學(xué)科交叉驅(qū)動(dòng)下紡織物理課程教學(xué)改革研究

周惠敏，王穎，程璐，夏鑫

（新疆大學(xué)紡織與服裝學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830046）

0 引言

紡織物理作為紡織科學(xué)與工程專業(yè)中的基礎(chǔ)課程，在該領(lǐng)域的學(xué)習(xí)中具有先導(dǎo)性和核心地位，為學(xué)生打下堅(jiān)實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)提供主要支撐[1-3]。本課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生深入了解紡織材料的物理性質(zhì)和特性，掌握紡織材料的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間的關(guān)系以及如何通過(guò)調(diào)整紡織工藝來(lái)改變紡織品的性能[4-6]。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，學(xué)生將獲得運(yùn)用紡織物理理念解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)推動(dòng)其他專業(yè)課程的發(fā)展，為計(jì)劃從事紡織領(lǐng)域的研究生提供必要的知識(shí)準(zhǔn)備[7-9]。以紡織物理課程教學(xué)為研究對(duì)象，結(jié)合教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與反思，本研究在現(xiàn)有課程框架上探索創(chuàng)新思路，旨在提升課程教學(xué)質(zhì)量，有效培養(yǎng)紡織科學(xué)與工程專業(yè)研究生的創(chuàng)新能力，以提高他們的專業(yè)素養(yǎng)和綜合能力。這些方法為紡織物理課程的教學(xué)探索提供了有益的參考依據(jù)。

1 紡織物理教學(xué)中的挑戰(zhàn)

1.1 知識(shí)體系的廣泛覆蓋

作為紡織科學(xué)與工程專業(yè)的核心教程，紡織物理課程的知識(shí)體系異常龐雜，涵蓋眾多知識(shí)領(lǐng)域，如物理、化學(xué)和數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)科學(xué)，以及高分子有機(jī)材料學(xué)、無(wú)機(jī)材料學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)和電化學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域。這些交叉融合的特點(diǎn)使得課程內(nèi)容不僅廣泛，還呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的專業(yè)性和復(fù)雜性[10-14]。這種情況對(duì)于教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)都帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。學(xué)生可能因?yàn)榛A(chǔ)薄弱，難以理解紡織材料的物理性質(zhì)、化學(xué)結(jié)構(gòu)等復(fù)雜內(nèi)容，從而難以有效掌握相關(guān)知識(shí)[15-17]。

在本課程學(xué)習(xí)中，尤其是面對(duì)多背景學(xué)科的研究生，許多本科非紡織工程專業(yè)的學(xué)生并未修過(guò)紡織材料學(xué)、化學(xué)纖維概論、紡紗學(xué)、織造學(xué)等先修課程以及相關(guān)的生產(chǎn)實(shí)踐，在課程知識(shí)內(nèi)容掌握上存在幾方面難點(diǎn)：（1）纖維分子結(jié)構(gòu)知識(shí)比較抽象，且高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)及其與性能之間的聯(lián)系通常通過(guò)數(shù)學(xué)模型體現(xiàn)，掌握難度較大；（2）纖維的結(jié)構(gòu)（包括分子結(jié)構(gòu)、形態(tài)結(jié)構(gòu)）決定了纖維的各方面物理性質(zhì)，學(xué)生對(duì)于結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)方面的關(guān)聯(lián)機(jī)制不清晰；（3）與纖維各物理性質(zhì)之間往往相互關(guān)聯(lián)和相互作用，概念容易混淆，機(jī)理不易理解；（4）在紗線的基本生產(chǎn)過(guò)程涉及的成紗工藝以及質(zhì)量控制，織造生產(chǎn)中需要了解的織物組織結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)知識(shí)較為欠缺，因此在實(shí)際授課中課程內(nèi)容深度難以擴(kuò)展。

1.2 教學(xué)內(nèi)容和方法的更新需求

紡織科學(xué)與工程是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用導(dǎo)向強(qiáng)烈的專業(yè)，但目前教材內(nèi)容往往陳舊，無(wú)法充分涵蓋最新的知識(shí)和技術(shù)進(jìn)展。很多前沿性、熱門的問(wèn)題在傳統(tǒng)教材中得到的涉及較少，導(dǎo)致了教學(xué)內(nèi)容的滯后性。這樣的狀況影響了教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。特別是在當(dāng)前，紡織行業(yè)常常被視為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，學(xué)生可能帶有對(duì)該領(lǐng)域前景不明朗的偏見(jiàn)，因此，教材內(nèi)容的陳舊性可能進(jìn)一步降低學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。

