基于工程教育專業(yè)認(rèn)證的染整工藝實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

任 燕， 習(xí)智華， 邢建偉， 徐成書

（西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，西安710048）

0 引 言

國際工程聯(lián)盟包括6個(gè)協(xié)議，其中被國際普遍認(rèn)為權(quán)威性最高、國際化程度最高、體系較為完整的是《華盛頓協(xié)議》［1］。2006年起我國參照《華盛頓協(xié)議》成員國的做法進(jìn)行工程教育專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作，于2013年成為預(yù)備成員，并于2016年6月成為第18個(gè)正式成員，這一結(jié)果意味著通過認(rèn)證專業(yè)的畢業(yè)生學(xué)位將得到國際互認(rèn)，同時(shí)也標(biāo)志著我國高等教育開始走向世界［2］。工程教育專業(yè)認(rèn)證旨在為相關(guān)工程技術(shù)人才進(jìn)入工業(yè)界從業(yè)提供預(yù)備教育質(zhì)量保證，核心內(nèi)涵為建構(gòu)“結(jié)果導(dǎo)向”的人才培養(yǎng)體系，并持續(xù)改進(jìn)；理念是基于學(xué)習(xí)結(jié)果的教學(xué)［1］，這與傳統(tǒng)教學(xué)模式存在本質(zhì)差別。

我校是我國西部一所以紡織服裝為特色、多學(xué)科協(xié)調(diào)發(fā)展的高等院校，紡織工程和環(huán)境工程專業(yè)已于2018年7月提交國家工程教育專業(yè)認(rèn)證申請(qǐng)。輕工類雖尚未進(jìn)入受理認(rèn)證的專業(yè)范疇，但我系已于2017年申請(qǐng)并獲批校級(jí)輕化工程專業(yè)工程教育認(rèn)證立項(xiàng)項(xiàng)目，為迎接即將到來的認(rèn)證工作摩拳擦掌。根據(jù)專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)要求，輕化工程專業(yè)在新修訂的培養(yǎng)方案中增加實(shí)踐課程的比重，將主要實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)的學(xué)分上調(diào)至65.7，其中實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)分19.7。染整工藝實(shí)驗(yàn)課程總學(xué)時(shí)96，是課程體系中唯一一門獨(dú)立設(shè)課的專業(yè)核心課，它除了肩負(fù)著與理論課程的聯(lián)結(jié)和拓展，也是提高學(xué)生分析和解決復(fù)雜工程問題能力的重要實(shí)踐環(huán)節(jié)。因此，在工程教育專業(yè)認(rèn)證理念下，建設(shè)符合專業(yè)認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的染整工藝原理實(shí)驗(yàn)課程成為了一個(gè)新的課題。

1 合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

染整工藝實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)目的是要通過各種工藝實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)染整工藝制訂和實(shí)施的基本原則、成品的國家或國際標(biāo)準(zhǔn)、常用的性能測(cè)試方法進(jìn)行認(rèn)知，加深對(duì)理論知識(shí)的理解，提高學(xué)生專業(yè)實(shí)驗(yàn)的操作技能并具備基礎(chǔ)科研能力。因此，在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，教學(xué)內(nèi)容的改革應(yīng)秉承以O(shè)BE教學(xué)理念為核心，根據(jù)學(xué)生畢業(yè)后的職業(yè)類型，以工廠實(shí)際生產(chǎn)和專業(yè)前沿創(chuàng)新技術(shù)為依據(jù)進(jìn)行優(yōu)化、整合。傳統(tǒng)教學(xué)模式與工程教育專業(yè)認(rèn)證理念的對(duì)比見表1。

表1 傳統(tǒng)教學(xué)模式與工程教育專業(yè)認(rèn)證理念的對(duì)比

將改革的落腳點(diǎn)放在學(xué)生學(xué)習(xí)的結(jié)果產(chǎn)出上，以專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)為本，立足課程教學(xué)目標(biāo)，明確目標(biāo)對(duì)畢業(yè)要求的支撐。具體措施為：①合并現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，壓縮驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容；②增加設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)的比例；③將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模塊化；④每一模塊內(nèi)構(gòu)建遞進(jìn)式教學(xué)模式。改革前后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容見表2。

表2 改革前后的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

改革后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容將經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目保留，設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)各增設(shè)兩項(xiàng)（驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)占比由90%降為60%，綜合性實(shí)驗(yàn)占比由8%升為15%，新增設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)占比25%。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，需要學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的良好認(rèn)知，能選擇和使用恰當(dāng)?shù)馁Y源、技術(shù)和工具，從查閱文獻(xiàn)、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)步驟、對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、對(duì)存在疑惑的個(gè)別實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)結(jié)果提出疑問、討論并給出解決方案。如“棉織物的絲光”，新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容允許學(xué)生在紗線絲光、織物絲光或紗線、織物雙絲光3種絲光方式中進(jìn)行選擇，后經(jīng)文獻(xiàn)查閱自行制定絲光的工藝流程，設(shè)定工藝參數(shù)，并對(duì)絲光效果進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程既考核了學(xué)生使用現(xiàn)代工具的能力，也培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力和創(chuàng)新思維。

