纺织工程专业自主设计实验教学模式探究

竺铝涛

(浙江理工大学 a. 材料与纺织学院； b. 丝绸学院，浙江 杭州 310018)

纺织工程是一个实践性很强的应用型工科专业，其目标是培养高级纺织工程技术人员，要求毕业生能够适应社会发展的需求，具有熟练运用所学专业理论知识和实验技能解决纺织生产实际问题的能力。实验教学作为实践性教学的一种组织形式，具有促进学生理论知识认知以及动手能力、创造能力发展和提升的功能，是培养专业技术人才的重要教学环节。然而当前大学教育中普遍存在以理论讲授为主，实验教学仅仅作为对理论的验证，缺少理论与实际应用的联系，同时实验内容和实验设备缺少更新和改进的问题。这种传统的实验模式虽然在过去取得了一定的教学效果，但与目前纺织工程教育专业认证中强调培养学生实践创新能力[1]、提升学生专业素质具有很大的差距。

一、 开展自主设计实验教学的必要性

《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)》指出，高等教育承担着培养高级专门人才、发展科学技术文化、促进现代化建设的重大任务，强调要把教学作为首要任务，加强实验室、校内外实习基地、课程教材等教学基本建设，支持学生参与科学研究，强化实践教学环节。这从根本上规定了高校必须开展科学研究，注重高素质人才和创新人才的培养，同时为人才的培养打造现代化的实习与实验条件。而高校实验教学改革和实验室建设作为强化实践教学环节和培养创新人才的基础，在培养理工科学生实践能力和创新精神，提升学生的工程素质方面具有极其重要的地位和作用[2]。

自主设计实验是在长期的教育改革与实践中产生的一种创新实验模式。在《普通高等学校本科教学工作水平评估方案(试行)》中，对专业建设与教学改革提出了开设综合性、设计性实验的要求，并制定了明确的等级标准。该方案指出，设计性实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自主设计实验方案加以实现的实验。对自主设计实验的探索与实践已经成为众多高校实验教学改革的重要内容[3-6]。

1. 自主设计实验教学的特点

自主设计实验教学模式是在2000年提出的自助式实验的基础上经创新发展演变而来的。自主设计实验创新模式要从实验目的、实验内容、实验装置、实验过程、实验结果及实验形式等方面进行全方位的改革[7]。自主设计实验注重培养学生的综合素质，它将教师置于引导者地位[8]，而赋予学生充分的自主权。实验课题可以由教师指定，也可由学生自主确定。课题确定后，学生通过文献检索了解实验目的和国内外发展状况，结合专业知识自主设计实验方案，然后利用学校或企业资源开展实验。在自主设计实验教学中，学生不是被动地接受知识，而是通过自主探索学习知识，掌握技能[9]。自主设计实验的优越性表现在：

(1) 充分的课题自主权。学生可以根据自己的情况确定课题，安排实验的时间和内容，也可以选择教师提供的课题。

(2) 自由的方案执行权。学生根据实验要求整合资源，自行开展原材料的准备、设备的对接、实验技术的实施和结果的分析。

(3) 鼓励实验方式的创新和另辟蹊径。

2. 自主设计实验教学存在的问题

自主设计实验模式虽然有很大的优越性，但是在实践和推广中也会遇到很多问题，主要有以下两点：

(1) 如何培养学生对自主设计实验的兴趣。在实验教学初期，学生对专业知识的认识不够深入，缺乏系统的产品开发、性能表征的思维，存在对自主设计实验目的和概念不清晰的情况，从而产生找不到实验开展的切入点，最后导致对自主设计实验产生焦虑和排斥心理。

(2) 如何达到自主设计实验的教学效果。自主设计实验的目的是让学生掌握对专业知识的应用，通过实验设计和实施培养解决工程问题的能力。自主设计实验的选题与实验的效果密切相关，高校教师应选择具有产学研开发前景，能充分应用专业知识，且具有可操作性的实验课题，并明确实验的背景和意义、实验目的、实验手段，引导学生从工程师的角度去设计和开展实验，让学生从中得到收获和成长。

