紡織類專業(yè)跨學(xué)科課程教學(xué)的探討
——以“土工合成材料及應(yīng)用”課程為例

王海樓，臧傳鋒，張 偉，張 瑜，付譯鋆

(南通大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，江蘇 南通 226019)

一、 紡織學(xué)科的特點(diǎn)

紡織既是一門古老的學(xué)科，又是一門新興學(xué)科，從傳統(tǒng)的衣用服飾延伸到了時(shí)下的前沿技術(shù)領(lǐng)域，例如航空航天用天線、人造血管、隱身衣、便攜式能源裝置與電子皮膚等。紡織是將纖維材料依照有序或無序形式構(gòu)筑成纖維集合體的技術(shù)統(tǒng)稱，涉及纖維簇、紗線、織物等纖維集合體，主要包括紡、織兩類技術(shù)，其制成品用途廣泛。紡織制成品可以作為常見的服用、裝飾用品，也可作為產(chǎn)業(yè)用品[1]。紡織產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域覆蓋航空航天、醫(yī)用衛(wèi)生、安全防護(hù)、土木工程等多個(gè)領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展及產(chǎn)品更新，紡織制成品的產(chǎn)業(yè)用途不斷拓展，其產(chǎn)業(yè)用占比也不斷提升[2]。紡織制成品用途的多樣性意味著紡織類專業(yè)課程不能僅僅從紡織單一角度進(jìn)行教學(xué)，而需要有機(jī)融合相關(guān)交叉學(xué)科，以更好地適應(yīng)專業(yè)課程教學(xué)需求，培養(yǎng)滿足行業(yè)需求的寬口徑創(chuàng)新型復(fù)合人才。

為推動(dòng)工程教育改革創(chuàng)新，教育部正積極推進(jìn)新工科建設(shè)，交叉學(xué)科為其內(nèi)涵建設(shè)之一[3]。 “土工合成材料及應(yīng)用”為我校(南通大學(xué))非織造材料與工程專業(yè)的一門專業(yè)選修課程，補(bǔ)充專業(yè)基礎(chǔ)課未涉及的內(nèi)容，主要內(nèi)容涉及紡織、材料、土木工程等多個(gè)學(xué)科。土工合成材料作為一種新型工程材料，在土木工程方面應(yīng)用較為廣泛，而且在較多情況下以非織造材料形式存在。非織造材料屬于紡織材料的一種，可直接對散纖維或纖維網(wǎng)進(jìn)行集合加工獲得。本文以“土工合成材料及應(yīng)用”課程為例，對紡織類專業(yè)本科課程的跨學(xué)科融合教學(xué)進(jìn)行探討。

二、 紡織類專業(yè)跨學(xué)科課程教學(xué)存在的問題

“土工合成材料及應(yīng)用”課程具有多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，該課程原有的教學(xué)體系主要基于紡織課程體系構(gòu)建，大多針對紡織材料的種類和功能進(jìn)行講授，該課程的多學(xué)科交叉體現(xiàn)不足。例如對土體種類和相關(guān)性質(zhì)的涉及較少，因而其跨學(xué)科教學(xué)效果不明顯。經(jīng)深入分析，我校“土工合成材料及應(yīng)用”課程教學(xué)存在以下問題。

1. 交叉學(xué)科的基礎(chǔ)知識薄弱

我校非織造材料與工程專業(yè)本科課程設(shè)置包含通識教育課程、綜合素質(zhì)培養(yǎng)課程、學(xué)科基礎(chǔ)課程和專業(yè)教育課程，涉及自然科學(xué)、工程科學(xué)及學(xué)科專業(yè)方面的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)知識。其中，學(xué)科基礎(chǔ)課程與專業(yè)教育課程涉及較多紡織類專業(yè)內(nèi)容，但總體的課程設(shè)置對于交叉學(xué)科部分的內(nèi)容涉及較少，例如“土工合成材料及應(yīng)用”課程涉及土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)較少，難以滿足寬口徑復(fù)合型人才培養(yǎng)的需求。

2. 教學(xué)環(huán)節(jié)缺少學(xué)科交叉

“土工合成材料及應(yīng)用”課程原有教學(xué)環(huán)節(jié)延續(xù)了紡織學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。教學(xué)內(nèi)容主要從紡織加工技術(shù)角度對土工合成材料的加工方式與產(chǎn)品表現(xiàn)形式進(jìn)行講授，對于交叉學(xué)科的土體種類、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及土工力學(xué)理論等必要內(nèi)容涉及較少。同時(shí)教學(xué)手段相對單一，以講授法、圖示法為主，缺少創(chuàng)新性，尤其缺少以恰當(dāng)、有效的方法向?qū)W生呈現(xiàn)交叉學(xué)科的知識內(nèi)容。

3. 實(shí)踐環(huán)節(jié)跟進(jìn)不足

“土工合成材料及應(yīng)用”課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)形式相對單一，主要以紡織實(shí)驗(yàn)為主，而交叉學(xué)科的土體性質(zhì)表征、土體力學(xué)測試等實(shí)踐能力培養(yǎng)相對缺乏。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)施平臺缺乏交叉學(xué)科的測試設(shè)備，導(dǎo)致交叉學(xué)科的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容難以開展，不利于培養(yǎng)學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題的能力。

