濕法紡絲技術用于開放性實驗教學的探索與實踐

摘要：創新型人才培養是高校教育的迫切任務。本文依托浙江理工大學材料與紡織學院學科優勢，以濕法紡絲技術為媒介，通過將開放性實驗教學與大學生科技創新計劃有機結合的方法，開展濕法紡絲技術開放性實驗教學新模式的實踐工作，以期強化學生專業基本功，提升本科實踐教學的綜合實用性及開放創新性。

關鍵詞：科技創新；開放性實驗；濕法紡絲

開放性實驗教學和大學生科技創新計劃項目是近年發展起來的兩種與理論相對獨立、以學生為中心的、旨在培養學生的綜合實踐能力和創新能力、富有個性的新型創新人才培養模式[1-3]。二者均強調培養學生的自我完善能力和綜合創新能力，為高校教學改革提供了新思路。在實驗過程中，學生根據自身專業特點、實驗基礎和興趣愛好選擇相應的實驗項目，查閱參考文獻，自行制定實驗方案，設計技術路線，獨立實施并進行實驗數據處理和結果分析，教師則由傳統的實驗輔導轉變為啟發和引導者。因此，開放性實驗教學和大學生科技創新計劃在激發學生學習興趣，培養學生動手能力，特別是開發學生創造性思維能力方面有著無法比擬的優勢，是目前培養創新型和應用型人才的有效途徑[4-6]。將教師的科研課題有選擇性地轉化成開放實驗項目是一個很好的設計開放性實驗內容的途徑。目前，采用濕法紡絲工藝制備各種功能性纖維是當前化學纖維研究領域的熱點之一。濕法紡絲過程涉及高分子材料的溶解、成型、后加工以及紡絲過程中的擴散、傳熱、傳質、相轉變等基礎物理化學理論知識，實驗條件的變化對纖維形貌、結構、性能等影響明顯，實驗內容可拓展性強。因此，開展濕法紡絲技術的開放性實驗教學對于培養學生的動手能力和創新思維能力有著重要作用。本文依托浙江理工大學材料與紡織學院學科優勢，以濕法紡絲技術為媒介，將開放性實驗教學與大學生科技創新計劃二者結合[2]，開展濕法紡絲技術開放性實驗教學新模式的探索和實踐，以期提高學生對專業知識的自學能力、實驗設計和實際操作能力以及科研創新意識。

一、濕法紡絲用于開放性實驗教學的必要性

濕法紡絲是化學纖維主要紡絲方法之一，其工序包括：（1）制備紡絲原液；（2）將紡絲原液從噴絲孔壓出形成細流；（3）原液細流凝固成初生纖維；（4）初生纖維卷繞或直接進行后處理。其工藝原理是高分子材料加工原理、高分子材料加工工藝學等課程的重要內容，涉及高分子聚合物的溶解、濕法紡絲的運動學和動力學、濕法紡絲的傳質和相轉變、濕法紡絲中纖維結構的形成，以及纖維拉伸和熱定型等基礎物理化學理論知識[7]。它是一門十分復雜、實驗性很強的綜合性專業課程，要促使學生經歷實驗過程中的每一個環節，從而讓學生去發現問題、解決問題，這對激發學生興趣，發揮學生主動性，以及提高學生的實驗技能和綜合應用知識的能力是十分必要的。另一方面，濕法紡絲所得再生纖維的結構和性能對紡絲工藝極為敏感，直接影響著成品纖維的紡絲加工和使用性能。在實驗中，主要檢測工藝條件對纖維形態結構、超分子結構及拉伸性能的影響。對這些纖維主要性能指標的評價加深了學生對纖維材料學基礎理論的認識，鞏固了原有實驗基礎。此外，這些纖維結構和性能指標的測試方法屬于先進的測試手段，可以使學生了解和掌握纖維材料物化性能的一些測試儀器和測試方法。

