新工科计划下“染整工艺实验”课程翻转课堂教学模式的应用

刘保江，徐 蔚，闵 洁

(东华大学 化学化工与生物工程学院，上海 201620)

以新技术、新产业、新形态和新模式为特征的新经济的快速发展，纺织产业升级、结构调整以及全球竞争力的提升，对工程人才的培养提出了新的要求，这就要求高校建设面向未来、面向产业、面向世界的新工科[1-3]。作为轻化工程专业教学课程体系的重要组成部分，染整工艺实验是人才培养的重要环节，其教学效果直接关系到“卓越工程师教育培养计划”的成果。因此，以培养创新型实用人才为目的，以就业为导向，对“染整工艺实验”课程教学进行深入改革，积极探索并设计出符合时代需求的特色实验课程至关重要。在教学过程中，教学模式对于课程教学质量和学生学习效果影响很大。我校(东华大学)化学化工与生物工程学院轻化工程专业将翻转课堂应用到“染整工艺实验”课程教学中，一方面对传统教学目标进行了改进，实现了教学模式的创新；另一方面则能发挥学生的学习主动性和能动性，鼓励他们进行突破性实验和尝试，培养他们的创新能力，提高他们的就业竞争力。

一、 “染整工艺实验”课程教学现状及存在的问题

“染整工艺实验”课程为我校轻化工程专业本科三年级学生的一门必修课，是在学生已具备一定的化学(无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等)、纤维化学与物理、染整工艺原理知识等基础上开设的。要求学生理论联系实际，动手做各种工艺实验以验证染整工艺理论知识，通过学习及实践达到教学大纲所规定的基本操作和基本技能的训练，培养学生分析问题、解决问题的能力，为学生毕业后从事相关工作打下坚实的基础。“染整工艺实验”课程主要包括前处理、染色、印花、后整理及印染产品性能测试等内容，根据教学大纲要求，设计成32个实验项目，学生按照人数和设备台套数进行分组后操作实验。根据教学实践及学生反馈，“染整工艺实验”课程教学存在如下问题。

1. 实验课时少且实验结构设计单一

“染整工艺实验”课程内容广泛，涉及纤维合成及纤维种类鉴别、染料合成及性能测试、助剂制备及性能测试、前处理工艺、染色工艺、印花工艺、功能性整理、纺织品染整质量检测等，若按照实际内容进行安排，则实验项目远超过现在设计的32个，而在实际中还要扣除考试时间，真正用于实验教学的时间仅有90学时[4-6]。实验内容多而课时少，必然使得教师仅根据教学大纲要求，针对特定的知识点进行多属验证性、观察性实验(>90%)，一般为单一工艺实验，对染整工艺原理中每一具体步骤如煮练退浆、丝光、染料染色等基本原理与方法及染料性质等进行逐一验证，实验结构设计单一，实验内容相互独立，缺乏系统的有机联系，更缺乏系统的产品设计及加工综合训练，不利于培养学生对专业知识的综合应用能力和创新能力。

2. 实验教学模式偏离创新型实用人才培养目标

在“染整工艺实验”课程教学中，教师采用传统的灌输式教学方法，实验教材对实验内容、方法与步骤等做了详细说明，实验设计目标则是为了让学生完成实验，以巩固理论知识，而不是以培养创新型实用人才为目标。在实验时，学生机械地照搬实验指导书中的步骤，按设计好的工艺处方和条件配制溶液，逐步完成实验操作。完全被动的实验使学生处于思维僵化状态，既不能加深对理论知识的理解与掌握，也不能很好地锻炼知识综合运用能力、研究能力和创新实践能力。这种以教师为主、学生为辅的传统实验教学模式束缚了学生的想象力，限制了学生自由发挥的空间，不能调动学生的学习积极性和主动性，不利于提高学生的动手能力和工艺设计能力，也不能培养学生运用所学知识分析问题、解决问题的能力和创新意识。

