纺织加工化学设计性实验教学的探索

邓一民 易世雄 卢 明

（西南大学纺织服装学院，重庆 400715）

1 前言

设计性实验又称探索性实验，是学生对拟定实验题目进行的一种有明确目的的探索性研究。设计性实验要求学生在充分调研资料的基础上，能灵活运用基础理论知识，根据实验目的设计出相应的实验方案，并按照实验方案进行实验、处理实验数据、写出实验报告。学生在完成实验时不再是按照既定步骤被动验证相关的理论知识，必须遵循科学的研究方法，通过主动探索、大胆创新来解决实际问题。教师在指导实验时不再是准备好所有实验用品、配制好所需实验试剂、详细讲解实验过程和实验注意事项等，而是根据学生的设计思路和实验现象进行引导和指点，使学生接受从提出问题到最终独立解决问题的全程训练。通过设计性实验教学，可以让学生初步了解科学实验的基本程序和方法，培养学生发现问题、研究问题、分析与解决问题，以及进行科学研究的能力和实际操作技能。

纺织加工化学实验是纺织加工化学的课程实验，通常情况下是在理论课程教学之后，学生根据老师提供的实验指导按部就班地完成实验，然后根据提供的实验报告模板给出报告。这种实验教学方法虽然可以验证、强化理论知识、提高学生的动手能力，但是不能有效激发学生主动探寻、解决相关问题的积极性，不利于学生自觉地扩充和运用理论知识以及提高实验技能。为充分激发学生发现、探寻、解决问题的积极性，以苎麻脱胶作为设计性实验对该课程实验教学进行改革探索。

在纺织工业中，麻纤维具有其它纺织用纤维难以比拟的优势：良好的吸湿散湿与透气功能，传热导热快、凉爽挺括、出汗不贴身、质地轻、强力大、防虫防霉、静电少、织物不易污染、色调柔和大方、粗犷、适宜人体皮肤的排泄和分泌，具有屏蔽紫外线和抑菌功能。

苎麻的胶质包裹在纤维表面，使纤维成束或片而不能直接用来纺纱，因此在精梳、纺纱之前必须脱去苎麻的胶质。长期以来苎麻化学脱胶法主要采用以碱煮为核心的工艺，通过酸前处理和后处理来减轻碱煮的压力和补充碱煮不足，工艺流程长、能耗水耗高，废水排放量大，工艺控制不当很易造成麻的损伤。因此，麻脱胶方法和工艺设计的创新与改进，对改善麻脱胶效果、降低脱胶工程成本和废水治理成本以及提高脱胶麻的品质都有重要意义。我们以“麻脱胶方法的选用与改进”作为设计性实验，一方面要让学生了解麻脱胶过程；另一方面要让学生知道工艺参数设计、脱胶剂的选用和配比的变化、脱胶助剂的选用以及脱胶工艺流程设计的重要性；由学生根据不同的设计进行实验，可以让学生知道预先的设计和小样实验将帮助明确改进设计的方向，是实现节约、高效的麻脱胶工程的必经途径；让学生对前期所学知识，如助剂的选用和适用性、多种工艺的合并与组合等，有一个融会贯通、应用与学习的过程。

2 实施方案

通过多年的纺织加工化学实验教学实践，感觉采用设计性实验对原有实验方法进行改进，能在有限的实验教学过程中，培养学生观察、思考、解决问题的能力。具体的实施方案是：在理论课程教学开始时，由老师给出苎麻碱法脱胶的实验指导，将要进行实验的题目和实验指导、实验时间和安排、苎麻脱胶设计性实验的选题范围和要求。这样可以留给学生充足的时间去查阅文献、思考、设计实验方案，并且在纺织加工化学理论课教学时，同学们对相关问题会特别关注，可提高理论课的教学效果。苎麻脱胶设计性实验有大量研究性课题可供选择，但对在校学生而言，由于种种条件的限制，不宜太大、要求不宜太高，因此主要采用单因子实验设计方法。

