基于學科交叉融合的輕化工程染整方向人才培養模式改革探究

王 平,袁久剛,付少海,黃鋒林,余圓圓

(江南大學 紡織科學與工程學院,江蘇 無錫 214122)

輕化工程專業包括染整、造紙、皮革、日化和添加劑化學與工程五個專業方向,開設紡織科學與工程學科的院校多側重于染整方向。傳統意義上染整方向專業課是以紡織品化學加工為主線,探究與纖維加工相關的染料和助劑、印染和整理原理及工藝。多年來,輕化工程專業人才培養中存在如下問題:①學生對專業認識存在片面性,不少新生認為輕化工程專業是高排放、高污染和高能耗的代名詞,屬于“三高”的夕陽產業,專業課學習興趣低[1];②傳統授課模式下,學生參與度低,自主學習意識淺薄,期末疲于死記硬背應付考試,易出現高分低能現象,表現為遇到工程技術相關問題時難以找到相應理論知識,無法高效解決[2];③專業課程的教案及教材內容迭代更新較慢,滯后于當前染整行業與其他學科高度交叉、深度融合的發展現狀,學生所學知識內容較陳舊,落后于當前染整企業生產現狀,難以與企業需求接軌[3];④當前“破五唯”背景下,科研項目和論文仍是教師職稱晉升的重要參考指標,部分青年教師僅滿足于完成規定的考核學時數,缺乏深度學習、靜心提升教學質量的堅持,此外由于部分青年教師自身缺乏相應的工程背景和企業實踐經驗,也進一步加劇了授課質量的不確定性,進而影響專業人才培養質量的提升[4]。

我校(江南大學)輕化工程專業針對當下紡織行業對人才在專業理論、實踐技能和創新能力等多方面的需求,參照教育部高等學校輕工類教學指導委員會“輕工類專業本科教學質量國家標準”,在本科教學中確定了培養目標。具體包括培養具有高尚理想情操和良好道德品質,具備數學、化學、化工及材料等方面的基礎理論,掌握本專業相關行業的工藝原理及工程技術等專門知識,并且具有從事紡織化學與染整工程方向的工程技術、生產管理、質量控制、研究開發等基本能力,能在本專業及交叉學科領域相關的企事業單位、研究機構及院校等從事工程技術、質量控制、產品開發、商品檢驗、經濟貿易、企業管理及教學科研等工作的高素質復合型人才。為實現上述培養目標,開展了人才培養模式改革探究,采用優化專業課程體系和內容構成、改進教學實施模式、優化考評體系等舉措,提升輕化工程專業人才培養質量。

一、多學科交叉融合的專業課程體系與內容建設

傳統的紡織品染整加工是借助紡織化學品進行纖維制品濕態加工,其專業課程體系以四大化學為基礎,講授“纖維化學”、“染料化學”、“染整助劑”和“染整原理與工藝”等課程。近年來,現代染整企業順應“高效、綠色、循環、零碳”的發展要求,新合纖、新型紡織化學品、節能節水降耗生態染整技術已經在實際生產中得到廣泛應用[5-6]。在輕化專業人才培養方案修訂過程中,我校以生態染整加工為導向,通過與材料、環境、生物和數字化技術等學科交叉融合,豐富染整專業課程體系和內容,拓展學生的專業視野和提高學生的工程技能。

1.材料學科與輕化工程相互交叉夯實專業基礎

輕化工程專業中的“纖維化學與物理”課程側重于天然和化學纖維結構與性能的學習。培養方案修訂時,在原有基礎上增設“高分子化學與物理”課程,加深對高分子聚合反應類型、機理和聚合方法及聚合物分子運動、結構與性能等相關內容的討論,夯實學生的纖維高分子知識基礎,為后續新合纖制備與功能化改性提供知識儲備;增設“生物質材料加工”課程,引導學生了解生物質材料概念及纖維素/木質素、甲殼素/殼聚糖、微生物聚羥基脂肪酸等材料的來源、制備以及改性加工,加深對大紡織的縱深認知[7];新增專業自主課程“紡織納米材料”,讓學生了解納米材料性能、制備方法和納米效應,掌握納米材料作為新型紡織化學品在整理加工中的應用,為專業課理論學習和專業技能提升奠定良好的基礎。

2.環境學科與輕化工程相互交叉踐行生態加工

傳統粗放型紡織品染整加工的耗水量大、生產能耗高、廢水廢氣排放量大,不符合低碳可持續發展要求。課程體系建設中,將染整清潔生產、無水/少水染色方法、新型染整設備等融入課程內容,結合廢水/廢氣處理中的資源循環再利用,讓學生理解染整加工與環境學科的高度相關性[8-9]。將“環保概論”作為先導課程,通過交互式分析染整加工中高耗能與高污染節點,引導學生思考如何通過工藝優化,避免走“先污染后治理”的彎路;“染色廢水處理”課程不僅聚焦于染整廢水處理方法,而且讓學生了解高比例中水回用的意義、方法和實施案例。以此為基礎,在“染整工藝原理”課程教學中增加高效節能節水的低碳工藝剖析(如無鹽染色、電化學染色、溶劑染色等)[10-11];在“染整設備”課程教學中,增加新型節能降耗型設備的結構與原理解析,引導學生主動思考染整生產中可實施的生態加工策略。

