工程認(rèn)證視角下“非織造學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與思考

黃 娟，陳志軍，鄒漢濤，劉延波，張如全

（武漢紡織大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院，湖北 武漢 430200）

工程教育專業(yè)認(rèn)證是實(shí)現(xiàn)工程教育國際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)，是保障國際通行的工程教育質(zhì)量的重要途徑。工程教育專業(yè)認(rèn)證可以促進(jìn)高校教學(xué)改革，加強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力和工程應(yīng)用能力，為企業(yè)和社會培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識強(qiáng)的工程人才[1-4]。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)本科人才必不可少的組成因素。如何開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)，使所培養(yǎng)的學(xué)生滿足企業(yè)和社會的需求，是工程教育專業(yè)認(rèn)證形勢下高等院校面臨的一項(xiàng)艱巨而緊迫的任務(wù)。根據(jù)課程目標(biāo)和專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，認(rèn)真研究實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，深入思考實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和發(fā)展，使人才培養(yǎng)更好地與企業(yè)和社會需求緊密聯(lián)系，并進(jìn)一步將成果引入教育，是工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下人才培養(yǎng)模式探索的熱點(diǎn)[5-7]。

1 課程現(xiàn)狀

“非織造學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程屬于非織造材料與工程專業(yè)的必修核心課，實(shí)驗(yàn)總課時(shí)32學(xué)時(shí)，共12個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)，分兩學(xué)期完成，每學(xué)期16學(xué)時(shí)，6個(gè)獨(dú)立實(shí)驗(yàn)。第一學(xué)期涉及的內(nèi)容主要圍繞針刺非織造布的制備和所使用到的設(shè)備等展開，包括開松機(jī)的結(jié)構(gòu)與工藝、給棉機(jī)和梳理機(jī)的結(jié)構(gòu)與工藝、梳理機(jī)上機(jī)實(shí)驗(yàn)、鋪網(wǎng)機(jī)的結(jié)構(gòu)與鋪網(wǎng)工藝和針刺機(jī)的結(jié)構(gòu)與工藝、針刺工藝與產(chǎn)品性能。第二學(xué)期涉及的內(nèi)容主要圍繞聚合物直接成網(wǎng)法和熱學(xué)加固等展開，包括超聲波對非織布的縫合加工實(shí)驗(yàn)、紡絲成網(wǎng)（紡粘法）非織造布的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)、靜電紡絲設(shè)備及工藝實(shí)驗(yàn)、熔噴法生產(chǎn)非織造布實(shí)驗(yàn)、非織造布的熱軋加固實(shí)驗(yàn)和SMS非織造布的加工實(shí)驗(yàn)。

課程所涉及的實(shí)驗(yàn)并沒有涵蓋“非織造學(xué)”理論課程中關(guān)于非織造布生產(chǎn)的所有工藝，且實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，對學(xué)生的操作水平有一定的要求。學(xué)生學(xué)習(xí)主要由課前指導(dǎo)書的預(yù)習(xí)、教師理論部分的講解、實(shí)驗(yàn)操作的介紹與演示、實(shí)驗(yàn)樣品的觀察、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交等構(gòu)成。但在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生的參與度不高、安全意識不強(qiáng)，只有少數(shù)學(xué)生在教師的指導(dǎo)下，簡單地操作了設(shè)備按鈕，多數(shù)同學(xué)的參與度與集中度不高。由于所涉及的教學(xué)內(nèi)容比較簡單，學(xué)生只需要觀察如何制備樣品，并且教學(xué)效果只依據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績來評價(jià)，因此考核標(biāo)準(zhǔn)具有片面性。

2 存在的問題

2.1 學(xué)生專業(yè)理論知識儲備不足

“非織造學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程與理論課程是互動(dòng)、互補(bǔ)和互融的。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)際操作，將理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中可以直觀地了解課堂教學(xué)內(nèi)容，完成從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的過程，使學(xué)生進(jìn)一步掌握課程所學(xué)的理論知識，并培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力。隨著理論課的調(diào)整和課程體系的改革，“非織造學(xué)”課程的課時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠細(xì)致深入地呈現(xiàn)每章節(jié)的知識，使理論教學(xué)缺乏深度和廣度，導(dǎo)致學(xué)生對知識的接受和理解產(chǎn)生一定的影響。

