(yè)領域[5]?！胺强椩旃に嚺c產品設計”課程的教學內容涉及紡絲、梳理成網、氣流成網、針刺、熱黏合、后整理等眾多工程技術，而實訓時間僅為2周，很難全面地向學生講解和演示，更妄談讓學生掌握這些技術。

2. 生產線長，設備龐大，危險因素多

非織造材料與工程專業(yè)是教育部于2005年基于行業(yè)急需人才而設立的新專業(yè)，適應科研與教學的非織造試驗線正在逐步升級改造和完善中。我校紡織與服裝工程學院于2015年引入柔性非織造成套試驗線，由梳理-針刺試驗線、梳理-熱軋試驗線和氣流成網-熱熔試驗線三條獨立的非織造試驗線組成。這些試驗線的靈活性好、適應性強，但每一條試驗線都需要匹配近20臺(套)設備同時運行，生產線非常長。以L型排布的非織造梳理-針刺試驗線為例，包含纖維喂入設備1臺、粗開松設備1臺、大倉混棉設備1套、精開松設備1臺、氣壓式棉箱1套、羅拉式梳理機1套、交叉鋪網設備1套、送網機構1套、預針刺設備1套、主針刺設備2套、卷繞分切設備1套、控制臺4套以及風機、空壓機等輔助設備若干，占地面積50 m2，總高4 m。其中，大倉混棉設備、氣壓式棉箱和梳理機是常規(guī)大型生產設備，操作困難，危險性大。

3. 試驗線少，學生多

我校紡織與服裝工程學院積極與蘇州及周邊地區(qū)的部分高校、非織造材料生產企業(yè)和非織造設備制造企業(yè)建立了校外實踐教學基地，但很難保證在不影響兄弟高校教學和企業(yè)正常生產的前提下，為我校學生開展“非織造工藝與產品設計”課程的實踐教學。而非織造試驗線流程長，設備龐大，占地面積大，價格昂貴，維修保養(yǎng)費用大，學院難以在非織造試驗線上有更多投入。對于40人左右的教學班級而言，現(xiàn)有的非織造試驗線很難滿足學生在短時間內同時完成獨立實操的需求，其他院校也存在類似問題。

二、 “非織造工藝與產品設計”課程教學改革措施

非織造工業(yè)飛速發(fā)展，非織造新材料、新工藝和新技術不斷涌現(xiàn)[6]。根據非織造工藝技術及產品的特點，充分利用校內的軟硬件資源，開展任務型實踐教學模式探索，啟發(fā)學生根據“合成纖維工藝學”“非織造學”“非織造后整理技術” “非織造材料性能與結構表征”等課程所學的理論知識，對獨立開發(fā)1束功能纖維(1D)、1件針刺創(chuàng)新產品(2D)和1件立體創(chuàng)意作品(3D)三個學習任務進行市場調研、設備操作、工藝設計與控制和新產品試制，分析和探索新產品的大生產策略和銷售策略，并設計制作宣傳材料，進行新產品的發(fā)布和售賣。經過這樣的實訓過程，使學生能夠將理論學習與實踐操作融為一體，提升工程實踐、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，更深入地理解市場需求與產品創(chuàng)新是非織造產業(yè)發(fā)展的源動力。

1. 合理選擇教學內容

學院在非織造材料與工程專業(yè)的第7學期最后2周設置“非織造工藝與產品設計”實習實訓課程，此時學生已經完成所有專業(yè)基礎課、專業(yè)必修課的理論知識學習，通過校外實踐教學基地以參觀學習為主的認識實習和校內實習實訓平臺的非織造材料與工程專業(yè)實驗，已經了解部分非織造成網、加固和后整理技術以及材料結構性能測試技術。

根據校內非織造實習實訓平臺的現(xiàn)有設備，對“非織造工藝與產品設計”課程的核心教學內容進行篩選，要求學生完成獨立設計制作1D、2D和3D這三個學習任務，注重理論聯(lián)系實際，堅持專業(yè)基礎與學科前沿、創(chuàng)新訓練與科學研究相結合，從而使實踐環(huán)節(jié)具有一定的先進性、綜合性和適應性。

2. 改造實踐教學設備

非織造材料的基本原料是纖維，紡絲技術的創(chuàng)新與發(fā)展決定了纖維的結構與性能，從而進一步促進了非織造產品的設計與研發(fā)。因此，紡絲工藝與控制是非織造材料與工程專業(yè)學生必須掌握的核心內容，也是“非織造工藝與產品設計”課程的核心實訓內容?，F(xiàn)有的校內非織造實習實訓平臺缺少紡絲設備和紡黏法非織造設備，學院通過改造高聚物熔體指數(shù)測定儀，自制了一套簡易的小型單噴絲孔熔體紡絲設備，占地面積9 m2，總高2 m。

學生可以選取聚丙烯、聚酯、聚酰胺等幾種常用的熱塑性高聚物切片和功能性母粒為原料，通過對高聚物切片的預結晶溫度、干燥溫度、紡絲溫度、紡絲壓力、熔體擠出速度、側吹風速、紡絲甬道長度、絲束卷繞速度、牽伸溫度、牽伸倍率和熱定型溫度等工藝參數(shù)的設計與控制，獨立完成連續(xù)穩(wěn)定地紡制1束功能纖維，觀察纖維的截面形狀、條干均勻程度，測算和分析切片含水率、纖維線密度、單纖強度、斷裂伸長率和親水性等一系列數(shù)據。