苎麻化学脱胶设计性选题参考方向主要有以下几个方面：

（1）苎麻碱法脱胶相关工艺参数设计。苎麻碱煮脱胶是苎麻化学脱胶的核心工艺，脱胶效果与脱胶用碱量、脱胶时间、脱胶温度、打麻等因素都有关。这种设计性实验选题是对常规实验方法的改进、完善，学生通过设计可以了解影响苎麻碱法脱胶的各种因素，通过实验可以证实其设计的可行性、科学性等问题。

（2）脱胶剂的选用。化学脱胶可以使用碱、酸、氧化剂等，各种脱胶剂可独自用于脱胶、组合应用脱胶等。对这种设计性实验的选题要提醒学生：注意苎麻原麻的胶质特点，考虑到用单一脱胶剂的脱胶效果与产出率的问题，可以在工艺设计时充分运用机械物理及光、电等方法来膨化胶质。通过这类题目的设计性实验，学生对苎麻化学脱胶用剂的特点、脱胶效果有充分的了解，知道用一种脱胶剂要达到理想的脱胶效果、节约、减少污染等，结合其他的手段和方法是必须的。

（3）脱胶工艺流程设计。可以是多种工艺的合并与组合，选用同样的脱胶剂，但是不同工艺流程脱胶效果不同，例如：选定碱脱胶＋氧化脱胶法，是先氧化处理还是先碱处理，还是碱氧同步处理，哪种脱胶效果更好、更经济、更环保是工厂更为关注的问题，也是设计性实验需要解决的问题，但是这些问题只有通过设计合理的实验方案，由实验结果来给出答案。学生通过这些设计性实验将会更加理解“纺织加工化学是一门实验性很强的应用性科学”的含义。

（4）苎麻碱法脱胶用助剂。助剂用量少却可以极大改变苎麻化学脱胶效果、改善精干麻质量，是非常简单、节约、有效改善苎麻化学脱胶效果的途径之一。脱胶助剂的选用和适用性，如：选用哪些类型的助剂、如何拼混使用更有效，是实际生产关注的问题。

具体实施流程是：立题（老师提供选题参考方向）→由2～5名学生组成实验小组→查阅文献、书写实验方案→经小组讨论、与老师讨论修改→实验设计书→实施实验→数据收集与整理→实验报告和总结。提醒学生设计实验时必须遵循以下四个基本原则：科学性原则、绿色原则、对照原则和重复原则。

明确所有学生必须参与分组设计实验，在设计小组内选1～2名小组长，小组长负责本组的设计、小组内分工、根据本组组员的实际参与程度和效果给出设计小组成员的成绩。实验小组确定设计性实验选题，有目的地查阅相关资料，初步设计出实验方案。提醒学生们要注意设计方案的创新性、科学性、可行性和简约性。初步设计方案要先在小组内讨论修改，再经过班级讨论，筛选出比较可行的方案进一步修改完善。苎麻碱法脱胶的实验先于苎麻脱胶的设计性实验，学生由此可以熟悉苎麻碱法脱胶的实验方法和基本的实验技能，了解碱脱胶的基本流程，掌握检测脱胶结果的方法，通过实验及对实验结果的分析可发现其存在的问题和不足，为设计实验方案和实验准备提供参考。用再次修改后的实验方案进行实验，通过分析实验结果得出实验结论，与苎麻碱法脱胶分析对比，撰写实验分析报告。

3 设计性实验教学效果

由于遵循了“循序渐进”的原则，先给出了设计性实验的选题方向和范围让学生有足够的时间进行资料调研、设计、实验准备等，并且先进行了验证实验可供学生参考，达到的教学效果包括以下几方面：

（1）学生对苎麻脱胶理论课的学习积极性 、主动性提高。要脱去苎麻的胶质提取纤维素，首先要了解胶质、纤维素的性能，特别是胶质和纤维素的稳定性差异；胶质在原麻中的分布、含量、组成等，这些知识是设计苎麻脱胶实验方案所必备的，因此学生在相关理论课程的学习过程中认真度提高，积极思考、讨论，通过课程学习了解苎麻脱胶可以用多种方式从原麻中提取纤维，但是不同的方式胶质脱除效果、消耗、废水、产出、纤维损伤程度不同，采用什么方式必须根据原麻性质、下游工厂对精干麻的要求、加工厂的情况选用，并设计实验筛选、确定最佳的工艺流程和工艺参数。