“土工合成材料及應(yīng)用”課程跨學(xué)科教學(xué)存在的問題在紡織類專業(yè)其他課程教學(xué)中也不同程度地存在，這些因素導(dǎo)致跨學(xué)科課程在教學(xué)過程中不同學(xué)科間的融合效果不明顯。高校的人才培養(yǎng)必須響應(yīng)時(shí)代需求，滿足社會需要，根據(jù)行業(yè)的發(fā)展及時(shí)調(diào)整培養(yǎng)方案。在當(dāng)今的信息化時(shí)代，大多數(shù)情況下單一問題不再是主要問題，越來越多的復(fù)雜問題成為急需解決的主要問題。高?？鐚W(xué)科課程的跨學(xué)科教學(xué)將有助于培養(yǎng)寬口徑創(chuàng)新型復(fù)合人才，提高學(xué)生解決復(fù)雜問題的能力。

三、 解決思路

根據(jù)跨學(xué)科課程特點(diǎn)，分析課程教學(xué)思路，結(jié)合存在的問題和教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，有針對性地優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法。圖1為“土工合成材料及應(yīng)用”課程的跨學(xué)科教學(xué)分析思路。跨學(xué)科課程的教學(xué)思路主要從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)方法三個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 “土工合成材料及應(yīng)用”課程的跨學(xué)科教學(xué)分析思路

1. 教學(xué)目標(biāo)

為提升學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，拓展學(xué)生知識體系，培養(yǎng)寬口徑創(chuàng)新型復(fù)合人才，跨學(xué)科教學(xué)將有助于達(dá)成預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，因此需要提升跨學(xué)科教學(xué)效果?！巴凉ず铣刹牧霞皯?yīng)用”課程教學(xué)目標(biāo)之一是使學(xué)生掌握土工合成材料的基本功能、原理與應(yīng)用。對于原理部分，學(xué)生既要掌握紡織材料的加工技術(shù)與產(chǎn)品性能特點(diǎn)，又要掌握土體種類與性能特點(diǎn)，進(jìn)而掌握土工合成材料在土體中的作用原理與作用形式。

2. 教學(xué)內(nèi)容

“土工合成材料及應(yīng)用”課程教學(xué)內(nèi)容涉及本學(xué)科紡織類教學(xué)內(nèi)容和交叉學(xué)科土工類教學(xué)內(nèi)容兩部分。本學(xué)科紡織類教學(xué)內(nèi)容為主體內(nèi)容，由于學(xué)科課程體系設(shè)有“紡織材料學(xué)”“非織造學(xué)”等課程，專業(yè)基礎(chǔ)課程充分，知識體系比較完備，學(xué)生的紡織類基礎(chǔ)知識扎實(shí)，有助于課程的教學(xué)實(shí)施；而交叉學(xué)科部分屬于擴(kuò)充內(nèi)容，由于學(xué)科課程體系中幾乎沒有涉及交叉學(xué)科土工類專門課程，缺少針對土體性質(zhì)、土工力學(xué)等知識的教學(xué)，導(dǎo)致學(xué)生土工類知識儲備不足，已有的相關(guān)知識儲備難以支撐交叉學(xué)科部分的教學(xué)實(shí)施。例如“土工合成材料及應(yīng)用”課程的“加筋作用”章節(jié)中關(guān)于土體應(yīng)力狀態(tài)分析與土工合成材料加筋方式，因?qū)W生缺乏對土體性質(zhì)與土體力學(xué)的必要了解，導(dǎo)致該章節(jié)的教學(xué)效果不太理想。如何補(bǔ)充交叉學(xué)科知識以滿足基本的教學(xué)需求，同時(shí)不過多增加學(xué)生負(fù)擔(dān)，成為解決問題的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

3. 教學(xué)方法

教學(xué)實(shí)施部分主要包含課堂教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)兩部分，兩部分均含有本學(xué)科內(nèi)容(主體)和交叉學(xué)科內(nèi)容(擴(kuò)充)。若以本學(xué)科教學(xué)方法實(shí)施教學(xué)，容易忽略交叉學(xué)科土工相關(guān)教學(xué)內(nèi)容。交叉學(xué)科教學(xué)方法有助于交叉學(xué)科內(nèi)容的教學(xué)實(shí)施，但由于不熟悉土工教學(xué)內(nèi)容的一些相關(guān)教學(xué)方法，因而實(shí)際教學(xué)中較少采用，從而導(dǎo)致交叉學(xué)科的教學(xué)不理想。雖然可以通過交叉學(xué)科教學(xué)方法培訓(xùn)來提高教師教學(xué)能力，解決教學(xué)問題，但由于跨學(xué)科領(lǐng)域較多，導(dǎo)致涉及面較廣，不適合統(tǒng)一培訓(xùn)，因此在實(shí)際操作中較困難。教學(xué)方法融合是一種較好的解決措施，因此本學(xué)科與交叉學(xué)科的教學(xué)方法融合成為一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。