3. 实验考核方式不合理

传统教学模式下的实验考核为教师考核，由实验指导教师根据实验报告书写情况、结论正确性、实验过程中的态度、实验纪律、实验操作规范性等加以考核，评定学生的实验成绩。一方面，传统考核方式没有给予学生探索创新的机会，创新必须有宽容的环境，容许学生实验失败并通过改善实验条件和过程以获得理想结果，否则因为害怕失败，为了获得好成绩，学生照抄实验指导书以得到预期结果，不敢或直接放弃尝试具备创新性的实验设计；另一方面，传统考核方式标准并不严密统一，其弹性大，不能客观真实地反映学生的实验操作水平，也不利于培养学生的优良实验技能。

4. 不能满足就业实际需求

传统教学模式下的实验设计单一，侧重于染整加工工序的工艺实验，使得染整工艺实验脱离染整生产流水线的实际(从坯布到染色成品的全部加工过程)，学生在每一类工序操作后缺乏相应的检测指标，从而不能及时发现问题并主动提出改进方法。教学过程中也忽视对加工质量的检测实验，不利于学生熟悉染整产品质量检测的指标、标准并掌握检测的方法、设备和操作，更无法锻炼学生根据检测结果进行产品加工工艺控制和调整的能力。

二、 “染整工艺实验”课程实施翻转课堂教学模式的设计

针对目前“染整工艺实验”课程教学中存在的问题，笔者转变教学理念，顺应信息时代的发展趋势和潮流，运用在线学习、混合学习以及翻转课堂等新型教学模式，对“染整工艺实验”课程教学进行了初步的探索。

1. 课前任务设计——整合学习资源，实现网络共享

课前自主学习是翻转课堂的本质，是课堂活动顺利进行的关键。在传统教学模式中，学生的课前学习仅限于写预习报告，笔者批阅预习报告时发现，学生仅仅是机械地抄写实验指导书的内容，为了获得预习分数而应付了事，缺乏自主学习的兴趣以及探索创新精神，不重视实验课程的作用。所以，有效引导学生进行深入的课前自主学习是课前任务设计的重点。

教师根据实验项目对相关的学习资料进行整合，这些资料既包括书籍、期刊、笔记等传统媒介类文本，也含有电子书籍、网络课程、PPT、音频和视频等数字化资源。除此之外，要求学生充分利用互联网进行相关资料的查询、阅读、摘录，提高他们的信息搜集和应用能力，以完成自主学习，并根据操作视频实现模拟操作练习。其中最重要的是，从符合学生实际需求出发，整合实验任课教师的丰富经验，合作制作了常用仪器种类、作用及操作视频。

教师将各种学习资源上传到学校网络教学综合平台，学生可随时随地观看学习，这给学生的个性化学习提供了平台和条件。学生可根据自己的学习进度和掌握程度进行自我安排，选择自己易于接受的方式以及学习效率最适宜的阶段进行学习，形成个性化定制学习模式。对于视频资源，学生可在学习过程中重复播放或暂停，以搞清疑难问题；对于已经掌握或易于理解的知识点可选择快进，以提高学习效率。课前反复观看视频，熟记实验步骤，能节约实验时间，将时间用于扩展性或创新性实验；学生提前把握实验重点、搞清实验难点，能克服传统教学过程中视野有限、看不清实验操作示范和记不清复杂实验步骤等困难，并在此过程中对一些问题进行全面且细致的思考。另外，开放网络预约并准备实验室，供学生开展预备性实验。

预习作业的设计、布置及答案反馈是课前任务设计的重点。设置预习的目的是为了更好地安排实验课堂上的内容以及把控节奏。学生在做预习作业的过程中，可记录下理解困难的知识点或操作步骤，在课前可通过QQ、微信等方式与教师沟通或与同学讨论。学生的预习作业可在实验课程前1～3天内提交，教师批阅后可了解学生的掌握程度，并据此进行调整，决定本节课上需讲解的难点和重点，这样可有效地制订实验的教学计划、目标和进度。这种教学模式实现由“教师灌输—学生接受”被动式学习向“学生自主学习—发现问题—教师引导解决问题”的自主式学习转化[7-10]。