2.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡單及教學(xué)模式枯燥

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容主要以理論講授、實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作演示、實(shí)驗(yàn)樣品制備及觀察為主。在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是預(yù)設(shè)好的，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中無法主動(dòng)思考，限制了學(xué)生科研能力和創(chuàng)新能力的提高。實(shí)驗(yàn)教學(xué)大都應(yīng)用到大型設(shè)備或者構(gòu)造復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)用小樣機(jī)，通常由教師一人操作，或者每一個(gè)按鈕由單個(gè)學(xué)生對應(yīng)負(fù)責(zé)操作，多數(shù)學(xué)生僅站在一旁觀摩。這種簡單的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和枯燥的教學(xué)模式，無法給學(xué)生提供充足的機(jī)會去自主操作、思考、討論和創(chuàng)新。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程安全意識薄弱

在實(shí)驗(yàn)過程中，由于實(shí)際動(dòng)手操作的機(jī)會和主動(dòng)思考的機(jī)會較少，很多學(xué)生會出現(xiàn)注意力不集中或不專心等情況，時(shí)間一長，這類學(xué)生就會倚靠在設(shè)備上或操作臺上，一不小心就容易觸碰到設(shè)備上的零件或操作臺上的按鈕，導(dǎo)致機(jī)器異響、實(shí)驗(yàn)樣品出現(xiàn)差異或停機(jī)等故障，嚴(yán)重的話會使學(xué)生的人身安全受到傷害，因此，以上隱患亟待解決。

2.4 課程評價(jià)體系單一

由于設(shè)備數(shù)量少、操作水平要求高等，教師需要花費(fèi)更多的精力在設(shè)備操作和樣品制備等環(huán)節(jié)，學(xué)生則全程被動(dòng)地觀察。一方面，教師沒有其他精力對學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)進(jìn)行合理的評價(jià)；另一方面，學(xué)生也無法真正從實(shí)驗(yàn)教學(xué)中學(xué)到應(yīng)有的知識。同時(shí)，單一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容使得學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告沒有太大區(qū)別，導(dǎo)致針對實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績的評價(jià)體系不僅具有片面性，還具有雷同性。

3 課程的體驗(yàn)式教學(xué)改革思路

基于工程教育專業(yè)認(rèn)證中成果導(dǎo)向教育的理念，結(jié)合“非織造學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，努力做好實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革，培養(yǎng)符合企業(yè)和社會的工程人才。本課題從實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式，安全意識、評價(jià)體系等方面提出以下改革思路。

3.1 合理安排實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

“非織造學(xué)”實(shí)驗(yàn)前16個(gè)學(xué)時(shí)的教學(xué)內(nèi)容有部分（比如開松機(jī)的結(jié)構(gòu)與工藝、給棉機(jī)和梳理機(jī)的結(jié)構(gòu)與工藝）是學(xué)生在其他課程（比如“紡紗學(xué)”的課內(nèi)實(shí)驗(yàn)）中學(xué)習(xí)過的，具有一定的重復(fù)性，這些內(nèi)容不需要花過多的學(xué)時(shí)學(xué)習(xí)，因此，多出來的學(xué)時(shí)可以根據(jù)學(xué)院設(shè)備情況安排其他實(shí)驗(yàn)（比如氣流成網(wǎng)工藝）?！胺强椩鞂W(xué)”實(shí)驗(yàn)后16個(gè)學(xué)時(shí)的教學(xué)內(nèi)容可以以SMS產(chǎn)品（比如口罩）的制備為例，將獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的順序調(diào)整為：紡絲成網(wǎng)（紡粘法）非織造布的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)（S層）、熔噴法生產(chǎn)非織造布實(shí)驗(yàn)（M層）、靜電紡絲設(shè)備及工藝實(shí)驗(yàn)（M層替代層）、非織造布的熱軋加固實(shí)驗(yàn)（SMS表面粘合復(fù)合）、SMS非織造布的加工實(shí)驗(yàn)（SMS點(diǎn)粘合復(fù)合）、超聲波對非織布的縫合加工實(shí)驗(yàn)（SMS邊緣復(fù)合）。多變的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和具有一定產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系的內(nèi)容更容易引起學(xué)生的興趣。

3.2 設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)及鍛煉團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力

