“新工科”背景下“非織造設備”課程混合式教學模式探究

鄧 輝, 錢曉明, 蔡占軍

(天津工業大學 紡織科學與工程學院, 天津 300387)

為應對新一輪科技革命和產業變革,支撐創新驅動發展,我國于2017年2月和4月形成了“復旦共識”與“天大行動”[1-2],同年6月形成了“北京指南”[3],這三份指導文件給出了“新工科”的建設目標,標志著我國高等工程教育開啟了新的篇章。“新工科”是高等工程教育改革的一個新階段,也是我國2010年開始的“卓越工程師教育培養計劃”的升級版,“新工科”建設需要在現有工程教育改革成果基礎上轉變觀念,拓展改革內涵,從適應產業需求轉變為引領未來發展與滿足產業需求并重,更加強調多學科的交叉融合。因此,前述相關指導文件對當下仍有重要的指導作用。

我校(天津工業大學)非織造材料與工程專業在我國同類專業中建設最早,專業排名位列榜首。本專業于2017年獲批天津市高等學校應用型專業,突出了專業的應用型屬性,明確了專業的內涵與外延,即確立了以化學為基礎,以裝備為手段,以產品為中心,理論與實踐并舉的人才培養方案。未來非織造產業需要的是實踐能力強、創新能力強、具備國際競爭力的高素質復合型“新工科”人才。“非織造設備”作為非織造材料與工程專業的專業課,在培養面向新的非織造工業智能制造專業人才方面具有重要的基礎支撐作用。

“新工科”改革有兩大主體方向:一是“新工科”專業或專業方向的建設,另一個是依托工程教育新范式框架對現有專業進行改造。本文探索“新工科”背景下在新的專業核心能力及課程體系構建過程中,如何有針對性地開展“非織造設備”課程教學改革,以適應新時代“新工科”的發展與要求。

一、“非織造設備”課程教學現狀

“非織造設備”課程主要講授非織造設備種類及其主要結構與工作原理,培養學生的非織造設備改進、操作與維護能力,使學生能夠在非織造行業從事設備改造、維護與研究開發等工作,滿足應用型高級工程技術人才培養的要求。該課程是一門綜合性較強的課程,要求學生具備“機械設計基礎”“電工技術基礎”“非織造機電傳動控制基礎”等相關課程的知識。

雖然我校之前已經結合卓越工程師班的教學過程對“非織造設備”課程進行了教學改革探索,但對標“新工科”對人才培養的要求還有不小的差距,主要體現在以下幾個方面:

(1)非織造工業是我國發展非常快速和活躍的行業,新技術、新材料與新設備不斷涌現。由于我校專業教學計劃的調整,將“非織造設備”課程的教學課時進行了縮減,這就要求任課教師在教學過程中不斷更新教學內容,將行業內最新設備的工作原理與發展狀況進行精練與濃縮,并高效地傳授給學生。

(2)教學資源更新慢,不適應學生創新意識和解決復雜工程問題能力的培養。另外,在教學過程中工藝與原理的講授難免會涉及設備的內容,因此,在授課過程中需要更加明確與突出“非織造設備”與非織造原理系列課程之間的區別與聯系。

(3)現有的課程考核采用“課堂出勤+期末考試”的傳統方式,這種方式具有師生直接溝通、知識傳授快速的優點,但由于課時量的縮減,學生在教學過程中的參與度越來越低,難以真正理解相關知識的內涵,導致學習積極性不高,學生自主創新能力弱。

二、“非織造設備”課程的教學改革

1.線上線下混合式教學

在“互聯網+”背景下,線上和線下相結合的教學模式越來越受到學生的歡迎。這種模式的內涵精髓可以將教師的“教”、學生的“學”與企業的“需”有機結合,以學生為主體,結合企業的具體需求,教師針對具體問題進行具體分析,將產教結合融合在學生的培養過程中。

“非織造設備”課程的混合式教學,借助超星泛雅教學平臺,并吸收其他網絡平臺(智慧樹、雨課堂、慕課等)的優勢,針對目前“非織造設備”課程網絡資源不多的實際,教師結合企業最新的設備,特別是智能制造在非織造設備中的應用,自建課程專用線上資源庫,課前推送給學生。CDIO代表構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運作(Operate),它倡導學生在項目實施過程中“唱主角”[4],教師則在教學活動中“當導演”,在學習過程中培養學生“構思、設計、實現、運作”的能力。本課程的混合式教學同樣也吸取了CDIO 模式的優點,采用課上隨機組成項目小組,由教師組織模擬,充分調動學生的主觀能動性和創造性。師生不僅可以在課堂上面對面互動,還可以在線上教學平臺實時互動。教師對所有提出的問題進行解答,課后教師結合授課效果再調整教學內容,便于總結與提高。線上線下混合式教學流程如圖1所示。