綜合性實(shí)驗(yàn)，需要學(xué)生能夠運(yùn)用基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)進(jìn)行靈活應(yīng)用。如“滌／棉混紡織物的前處理”，既要求學(xué)生對(duì)棉織物前處理模塊中的內(nèi)容熟知，又能扎實(shí)掌握合成纖維前處理模塊中的知識(shí)點(diǎn)，該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置一方面融合了基礎(chǔ)、實(shí)用和前沿技術(shù)，另一方面也彌補(bǔ)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中缺少以混紡產(chǎn)品為加工對(duì)象的不足，有助于對(duì)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、綜合應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。改革后實(shí)驗(yàn)內(nèi)容中缺失的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可通過開放實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行補(bǔ)充，讓更多對(duì)實(shí)驗(yàn)充滿興趣的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)并完成實(shí)驗(yàn)。

每個(gè)模塊實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的類型按照驗(yàn)證→設(shè)計(jì)→綜合的遞進(jìn)關(guān)系展開，保證學(xué)生在每個(gè)模塊內(nèi)都能應(yīng)用理論知識(shí)分析或解決一個(gè)較為復(fù)雜的染整工程問題。這種教學(xué)模式的設(shè)置，對(duì)于學(xué)生能力的逐步培養(yǎng)大有幫助，由淺入深、由簡(jiǎn)入繁的學(xué)習(xí)軌跡也有助于學(xué)生知識(shí)的遷移，以便更好地獲取優(yōu)化工藝參數(shù)、制定工藝路線的工程能力。與此同時(shí)，遞進(jìn)式教學(xué)還有更深一層的含義，即實(shí)驗(yàn)教學(xué)向?qū)嵺`教學(xué)的跨越和延伸，綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)也是為后續(xù)實(shí)踐課程奠定基礎(chǔ)。

2 結(jié)合優(yōu)質(zhì)的在線開放課程

在長期的實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)教學(xué)中，有些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、實(shí)驗(yàn)室隱藏的安全隱患等細(xì)節(jié)問題并沒有引起學(xué)生的足夠重視，教師不能滿足學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的具體需求，從而導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性減退。結(jié)合企業(yè)對(duì)工程人才需求的特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)中將開發(fā)解決方案的安全性、法律法規(guī)、工藝加工對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響和可持續(xù)發(fā)展等因素列入改革內(nèi)容。但由于該部分內(nèi)容的實(shí)操性差，難與實(shí)驗(yàn)契合，故借助已廣泛應(yīng)用的微型視頻網(wǎng)絡(luò)課（即“微課”）來完成。

“微課”的特點(diǎn)是“短、小、精、悍”，可基于某一教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，重點(diǎn)突出，靈活性強(qiáng)。不超過10 min的知識(shí)點(diǎn)講解既能集中學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力，又能借助重復(fù)演示和輔助作用在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性與趣味性。學(xué)生可通過微課進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)，也可在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)疑惑的問題重復(fù)學(xué)習(xí)，不受時(shí)間與空間限制，更貼合培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)能力的教學(xué)目標(biāo)。染整工藝實(shí)驗(yàn)課程的微課教學(xué)內(nèi)容見表3。

學(xué)生通過校園網(wǎng)絡(luò)的泛雅平臺(tái)對(duì)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)安全知識(shí)及常用儀器設(shè)備的使用進(jìn)行學(xué)習(xí)，既增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的自信心，又增加學(xué)生的安全意識(shí)及社會(huì)責(zé)任感。

表3 微課教學(xué)內(nèi)容與設(shè)計(jì)

3 建立真實(shí)和虛擬雙重實(shí)驗(yàn)環(huán)境

印染企業(yè)常用設(shè)備的特點(diǎn)是：連續(xù)化、占地大、價(jià)格高、更新快，由于受到實(shí)驗(yàn)室條件、投入資金等諸多因素的影響，校內(nèi)實(shí)驗(yàn)室雖依照“教學(xué)工廠化”的理念建設(shè)，但未能形成完整、連續(xù)的染整加工生產(chǎn)鏈，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不理想。隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)將這一難題解決。輕化工程專業(yè)依托省級(jí)紡織工程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，本著“能實(shí)不虛、虛實(shí)互補(bǔ)、以虛促實(shí)”的原則，將部分難以在實(shí)驗(yàn)室完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容借助三維虛擬仿真系統(tǒng)與VR技術(shù)生動(dòng)地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生身臨其境，大大調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和趣味性，為學(xué)生建立真實(shí)和虛擬的雙重實(shí)驗(yàn)環(huán)境。染整工藝實(shí)驗(yàn)虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)內(nèi)容見表4，學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的部分操作界面如圖1所示。

