工程認證視角下“非織造學”實驗教學改革與思考

黃 娟，陳志軍，鄒漢濤，劉延波，張如全

（武漢紡織大學 紡織科學與工程學院，湖北 武漢 430200）

工程教育專業認證是實現工程教育國際互認的重要基礎，是保障國際通行的工程教育質量的重要途徑。工程教育專業認證可以促進高校教學改革，加強學生的動手操作能力和工程應用能力，為企業和社會培養實踐能力和創新意識強的工程人才[1-4]。

實驗教學是培養本科人才必不可少的組成因素。如何開展實驗教學，使所培養的學生滿足企業和社會的需求，是工程教育專業認證形勢下高等院校面臨的一項艱巨而緊迫的任務。根據課程目標和專業畢業要求指標的對應關系，認真研究實驗教學內容，深入思考實驗教學的改革和發展，使人才培養更好地與企業和社會需求緊密聯系，并進一步將成果引入教育，是工程教育專業認證背景下人才培養模式探索的熱點[5-7]。

1 課程現狀

“非織造學”實驗課程屬于非織造材料與工程專業的必修核心課，實驗總課時32學時，共12個獨立實驗，分兩學期完成，每學期16學時，6個獨立實驗。第一學期涉及的內容主要圍繞針刺非織造布的制備和所使用到的設備等展開，包括開松機的結構與工藝、給棉機和梳理機的結構與工藝、梳理機上機實驗、鋪網機的結構與鋪網工藝和針刺機的結構與工藝、針刺工藝與產品性能。第二學期涉及的內容主要圍繞聚合物直接成網法和熱學加固等展開，包括超聲波對非織布的縫合加工實驗、紡絲成網（紡粘法）非織造布的生產實驗、靜電紡絲設備及工藝實驗、熔噴法生產非織造布實驗、非織造布的熱軋加固實驗和SMS非織造布的加工實驗。

課程所涉及的實驗并沒有涵蓋“非織造學”理論課程中關于非織造布生產的所有工藝，且實驗設備有限，對學生的操作水平有一定的要求。學生學習主要由課前指導書的預習、教師理論部分的講解、實驗操作的介紹與演示、實驗樣品的觀察、實驗報告的提交等構成。但在整個實驗過程中，學生的參與度不高、安全意識不強，只有少數學生在教師的指導下，簡單地操作了設備按鈕，多數同學的參與度與集中度不高。由于所涉及的教學內容比較簡單，學生只需要觀察如何制備樣品，并且教學效果只依據學生的實驗報告成績來評價，因此考核標準具有片面性。

2 存在的問題

2.1 學生專業理論知識儲備不足

“非織造學”實驗課程與理論課程是互動、互補和互融的。通過實驗教學和實際操作，將理論聯系實際，使學生在實踐活動中可以直觀地了解課堂教學內容，完成從感性認識到理性認識的過程，使學生進一步掌握課程所學的理論知識，并培養學生的實際動手能力。隨著理論課的調整和課程體系的改革，“非織造學”課程的課時遠遠不夠細致深入地呈現每章節的知識，使理論教學缺乏深度和廣度，導致學生對知識的接受和理解產生一定的影響。

2.2 實驗內容簡單及教學模式枯燥

傳統的實驗教學內容主要以理論講授、實驗設備操作演示、實驗樣品制備及觀察為主。在設備正常運轉的情況下，實驗結果都是預設好的，學生在實驗過程中無法主動思考，限制了學生科研能力和創新能力的提高。實驗教學大都應用到大型設備或者構造復雜的實驗用小樣機，通常由教師一人操作，或者每一個按鈕由單個學生對應負責操作，多數學生僅站在一旁觀摩。這種簡單的教學內容設計和枯燥的教學模式，無法給學生提供充足的機會去自主操作、思考、討論和創新。

2.3 實驗過程安全意識薄弱

在實驗過程中，由于實際動手操作的機會和主動思考的機會較少，很多學生會出現注意力不集中或不專心等情況，時間一長，這類學生就會倚靠在設備上或操作臺上，一不小心就容易觸碰到設備上的零件或操作臺上的按鈕，導致機器異響、實驗樣品出現差異或停機等故障，嚴重的話會使學生的人身安全受到傷害，因此，以上隱患亟待解決。

2.4 課程評價體系單一

由于設備數量少、操作水平要求高等，教師需要花費更多的精力在設備操作和樣品制備等環節，學生則全程被動地觀察。一方面，教師沒有其他精力對學生在實驗過程中的表現進行合理的評價；另一方面，學生也無法真正從實驗教學中學到應有的知識。同時，單一的實驗教學內容使得學生的實驗報告沒有太大區別，導致針對實驗報告成績的評價體系不僅具有片面性，還具有雷同性。

