基于工程教育專業認證的染整工藝實驗教學改革

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，西安710048）

0 引 言

國際工程聯盟包括6個協議，其中被國際普遍認為權威性最高、國際化程度最高、體系較為完整的是《華盛頓協議》［1］。2006年起我國參照《華盛頓協議》成員國的做法進行工程教育專業認證試點工作，于2013年成為預備成員，并于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學位將得到國際互認，同時也標志著我國高等教育開始走向世界［2］。工程教育專業認證旨在為相關工程技術人才進入工業界從業提供預備教育質量保證，核心內涵為建構“結果導向”的人才培養體系，并持續改進；理念是基于學習結果的教學［1］，這與傳統教學模式存在本質差別。

我校是我國西部一所以紡織服裝為特色、多學科協調發展的高等院校，紡織工程和環境工程專業已于2018年7月提交國家工程教育專業認證申請。輕工類雖尚未進入受理認證的專業范疇，但我系已于2017年申請并獲批校級輕化工程專業工程教育認證立項項目，為迎接即將到來的認證工作摩拳擦掌。根據專業認證標準要求，輕化工程專業在新修訂的培養方案中增加實踐課程的比重，將主要實踐性教學環節的學分上調至65.7，其中實驗教學環節學分19.7。染整工藝實驗課程總學時96，是課程體系中唯一一門獨立設課的專業核心課，它除了肩負著與理論課程的聯結和拓展，也是提高學生分析和解決復雜工程問題能力的重要實踐環節。因此，在工程教育專業認證理念下，建設符合專業認證標準的染整工藝原理實驗課程成為了一個新的課題。

1 合理設置實驗教學內容

染整工藝實驗課程的教學目的是要通過各種工藝實驗，讓學生對染整工藝制訂和實施的基本原則、成品的國家或國際標準、常用的性能測試方法進行認知，加深對理論知識的理解，提高學生專業實驗的操作技能并具備基礎科研能力。因此，在工程教育專業認證背景下，教學內容的改革應秉承以OBE教學理念為核心，根據學生畢業后的職業類型，以工廠實際生產和專業前沿創新技術為依據進行優化、整合。傳統教學模式與工程教育專業認證理念的對比見表1。

表1 傳統教學模式與工程教育專業認證理念的對比

將改革的落腳點放在學生學習的結果產出上，以專業的培養目標為本，立足課程教學目標，明確目標對畢業要求的支撐。具體措施為：①合并現有實驗項目，壓縮驗證性實驗內容；②增加設計性、綜合性實驗的比例；③將實驗內容模塊化；④每一模塊內構建遞進式教學模式。改革前后的實驗內容見表2。

表2 改革前后的實驗教學內容

改革后的實驗內容將經典實驗項目保留，設計性和綜合性實驗各增設兩項（驗證性實驗占比由90%降為60%，綜合性實驗占比由8%升為15%，新增設計性實驗占比25%。

設計性實驗，需要學生對專業知識的良好認知，能選擇和使用恰當的資源、技術和工具，從查閱文獻、實驗方案的設計、實驗步驟、對實驗結果進行分析、對存在疑惑的個別實驗現象或實驗結果提出疑問、討論并給出解決方案。如“棉織物的絲光”，新實驗內容允許學生在紗線絲光、織物絲光或紗線、織物雙絲光3種絲光方式中進行選擇，后經文獻查閱自行制定絲光的工藝流程，設定工藝參數，并對絲光效果進行綜合評價。這種實驗教學過程既考核了學生使用現代工具的能力，也培養學生獨立思考能力和創新思維。

綜合性實驗，需要學生能夠運用基礎理論和專業知識進行靈活應用。如“滌／棉混紡織物的前處理”，既要求學生對棉織物前處理模塊中的內容熟知，又能扎實掌握合成纖維前處理模塊中的知識點，該實驗內容的設置一方面融合了基礎、實用和前沿技術，另一方面也彌補傳統實驗中缺少以混紡產品為加工對象的不足，有助于對學生理論聯系實際、綜合應用能力和創新能力的培養。改革后實驗內容中缺失的傳統實驗項目，可通過開放實驗室進行補充，讓更多對實驗充滿興趣的學生在實驗室發現實驗、探究實驗并完成實驗。

