以工程素质和能力培养为导向的“非织造学实验”课程教学探索

黄 娟， 张如全， 刘延波， 邹汉涛， 张 明， 陈志军， 韦 炜

(武汉纺织大学 纺织科学与工程学院，湖北 武汉 430200)

我国工程教育专业认证标准明确指出，必须通过实践类课程提高学生利用工程知识解决复杂工程问题的能力。在“新工科”建设背景下，不仅理论课程开展教学改革[1-3]，实践课程也纷纷进行教学探索[4-7]。“非织造学实验”是非织造材料与工程专业(以下简称非织造专业)的基础实践课程，该课程教学亦是非织造专业人才培养的重要环节。依据国家工程教育专业认证对学生工程能力培养的要求和基于非织造产业对教研产融合型工程技术人才的迫切需求，“非织造学实验”课程的教学改革势在必行。

一、“非织造学实验”课程教学存在的问题

1.内容多、课时少

“非织造学实验”是我校(武汉纺织大学)非织造专业实践教学平台中的实习实训课程。该课程分为“非织造学实验Ⅰ”和“非织造学实验Ⅱ”两部分，分两学期开设，分别面向大二下学期和大三上学期学生，实验内容及进度与“非织造学”课程的教学内容及进度相对应。“非织造学实验Ⅰ”和“非织造学实验Ⅱ”的教学内容、学时分配如表1所示。该课程包含的内容较多，在有限的时间里，很难要求学生在了解设备构造和工作原理的同时制备所设计的非织造产品。为了节约时间并顺利地完成实验，实验主要由教师操作，学生在一旁观看。学生没有实际操作的机会，积极性就很难调动起来，从而影响教学效果。

2.教学方式过于单一

“非织造学实验”课程往往采取教师讲授、教师操作、学生观摩这种以教师为中心的教学方式。因学时有限，通常教师先讲授实验及设备的相关理论知识，然后演示设备的操作，在极少数学生开关机、喂样和收集产品等配合下完成实验内容。这种单一的教学方式无法激发学生的学习兴趣，也错失了理论与实践相结合的重要一步。

二、基于工程素质和能力培养的“非织造学实验”课程教学改革

1.培养目标的确立

依据《武汉纺织大学纺织工程专业人才培养质量标准》制定的人才培养目标点，“非织造学实验”课程的人才培养目标围绕以下几点进行：(1)具有良好的政治思想素质和工程伦理素养，有意愿并有能力为社会服务；(2)具有工程实践能力和创新能力，能够分析并解决非织造产品结构、加工方法和性能评价等工程问题；(3)具有自主学习能力和团队协作精神，能适应社会发展，实现能力和技术水平的不断提升。

2.教学模式创新实践

(1)梳理教学内容，重新分配学时。由表1可知，“非织造学实验Ⅰ”课程主要采用的是梳理成网针刺非织造材料的生产设备，具体涉及开松机、给棉机、梳理机、铺网机和针刺机。其中开松机和给棉机设备较简单，可调节的参数较少，可适当减少学时。而梳理机(罗拉-锡林式梳理机和低速凝聚辊)结构复杂，且参数设置影响纤维网的质量；针刺机包含预刺机、主刺机和倒刺机，每台机器的结构不同且参数设置影响针刺非织造产品的机械性能，可适当增加学时。为了提高学生应对复杂工程问题的能力，针刺工艺与产品性能实验的学时可适当增加，给予学生充分的时间思考问题、分析问题并解决问题。调整前“非织造学实验Ⅱ”中6个实验的内容相关性不大，可以根据某种非织造产品(如口罩)的生产流程将其重新梳理、串联起来，提高学生在实验过程中的趣味性和成就感。由于口罩的上下层是纺黏层，需要对其进行热轧加固；中间层一般为熔喷层，也可以用静电纺纤维层替代，该层不需要额外的热加固处理；三层非织造布的边缘是通过超声波黏合成一个整体，且口罩带亦是通过超声波黏合到非织造布上的。因此，调整后的教学内容及学时分配如表2所示。

表1 调整前“非织造学实验”课程的教学内容及学时分配

表2 调整后“非织造学实验”课程的教学内容及学时分配

(2)优化教学模式。打破传统的教学内容和教学方法，通过以学生为中心的教学模式，提高“非织造学实验”的教学效果，培养学生的动手能力和创新意识。教学模式如图1所示。

图1 “非织造学实验”课程教学模式

①实验任务书：由课程教学团队集体讨论、编写，包括实验目的、理论知识、实验设备、实验操作、实验内容等，需提前发给学生预习。

② “讲-问-答”理论教学：将学生分成5组，每组4人或5人，每组负责一次实验理论知识的讲解。比如，第1组学生对第1个实验中设备的工作原理、参数对产品性能的影响等理论知识进行讲解，之后，由其他4组学生提问，第1组学生回答。通过“讲-问-答”的方式进一步理解和巩固“非织造学”课程所学的理论知识。让每名学生参与到提问和讨论中来，活跃课堂气氛，提高学生的参与感，让学生对这门课真正感兴趣。

③操作流程：由某组学生演示设备的操作流程，依照“开机-设备稳定运行-修改参数-观察设备运行的变化-关机”的流程进行，其他组学生评价该组操作正确与否，并给予纠正。

④分组实验及测试[7]：根据实验目的，由学生共同决定某一实验变量(工艺参数)，先预测该变量对样品性能的影响。调节该变量的大小，进行分组对比实验。每组学生团队合作，完成样品制备及性能测试(厚度、面密度等)，其中，为了增加实验的可比性，样品性能测试结果以10次测量数据的平均值为准。

⑤数据处理及分析：每组学生对自己组所测数据进行处理、分析，然后汇总所有组数据，通过画图、列表等手段综合评价变量对样品性能的影响趋势，看是否达到预期效果，如果没有，则分析其原因。

⑥实验报告：根据实验任务书的要求完成实验报告，需提供实验数据、分析及评价等，并附实验样品。

3.教学团队建设

“非织造学实验”课程内容较多且开设在两个学期，教学团队的水平直接影响课程教学与人才培养效果，因此合理的教学团队结构组成是课程运行的基本前提。一是构建合理的团队成员结构。教学团队由老中青不同年龄、高级与中级不同职称、教师与实验师不同岗位的成员组成，便于课程的可持续发展与改进。二是定期开展教研活动。教学前、中、后期分别开展团队研讨活动，同时参与企业培训、非织造产品展等交流活动，提升团队成员的岗位技能。

4.考核评价机制改革

在实验过程中，考核每组学生的自主学习能力、实际动手操作能力、创新能力、团队合作能力、分析与解决问题的能力；通过实验结果分析，考核每个学生对知识的理解能力和独立思考能力；甄别学生实验报告是否雷同，完善考核学生实验效果的评价体系。最后，根据学生的平时考核成绩与实验报告成绩对其总成绩进行评定。成绩分配如表3所示。

表3 考核方式及成绩比例

三、结语

基于工程素质和能力培养的教学改革是高等工程教育改革的趋势。通过对“非织造学实验”课程的教学探索，弥补目前该课程教学中的不足，打破传统的实验教学模式，以学生为中心，优化教学内容及学时分配，激发学生去思考和创新，增加学生动手操作的时间，培养学生的团队合作精神，提高学生的参与度和学习兴趣，培养工程实践和创新能力强、具备解决复杂工程问题能力的人才。