3.生物學科與輕化工程相互融合實現綠色染整

與傳統紡織品化學加工相比,采用生物技術進行纖維制品練漂、染色和整理,具有高效專一、低能耗和少污染的特點。我校在生物工程、生物技術上具有學科優勢,紡織科學與工程學院在紡織生物技術方向也開展了較多工作,這為基于輕化工程與生物技術交叉融合的課程建設提供了較好的條件。在專業自主課程“紡織生物技術”中,從生物酶結構與應用特性入手,闡述其在紡織品前處理中酶退漿、酶煮練、酶脫膠和酶法脫氧等方面的應用;探討酶催化纖維原位生色的優缺點、酶法染色后處理與化學皂洗在提升染物色牢度及降低廢水色度方面的功效差異;在纖維制品酶法功能化方面,分析酶法進行棉制品仿舊、羊毛制品酶法防縮、真絲制品酶法防皺及抗菌等加工的技術優勢。盡管目前酶法較化學法加工的助劑成本略高,但能降低加工中的纖維損傷和環境不友好性,因此在綠色生物制造方向,生物酶在染整加工中仍有較廣闊的應用前景[12]。通過紡織生物技術知識點的學習,可以幫助學生更好地理解學科間相互融合的意義。

4.數字化技術與輕化工程相互融合實現高效染整加工

紡織品染整加工中數字化技術指采用計算機輔助技術進行染整生產過程控制與質量管理,是提升產品品質、實現紡織品高效高質染整加工的重要輔助手段,內容涵蓋范圍較廣。在人才培養方案修訂過程中,設置“顏色科學及測配色應用”、“數字化印染技術”和“智能印染技術”三門數字化技術相關的專業選修課程。通過顏色科學基礎知識的學習,建立單色樣基礎數據庫,幫助學生熟悉配色原理與過程,有利于學生正確理解數字化技術對染色加工質量調控的重要作用;通過印花分色及制版技術、噴墨印花技術、自動給料系統和在線色光QC控制系統等內容的學習,結合實驗觀摩和染整數字工廠參觀,強化學生對數字化技術在染整生產中實際應用的感性認識。學科交叉融合的學習過程,不僅拓展了學生的專業視野,也能引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀,通過不斷的延伸性學習培養學生的科學探索精神。

二、全員全程參與的遞進式工程實踐技能提升

工程教育認證標準和輕工類專業本科教學質量國家標準均對學生的綜合能力、技術理論知識與實踐操作相結合的運用能力提出了明確要求[13]。在輕化工程與多學科交叉融合的基礎上,結合實驗實訓、創新計劃等多種形式的實踐性環節,提升學生的工程實踐技能。新修訂的人才培養方案中增加了實踐總學分的占比,編排了形式多樣的循序遞進式專業實驗實踐。

1.三類專業實驗課程循序推進

以專業教學實驗室和校企研發基地為依托,建立與企業需求緊密結合的工程化實驗課程教學體系。三類專業實驗課程包括驗證性實驗課程、綜合性實驗課程和自我設計性實驗課程,實驗課程按學期先后循序推進,鍛煉學生的工程實踐技能。設計實驗課程內容時,一方面注重實踐內容與專業理論知識結合,另一方面強化內容編排貼近染整生產實際場景,加強與相關學科知識的交叉融合,努力提升學生的理論水平和實際操作能力。對于小部分校內實驗條件難以滿足的實驗,構建輕化工程虛擬仿真實驗,通過“虛實結合,以虛補實”的方式,彌補傳統實驗教學中的不足[14]。與驗證性實驗課程和綜合性實驗課程相比,自我設計性實驗課程更能鍛煉和提升學生的工程實踐技能[15-16]。以培養方案中的“仿色打樣綜合實驗”和“染整工藝設計實驗”為例,這兩門課程學時合計4周,安排在第7學期的結束階段,兩門課程的共同之處在于圍繞所學專業知識設計某一染整產品的加工工藝,要求在實施中體現染整工藝的先進性、經濟性和可靠性。

