适应新工科建设的“非织造工艺与产品设计”任务型实践教学方法探索

2020-02-25丁远蓉朱新生杨旭红张欢嘉

纺织服装教育 2020年3期

丁远蓉，朱新生，杨旭红，张欢嘉

(苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215021)

为了满足国家发展战略和新兴产业的发展需求，肩负产业人才培养重任的高校应大力推进新工科建设，深化教育教学改革，培养工程实践能力强、创新创业能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才[1]。我国非织造产业发展迅速，技术进步成效显著，已成为国家战略性新兴产业的重要组成部分和横跨多领域的高新技术产业[2-3]。“非织造工艺与产品设计”为我校(苏州大学)非织造材料与工程专业的一门综合性实习实训课程，目前该课程存在学时少、内容多，加工设备庞大，生产线长，实践教学开展难等问题。本文在详细分析现有问题的基础上，充分利用学校的软硬件资源，探索该课程的任务型实践教学模式，以培养符合新工科要求的高素质创新型人才。

一、 “非织造工艺与产品设计”课程教学现状

为适应非织造产业的发展需求，我校纺织与服装工程学院于2007年开设了非织造材料与工程专业，并投入大量经费购置了一批专业实验设备，为专业人才的培养搭建了必要的非织造实习实训平台。“非织造工艺与产品设计”为本专业的一门综合性实践课程，需通过理论教学与平台实训，使学生在全面掌握非织造材料与工程理论知识及实验技术的基础上，根据材料的结构与性能要求，独立设计和试制非织造新产品，以培养具有全球视野、跨界整合能力、创新创业能力、应用实践能力的综合性复合型工程科技人才[4]。但在该课程的教学过程中尚存在一些问题。

1. 实训时间短、内容多

非织造技术是纺织工业新技术，它综合了纺织、化工、塑料、造纸等多行业的工程技术，其产品具有许多其他纺织品不可比拟的突出性能，广泛应用于人类的衣食住行和各产业领域[5]。“非织造工艺与产品设计”课程的教学内容涉及纺丝、梳理成网、气流成网、针刺、热黏合、后整理等众多工程技术，而实训时间仅为2周，很难全面地向学生讲解和演示，更妄谈让学生掌握这些技术。

2. 生产线长，设备庞大，危险因素多

非织造材料与工程专业是教育部于2005年基于行业急需人才而设立的新专业，适应科研与教学的非织造试验线正在逐步升级改造和完善中。我校纺织与服装工程学院于2015年引入柔性非织造成套试验线，由梳理-针刺试验线、梳理-热轧试验线和气流成网-热熔试验线三条独立的非织造试验线组成。这些试验线的灵活性好、适应性强，但每一条试验线都需要匹配近20台(套)设备同时运行，生产线非常长。以L型排布的非织造梳理-针刺试验线为例，包含纤维喂入设备1台、粗开松设备1台、大仓混棉设备1套、精开松设备1台、气压式棉箱1套、罗拉式梳理机1套、交叉铺网设备1套、送网机构1套、预针刺设备1套、主针刺设备2套、卷绕分切设备1套、控制台4套以及风机、空压机等辅助设备若干，占地面积50 m2，总高4 m。其中，大仓混棉设备、气压式棉箱和梳理机是常规大型生产设备，操作困难，危险性大。

3. 试验线少，学生多

我校纺织与服装工程学院积极与苏州及周边地区的部分高校、非织造材料生产企业和非织造设备制造企业建立了校外实践教学基地，但很难保证在不影响兄弟高校教学和企业正常生产的前提下，为我校学生开展“非织造工艺与产品设计”课程的实践教学。而非织造试验线流程长，设备庞大，占地面积大，价格昂贵，维修保养费用大，学院难以在非织造试验线上有更多投入。对于40人左右的教学班级而言，现有的非织造试验线很难满足学生在短时间内同时完成独立实操的需求，其他院校也存在类似问题。