目前針對(duì)紡織材料的科學(xué)研究層出不窮，眾多領(lǐng)域科技工作者都以紡織品作為實(shí)現(xiàn)智能化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的柔性載體與平臺(tái)，包括具有紅外輻射“門控”效應(yīng)的輻射冷卻織物、大面積電致發(fā)光“智能顯示”交互紡織品以及自供電多功能一體化柔性電子纖維器件等研究，越來(lái)越凸顯出紡織學(xué)科進(jìn)行科學(xué)研究中交叉性強(qiáng)、技術(shù)綜合以及應(yīng)用性廣的特點(diǎn)。面對(duì)目前情況，亟需具有高科技、高技術(shù)、智能化的技術(shù)推動(dòng)本土紡織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，而紡織物理是紡織工程專業(yè)碩士研究生的必修課，承擔(dān)著運(yùn)用紡織中存在的大量物理現(xiàn)象及基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行科研的任務(wù)，課程內(nèi)容的優(yōu)化選取、完善與革新可有效促進(jìn)交叉融合型紡織科學(xué)的創(chuàng)新性研究。

2 紡織物理教學(xué)中的創(chuàng)新

針對(duì)紡織服裝產(chǎn)業(yè)鏈條的發(fā)展需求，培養(yǎng)具有多學(xué)科背景的紡織科學(xué)與工程專業(yè)的碩士研究生對(duì)于復(fù)合型專業(yè)人才的儲(chǔ)備至關(guān)重要。如何使具有多學(xué)科背景的研究生在課程學(xué)習(xí)中更融會(huì)貫通地掌握基礎(chǔ)內(nèi)容，如何在課程中有效地整合多學(xué)科交叉融合的知識(shí)體系，如何加強(qiáng)課程內(nèi)容與實(shí)際科學(xué)研究乃至企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用之間的聯(lián)系，對(duì)于授課和教學(xué)方式、課程知識(shí)應(yīng)用的手段以及策略提出了新的挑戰(zhàn)，因此面對(duì)多學(xué)科背景碩士的研究生在課程應(yīng)用實(shí)踐形式多樣化方面提出課程改革勢(shì)在必行。

2.1 因材施教，制定以人為本的授課方案

盡管多媒體等多種教學(xué)手段已在使用中，但需要授課教師精心整理和歸納前沿新技術(shù)與傳統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)。借助前沿研究的更新，打破傳統(tǒng)知識(shí)只限于教材的困境，使學(xué)生能夠真正理解新知識(shí)。多年教學(xué)實(shí)踐表明，選擇多本教材有助于解決知識(shí)片面和內(nèi)容不足的問(wèn)題，豐富了講授內(nèi)容。主要策略基于教材，強(qiáng)調(diào)基本概念的講解，對(duì)教材內(nèi)容適當(dāng)調(diào)整，并對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容加以突出。調(diào)整教材內(nèi)容的順序，模塊化教學(xué)，將相關(guān)內(nèi)容融為一體，幫助學(xué)生在整體框架下更系統(tǒng)地理解相關(guān)知識(shí)。

在授課時(shí)更注意講解紡織纖維材料與其他學(xué)科領(lǐng)域的某些共性，啟發(fā)學(xué)生從本身熟悉的學(xué)科角度思考與紡織的結(jié)合點(diǎn)，減少非科班出身研究生對(duì)紡織學(xué)科的距離感，并提高他們的研究興趣；同時(shí)，充分發(fā)揮研究生的自主學(xué)習(xí)能力，每一章節(jié)選擇一個(gè)主題，要求學(xué)生在課后查閱資料的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身研究課題、研究興趣及學(xué)術(shù)背景，以自己感興趣的方式呈現(xiàn)章節(jié)作業(yè)，可以是學(xué)術(shù)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)視頻、實(shí)物展示等多種形式，使學(xué)生了解紡織物理學(xué)知識(shí)在其較為熟悉的生產(chǎn)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