四、 解決方案

從以上分析可以看出，交叉學(xué)科知識獲取與教學(xué)方法融合是影響跨學(xué)科教學(xué)效果的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。針對這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，我們相應(yīng)地設(shè)計(jì)了以下兩種解決方案。

1. 交叉知識獲取的解決方案

交叉知識的獲取可以從知識嵌入、專題講座、課程教學(xué)三種方式著手。(1)知識嵌入主要是將交叉學(xué)科部分內(nèi)容融入教學(xué)過程，融入位置可以在章節(jié)內(nèi)或者章節(jié)間，需要保證內(nèi)容前后連貫，自然地引出教學(xué)內(nèi)容。比如在“土工合成材料及應(yīng)用”課程中“加筋作用”章節(jié)的起始部分，可以先通過簡要介紹土體力學(xué)性質(zhì)，使學(xué)生對土體力學(xué)性質(zhì)的優(yōu)缺點(diǎn)有一定的了解，再由土體性質(zhì)的缺點(diǎn)引出后續(xù)土工合成材料加筋作用的相關(guān)內(nèi)容。這種教學(xué)方式設(shè)計(jì)靈活，但教學(xué)內(nèi)容量較少，適合對涉及交叉學(xué)科知識較少的課程內(nèi)容實(shí)施教學(xué)。(2)專題講座主要通過設(shè)立交叉學(xué)科專題講座，比如針對土體種類、性質(zhì)與土體力學(xué)基本理論，邀請校內(nèi)外專家舉辦講座進(jìn)行集中、系統(tǒng)的講授。專題講座形式屬于一種知識打包與普及，交叉學(xué)科部分的知識量相較知識嵌入方式完整豐富，也不會過度增加學(xué)生負(fù)擔(dān)，可以適合大部分跨學(xué)科教學(xué)課程。(3)課程教學(xué)主要通過增設(shè)一門或多門交叉學(xué)科土工類專門課程，例如“土質(zhì)學(xué)與土力學(xué)”，可以通過公選課形式進(jìn)行實(shí)施。這種形式教學(xué)的知識體系更加完善，但會增加學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)，只有在特殊情況下才采取。一般情況下，對交叉學(xué)科部分的知識要求是基礎(chǔ)理論知識，因此通過知識嵌入和專題講座的方式基本能夠滿足跨學(xué)科教學(xué)的要求。

2. 教學(xué)方法融合的解決方案

依據(jù)教學(xué)方法的不同特征，可以分為三類措施。(1)紡織與土工兩個(gè)不同學(xué)科間存在著相同教法和不同教法。相同教法則是采用紡織學(xué)科教法教授交叉學(xué)科內(nèi)容，以“舊瓶裝新酒”的方式達(dá)到無縫銜接的效果，例如通過講授法和圖示法對土體分類及性質(zhì)等概念性內(nèi)容實(shí)施教學(xué)，前提是需要授課教師充分理解土工部分的教學(xué)內(nèi)容。(2)對于不同教法的可融合部分，可采取“移花接木”的方式，將本學(xué)科教學(xué)方法中可轉(zhuǎn)接部分移嫁到土工類教學(xué)方法中，并協(xié)調(diào)搭配交叉學(xué)科內(nèi)容，目的在于強(qiáng)調(diào)交叉學(xué)科的必要知識點(diǎn)，而不至于教學(xué)方法太突兀。例如基于小試樣的實(shí)驗(yàn)法借助紡織實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺和小型土工類輔助實(shí)驗(yàn)器具，針對土工合成材料與土體的復(fù)合作用實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)。(3)對于不同教法的不可融合部分，可以通過探索、設(shè)計(jì)新的教學(xué)方法，以能夠適應(yīng)交叉學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容，既便于本學(xué)科教師實(shí)施教學(xué)，又利于學(xué)生學(xué)習(xí)理解。例如通過虛擬實(shí)驗(yàn)[4]仿真展示土體受

載情況及其在土工合成材料加筋后的受載效果，或者通過虛擬工程來仿真演示不同類別土工合成材料在垃圾填埋場中不同位置的運(yùn)用效果，讓學(xué)生直觀地了解交叉學(xué)科的內(nèi)容，以滿足交叉學(xué)科的實(shí)踐教學(xué)要求。

五、 結(jié)語

結(jié)合人才培養(yǎng)要求和企業(yè)需求，我校非織造材料與工程專業(yè)課程體系中的專業(yè)選修課設(shè)立了“土工合成材料及應(yīng)用”等跨學(xué)科課程。通過分析跨學(xué)科課程教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題，提出了跨學(xué)科教學(xué)的解決思路，并有針對性地設(shè)計(jì)了解決方案，以提高跨學(xué)科課程的教學(xué)效果，為培養(yǎng)紡織類寬口徑創(chuàng)新型復(fù)合人才積累經(jīng)驗(yàn)并奠定理論基礎(chǔ)。