表4 虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目

虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中對(duì)印染設(shè)備學(xué)習(xí)的空白，利用仿真設(shè)備的拆裝練習(xí)，虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境中學(xué)生的學(xué)習(xí)更突出主動(dòng)性，學(xué)生可根據(jù)自己在理論學(xué)習(xí)或真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中有疑問的知識(shí)點(diǎn)展開，也可根據(jù)自己的能力設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。建立雙重實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境的目的是提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更好地將理論與實(shí)際結(jié)合，并熟練運(yùn)用計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代工程工具解決染整加工中的工程問題，提高學(xué)生分析、研究和解決實(shí)際問題的能力。

圖1 虛擬實(shí)操過程中軟件操作界面

4 實(shí)驗(yàn)課程考核方式

染整工藝實(shí)驗(yàn)課程的考核方式為考試，但實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置考試較理論課程更顯復(fù)雜，無法將所有考核重點(diǎn)都集合于卷面，兼顧理論與實(shí)際操作的考核方式更顯得當(dāng)［6］?？己朔绞降母母飳⒅攸c(diǎn)放在評(píng)價(jià)學(xué)生能力是否提升、學(xué)生借助實(shí)驗(yàn)掌握了哪些知識(shí)點(diǎn)上，將考核指標(biāo)分為實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告與討論、考試成績(jī)3部分，各部分在總評(píng)成績(jī)中占比分別為35%、30%、35%。

4.1 實(shí)驗(yàn)操作考核

實(shí)驗(yàn)操作考核的目的是為了規(guī)范學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作，保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。改革考核方式之前，實(shí)驗(yàn)課的分?jǐn)?shù)主要來源于實(shí)驗(yàn)報(bào)告，忽略學(xué)生的實(shí)際操作，發(fā)現(xiàn)這種模式下很多學(xué)生對(duì)最基礎(chǔ)化玻儀器的使用都顯生疏，導(dǎo)致對(duì)定量實(shí)驗(yàn)的重要性認(rèn)識(shí)不足。實(shí)驗(yàn)規(guī)范操作的考核目的是要求學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，了解化學(xué)藥品、助劑的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要影響，放棄實(shí)驗(yàn)課可以蒙混過關(guān)的僥幸心理。與此同時(shí)，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作也可培養(yǎng)和加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力，也為后續(xù)的綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐環(huán)節(jié)奠定良好的基礎(chǔ)。

4.2 實(shí)驗(yàn)報(bào)告與討論

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行前，要求學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中寫下實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理及方法；?shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行中，要求記錄實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后，要求學(xué)生開展5～10 min的組內(nèi)討論，對(duì)課上產(chǎn)生的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，同時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)；有實(shí)驗(yàn)樣品的必須在報(bào)告中進(jìn)行貼樣并分析。綜合、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還要求學(xué)生先進(jìn)行組內(nèi)討論，并在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將設(shè)計(jì)思路與實(shí)驗(yàn)報(bào)告一同上交。這些對(duì)實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求可以避免學(xué)生之間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的抄襲，保證良好的實(shí)驗(yàn)風(fēng)氣。

4.3 組織考試

考試內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)安全、實(shí)驗(yàn)過程中易混淆的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備或儀器的規(guī)范操作、實(shí)驗(yàn)原理、拓展類的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)、印染廢水的處理等?？荚囍荚趲椭鷮W(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程中自己仍存在的問題和不足，為后續(xù)的實(shí)踐課程打好基礎(chǔ)，也對(duì)將來入廠后在化驗(yàn)室打小樣、質(zhì)檢部門進(jìn)行試化驗(yàn)等工作奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié) 語

工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下，高等學(xué)校人才培養(yǎng)的模式和思路急需轉(zhuǎn)變，堅(jiān)持以“學(xué)生為中心、產(chǎn)出導(dǎo)向、持續(xù)改進(jìn)”的核心理念為指導(dǎo)，切實(shí)提升工程人才培養(yǎng)的質(zhì)量。實(shí)踐教學(xué)對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力、創(chuàng)新思維、對(duì)理論知識(shí)的理解和分析解決復(fù)雜工程問題的能力具有非常重要的作用。結(jié)合社會(huì)及印染企業(yè)的人才培養(yǎng)需求，輕化工程專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)應(yīng)深化對(duì)實(shí)踐教學(xué)課程體系的改革，建立完善實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)，優(yōu)化實(shí)踐教學(xué)資源和師資隊(duì)伍，從而使實(shí)踐教學(xué)符合工程教育專業(yè)認(rèn)證的要求，同時(shí)也有利于培養(yǎng)符合社會(huì)需求的輕化工程人才。