学科交叉驱动下纺织物理课程教学改革研究

周惠敏，王颖，程璐，夏鑫

（新疆大学纺织与服装学院，新疆 乌鲁木齐 830046）

0 引言

纺织物理作为纺织科学与工程专业中的基础课程，在该领域的学习中具有先导性和核心地位，为学生打下坚实的学科基础，为后续课程的学习提供主要支撑[1-3]。本课程的目标是培养学生深入了解纺织材料的物理性质和特性，掌握纺织材料的微观结构与宏观性能之间的关系以及如何通过调整纺织工艺来改变纺织品的性能[4-6]。通过课程学习，学生将获得运用纺织物理理念解决实际问题的能力，同时推动其他专业课程的发展，为计划从事纺织领域的研究生提供必要的知识准备[7-9]。以纺织物理课程教学为研究对象，结合教学实践经验与反思，本研究在现有课程框架上探索创新思路，旨在提升课程教学质量，有效培养纺织科学与工程专业研究生的创新能力，以提高他们的专业素养和综合能力。这些方法为纺织物理课程的教学探索提供了有益的参考依据。

1 纺织物理教学中的挑战

1.1 知识体系的广泛覆盖

作为纺织科学与工程专业的核心教程，纺织物理课程的知识体系异常庞杂，涵盖众多知识领域，如物理、化学和数学等基础科学，以及高分子有机材料学、无机材料学、结构力学、热力学和电化学等专业领域。这些交叉融合的特点使得课程内容不仅广泛，还呈现出强烈的专业性和复杂性[10-14]。这种情况对于教师授课和学生学习都带来了较大的挑战。学生可能因为基础薄弱，难以理解纺织材料的物理性质、化学结构等复杂内容，从而难以有效掌握相关知识[15-17]。

在本课程学习中，尤其是面对多背景学科的研究生，许多本科非纺织工程专业的学生并未修过纺织材料学、化学纤维概论、纺纱学、织造学等先修课程以及相关的生产实践，在课程知识内容掌握上存在几方面难点：（1）纤维分子结构知识比较抽象，且高分子聚集态结构及其与性能之间的联系通常通过数学模型体现，掌握难度较大；（2）纤维的结构（包括分子结构、形态结构）决定了纤维的各方面物理性质，学生对于结构与物理性质方面的关联机制不清晰；（3）与纤维各物理性质之间往往相互关联和相互作用，概念容易混淆，机理不易理解；（4）在纱线的基本生产过程涉及的成纱工艺以及质量控制，织造生产中需要了解的织物组织结构等基础知识较为欠缺，因此在实际授课中课程内容深度难以扩展。

1.2 教学内容和方法的更新需求

纺织科学与工程是一个实际应用导向强烈的专业，但目前教材内容往往陈旧，无法充分涵盖最新的知识和技术进展。很多前沿性、热门的问题在传统教材中得到的涉及较少，导致了教学内容的滞后性。这样的状况影响了教学质量和学生的学习兴趣。特别是在当前，纺织行业常常被视为传统产业，学生可能带有对该领域前景不明朗的偏见，因此，教材内容的陈旧性可能进一步降低学生的学习热情和积极性。

目前针对纺织材料的科学研究层出不穷，众多领域科技工作者都以纺织品作为实现智能化产品开发与应用的柔性载体与平台，包括具有红外辐射“门控”效应的辐射冷却织物、大面积电致发光“智能显示”交互纺织品以及自供电多功能一体化柔性电子纤维器件等研究，越来越凸显出纺织学科进行科学研究中交叉性强、技术综合以及应用性广的特点。面对目前情况，亟需具有高科技、高技术、智能化的技术推动本土纺织产业转型升级，而纺织物理是纺织工程专业硕士研究生的必修课，承担着运用纺织中存在的大量物理现象及基础知识进行科研的任务，课程内容的优化选取、完善与革新可有效促进交叉融合型纺织科学的创新性研究。

2 纺织物理教学中的创新

针对纺织服装产业链条的发展需求，培养具有多学科背景的纺织科学与工程专业的硕士研究生对于复合型专业人才的储备至关重要。如何使具有多学科背景的研究生在课程学习中更融会贯通地掌握基础内容，如何在课程中有效地整合多学科交叉融合的知识体系，如何加强课程内容与实际科学研究乃至企业生产应用之间的联系，对于授课和教学方式、课程知识应用的手段以及策略提出了新的挑战，因此面对多学科背景硕士的研究生在课程应用实践形式多样化方面提出课程改革势在必行。

2.1 因材施教，制定以人为本的授课方案

尽管多媒体等多种教学手段已在使用中，但需要授课教师精心整理和归纳前沿新技术与传统基础知识点的关联。借助前沿研究的更新，打破传统知识只限于教材的困境，使学生能够真正理解新知识。多年教学实践表明，选择多本教材有助于解决知识片面和内容不足的问题，丰富了讲授内容。主要策略基于教材，强调基本概念的讲解，对教材内容适当调整，并对重点内容加以突出。调整教材内容的顺序，模块化教学，将相关内容融为一体，帮助学生在整体框架下更系统地理解相关知识。

在授课时更注意讲解纺织纤维材料与其他学科领域的某些共性，启发学生从本身熟悉的学科角度思考与纺织的结合点，减少非科班出身研究生对纺织学科的距离感，并提高他们的研究兴趣；同时，充分发挥研究生的自主学习能力，每一章节选择一个主题，要求学生在课后查阅资料的基础上，结合自身研究课题、研究兴趣及学术背景，以自己感兴趣的方式呈现章节作业，可以是学术报告、实验视频、实物展示等多种形式，使学生了解纺织物理学知识在其较为熟悉的生产领域的广泛应用。