此外，強(qiáng)調(diào)引入新材料和新技術(shù)，通過(guò)前沿科研實(shí)例（如文獻(xiàn)、新聞報(bào)道、視頻等）來(lái)講解紡織物理的應(yīng)用，注重新研究成果的引入。比如，在學(xué)習(xí)天然纖維中的植物纖維時(shí)，以新疆特色的棉花、羅布麻為切入點(diǎn)，通過(guò)前沿科學(xué)研究開(kāi)發(fā)中的纖維表面官能團(tuán)改性和提取纖維素納米晶等新技術(shù)，以及在醫(yī)療、能源、環(huán)境等領(lǐng)域的應(yīng)用案例，以生動(dòng)的方式加深學(xué)生對(duì)分子結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵知識(shí)的掌握，并通過(guò)實(shí)際案例培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

瞄準(zhǔn)課程知識(shí)龐雜以及學(xué)生學(xué)科背景復(fù)雜的特點(diǎn)，采取以人為本制定出個(gè)性化授課方案，并且允許課程作業(yè)不拘泥于一種形式，充分調(diào)動(dòng)具有跨學(xué)科背景學(xué)生學(xué)習(xí)本課程的積極性并建立與紡織學(xué)科的密切度。

2.2 多種教學(xué)方法及手段的協(xié)同融合

強(qiáng)化過(guò)程式教學(xué)方法的引入，不僅限于基礎(chǔ)知識(shí)的傳授，還將開(kāi)放性和綜合性融入教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的自主性，即啟發(fā)式教學(xué)；在課堂上采用授課與討論相結(jié)合的方式，不僅有課堂問(wèn)答互動(dòng)，還請(qǐng)學(xué)生講解特定主題，以翻轉(zhuǎn)課堂的方式提高學(xué)生的積極性。這有助于更好地理解和應(yīng)用復(fù)雜理論，實(shí)現(xiàn)討論式和任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)。

舉例來(lái)說(shuō)，在講解動(dòng)物纖維中蠶絲的內(nèi)容時(shí)，通過(guò)介紹石墨烯添加到蠶食物中以抑制絲素蛋白分子向β-折疊結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的案例，激發(fā)學(xué)生對(duì)新疆特有的羊毛、駝絨等產(chǎn)品改性方法及其用途的思考，從而激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力。疫情暴發(fā)后，口罩、防護(hù)服等需求激增，盡管人們了解它們具有一定的防護(hù)功能，但卻不了解其防護(hù)功能的制作工藝。將這類時(shí)事引入教學(xué)創(chuàng)新，例如，在講解非織造布時(shí)，通過(guò)與學(xué)生討論如何通過(guò)復(fù)合結(jié)構(gòu)獲得良好的防護(hù)效果、適當(dāng)?shù)牟牧线x擇和生產(chǎn)工藝要點(diǎn)，使學(xué)生深刻理解相關(guān)知識(shí)，增加學(xué)習(xí)興趣。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法可以使學(xué)生體驗(yàn)完整的工作流程。例如，在講解高性能纖維時(shí)，可以借助新疆特有的玄武巖纖維產(chǎn)業(yè)，將內(nèi)容劃分為產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀、生產(chǎn)工藝和產(chǎn)品應(yīng)用等模塊，讓學(xué)生自主分組查找資料并進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂的自主授課，以加深專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生提出問(wèn)題并思考產(chǎn)業(yè)發(fā)展，從而增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

線上線下混合式教學(xué)設(shè)計(jì)相較于傳統(tǒng)線下授課優(yōu)勢(shì)顯著[12-13]。紡織物理課程采用MOOC平臺(tái)、bilibili云直播的在線教學(xué)，結(jié)合慕課堂、雨課堂和騰訊會(huì)議等信息化工具，實(shí)現(xiàn)“線上+線下”的混合式教學(xué)。這不僅豐富了教學(xué)手段，完成了正常的教學(xué)任務(wù)，還提供了豐富的教學(xué)資源，培養(yǎng)了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)課堂以教師為中心向以學(xué)生為中心的轉(zhuǎn)變，有效解決了知識(shí)更新問(wèn)題，促進(jìn)了學(xué)生對(duì)紡織專業(yè)知識(shí)的了解，并促進(jìn)了紡織知識(shí)的普及。同時(shí)，脫離一人式填鴨授課，采取跨學(xué)科專家進(jìn)行專題研討的形式與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，交流討論，注重前沿科技實(shí)例的引入，既有利于加深對(duì)相應(yīng)紡織物理知識(shí)的理解，也幫助學(xué)生以學(xué)科交叉融合的形式緊扣住科研前沿。