二、 纺织工程专业自主设计实验教学模式的实践

根据我校(浙江理工大学)纺织工程专业的培养目标，结合笔者多年工程实践和教学经验，选择2014、2015级本科生为主要实施对象，以“织造学”“现代准备工艺学”“纺织结构复合材料”等课程为依托，实施纺织工程专业自主设计实验教学模式的探索与实践。

1. 确定设计性题目

自主设计实验效果与实验题目直接相关，学生需要在教师指导下自由组队，然后自主选择实验题目。实验题目既要贴合专业课程，又要具有产业化合作基础和前景。表1为我校纺织工程专业的自主设计实验课程内容。

表1 纺织工程专业自主设计实验课程内容

2. 实验实施过程

在自主设计实验中，为了让学生具备独立开展自主设计实验的能力，教师预先对学生开展验证性实验模块和综合性实验模块的培训。为了使实验能够顺利进行，我们提出了下列自主设计实验步骤：(1)教师提出/学生自选课题；(2)学生分组设计，提交设计报告；(3)教师审定实验设计报告；(4)实验教师提供相关试剂、材料和仪器；(5)学生独立完成实验；(6)整理实验数据；(7)撰写实验报告和总结；(8)撰写论文或专利。在实验过程中注重团队协作，学生以3～4人为一组，采取组长负责制开展实验设计。课题规定了实验目的、实验时间、实验范围等具体要求[10]，学生需要结合专业知识查阅文献，制订方案，开展实验，最后小组分析讨论，撰写总结报告。

在实验前教师要对学生进行安全教育，使学生树立安全意识。在实验过程中要注重对学生的指导，以启发其思考更深层次的问题。对于能顺利完成实验的学生给予鼓励，并指出实验过程中可以进一步改进和提升的方面；而对在实验中遇到困难的学生给予耐心引导，指出改进方向，多鼓励、少批评。

3. 对学生实验方案的评阅

自主设计实验需要建立合理的评价指标，以达到端正学生实验态度、规范实验过程、提高实验效果的目的。表2是纺织工程专业自主设计实验课程的评价指标，按照实验准备、实验过程和结果分析三步法，对每一部分都制定了明确的观测点、考核目标、各项分值及成绩比率。

表2 纺织工程专业自主设计实验课程评价指标

三、 自主设计实验教学案例分析

结合“纺织结构复合材料”专业课程，开展了“玻璃纤维复合材料层合板的制备”自主设计实验教学。

1. 实验准备

在开展实验之前，学生应清楚实验的内容和目的。本实验内容是开展玻璃纤维复合材料层合板的制备；实验目的是掌握玻璃纤维复合材料层合板的制备工艺，了解固化温度和压力对层合板弯曲性能的影响。学生以3人为一组组建团队，首先进行文献检索，了解玻璃纤维复合材料层合板制备所需的原材料、层合板铺层方案及加热固化工艺。

2. 实验过程

根据文献检索和调研，学生确定了如下的实验方案和步骤：(1)将玻璃纤维预浸料从冰箱中取出放到实验平台上，在使用前打开纸箱使之在室温(20 ℃)下充分解冻，解冻时间不少于2 h。(2)裁剪的预浸料应平整地放在切割台上以避免变形。(3)用丙酮将模具表面清洗2遍，然后再刷3遍脱模剂。(4)预浸料按照铺层方案在阴模中铺叠，边铺叠边抽真空，防止预浸料层间有气泡。(5)合上阳模，放入模压机中加热固化。从常温升温至80 ℃保温30 min，同时设定加压压力为1.33 MPa；然后温度升至130 ℃，在此温度下保温60 min；最后自然降温至约60 ℃，取出脱模。完成层合板制备后，学生进行产品质量评估，完成实验总结报告。教师对学生实验操作的规范性、正确性进行点评，同时对产品外观质量进行评价。

四、 结语

在纺织工程专业教学中开展自主设计实验，同时通过打造一支高素质的实验教学师资队伍，选择合理的实验课题，规范实验操作，鼓励学生参与生产实践和科研，可有效激发学生学习的兴趣和积极性，培养学生分析问题、解决问题的创新思维和能力，进而提高学生的实践能力和创新能力。