竺鋁濤

(浙江理工大學(xué) a. 材料與紡織學(xué)院； b. 絲綢學(xué)院，浙江 杭州 310018)

紡織工程是一個(gè)實(shí)踐性很強(qiáng)的應(yīng)用型工科專業(yè)，其目標(biāo)是培養(yǎng)高級(jí)紡織工程技術(shù)人員，要求畢業(yè)生能夠適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需求，具有熟練運(yùn)用所學(xué)專業(yè)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能解決紡織生產(chǎn)實(shí)際問題的能力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為實(shí)踐性教學(xué)的一種組織形式，具有促進(jìn)學(xué)生理論知識(shí)認(rèn)知以及動(dòng)手能力、創(chuàng)造能力發(fā)展和提升的功能，是培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。然而當(dāng)前大學(xué)教育中普遍存在以理論講授為主，實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅僅作為對(duì)理論的驗(yàn)證，缺少理論與實(shí)際應(yīng)用的聯(lián)系，同時(shí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)設(shè)備缺少更新和改進(jìn)的問題。這種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ诫m然在過去取得了一定的教學(xué)效果，但與目前紡織工程教育專業(yè)認(rèn)證中強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力[1]、提升學(xué)生專業(yè)素質(zhì)具有很大的差距。

一、 開展自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要(2010—2020年)》指出，高等教育承擔(dān)著培養(yǎng)高級(jí)專門人才、發(fā)展科學(xué)技術(shù)文化、促進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)的重大任務(wù)，強(qiáng)調(diào)要把教學(xué)作為首要任務(wù)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室、校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地、課程教材等教學(xué)基本建設(shè)，支持學(xué)生參與科學(xué)研究，強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。這從根本上規(guī)定了高校必須開展科學(xué)研究，注重高素質(zhì)人才和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，同時(shí)為人才的培養(yǎng)打造現(xiàn)代化的實(shí)習(xí)與實(shí)驗(yàn)條件。而高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)作為強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的基礎(chǔ)，在培養(yǎng)理工科學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，提升學(xué)生的工程素質(zhì)方面具有極其重要的地位和作用[2]。

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是在長(zhǎng)期的教育改革與實(shí)踐中產(chǎn)生的一種創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。在《普通高等學(xué)校本科教學(xué)工作水平評(píng)估方案(試行)》中，對(duì)專業(yè)建設(shè)與教學(xué)改革提出了開設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的要求，并制定了明確的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。該方案指出，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。對(duì)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐已經(jīng)成為眾多高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重要內(nèi)容[3-6]。

1. 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是在2000年提出的自助式實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上經(jīng)創(chuàng)新發(fā)展演變而來的。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新模式要從實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)形式等方面進(jìn)行全方位的改革[7]。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，它將教師置于引導(dǎo)者地位[8]，而賦予學(xué)生充分的自主權(quán)。實(shí)驗(yàn)課題可以由教師指定，也可由學(xué)生自主確定。課題確定后，學(xué)生通過文獻(xiàn)檢索了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛧?guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，結(jié)合專業(yè)知識(shí)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，然后利用學(xué)?；蚱髽I(yè)資源開展實(shí)驗(yàn)。在自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生不是被動(dòng)地接受知識(shí)，而是通過自主探索學(xué)習(xí)知識(shí)，掌握技能[9]。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)越性表現(xiàn)在：

(1) 充分的課題自主權(quán)。學(xué)生可以根據(jù)自己的情況確定課題，安排實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和內(nèi)容，也可以選擇教師提供的課題。

(2) 自由的方案執(zhí)行權(quán)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求整合資源，自行開展原材料的準(zhǔn)備、設(shè)備的對(duì)接、實(shí)驗(yàn)技術(shù)的實(shí)施和結(jié)果的分析。

(3) 鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)方式的創(chuàng)新和另辟蹊徑。

2. 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ诫m然有很大的優(yōu)越性，但是在實(shí)踐和推廣中也會(huì)遇到很多問題，主要有以下兩點(diǎn)：

(1) 如何培養(yǎng)學(xué)生對(duì)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的興趣。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)初期，學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)識(shí)不夠深入，缺乏系統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)、性能表征的思維，存在對(duì)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮透拍畈磺逦那闆r，從而產(chǎn)生找不到實(shí)驗(yàn)開展的切入點(diǎn)，最后導(dǎo)致對(duì)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生焦慮和排斥心理。

(2) 如何達(dá)到自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的目的是讓學(xué)生掌握對(duì)專業(yè)知識(shí)的應(yīng)用，通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和實(shí)施培養(yǎng)解決工程問題的能力。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的選題與實(shí)驗(yàn)的效果密切相關(guān)，高校教師應(yīng)選擇具有產(chǎn)學(xué)研開發(fā)前景，能充分應(yīng)用專業(yè)知識(shí)，且具有可操作性的實(shí)驗(yàn)課題，并明確實(shí)驗(yàn)的背景和意義、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)手段，引導(dǎo)學(xué)生從工程師的角度去設(shè)計(jì)和開展實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生從中得到收獲和成長(zhǎng)。

二、 紡織工程專業(yè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的實(shí)踐

根據(jù)我校(浙江理工大學(xué))紡織工程專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合筆者多年工程實(shí)踐和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，選擇2014、2015級(jí)本科生為主要實(shí)施對(duì)象，以“織造學(xué)”“現(xiàn)代準(zhǔn)備工藝學(xué)”“紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料”等課程為依托，實(shí)施紡織工程專業(yè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐。