2. 课堂实验阶段——师生角色互换，课堂互动翻转

课堂是进行知识内化过程的场所。在传统实验课堂中，教师先对实验内容、操作步骤及操作中要注意的要点逐步讲解，学生被动地听，然后教师进行实验操作演示，学生观看，甚至一些处理液也是由教师提前配制好，学生直接取用。也就是说，学生既不进行前期实验准备工作，也不参与实验设计环节，而是听取讲解后进行机械操作。学生应用短期记忆可在当堂完成一些相对简单的实验，但随着时间推移或针对复杂型实验，多数学生难以重复实验，甚至记不住复杂且关键的实验步骤，无法把握实验重点。这种机械式教学模式不但效果不理想，还不能培养学生发现问题、分析问题、独立解决问题的能力，更不能达成教学目标。师生角色互换，课堂互动翻转，才能提高学生在实验课堂上的参与度，促进知识到能力的内化。

根据课前预习反馈的结果，教师可进行针对性指导。首先，对学生反馈的具有普遍性的难点和要点设计问题，课堂上先进行引导式提问，组织学生进行讨论，同时对学生分组，组内成员各司其职，如记录、发言、提问等。其次，根据讨论及回答情况，让小组间进行互相提问，进行小组间的纠错、补充、点评、要点归纳等答辩，让学生成为知识的传递者而非被动的接受者。再次，随机抽取2～3名学生对实验操作进行演示，其他学生在观看的过程中发现存在的问题、不合理的操作方式、错误的装置安装等，并对相应的问题进行修正，实现学生之间的全方位互动。最后，教师进行难点、要点的讲解，并对实验操作进行总结、归纳，巩固学生课前的自主预习，使得相关的知识点、操作步骤、实验演示成为长期记忆。

指导结束后，学生按照真正理解的操作装置和操作步骤进行实验。在这个过程中，教师在一旁观察和记录，学生是否能够流畅而自信地进行实验各个步骤的操作，动手能力和效率是否提高，遇到突发事件学生是否慌张、能否自如应对并分析问题、解决问题，从而再次确认学生是否真正理解知识点和掌握实验操作。实验结束后，要求学生将在实验操作中遇到的新问题进行反馈，并鼓励他们给出自己的答案，教师适当予以点拨和引导，促进学生自己积极思考，激发他们进一步探索的兴趣，如提出了更好的方案，给予他们“第二课堂”的机会进行验证。

通过师生角色互换和全方位互动实现课堂翻转，学生成为课堂的主人，学生从灌输式学习和机械式操作转变为互动式教学和主动式实践，极大地提高了动手能力和实验效率，更专注于实验现象的记录以及问题的研究探讨，并主动梳理自己学习的目标和任务，审视实验课程的作用和目的。

3. 学生评价设计——构建全面考核体系，激发学生的主动性和创造性

改变传统的实验课程考核方式，重新建立评价系统，体现在评价内容和评价形式两个方面。评价内容在预习报告、考勤、实验报告的基础上，增加随堂实验操作技能评判、实验笔试内容、现场讲演、思考互动程度、创新能力、应对问题能力等测评，并对权重做出调整，提高能激发学生创新和思考内容的权重系数，建立全面考核体系。评价形式除已实践表明效果良好的比赛、互评外，还引入自我评价后的二次机会机制。在首次考核之后，如果学生自我评价不高，认为自己的实验操作或者结果不理想，经反思后愿意进行改进实验，教师可给予第二次实验的机会，并将第二次实验的结果按照权重重新进行评定。相比于传统的教师单一评价的体系，比赛评分能激发学生间的良性竞争；互评则发挥了学生的主动性；自评二次机会机制不但给予他们反思实验的机会，比如哪些地方有失误，自我评价低的具体原因是什么，也能加深实验操作的记忆，更能让学生面对面与教师谈论自己实验的感想，比如在实验中收获了什么，最重要的是给教师一个能得到学生真实反应下的建议的机会。通过对学生情况进行全面分析，综合掌握每个学习行为，三个评价方式相互结合给出更合理的评分，加之教师给予学生肯定自我的机会，愿意进行正确的引导、沟通，这样能激发学生的自信心和学习兴趣，有利于提高学生的学习积极性，促进实验操作技能的掌握，提升实验教学水平，提高人才培养质量。

