摘要：随着化学纤维的快速发展,纺织工程专业开设“化纤长丝及后加工”课程变得十分迫切。由于该课程具有内容多、变化快、跨学科且对学生的基础要求较高等特点,其教学不同于其他课程。根据化学纤维知识对纺织工程专业学生综合能力培养的重要性,从教材选择、教学内容、课堂教学设计、学生自学能力和实践环节等方面进行改革,以提高“化纤长丝及后加工”课程的教学效果。
关键词：化学纤维; 纺织工程专业; 化纤长丝及后加工; 教学改革;
化学纤维是三大高分子材料之一,同时也是非常重要的纺织工业原材料。2018年世界纤维总产量为9 000多万吨,其中化学纤维约为6 500万吨。中国是化学纤维生产大国,化纤年产量高达5 000多万吨[1]。我校(东华大学)纺织学院多年前就开设了“化纤长丝及后加工”课程,是纺织工程专业的一门学科基础选修课。该课程在介绍化学纤维基本概念、质量指标等知识的基础上,讲授常见化学纤维的制造方法、性能及应用,侧重于化学纤维长丝的相关内容,包括纺丝成形和变形以及产品开发应用等。笔者从课程重要性、教材选择、教学内容、课堂教学设计以及学生自学能力培养和实践教学等方面进行改革,为新形势下高层次应用型创新人才的培养提供保障。
一、 化学纤维教学的重要性
自从第一个工业化生产的化学纤维黏胶于1905年诞生以来,虽然与天然纤维的采集、应用和加工的悠久历史无法相比,但是这100多年来,化学纤维在品种、数量以及功能改性、仿真和智能化等方面得到了长足的发展,无论是在品种上还是在产量上都远远超过了天然纤维,在服装、产业与装饰三大领域得到了广泛应用。但是传统的纺织工程专业教学计划或教学内容中仅有少量的化学纤维相关知识,比如在纺织相关专业平台课程“纺织材料学”中,对于化学纤维的介绍只是以分类为主,“纺织服装商品学”课程中虽然有化学纤维相关产品开发方面的介绍,但是对于化学纤维的成形、变形加工等也缺乏系统讲授。所以在国家大力推行和倡导卓越工程师培养、“新工科”建设、工程教育专业认证等大背景下[2],应结合实际需求与专业发展,在纺织工程专业开设化学纤维相关知识的专门课程,以培养在纺织工程领域从事化学纤维产品设计开发、工程技术研发和生产组织管理以及检测等工作的高层次应用型创新人才。
二、 “化纤长丝及后加工”课程教学改革措施
1. 教材选择采用主要教材+辅助教材的形式
教材是课程的主导和灵魂,是整个教学过程的基准和教学内容设计的依据;教材也是体现教学内容和教学方法的知识载体,是进行教学的基本工具[3],因此教材的选用和建设至关重要。教材内容必须紧密联系生产实践,以社会需求为导向,具有科学性和实用性,同时注重创新性和前沿性,才能更好地服务于人才培养。
虽然关于化学纤维方面的书籍并不少,但有些是专门介绍某一种纤维的,比如《聚酯纤维科学与工程》;还有一些虽然有较系统的介绍,但是深入程度不够;有些书籍不仅包括纤维,还涉及其他高分子材料,比如橡胶和塑料;还有的书中缺少长丝变形的内容。所以在这门课开设过程中,经过多年的教学实践,目前采用的主要教材为《化学纤维概论》和《新型纺织纱线》。前者主要介绍常见化纤品种,包括聚酯纤维、聚酰胺纤维、黏胶纤维、聚丙烯纤维、聚丙烯腈纤维、聚乙烯醇纤维、聚氨酯纤维以及高性能纤维的生产,但是对于后加工、变形等内容涉及较少。《新型纺织纱线》则是《变形纱》的更新版本,变形加工内容较为全面、完整,同时增加了很多其他新型结构纱线的内容。虽然并非完全是长丝的变形加工,有些不作为课程讲授内容,但是可作为补充阅读材料,让学生对于长丝变形加工有更清楚的了解和认识。考虑到纺织工程专业学生的高分子相关基础知识相对薄弱和欠缺,辅助参考教材选择了《高分子加工原理》和《高分子材料加工工艺学》等。两本主教材互相补充,同时辅以参考教材,取得了较好的成效。
2. 及时调整与更新教学内容
化学纤维的品种不断创新和丰富,同时其成形方法以及不同的特性等也不断扩展,教材往往不可能做到及时同步更新。所以在教学内容上,一方面依靠教材,讲授一些基础性知识,让学生建立知识体系;另一方面,结合化学纤维的新进展以及教师的相关科研等,及时补充一些内容和知识,让学生产生浓厚的兴趣和求知欲望,同时增强专业自信心,拓宽知识面。如在讲授聚酯纤维时,除了讲授聚酯纤维的定义、分类以及合成、纺丝、结构性能和应用等方面的内容外,还重点介绍了超仿棉聚酯、再生聚酯和防透明聚酯等新型聚酯纤维的开发背景、改性技术和产品应用等。而在纤维分类中,除了以前的化学纤维(合成纤维、再生纤维)和天然纤维外,还补充了生物质纤维的概念。在聚酰胺纤维的介绍中补充了生物质聚酰胺的相关内容,让学生了解一些相对前沿的知识,开阔思路,拓展思维,为其今后继续深造或者走上工作岗位奠定良好的基础。
3. 精心设计课堂教学