二、大學生科技創新計劃“開放性實驗化”聯合模式的探索與實踐

1.逐級層次式聯合模式。開放性實驗教學是讓學生真正成為學習的主體，從而體現“以人為本”的教育思想。而實現“以人為本”的教育就要注重學生的潛能、承認學生差異、尊重個性、發展個性，并促進個性全面和諧發展。因此，實施開放性實驗教學必須根據各年級學生的專業水平、個性特點和興趣愛好等差異，開展逐級層次式開放教學[8]。第一層次是認識型開放，主要面向學習興趣濃厚的本科大一、大二學生。學生自主選擇實驗項目，進入開放性實驗室，采取研究生“一帶一”模式，帶領學生首先熟悉、認識實驗項目的各個環節，開展具有學科綜合性、難度小的實驗項目，從而激發學生的學習興趣和自信心、加強他們的主動性和參與性，培養其良好的科研素養。第二層次是綜合設計型開放，主要面向具備一定的專業理論和實驗基礎的大三、大四學生。實驗項目以綜合性、設計性實驗為主，實驗方法和技術路線自主性強。第三層次是創新型開放，主要面向進行畢業論文設計和參加大學生科技創新活動計劃的高年級本科生和研究生。學校每年設有科技創新基金項目、新苗計劃和挑戰杯等大學生科技創新計劃，將其與開放性實驗有機聯合，建立大學生科技創新計劃“開放性實驗”化的新模式。

2.前沿性科研項目庫。將教師承擔的科研課題和實驗室開放結合起來，根據不同層次的教學模式，建立可選的實驗項目庫，并根據后期實施效果進行更新。一類是為培養學生對專業知識的學習興趣，指導學生了解相關專業當前研究前沿的認識型實驗項目。如“生物質再生纖維的研究現狀及發展趨勢”、“增強型綠色復合纖維”、“抗菌阻燃型功能纖維”、“載藥緩釋型醫用敷料”等。學生可自主選擇實驗項目，廣泛查閱參考文獻，了解所選課題當前研究現狀和背景知識。二類是為引導學生運用綜合知識和實驗基礎所進行的綜合性設計實驗。如“海藻纖維的制備及性能研究”、“纖維素基高吸水纖維的研制”、“再生蠶絲纖維的制備及性能研究”等。學生可在查閱文獻的基礎上，獨立設計實驗方案和技術路線，自行開展實驗研究，進行實驗結果分析。三類是培養學生獨創意識、提高學生科研和動手能力的課題研究項目。根據指導教師科研項目設計研究課題，如“纖維素納米晶須增強再生蠶絲纖維的凝聚態結構和作用機制研究”、“載藥海藻纖維的制備及其體外藥物釋放行為研究”等。通過這些開放性實驗項目的開展，讓學生熟悉科研的基本過程，了解科研工作的意義，掌握科學研究的基本規律和科學的思維方法。

3.良好的實施效果。筆者所在實驗室自2010年開始，以我校材料與紡織學院材料工程專業和啟新學院材化生實驗班為試點，開展濕法紡絲技術的開放性實驗教學。經過近兩年的摸索實踐，取得了明顯的實施效果：（1）學院部分教師開始嘗試以科研項目為基礎，聯合大學生科技創新計劃，逐步建立了基于濕法紡絲技術的開放性實驗項目庫，每學期開設3~6項實驗項目供學生選修，提升了開放性實驗的項目創新性，并能保證項目庫的滾動更新。（2）大學生科技創新計劃“開放性實驗”化，既注重激發學生的好奇心和求知欲，又注重體現學科精髓和學科特色，增長學生的知識和技能，更大范圍內培養了學生的創新意識和創新能力。目前為止，學生共申報發明專利3項，其中授權1項；發表論文2篇，其中SCI論文1篇。（3）學院依托我校省級實驗教學示范中心，每年設立實驗教學改革項目和學生創新實踐活動項目各70項，提供一定的項目經費用于資助開放性課題，為開放性實驗的順利實施提供資金保障。同時，所開設項目多為教師的科研項目或青年教師的探索性課題，通過學生去實施，利用大家的智慧去進行探索，因此明顯提高了指導教師的積極性。

實驗教學是素質教育和人才培養的重要環節，在培養學生動手能力和創新能力方面有著重要作用，也是目前各高校實驗教學改革的重點。本文以濕法紡絲技術為媒介，將開放性實驗教學和大學生科技創新計劃有機結合，探索大學生創新計劃項目開放性實驗化的新模式。開放性實驗初露成效，既提高了學生綜合實驗能力和創新思維意識，同時又有效提高了現有教學資源的使用效率，是一種行之有效的創新人才培養新模式。

參考文獻：

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[3]彭坤，胡愛平，唐元洪.大學生創新計劃在創新人才培養中的作用[J].中國教育教學雜志，2006，145（12）：114-116.

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[7]沈新元.高分子材料加工原理[M].北京：中國紡織出版社，2009.

[8]周松秀，劉蘭芳，王鵬，等.高校自然地理學課程開放性實驗教學研究[J].衡陽師范學院學報，2011，6（32）：150-152.

基金項目：浙江省實驗教學示范中心實驗教學改革項目（11110031381204）

作者簡介：劉琳（1981-），女，河南漯河人，浙江理工大學講師，博士，主要從事功能性纖維材料研究。