學生以小組為單位紡制功能纖維前，需要查閱中英文專業(yè)文獻，全方位了解原料的特性，制訂合理的紡絲工藝單；在紡絲過程中，組員之間高效配合，完成各工藝參數(shù)的控制和調整；在紡絲結束后，分析滴落、斷絲、黑點、發(fā)黃等非正常現(xiàn)象出現(xiàn)的原因，查閱資料，討論、尋找解決問題的辦法，重新制訂紡絲工藝單，為下一次紡絲試驗做準備。這樣的實踐教學使學生在碰到問題時積極尋求解決方法，在解決問題后充滿成就感，取得了很好的教學效果。

3. 高效利用非織造試驗線

校內非織造實習實訓平臺有1條非織造梳理-針刺法非織造試驗線，常規(guī)生產時需要配備4～6名熟練操作工，學生無法獨自操控這條試驗線。通過對非織造梳理成網、針刺加固工藝原理以及該試驗線的結構特點與實際教學效果進行研究和分析，學院決定將該試驗線拆分，將其中的1套預針刺設備和2套主針刺設備分離出來，作為3套獨立的實習實訓設備，以針刺法非織造工藝與產品設計為主要實訓任務。學生選用含有有色短纖維的毛線、廢舊衣物等，通過梳理及氣流成網設備的撕扯開松獲得有色纖維原料，按照一定的圖案鋪設在白色滌綸短纖維網上，再喂入針刺設備中，通過設計和控制針刺頻率、針刺深度、植針密度、纖網輸送速度等工藝參數(shù)，完成1件針刺創(chuàng)新產品，并分析針刺加固工藝對產品結構性能的影響。這樣的做法提高了非織造試驗線的利用效率，簡化了實訓過程，降低了實訓的危險性。

4. 配備多套小型設備

超聲波黏合技術是將電能轉化為20 kHz的高頻振動，使被黏合的纖維網局部發(fā)熱熔融，冷卻后形成黏合點的非織造熱黏合加固技術，能同時滿足以熱塑性纖維為主的非織造纖維網的切割、熔接、縫合等多項要求[5]。超聲波黏合設備小巧，占地面積小，購置和維護成本低，操作簡單，危險性小。學院在專業(yè)設立之初就配備了5套超聲波黏合設備。在實踐教學中，指導教師詳細剖析超聲波黏合設備的主體結構、工作原理、設備拆裝方法及工藝控制原理，學生在全面掌握原材料的結構性能、超聲波黏合工藝的控制原理，全方位調研市場需求和學長的作品展示基礎上，獨立試制1件新、獨、特的立體創(chuàng)意作品，并詳細分析作品的大生產策略和銷售策略，以培養(yǎng)學生的工程綜合運用和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。近幾年，學院正分批次采購濕法成網設備、膜裂纖維設備等小型非織造設備，逐步完善校內非織造實習實訓平臺。

5. 建立科學、完善的實踐教學評價體系

“非織造工藝與產品設計”課程從實驗報告/創(chuàng)新設計報告和非織造新產品發(fā)布會兩個方面對學生進行評價與考核。對于實驗報告/創(chuàng)新設計報告，要求學生詳細闡述作品的設計靈感、市場調研結果、工藝設計與控制、問題與解決方案、大生產策略和銷售策略，并計算和分析數(shù)據，形成文字資料備案。文字資料占總成績的50%，由指導教師按評分細則進行評定。非織造新產品發(fā)布會安排在2周實踐課程的最后一天，學生從設計靈感、問題與解決方案、大生產策略和銷售策略等方面進行闡述并展示自己的作品，進行廣泛交流和總結，以提高創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力。這部分內容占總成績的50%。評分權交給學生，從學生中推選出6名代表組成評委會，對學生作品展示過程中的表現(xiàn)、作品的創(chuàng)新性和制作精良程度等進行評分，取平均值。

“展賽促學”的育人機制促進了學生在實踐中提高，在創(chuàng)新中提升，在競賽中成長，學生在參與中得到全面的鍛煉和發(fā)展[7]。在“非織造工藝與產品設計”課程教學中，鼓勵學生參加“挑戰(zhàn)杯”全國大學生課外學術科技作品競賽、“互聯(lián)網+”大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“紅綠藍杯”中國高校紡織品設計大賽、中國紡織類高校大學生創(chuàng)意創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、全國大學生非織造產品設計及應用大賽等各級各類大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽，激發(fā)了學生的學習興趣與主觀能動性，取得了較好的教學效果。

三、 結語

在新一輪科技和產業(yè)革命蓬勃發(fā)展的形勢下，迫切需要大批工程實踐能力強的拔尖創(chuàng)新人才。“非織造工藝與產品設計”作為一門綜合性實習實訓課程，應充分利用學校和社會的軟硬件資源，大力推進產品設計開發(fā)任務型教學模式改革，培養(yǎng)符合新工科要求的高素質創(chuàng)新型人才。