目前,我校开设的“化纤长丝及后加工”为一门32学时的选修课,其中包括4学时的参观实践。学生学习的内容包括长丝和变形两大块,长丝部分包括常见的多个化纤大类品种。在保持内容完整的前提下,如何精心设计和安排每节课的教学内容,细化教学日历显得格外重要。此外,这门课程主要是针对大学三年级学生开设的,先修课程包括“纺织材料学”,同时开设的还有“纺纱学”等课程,所以在授课中还要注意课程的上下衔接,避免过多的简单重复,从而高效地利用有限的课时,让学生掌握更多的知识,提升综合运用所学知识的能力。例如在介绍化学纤维相关质量指标时,简单提及并罗列,让学生建立整个知识体系即可,不再逐一重复讲解指标概念,而将重点放在纺丝方法的介绍上。如在介绍化纤品种大类时,详细介绍熔融纺丝和湿法纺丝的代表性品种聚酯纤维和黏胶纤维的纺丝成形工艺,这两种纤维也分别是合成纤维和再生纤维素纤维的最主要品种,因而在后面的内容中涉及类似的知识点时,主要介绍不同之处,如熔纺的聚酰胺纤维和聚丙烯纤维等,只与聚酯纤维进行对照学习,主要介绍其纺丝温度与速度差异、锦纶6(聚己内酰胺)的纺前脱单体等,达到举一反三的效果。
4. 培养学生自学能力
我校纺织工程专业的培养目标及毕业要求的第12条中明确指出:了解纺织学科前沿及发展趋势,具有自主学习和终身学习的意识,有不断学习和适应发展的能力[3]。也就是要求毕业生具有终身学习的能力。一方面,“化纤长丝及后加工”课程内容多,涉及高分子物理、高分子化学以及高分子加工原理和纺织工程等相关知识,跨学科且对学生基础要求高,同时发展快,变化多;另一方面,传统的课堂教学方法都是教师讲、学生听这种一对多的教学模式,师生之间缺乏有效互动,如果不能很好地调动和活跃课堂气氛,很容易成为“满堂灌”。所以采用启发式教学,培养学生主动的自我学习能力至关重要。当然,这也对授课教师提出了更高的要求。在多年的教学实践中,我们主要采用适当设计相关专题,让学生课外查阅资料并进行分析汇总,组织课堂讨论,布置大作业等形式完成,将学生的表现计入平时考核成绩,以督促和提升学生的自学能力。如在讲授再生纤维素纤维时,组织学生对于黏胶法和新型溶剂法及其分别所生产的黏胶和Lyocell纤维进行全方位的对比,包括生产方法和工艺过程、纤维的结构与性能、对环境影响等,在丰富课堂形式的同时培养学生的自学能力。
5. 多方位加强实践环节
作为一门实践性较强的课程,“化纤长丝及后加工”课程配套实验的设计和实物展示也是非常必要和关键的。尽量利用各种资源增加学生实践的机会,例如熔融纺丝、溶液纺丝等纺丝加工过程以及假捻变形和空气变形等变形加工都是实践性很强的内容,如果仅以图示或者课堂讲授的方式教学,不仅学生很难理解,而且事倍功半,收效甚微。在介绍熔融纺丝时,螺杆以及喷丝板是螺杆纺丝机的重要组成部分,教材中对于POY/FDY等纺丝工艺的介绍都有示意图,但是不容易理解。对于校内设备,我们尽量安排学生参观并在现场讲解,让学生建立感性认识,熟悉设备和工艺。对于没有条件或不方便参观的模块部分,尽量制作视频,让学生有身临其境的感觉。如在地毯生产企业专门拍摄制作了BCF(膨体变形长丝)变形纱生产视频,在先进的化纤企业拍摄了智能化全流程生产视频,包括自动换纱筒、输送、立体仓储以及自动化的外观检验和包装等。
平时注重学生对相关知识和概念体系的掌握,尤其是在一些容易出错或者混淆的地方,结合课堂讲授、讨论以及实物展示等,使学生建立正确的认知和概念体系。比如在讲授长丝和短纤维时,展示一些不同的长丝和短纤维卷装实物;在讲解变形纱时,展示低弹弹力丝、高弹弹力丝、空气变形纱等样品;还专门针对空气变形纱和短纤维纱的不同进行辨识与讨论。在长丝的应用方面,通过一些相关产品,如军港纶、军港呢、超仿棉聚酯面料等给学生介绍系统性的化纤产品开发理念。比如军港纶就是一种多异多重的复合变形长丝,通过不同粗细、不同截面形状及不同收缩率等的纤维搭配和变形加工而成,使其具有独特的仿毛风格和性能。
通过上述一系列的教学改革与实践探索,明显提高了纺织工程专业学生的专业知识综合应用能力,弥补了在化学纤维长丝及后加工方面的知识短板,拓宽了学生的知识面和就业领域,使学生不仅掌握纺织和化纤加工、应用方面的知识,还初步具有相关的科研、教学以及检验和贸易等多方面能力,在走上工作岗位后可以更好更快地适应。近年来,我校纺织工程专业毕业生不仅就业形势良好,而且还经常获得用人单位好评。
三、 结语
化学纤维的品种丰富、产量巨大、性能优良、用途广泛,是重要的纺织工业原材料,近年来更是发展迅猛。对于纺织工程专业学生而言,系统深入地学习化学纤维相关知识非常迫切。通过合理选择教材、及时调整与更新教学内容、精心设计课堂教学、培养学生自学能力和多方位加强实践环节等举措,对“化纤长丝及后加工”课程进行持续建设与改进,取得了较好的教学成效。
参考文献
[1] 王德诚.2018年世界主要国家和地区的化纤产量[J].合成纤维工业,2019,42(2):10.
[2] 东华大学纺织学院.东华大学纺织工程专业培养目标及毕业要求[Z].(2019-10-23)[2020-03-05].http://texcol.dhu.edu.cn/15130/list.htm.
[3] 李辉.中国近代高等教育人才培养目标与教材建设[J].高教探索,2019(12):97-100.