圖1 線上線下混合式教學流程圖

線上線下混合式教學可以充分利用課前和課后時間,特別是在課時減少的情況下可以充分利用上課時間。另外,隨時更新的網絡自建資源庫可以實時跟蹤國內外非織造設備發展現狀。同時在課堂師生互動環節中,可以將企業在實際生產中遇到的設備方面的需求或問題和學生進行探討,激發學生的學習興趣,提高融會貫通能力。在問題答疑過程中,可以把教學大綱中明確需要學生了解、理解、掌握的內容分層次地告訴學生,使學生更好地理解該課程與非織造原理系列課程的區別與聯系,同時明晰企業在非織造設備領域的需求與課堂學習內容之間的關系。

2.知識、素質、能力三位一體的培養模式

通過借鑒CDIO模式的先進教學理念,依托面向“新工科”要求的教學大綱,重新制定課程的教學目標,構建知識、素質、能力“三位一體”培養模式(圖2)。知識、素質、能力,這三者在教學過程中可以相互融合、促進、提高。

圖2 知識、素質、能力三位一體培養模式

課程教學目標的調整,一方面要結合工程教育專業認證的要求,另一方面要突出“新工科”的教學要求。不僅要求學生理解知識內容,而且使學生具備從工藝要求到設備設計、制造、維護的全流程構思能力。也就是既要培養學生的系統思維、工程分析與推理、發現和解決問題等能力,更要培養學生的職業道德、科學精神等,使學生在學習過程中得到全方位的培養。為了提高知識、素質、能力之間的相互作用,提高學生的綜合能力,以項目為載體將知識、素質、能力三者結合起來。項目不僅是知識的深度學習模塊,更是將所有內容串聯的紐帶。通過項目,學生可以完成對知識的理解和升華,提高個人能力,提升個人素質。同時又提高學生學習興趣,進一步獲取知識。

例如,紡絲組件和氣流牽伸裝置是紡熔成網非織造設備的核心組成部分,也是保證纖維線密度和均勻性的關鍵部件。在我國設備開發前期,對聚合物熔體特性和高速氣流的研究不夠深入,紡絲組件和氣流牽伸裝置多為進口。隨著非織造設備廠家認識到相關研究的重要性與緊迫性,許多企業開始自主研發,走上攻堅克難的道路,成立了多家紡熔成網非織造材料專用噴絲板廠。從老式的手工作坊模式,到后來運用有限元分析工具進行設計、分析,以及多軸鉆頭工藝等,設備廠家在該領域取得了突破性成果。這些內容都可以設計成課堂項目,讓學生熟悉相關設備部件的研發、設計、維護等環節。不僅能使學生加深對該項內容的理解,還能使學生進一步領會我國非織造行業從業人員的艱苦奮斗精神,提升了思政教育效果。

3.課程評價方式改革

遵循OBE (Outcome based education,成果導向教育)教學理念,以課程產出為導向,建立完善、合理的教學評價方式,通過持續改進,最終達成課程教學目標[5]。教學評價包括四個方面:教師自評、學生評教、督導評課、數據評學。結合實際情況,“非織造設備”課程教學評價的每項權重分別設置為0.15、0.35、0.20、0.30。教師自評主要根據線上和線下的授課效果;學生評教則根據學校的評教數據;督導評課也來自于學校組織的督導評價數據和分數;數據評學為教師針對學習內容發起的各類問卷、小組討論打分、參與度評價等。教師可以根據這些評價數據,對照課程教學目標進行持續改進,在改進過程中不斷提高學生的綜合能力與綜合素質。

為了綜合評價教學改革取得的成效,課程考核成績由五部分組成,其中出勤占5%,課堂回答問題占5%,線上作業占10%,項目參與情況占20%,期末試成績占60%。以此綜合評定每個學生的課程學習效果。

三、結語

對標“新工科”培養目標,對“非織造設備”課程教學進行了改革,采用線上線下混合式教學模式,構建知識、素質、能力三位一體人才培養模式,改進教學評價手段和成績考核方式,取得了較好的教學效果。從學生的反饋來看,教學參與度以及對課程內容的理解都得到了較大提高。該課程的教學改革探索對于促進非織造材料與工程專業課程建設與發展,提高學生的綜合能力與素質具有重要作用。