每個模塊實驗項目的類型按照驗證→設計→綜合的遞進關系展開，保證學生在每個模塊內都能應用理論知識分析或解決一個較為復雜的染整工程問題。這種教學模式的設置，對于學生能力的逐步培養大有幫助，由淺入深、由簡入繁的學習軌跡也有助于學生知識的遷移，以便更好地獲取優化工藝參數、制定工藝路線的工程能力。與此同時，遞進式教學還有更深一層的含義，即實驗教學向實踐教學的跨越和延伸，綜合實驗能力的培養也是為后續實踐課程奠定基礎。

2 結合優質的在線開放課程

在長期的實驗室傳統教學中，有些基礎實驗操作的規范性、實驗室隱藏的安全隱患等細節問題并沒有引起學生的足夠重視，教師不能滿足學生對實驗的具體需求，從而導致學生實驗的積極性減退。結合企業對工程人才需求的特點，在實驗教學設計中將開發解決方案的安全性、法律法規、工藝加工對環境產生的影響和可持續發展等因素列入改革內容。但由于該部分內容的實操性差，難與實驗契合，故借助已廣泛應用的微型視頻網絡課（即“微課”）來完成。

“微課”的特點是“短、小、精、悍”，可基于某一教學環節進行設計開發，重點突出，靈活性強。不超過10 min的知識點講解既能集中學生學習的注意力，又能借助重復演示和輔助作用在實驗教學中增強學生實驗的主動性與趣味性。學生可通過微課進行實驗前的預習，也可在實驗過程中對疑惑的問題重復學習，不受時間與空間限制，更貼合培養學生主動學習能力的教學目標。染整工藝實驗課程的微課教學內容見表3。

學生通過校園網絡的泛雅平臺對實驗室基礎安全知識及常用儀器設備的使用進行學習，既增強學生實驗的自信心，又增加學生的安全意識及社會責任感。

表3 微課教學內容與設計

3 建立真實和虛擬雙重實驗環境

印染企業常用設備的特點是：連續化、占地大、價格高、更新快，由于受到實驗室條件、投入資金等諸多因素的影響，校內實驗室雖依照“教學工廠化”的理念建設，但未能形成完整、連續的染整加工生產鏈，導致實驗教學效果不理想。隨著計算機和信息技術的發展，虛擬仿真技術將這一難題解決。輕化工程專業依托省級紡織工程虛擬仿真實驗教學中心，本著“能實不虛、虛實互補、以虛促實”的原則，將部分難以在實驗室完成的實驗內容借助三維虛擬仿真系統與VR技術生動地展現在學生面前，使學生身臨其境，大大調動實驗學習的主動性和趣味性，為學生建立真實和虛擬的雙重實驗環境。染整工藝實驗虛擬實驗項目的教學內容見表4，學生在虛擬實驗環境下的部分操作界面如圖1所示。

表4 虛擬實驗教學項目

虛擬實驗內容克服了傳統實驗中對印染設備學習的空白，利用仿真設備的拆裝練習，虛擬實驗教學環境中學生的學習更突出主動性，學生可根據自己在理論學習或真實實驗環節中有疑問的知識點展開，也可根據自己的能力設計實驗。建立雙重實驗教學環境的目的是提高學生學習的積極性，更好地將理論與實際結合，并熟練運用計算機、現代工程工具解決染整加工中的工程問題，提高學生分析、研究和解決實際問題的能力。

圖1 虛擬實操過程中軟件操作界面

4 實驗課程考核方式

染整工藝實驗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，兼顧理論與實際操作的考核方式更顯得當［6］。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3部分，各部分在總評成績中占比分別為35%、30%、35%。

4.1 實驗操作考核

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足。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。與此同時，規范實驗操作也可培養和加強學生的動手能力，也為后續的綜合實驗、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；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、印染廢水的處理等。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，也對將來入廠后在化驗室打小樣、質檢部門進行試化驗等工作奠定基礎。

5 結 語

工程教育專業認證背景下，高等學校人才培養的模式和思路急需轉變，堅持以“學生為中心、產出導向、持續改進”的核心理念為指導，切實提升工程人才培養的質量。實踐教學對于培養學生的實際操作能力、創新思維、對理論知識的理解和分析解決復雜工程問題的能力具有非常重要的作用。結合社會及印染企業的人才培養需求，輕化工程專業的實踐教學應深化對實踐教學課程體系的改革，建立完善實踐教學平臺，優化實踐教學資源和師資隊伍，從而使實踐教學符合工程教育專業認證的要求，同時也有利于培養符合社會需求的輕化工程人才。