工程教育專業認證背景下的染整實驗課程教學改革實踐

任 燕,習智華,邢建偉,徐成書

(西安工程大學 紡織科學與工程學院輕化工程系,陜西 西安710048)

0 引言

《華盛頓協議》是國際社會普遍認為最具權威性、國際化程度最高、體系較為完整的工程教育專業互認協議。我國自2006年起參照《華盛頓協議》成員國的做法,開展了工程教育專業認證試點工作,并于2013年加入《華盛頓協議》成為預備成員,2016年6月成為第18個正式成員;這一結果意味著通過認證專業的畢業生其學位將得到國際互認,同時也標志著我國從高等教育大國向高等教育強國的歷史性跨越。工程教育專業認證的理念是基于學習結果的教學,即OBE(Outcomes-Based Education)教學理念,是以學生與其學習結果為中心來組織、實施和評價教育的一種教育理念,其核心體現在課程的學生預期學習結果上。

輕化工程是極具專業特色且實踐性強的工科專業,課程體系中的紡織品前處理與后整理實驗是專業核心中獨立設課的實驗課程,它除了是聯系染整工藝原理這一理論課程的重要橋梁外,同時也是提高學生分析、解決染整工程問題的能力之重要實訓環節。因此在專業認證背景下,建設符合專業認證標準的紡織品前處理與后整理實驗課程就成為了一個新課題。

1 傳統模式下的實驗教學現狀

紡織品前處理與后整理實驗的原有教學模式其實驗項目單一且固定,實驗內容多局限于對應的理論課程,知識面窄,缺乏前沿性;實驗條件的限制與印染設備的制約,導致部分實驗項目如產品疵點的診斷實驗、前處理冷軋堆實驗等無法開出;課程的教學模式采用教師講,學生被動學的方式,導致學生實驗的積極性不高;而指導實驗的部分老師缺乏工程背景,實驗內容難以延伸至實際生產中,導致實驗效果不理想。

工程教育專業認證的理念與傳統教學模式大相徑庭,其主旨不是教師交給學生什么,而是學生在實驗過程學到了什么,在此期間學生的哪些能力和素質得以提升。這樣一種教學理念的轉變急需借助新的教學內容和教學模式來進行彌補和改善。

2 合理設置實驗教學內容

紡織品前處理與后整理實驗的教學目標要求學生對染整工藝的制定、工藝參數的優化、常用的性能測試,進行掌握并應用在解決復雜的染整工程問題中。本著“教學工廠化”的理念,根據工程教育專業認證的標準,以工廠實際生產為依據,整合壓縮原有驗證性實驗,增加綜合性、設計性實驗比例。目的是希望學生從“跟著老師和實驗教程走”的模式中跳出來,結合所學知識自行設計實驗方案;通過采用文獻檢索等現代科技手段,激勵學生在實驗中發現問題、解決問題,探索書本外更深層次的理論內容;從而培養學生的創新思維和解決染整加工實際問題的能力,實現更高水平的“教、學、做”一體化。

教學內容優化前后的對比如表1所示,其合理化重點如下:

表1 實驗教學內容改革前后對比

(1)壓縮原有實驗項目,為綜合性、設計性實驗的增設分出學分;但此處的壓縮并非盲目進行,而是遵循可比性的原則,即將具有可比性的實驗項目合并。例如將棉織物的退漿和精練合二為一,退漿與精練雖然目的不同,但在助劑的選擇上有共通性,通過對比實驗,讓學生自行去捕捉兩中前處理加工的異同點,有助于培養學生獨立思考、創新思維能力。棉織物漂白增設兩種漂白助劑進行對比的目的亦是如此。

(2)增設設計性、驗證性實驗內容,加大學生完成實驗的難度;但在實驗過程中學生需要借助恰當的資源、技術和工具,從查閱文獻開始,經歷實驗方案的設計、實驗步驟的制定、實驗結果的分析等。學生們分析問題和解決問題的能力,勢必會在這樣的教學模式下得以提升;同時會激發學生的實驗熱情,在自己設計的實驗中獲得滿足感和成就感。