4. 课后提升体系——基于反馈改进，良性循环探索

在经过课前学生自主学习、课堂角色互换、健全评价体系三个方面的探索后，在培养学生自主学习能力、牢固掌握实验技能的基础上，再提升学生的创造力，使学生成为满足企业和时代发展需要的人才。

在提升学生创造力方面，可设立课外科研小组，教师作为引导者，将染整领域或交叉学科领域的最新科研发展和科研成果等相关资源与学生分享，并逐步培养学生搜集信息的能力，学会利用学校的电子资源、互联网等资源进行检索，设计具有探索性和新颖性的实验。保护学生的科研热情，培养学生的科研精神，为学生提供实验平台，利用课余时间开展独立的研究性实验，或者安排他们在学长带领下开展项目研究，或者根据他们感兴趣的研究方向，联合相关的研究室给他们提供机会，使他们接受科学研究的训练，了解基本方法，将自己所学的知识和技能应用在科学研究中。通过这些活动可使学生直接介入前沿科学研究和技术项目开发活动中，强化创新能力训练，激发其创新思维和意识，培养其追求创新的态度与团队合作的意识。

针对企业生产实际，以就业为导向，培养人才的实用性和针对性，注重专业课和实际应用的无缝对接。首先针对就业岗位群分析，确定岗位核心技能，在实验室内将这些核心技能作为重点操作。其次，提供更多企业整套生产流程的实训视频资料，布置一套完整的工艺流程设计课下作业，如羊毛的前处理、染色、功能整理整条生产线的设计及工艺流程参数设置、质量检测，让学生自己思考并结合自己的兴趣自由选择并完成。再次，请企业技术人员针对实际情况给出课题，让学有余力且愿意尝试的学生组成研究攻关小组进行大胆尝试。在这个过程中，学生可以得到教师的帮助和企业的支持，在得到强化训练的同时也培养了作为工程师的创新素质。

三、 尚需进一步解决的问题

在网络化时代背景下，利用信息技术变革传统教学模式的翻转课堂体现了先进的教学理念，经过教育工作者的积极实践也取得了很多成功的经验。笔者将翻转课堂教学模式应用于“染整工艺实验”课程，将“教师讲，学生机械操作”教学模式转变为“学生自主学习、创新操作，教师引导”的模式，促进了学生的知识内化，提高了教学效率。但在实践过程中还存在一些问题。

1. 翻转课堂对学生提出了更高要求

因为线下学习阶段完全缺乏监管和督促，对学生自学能力和自律能力都有更高的要求，学生能否合理安排时间决定其掌握知识的效率，因此学生自主学习效率问题值得重视。否则，学生学习不够深入，自主学习流于形式，学习效果得不到保证，违背了教改的初衷。

2. 教师的引导角色能否发挥好

从学时数少但对学生要求提高等实际情况出发，如何提高学生的自主学习和独立思考的能力，教师在课前预习任务、课堂组织、课后评价和反馈等方面必须进行合理的设计，这对教师是一个挑战。如何激发学生线下的自主学习兴趣和热情以及探索创新性实验的吸引力，教师必须在深入了解学生心理、熟悉正向反馈心理机制的同时有所创新。比如，课程任务避免过于庞杂和繁重，不给学生一种在有限的时间内完不成的压迫感和挫败感的负面情绪，而是设计生动而吸引人的教学资料，给予学生心理上的美感和正向回馈的成就感，让学生体会到课堂创新的快感，激发他们产生更大的兴趣和热情。

3. 客观条件和实际的限制

实施翻转课堂教学模式教师需要花费更多的时间和精力，由于学生多、教师少，在有限的课堂实验阶段很难保证与学生面对面的交流得以深入展开。即便建立“第二实验课堂”，为了保证实验室安全，还是要有教师在场，现阶段难以做到完全放手。

四、 结语

“染整工艺实验”课程的翻转课堂教学，必须结合专业特点以及学生的实际情况，根据教学现状进行教学设计。本文的探索旨在对这种教学模式的有效性提供更多的思考和经验，在更新实验教学理念的同时真正形成适合“染整工艺实验”课程教学的有效模式，对未来的推广做出更为有意义和有价值的探索。

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