（2）学生对所学知识有一个融合贯通的过程。在学习苎麻化学之前，学生学习过相关的化学基础知识，也进行过多次实验，有一定的基础理论知识和实验动手能力。但是以前大多数的实验是老师给出实验指导、计划准备所用实验材料器具、计算配制实验用剂、预实验等，学生只需按步骤完成实验，再根据统一的实验报告模板填写实验报告。现在所有过程必须是学生独立完成，学生必须复习过去所学相关知识、查阅相关资料才能完成相关设计、计算、准备，最简单的试剂配制就让学生体会很多，如苎麻碱脱胶时NaOH溶液的配制，最初有学生设计需要5%、10%、20%的NaOH溶液，要老师帮其购买，通过设计性实验才知道NaOH溶液是要用固态NaOH自己配制而成，配制NaOH溶液需要确定所需液量，根据所需液量才能知道所需固态NaOH量，还有浓度的计算、溶液的配制、器具的准备等都是要独立解决的问题。

（3）提高了学生的动手能力。在实验过程中学生能够遵守实验室守则和各项规章制度，严格遵守课堂纪律；实验操作认真，积极参与实验，爱护实验仪器、用具等公物，实验结束后能积极做好仪器设备清洁维护。实验中能互相配合认真完成自己设计的实验内容，根据阶段实验结果，调整实验工艺条件，基本完成了设计方案的要求。完成实验以后，学生提交了实验设计方案、实验报告和总结等。

（4）学生初步了解了科学研究的流程。通过苎麻化学脱胶设计性实验，学生初步了解科学研究首先要提出问题，其次是根据已有科学知识和科学规律提出解决问题途径，再选用先进的、有效的、合理的方法，通过反复的实验验证修改，得出科学的、合理的解决问题的方案，并由此建立新的模型、提出新的理论。

（5）学生通过苎麻化学脱胶设计性实验，了解了影响脱胶效果的因素很多，需要在多个环节严格控制工艺条件才能获得理想的效果。

（6）提高苎麻脱胶效果、节能减排，依然是科学界、实业界一直关注的问题，还有很多问题需要反复的研究解决。

4 存在的问题及今后的改进

设计实验分组采用自由组合的方式，有些组学生人数较多，这些人数较多的组中有些学生参与程度不高。考虑的解决方案：一是控制设计小组的人数不超过3人；二是设计组内每位学生都要就同一设计选题提供设计方案，每位学生根据自己的方案实验，根据实验结果和分析在小组内讨论、整合提出小组设计方案再次实验。

由于先给出了苎麻碱脱胶的实验指导书，部分学生的设计方案基本就是实验指导书的克隆，只是相关数据的改动。今后考虑一是采用目标设计法，给出选题的同时提出相关要求，如：实验结果要求、废水排放要求、工序缩短要求等；二是给学生提供缺陷实验设计指导书，通过实验分析让学生知道这个指导里面存在的问题，只有通过学生自己设计方案并实验才能达到改善缺陷获得需要的结果，从而杜绝克隆实验指导书的做法。

［1］张颖．《纺织生物化学》课程教学探索［J］．江南大学学报：教育科学版，2008，28（1）：24－26．

［2］张晓丽，胡凤霞，刘陶．纺织应用化学课程的教学改革与实践［J］．纺织科技进展，2011（2）：93－96．

［3］赵勤．纺织化学教学探讨［J］．科技信息，2011（2）：108－108．

［4］孙自淑．高职院校纺织应用化学教学模式的改革与实践［J］．内江科技，2011，32（12）：175－175，167．

［5］何深知，崔纯莹，段薇，等．在设计性实验中培养学生的综合能力［J］．实验技术与管理，2009，26（6）：134－136．