由于實(shí)驗(yàn)課的課時(shí)有限，無法讓每個(gè)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中都能自己動(dòng)手制備自己想設(shè)計(jì)的非織造產(chǎn)品。因此，采用對比實(shí)驗(yàn)，將全班同學(xué)分為5個(gè)小組，全班同學(xué)一起討論設(shè)置一個(gè)重要的工藝參數(shù)為實(shí)驗(yàn)變量，每組同學(xué)共同操作設(shè)備完成非織造布的制備，然后對其進(jìn)行性能測試，完成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集、處理和分析。通過每組同學(xué)的共同努力，將所有組的數(shù)據(jù)匯總，得出工藝參數(shù)與產(chǎn)品性能之間的關(guān)系，驗(yàn)證“非織造學(xué)”理論課程的內(nèi)容。如果某組數(shù)據(jù)不符合預(yù)期結(jié)果，需要對其進(jìn)行分析，以培養(yǎng)學(xué)生思考和解決問題的能力。

這種對比實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，不僅可以讓所有學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)參與到實(shí)驗(yàn)中，鍛煉其團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、動(dòng)手操作能力、數(shù)據(jù)處理與分析能力、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力，還可以更加深入地理解和鞏固理論知識。

3.3 培養(yǎng)關(guān)注安全的責(zé)任心

“非織造學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程涉及的很多實(shí)驗(yàn)內(nèi)容都需要在高速或高溫運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備上完成（如針刺、紡粘、熔噴、超聲波熱粘合、熱軋等實(shí)驗(yàn)），且實(shí)驗(yàn)過程中可能會釋放揮發(fā)性有機(jī)物（如靜電紡絲實(shí)驗(yàn)），或有由短纖維形成的飛絮飄散在空氣中（如熔噴實(shí)驗(yàn)）。因此，如何保護(hù)人身安全、儀器安全和環(huán)境安全，應(yīng)該是實(shí)驗(yàn)開始之初必須要最先強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容。

在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)該要求同學(xué)戴上實(shí)驗(yàn)帽，防止頭發(fā)攪入高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備中，同時(shí)要求學(xué)生戴上口罩，防止揮發(fā)性物質(zhì)和纖維短絨飛絮對身體造成傷害。此外，還需要求學(xué)生戴上絕緣手套，并提醒其不要觸碰高溫的機(jī)件，防止學(xué)生出現(xiàn)皮膚燒傷的情況。除此之外，學(xué)生應(yīng)該遵照正常的操作程序來運(yùn)行設(shè)備，以防出現(xiàn)設(shè)備異?；蛲C(jī)。在實(shí)驗(yàn)過程中，千萬不能倚靠在設(shè)備上，避免造成人身傷害和設(shè)備損壞。對于實(shí)驗(yàn)過程中所使用到的揮發(fā)性有機(jī)物或產(chǎn)生的短絨飛絮，應(yīng)該使用適當(dāng)?shù)耐L(fēng)系統(tǒng)來凈化實(shí)驗(yàn)室空氣，并將其處理后再排入環(huán)境中。

3.4 建立以實(shí)驗(yàn)過程為主的考核評價(jià)體系

構(gòu)建以“對比實(shí)驗(yàn)、團(tuán)隊(duì)合作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析”等為主要環(huán)節(jié)的“非織造學(xué)”實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新考核評價(jià)體系。新的評價(jià)體系應(yīng)采用過程評價(jià)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合的方式，提高過程評價(jià)在最終考試成績中的比例。

過程考核主要包含每組學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)方案的討論積極性、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的操作能力、實(shí)驗(yàn)完成過程中的團(tuán)隊(duì)合作能力和表現(xiàn)以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性等方面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要包含產(chǎn)品實(shí)物和實(shí)驗(yàn)報(bào)告兩部分。非織造布實(shí)物的評價(jià)主要考察其是否達(dá)到預(yù)期產(chǎn)品的效果，實(shí)驗(yàn)報(bào)告的評價(jià)主要考察書寫規(guī)范性、數(shù)據(jù)處理的能力、數(shù)據(jù)分析的正確性、工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能影響趨勢的合理性等內(nèi)容。

新的考核評價(jià)系統(tǒng)將著重體現(xiàn)“非織造學(xué)”實(shí)驗(yàn)課對學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，以適應(yīng)工程教育認(rèn)證背景下的人才培養(yǎng)模式。

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)在工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下的本科人才培養(yǎng)模式中擔(dān)任重要的角色，對學(xué)生的動(dòng)手操作能力、團(tuán)隊(duì)合作能力、解決實(shí)際問題的能力、科研能力、創(chuàng)新能力等的培養(yǎng)擔(dān)負(fù)著重要的使命。“非織造學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程在其中起到了重要的作用，但是仍然存在很多問題，需要持續(xù)改進(jìn)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)模式，優(yōu)化考核評價(jià)體系，大膽地改革和創(chuàng)新，并付諸實(shí)踐，以滿足工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下本科人才培養(yǎng)的要求。