3 課程的體驗式教學改革思路

基于工程教育專業認證中成果導向教育的理念，結合“非織造學”實驗課程的特點，努力做好實驗教學的改革，培養符合企業和社會的工程人才。本課題從實驗教學內容、教學模式，安全意識、評價體系等方面提出以下改革思路。

3.1 合理安排實驗教學內容

“非織造學”實驗前16個學時的教學內容有部分（比如開松機的結構與工藝、給棉機和梳理機的結構與工藝）是學生在其他課程（比如“紡紗學”的課內實驗）中學習過的，具有一定的重復性，這些內容不需要花過多的學時學習，因此，多出來的學時可以根據學院設備情況安排其他實驗（比如氣流成網工藝）。“非織造學”實驗后16個學時的教學內容可以以SMS產品（比如口罩）的制備為例，將獨立實驗的順序調整為：紡絲成網（紡粘法）非織造布的生產實驗（S層）、熔噴法生產非織造布實驗（M層）、靜電紡絲設備及工藝實驗（M層替代層）、非織造布的熱軋加固實驗（SMS表面粘合復合）、SMS非織造布的加工實驗（SMS點粘合復合）、超聲波對非織布的縫合加工實驗（SMS邊緣復合）。多變的實驗內容和具有一定產品設計體系的內容更容易引起學生的興趣。

3.2 設計對比實驗及鍛煉團隊協作能力

由于實驗課的課時有限，無法讓每個學生在實驗過程中都能自己動手制備自己想設計的非織造產品。因此，采用對比實驗，將全班同學分為5個小組，全班同學一起討論設置一個重要的工藝參數為實驗變量，每組同學共同操作設備完成非織造布的制備，然后對其進行性能測試，完成實驗數據的收集、處理和分析。通過每組同學的共同努力，將所有組的數據匯總，得出工藝參數與產品性能之間的關系，驗證“非織造學”理論課程的內容。如果某組數據不符合預期結果，需要對其進行分析，以培養學生思考和解決問題的能力。

這種對比實驗的設計，不僅可以讓所有學生在有限的時間內參與到實驗中，鍛煉其團隊協作能力、動手操作能力、數據處理與分析能力、解決問題的能力以及創新能力，還可以更加深入地理解和鞏固理論知識。

3.3 培養關注安全的責任心

“非織造學”實驗課程涉及的很多實驗內容都需要在高速或高溫運轉的設備上完成（如針刺、紡粘、熔噴、超聲波熱粘合、熱軋等實驗），且實驗過程中可能會釋放揮發性有機物（如靜電紡絲實驗），或有由短纖維形成的飛絮飄散在空氣中（如熔噴實驗）。因此，如何保護人身安全、儀器安全和環境安全，應該是實驗開始之初必須要最先強調的內容。

在實驗過程中，應該要求同學戴上實驗帽，防止頭發攪入高速旋轉的設備中，同時要求學生戴上口罩，防止揮發性物質和纖維短絨飛絮對身體造成傷害。此外，還需要求學生戴上絕緣手套，并提醒其不要觸碰高溫的機件，防止學生出現皮膚燒傷的情況。除此之外，學生應該遵照正常的操作程序來運行設備，以防出現設備異?；蛲C。在實驗過程中，千萬不能倚靠在設備上，避免造成人身傷害和設備損壞。對于實驗過程中所使用到的揮發性有機物或產生的短絨飛絮，應該使用適當的通風系統來凈化實驗室空氣，并將其處理后再排入環境中。

3.4 建立以實驗過程為主的考核評價體系

構建以“對比實驗、團隊合作、實驗數據處理與分析”等為主要環節的“非織造學”實驗創新考核評價體系。新的評價體系應采用過程評價和實驗結果相結合的方式，提高過程評價在最終考試成績中的比例。

過程考核主要包含每組學生對于實驗方案的討論積極性、實驗設備的操作能力、實驗完成過程中的團隊合作能力和表現以及實驗結果的可靠性等方面。實驗結果主要包含產品實物和實驗報告兩部分。非織造布實物的評價主要考察其是否達到預期產品的效果，實驗報告的評價主要考察書寫規范性、數據處理的能力、數據分析的正確性、工藝參數對產品性能影響趨勢的合理性等內容。

新的考核評價系統將著重體現“非織造學”實驗課對學生綜合素質的培養，以適應工程教育認證背景下的人才培養模式。

4 結語

實驗教學在工程教育專業認證背景下的本科人才培養模式中擔任重要的角色，對學生的動手操作能力、團隊合作能力、解決實際問題的能力、科研能力、創新能力等的培養擔負著重要的使命。“非織造學”實驗課程在其中起到了重要的作用，但是仍然存在很多問題，需要持續改進課程教學內容和教學模式，優化考核評價體系，大膽地改革和創新，并付諸實踐，以滿足工程教育專業認證背景下本科人才培養的要求。