1. 確定設(shè)計(jì)性題目

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)效果與實(shí)驗(yàn)題目直接相關(guān)，學(xué)生需要在教師指導(dǎo)下自由組隊(duì)，然后自主選擇實(shí)驗(yàn)題目。實(shí)驗(yàn)題目既要貼合專業(yè)課程，又要具有產(chǎn)業(yè)化合作基礎(chǔ)和前景。表1為我校紡織工程專業(yè)的自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容。

表1 紡織工程專業(yè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容

2. 實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程

在自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中，為了讓學(xué)生具備獨(dú)立開展自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力，教師預(yù)先對(duì)學(xué)生開展驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)?zāi)K和綜合性實(shí)驗(yàn)?zāi)K的培訓(xùn)。為了使實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蝽樌M(jìn)行，我們提出了下列自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟：(1)教師提出/學(xué)生自選課題；(2)學(xué)生分組設(shè)計(jì)，提交設(shè)計(jì)報(bào)告；(3)教師審定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告；(4)實(shí)驗(yàn)教師提供相關(guān)試劑、材料和儀器；(5)學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)；(6)整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；(7)撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告和總結(jié)；(8)撰寫論文或?qū)＠?。在?shí)驗(yàn)過程中注重團(tuán)隊(duì)協(xié)作，學(xué)生以3～4人為一組，采取組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制開展實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。課題規(guī)定了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)范圍等具體要求[10]，學(xué)生需要結(jié)合專業(yè)知識(shí)查閱文獻(xiàn)，制訂方案，開展實(shí)驗(yàn)，最后小組分析討論，撰寫總結(jié)報(bào)告。

在實(shí)驗(yàn)前教師要對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育，使學(xué)生樹立安全意識(shí)。在實(shí)驗(yàn)過程中要注重對(duì)學(xué)生的指導(dǎo)，以啟發(fā)其思考更深層次的問題。對(duì)于能順利完成實(shí)驗(yàn)的學(xué)生給予鼓勵(lì)，并指出實(shí)驗(yàn)過程中可以進(jìn)一步改進(jìn)和提升的方面；而對(duì)在實(shí)驗(yàn)中遇到困難的學(xué)生給予耐心引導(dǎo)，指出改進(jìn)方向，多鼓勵(lì)、少批評(píng)。

3. 對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)閱

自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要建立合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，以達(dá)到端正學(xué)生實(shí)驗(yàn)態(tài)度、規(guī)范實(shí)驗(yàn)過程、提高實(shí)驗(yàn)效果的目的。表2是紡織工程專業(yè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程的評(píng)價(jià)指標(biāo)，按照實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)過程和結(jié)果分析三步法，對(duì)每一部分都制定了明確的觀測(cè)點(diǎn)、考核目標(biāo)、各項(xiàng)分值及成績(jī)比率。

表2 紡織工程專業(yè)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)指標(biāo)

三、 自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例分析

結(jié)合“紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料”專業(yè)課程，開展了“玻璃纖維復(fù)合材料層合板的制備”自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1. 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在開展實(shí)驗(yàn)之前，學(xué)生應(yīng)清楚實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和目的。本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是開展玻璃纖維復(fù)合材料層合板的制備；實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦莆詹ＡЮw維復(fù)合材料層合板的制備工藝，了解固化溫度和壓力對(duì)層合板彎曲性能的影響。學(xué)生以3人為一組組建團(tuán)隊(duì)，首先進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，了解玻璃纖維復(fù)合材料層合板制備所需的原材料、層合板鋪層方案及加熱固化工藝。

2. 實(shí)驗(yàn)過程

根據(jù)文獻(xiàn)檢索和調(diào)研，學(xué)生確定了如下的實(shí)驗(yàn)方案和步驟：(1)將玻璃纖維預(yù)浸料從冰箱中取出放到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，在使用前打開紙箱使之在室溫(20 ℃)下充分解凍，解凍時(shí)間不少于2 h。(2)裁剪的預(yù)浸料應(yīng)平整地放在切割臺(tái)上以避免變形。(3)用丙酮將模具表面清洗2遍，然后再刷3遍脫模劑。(4)預(yù)浸料按照鋪層方案在陰模中鋪疊，邊鋪疊邊抽真空，防止預(yù)浸料層間有氣泡。(5)合上陽模，放入模壓機(jī)中加熱固化。從常溫升溫至80 ℃保溫30 min，同時(shí)設(shè)定加壓壓力為1.33 MPa；然后溫度升至130 ℃，在此溫度下保溫60 min；最后自然降溫至約60 ℃，取出脫模。完成層合板制備后，學(xué)生進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估，完成實(shí)驗(yàn)總結(jié)報(bào)告。教師對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性、正確性進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，同時(shí)對(duì)產(chǎn)品外觀質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。

四、 結(jié)語

在紡織工程專業(yè)教學(xué)中開展自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)通過打造一支高素質(zhì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍，選擇合理的實(shí)驗(yàn)課題，規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作，鼓勵(lì)學(xué)生參與生產(chǎn)實(shí)踐和科研，可有效激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的創(chuàng)新思維和能力，進(jìn)而提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。