(3)驗證性實驗后利用綜合性實驗或設計性實驗來加強學生對理論知識的應用和拓展。這種遞進的實驗教學模式采用案例法、討論法等多種形式來完成教學,使實驗課的類型更豐富,更能激發學生興趣,調動實驗的積極性。由易入難的實驗性質跨度也給學生足夠的時間熟悉、回顧理論知識并加以應用,為將來的實際生產中廣泛而靈活地進行知識的遷移打下基礎。同時這樣的過程也是培養學生綜合能力,積累實踐經驗、夯實理論知識的必要過程。

3 引入虛擬仿真實驗平臺

除去在實驗室完成的實驗項目外,因受到實驗室條件限制和印染設備制約,仍有一部分實驗內容無法開展,例如產品疵點的診斷實驗、前處理冷軋堆實驗、棉織物的預縮等。對此借助虛擬仿真實驗教學平臺中虛擬設備的展示和分解,可恰如其分地彌補該部分內容的缺失。同時印染企業中設備連續化運轉,形成完整的生產鏈,但學校的實驗平臺不能將這種連續化生產的特點呈現出來;為彌補實驗教學中的這一短板,也可借助三維虛擬仿真系統與VR技術將完整的印染廠生產生動地展現在學生面前,還原多種紡織品的生產鏈。從而讓學生身臨其境,完成一些在實驗室無法操作或難以完成的實驗教學內容,將所學知識盡可能地與工廠實際生產接軌。

虛擬實驗教學課程中給學生呈現的印染廠全貌及連續化生產設備的操作界面,如圖1所示。

圖1 軟件操作界面

4 改革實驗課程考核方式

該門課程的考核方式為考試,但實驗課程設置考試較理論課程更顯復雜,無法將所有考核重點都集合于卷面,故而兼顧理論與實際操作的考核方式更顯得當。考核方式的改革將重點放在評價學生能力是否提升、學生借助實驗掌握了哪些知識點上;將考核指標分為實驗操作、實驗報告與討論、考試成績三部分,各部分在總評成績中所占比例為35%、30%、35%。

4.1 實驗規范操作考核

實驗操作考核的目的是為了規范學生的實驗操作,保證實驗結果的準確性。改革考核方式之前實驗課的分數主要來源于實驗報告,忽略了學生的實際操作,發現這種模式下很多學生對最基礎化玻儀器的使用都顯生疏,導致對定量實驗的重要性認識不強。實驗規范操作的考核目的是要求學生注意實驗細節,了解化學藥品、助劑的用量對實驗結果的重要影響,放棄實驗課可以蒙混過關的僥幸心理。同時規范實驗操作也可培養和加強學生的動手能力,為后續的綜合實驗、畢業設計等實踐環節奠定良好的基礎。

4.2 實驗報告與討論

實驗項目進行前要求學生預習實驗內容,在實驗報告中寫下實驗目的、原理及方法;實驗項目進行中要求記錄實驗步驟、實驗現象和實驗數據;實驗項目結束后要求學生開展5-10 min的組內討論,對課上產生的實驗數據進行計算和分析,同時對實驗結果進行歸納總結;對有實驗樣品的必須在報告中進行貼樣并分析。綜合、設計性實驗項目還要求學生先進行組內討論,并在實驗結束后將設計思路與實驗報告一同上交。這些對實驗過程、實驗報告的要求可以避免學生之間對實驗結果的抄襲,保證良好的實驗風氣。

4.3 組織考試

考試內容包括實驗安全、實驗過程中易混淆的實驗操作、實驗對應的實驗設備或儀器的規范操作、實驗原理、拓展類的實驗內容設計、三廢的處理等。考試旨在幫助學生發現實驗過程中自己仍存在的問題和不足,為后續的實踐課程打好基礎,也對將來進行打小樣、試化驗等工作奠定基礎。

5 結語

目前學校正在積極開展工程教育專業認證,為了更有效地支持專業認證工作,培養高級專門技術人才,對紡織品前處理與后整理實驗課程進行改革勢在必行。實驗課程開設在大三階段,這正是學生接受創新實驗的初始階段,若在此階段為學生營造更完善、更合理的教學環境和教學模式,學生的實際動手能力、綜合分析解決問題的能力及創新能力都會大幅提升,學生們將終生受益。所以在工程教育專業認證的背景下,對現有實驗內容的合理改進,增設綜合性、設計性實驗項目,引入虛擬仿真實驗教學平臺,完善考核制度是為實現更高水平的“教、學、做”一體化貢獻力量,也是在為企業培養更高水平的現代化工程技術人才。