此外，强调引入新材料和新技术，通过前沿科研实例（如文献、新闻报道、视频等）来讲解纺织物理的应用，注重新研究成果的引入。比如，在学习天然纤维中的植物纤维时，以新疆特色的棉花、罗布麻为切入点，通过前沿科学研究开发中的纤维表面官能团改性和提取纤维素纳米晶等新技术，以及在医疗、能源、环境等领域的应用案例，以生动的方式加深学生对分子结构等关键知识的掌握，并通过实际案例培养学生的创新思维能力。

瞄准课程知识庞杂以及学生学科背景复杂的特点，采取以人为本制定出个性化授课方案，并且允许课程作业不拘泥于一种形式，充分调动具有跨学科背景学生学习本课程的积极性并建立与纺织学科的密切度。

2.2 多种教学方法及手段的协同融合

强化过程式教学方法的引入，不仅限于基础知识的传授，还将开放性和综合性融入教学，培养学生的自主性，即启发式教学；在课堂上采用授课与讨论相结合的方式，不仅有课堂问答互动，还请学生讲解特定主题，以翻转课堂的方式提高学生的积极性。这有助于更好地理解和应用复杂理论，实现讨论式和任务驱动式教学。

举例来说，在讲解动物纤维中蚕丝的内容时，通过介绍石墨烯添加到蚕食物中以抑制丝素蛋白分子向β-折叠结构转变的案例，激发学生对新疆特有的羊毛、驼绒等产品改性方法及其用途的思考，从而激发学生自主学习的动力。疫情暴发后，口罩、防护服等需求激增，尽管人们了解它们具有一定的防护功能，但却不了解其防护功能的制作工艺。将这类时事引入教学创新，例如，在讲解非织造布时，通过与学生讨论如何通过复合结构获得良好的防护效果、适当的材料选择和生产工艺要点，使学生深刻理解相关知识，增加学习兴趣。任务驱动式教学方法可以使学生体验完整的工作流程。例如，在讲解高性能纤维时，可以借助新疆特有的玄武岩纤维产业，将内容划分为产业现状、生产工艺和产品应用等模块，让学生自主分组查找资料并进行翻转课堂的自主授课，以加深专业知识学习，引导学生提出问题并思考产业发展，从而增强学生的创新能力。

线上线下混合式教学设计相较于传统线下授课优势显著[12-13]。纺织物理课程采用MOOC平台、bilibili云直播的在线教学，结合慕课堂、雨课堂和腾讯会议等信息化工具，实现“线上+线下”的混合式教学。这不仅丰富了教学手段，完成了正常的教学任务，还提供了丰富的教学资源，培养了学生的自主学习能力，实现了传统课堂以教师为中心向以学生为中心的转变，有效解决了知识更新问题，促进了学生对纺织专业知识的了解，并促进了纺织知识的普及。同时，脱离一人式填鸭授课，采取跨学科专家进行专题研讨的形式与学生进行互动，交流讨论，注重前沿科技实例的引入，既有利于加深对相应纺织物理知识的理解，也帮助学生以学科交叉融合的形式紧扣住科研前沿。

2.3 理论与实践的结合

实践是获取真知的途径，在纺织物理的教学中，强调理论与实际应用的联系，增强学生的动手能力和创新能力。例如，纺织物理实验内容根据前沿研究进行更新。随着非织造布在医疗用品、一次性消费品和家居产品中的广泛应用，学生可以自主收集各领域的产品样本，如口罩、纸尿裤、墙纸等。结合文献调查，学生分组进行理化鉴定，教师提供指导和建议，学生制定试验方案，进行试验并分析结果。从生产方式、材料选择到复合工艺等，学生在自主完成实验报告的过程中锻炼了问题提出、分析和解决问题的能力，同时提供了创新思考和发挥的机会，鼓励学生尝试新方法和新思路，将专业知识与理论灵活应用于实际生活中。

此外，纺织学科竞赛种类颇多，大多都体现出学科交叉性很强的创新性研究，比如“互联网+”创新创业大赛、“汇川杯”纺织智能设计大赛、“红绿蓝杯”中国高校纺织品大赛等，是将课程知识转化为实际科研应用的良好契机。通过组建纺工/纺材、轻化染整、生物等不同学科背景甚至不同院系乃至兄弟院校的骨干教师进行联合指导，达到资源优化，使现代生物技术、现代纺织检测技术、纺织化学等专业课程知识相互联系与转化应用的目的。以学以致用为指导思想，挖掘课程知识应用路径，以学科专业竞赛为契机，以教师合作方式将多学科背景学生进行组队指导，鼓励学生进行创新创业。

3 结语

在当今多样化市场需求的背景下，对核心专业课程进行教学内容体系的创新和改革，对于构建应用型专业的实践教学体系，提升学生实践创新和综合能力，具有重要意义。尤其基于“十四五”时期，新疆纺织服装产业发展将持续完善产业链条、优化产业布局，全力推进纺织服装产业高质量发展的总体战略要求，围绕自治区纺织资源优势特色，加快促进纺织产业转型升级为目标，开展以新疆特色纺织资源为基础的功能化纺织品的研发以及相关智能化技术的开发与应用，是推进本土纺织产业基础深入化、产品功能化、技术智能化、产业链现代化的有力手段。教学创新方法的运用不仅优化了纺织物理课程结构，也激发了学生的学习兴趣与实际应用能力。这种方法不仅在课程改革方面取得成果，还为优化本专业人才培养模式提供了宝贵实践指导。通过不断创新，我们将继续培养更具创新能力和综合素质的专业人才，为行业发展培养更多优秀人才。