2.3 理論與實(shí)踐的結(jié)合

實(shí)踐是獲取真知的途徑，在紡織物理的教學(xué)中，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，增強(qiáng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。例如，紡織物理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)前沿研究進(jìn)行更新。隨著非織造布在醫(yī)療用品、一次性消費(fèi)品和家居產(chǎn)品中的廣泛應(yīng)用，學(xué)生可以自主收集各領(lǐng)域的產(chǎn)品樣本，如口罩、紙尿褲、墻紙等。結(jié)合文獻(xiàn)調(diào)查，學(xué)生分組進(jìn)行理化鑒定，教師提供指導(dǎo)和建議，學(xué)生制定試驗(yàn)方案，進(jìn)行試驗(yàn)并分析結(jié)果。從生產(chǎn)方式、材料選擇到復(fù)合工藝等，學(xué)生在自主完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的過(guò)程中鍛煉了問(wèn)題提出、分析和解決問(wèn)題的能力，同時(shí)提供了創(chuàng)新思考和發(fā)揮的機(jī)會(huì)，鼓勵(lì)學(xué)生嘗試新方法和新思路，將專業(yè)知識(shí)與理論靈活應(yīng)用于實(shí)際生活中。

此外，紡織學(xué)科競(jìng)賽種類頗多，大多都體現(xiàn)出學(xué)科交叉性很強(qiáng)的創(chuàng)新性研究，比如“互聯(lián)網(wǎng)+”創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽、“匯川杯”紡織智能設(shè)計(jì)大賽、“紅綠藍(lán)杯”中國(guó)高校紡織品大賽等，是將課程知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際科研應(yīng)用的良好契機(jī)。通過(guò)組建紡工/紡材、輕化染整、生物等不同學(xué)科背景甚至不同院系乃至兄弟院校的骨干教師進(jìn)行聯(lián)合指導(dǎo)，達(dá)到資源優(yōu)化，使現(xiàn)代生物技術(shù)、現(xiàn)代紡織檢測(cè)技術(shù)、紡織化學(xué)等專業(yè)課程知識(shí)相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化應(yīng)用的目的。以學(xué)以致用為指導(dǎo)思想，挖掘課程知識(shí)應(yīng)用路徑，以學(xué)科專業(yè)競(jìng)賽為契機(jī)，以教師合作方式將多學(xué)科背景學(xué)生進(jìn)行組隊(duì)指導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)。

3 結(jié)語(yǔ)

在當(dāng)今多樣化市場(chǎng)需求的背景下，對(duì)核心專業(yè)課程進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容體系的創(chuàng)新和改革，對(duì)于構(gòu)建應(yīng)用型專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系，提升學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新和綜合能力，具有重要意義。尤其基于“十四五”時(shí)期，新疆紡織服裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展將持續(xù)完善產(chǎn)業(yè)鏈條、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，全力推進(jìn)紡織服裝產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的總體戰(zhàn)略要求，圍繞自治區(qū)紡織資源優(yōu)勢(shì)特色，加快促進(jìn)紡織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)為目標(biāo)，開(kāi)展以新疆特色紡織資源為基礎(chǔ)的功能化紡織品的研發(fā)以及相關(guān)智能化技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，是推進(jìn)本土紡織產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)深入化、產(chǎn)品功能化、技術(shù)智能化、產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)代化的有力手段。教學(xué)創(chuàng)新方法的運(yùn)用不僅優(yōu)化了紡織物理課程結(jié)構(gòu)，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與實(shí)際應(yīng)用能力。這種方法不僅在課程改革方面取得成果，還為優(yōu)化本專業(yè)人才培養(yǎng)模式提供了寶貴實(shí)踐指導(dǎo)。通過(guò)不斷創(chuàng)新，我們將繼續(xù)培養(yǎng)更具創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的專業(yè)人才，為行業(yè)發(fā)展培養(yǎng)更多優(yōu)秀人才。