2.四類大創計劃實現全員覆蓋

大學生創新創業計劃(簡稱“大創計劃”)是指在指導教師協助下,學生圍繞染整方向進行項目構思、可行性論證、任務分工和具體實施等,為具備創新潛能的學生提供了難得的科研訓練實踐機會[17]。新生入學后,可以通過教授團隊主講的“新生研討課”了解各研究團隊和專業教師的研究方向,為大創計劃的申報提供參考。大二起所有學生通過申報和答辯,可入選四類大創計劃(即國家級、省級、校級、院級大學生創新創業計劃),按照既定研究內容和技術路線開展實驗實踐,實現了全員覆蓋的大創實踐。通過大創計劃的實施,學生在專業教師的研究室或課題組開展工作,不僅鍛煉了自身的動手能力,為畢業論文(設計)打下堅實基礎,而且也為后續讀研深造提供了科研技能訓練的契機。上述實踐課程改革的實施成效顯著,目前不少學生在大一期間便積極聯系相應的專業教師申報大創計劃,充分利用課余時間進行沉浸式實驗,逐步積累輕化工程與相關學科交叉融合的興趣點,從而為后續就業、繼續深造積累更多的工程實踐技能和成果。

三、互動式教學模式實施與學習效果考核方式改革

課程教學中,通過專業知識與相關學科交叉融合提升專業內涵,拓展學生的專業視野;在實踐教學中,通過循序漸進優化實驗內容和實施大創項目,提升學生的實踐技能。在教學過程中,如何合理實施“教” “學”“考”也是人才培養模式改革中需重點思考的內容。

傳統專業課程教學過程側重于教,學生只能被動地接受知識要點,學生參與度不高,缺少主觀能動性。我校在人才培養模式改革過程中,強化了“以學為主” “全程學習”的模式,即課程教學中強調學生學習占據主動地位且貫穿課程始終,讓學生課上有話說、課后有事做。以我校省級一流本科課程“染整工藝原理”為例,教師僅簡要介紹纖維染整加工的原理及工藝方面的基本內容,涉及新材料染整工藝與生物技術、應用化學和數字化學科相交叉的新型染整技術相關的知識點則讓學生課前準備,通過課堂上分組匯報的形式,開展師生交互討論式教學,改變了過去學生只是圍觀聽課的被動狀態,實現了課堂上學生全程學習、教師對其學習全程考核。目前,我校輕化工程專業的省級、校級一流本科課程和卓越課程在成績考核時,均要求學生課堂參與討論部分的占比不得低于30%,期末考試卷面成績占比不得超過總評的50%,實現了專業課程“教” “學” “考”一體化,極大地提升了學生課堂參與度和專業課程學習效果。

四、多學科融通的師資隊伍建設與教學質量評價

基于多學科交叉融合的輕化工程專業染整方向人才培養模式改革,對教師隊伍的組成也提出了較高要求。作為專業教師,必須通曉紡織品染整加工中纖維結構與特性、染整助劑、染整加工原理與工藝等理論知識,熟知企業紡織品染整生產現場設備、工序與工藝流程;還應具備在教學中將染整與其他學科知識進行適時交叉和深度融合的能力,提升學生課堂學習的獲得感。目前的實際情況是不少工科類青年教師雖然具有高學歷,但由于缺少染整方向的工程背景和企業實踐經歷,教學中表現為授課內容多局限于課本知識,難以對專業相關的工程實踐案例進行較好的拓展解析。針對上述可能出現的情形,輕化工程專業在人才培養模式改革中,一方面進行專業核心課程、專業選修課程、專業自主課程和實驗實踐課程的教師隊伍建設,通過組建課程組和實施青藍工程計劃,推進青年教師隊伍建設,采用“老帶新傳幫帶”,通過“一對一”的方式,促進青年教師改進教學方法,積累教學經驗;另一方面,組織青年教師開展實踐基地走訪、橫向項目合作等多種形式的活動,由此加強與紡織染整企業的聯系,增強對染整生產現場的了解,提升自身的工程實踐技能與教學水平。

教學質量評價是指對教師的學術業務水平、教學方法、教學態度等的評價,包括教師對專業課程的理論教學和實驗實踐內容的熟悉程度、課程重點和難點的教學實施方式等。近年來,學校層面加大了對教師本科教學質量的督促檢查與反饋,具體舉措包括網上在線巡課、視頻回放查課、學生與督導評教、師風師德考核等多種方式。在職稱晉升評審中,對于近5年內授課評教排名處于后50%的申報人實行一票否決制,最大程度上引導教師精心備課、潛心教學。

五、結語

針對當前工科專業本科教學及學生工程技能培養中普遍存在的問題,為實現寬口徑、高素質、復合型輕化工程專業人才培養,進行了基于多學科交叉融合的染整方向人才培養模式改革。通過輕化工程與材料、環境、生物技術和數字化技術等學科的相互交叉融合,拓展學生的專業視野;結合全員全程參與的工程實踐課程,遞進式培養學生的工程實踐技能和科研素養,構建滿足社會需求的人才培養課程體系;通過互動式教學、全程考核等手段,培養學生的學習主動性和積極性;結合多學科融通的師資隊伍建設和教學質量評價舉措,推動輕化工程專業復合型工程人才技能提升。