二、 “非织造工艺与产品设计”课程教学改革措施

非织造工业飞速发展，非织造新材料、新工艺和新技术不断涌现[6]。根据非织造工艺技术及产品的特点，充分利用校内的软硬件资源，开展任务型实践教学模式探索，启发学生根据“合成纤维工艺学”“非织造学”“非织造后整理技术” “非织造材料性能与结构表征”等课程所学的理论知识，对独立开发1束功能纤维(1D)、1件针刺创新产品(2D)和1件立体创意作品(3D)三个学习任务进行市场调研、设备操作、工艺设计与控制和新产品试制，分析和探索新产品的大生产策略和销售策略，并设计制作宣传材料，进行新产品的发布和售卖。经过这样的实训过程，使学生能够将理论学习与实践操作融为一体，提升工程实践、创新创业能力，更深入地理解市场需求与产品创新是非织造产业发展的源动力。

1. 合理选择教学内容

学院在非织造材料与工程专业的第7学期最后2周设置“非织造工艺与产品设计”实习实训课程，此时学生已经完成所有专业基础课、专业必修课的理论知识学习，通过校外实践教学基地以参观学习为主的认识实习和校内实习实训平台的非织造材料与工程专业实验，已经了解部分非织造成网、加固和后整理技术以及材料结构性能测试技术。

根据校内非织造实习实训平台的现有设备，对“非织造工艺与产品设计”课程的核心教学内容进行筛选，要求学生完成独立设计制作1D、2D和3D这三个学习任务，注重理论联系实际，坚持专业基础与学科前沿、创新训练与科学研究相结合，从而使实践环节具有一定的先进性、综合性和适应性。

2. 改造实践教学设备

非织造材料的基本原料是纤维，纺丝技术的创新与发展决定了纤维的结构与性能，从而进一步促进了非织造产品的设计与研发。因此，纺丝工艺与控制是非织造材料与工程专业学生必须掌握的核心内容，也是“非织造工艺与产品设计”课程的核心实训内容。现有的校内非织造实习实训平台缺少纺丝设备和纺黏法非织造设备，学院通过改造高聚物熔体指数测定仪，自制了一套简易的小型单喷丝孔熔体纺丝设备，占地面积9 m2，总高2 m。

学生可以选取聚丙烯、聚酯、聚酰胺等几种常用的热塑性高聚物切片和功能性母粒为原料，通过对高聚物切片的预结晶温度、干燥温度、纺丝温度、纺丝压力、熔体挤出速度、侧吹风速、纺丝甬道长度、丝束卷绕速度、牵伸温度、牵伸倍率和热定型温度等工艺参数的设计与控制，独立完成连续稳定地纺制1束功能纤维，观察纤维的截面形状、条干均匀程度，测算和分析切片含水率、纤维线密度、单纤强度、断裂伸长率和亲水性等一系列数据。

学生以小组为单位纺制功能纤维前，需要查阅中英文专业文献，全方位了解原料的特性，制订合理的纺丝工艺单；在纺丝过程中，组员之间高效配合，完成各工艺参数的控制和调整；在纺丝结束后，分析滴落、断丝、黑点、发黄等非正常现象出现的原因，查阅资料，讨论、寻找解决问题的办法，重新制订纺丝工艺单，为下一次纺丝试验做准备。这样的实践教学使学生在碰到问题时积极寻求解决方法，在解决问题后充满成就感，取得了很好的教学效果。

3. 高效利用非织造试验线

校内非织造实习实训平台有1条非织造梳理-针刺法非织造试验线，常规生产时需要配备4～6名熟练操作工，学生无法独自操控这条试验线。通过对非织造梳理成网、针刺加固工艺原理以及该试验线的结构特点与实际教学效果进行研究和分析，学院决定将该试验线拆分，将其中的1套预针刺设备和2套主针刺设备分离出来，作为3套独立的实习实训设备，以针刺法非织造工艺与产品设计为主要实训任务。学生选用含有有色短纤维的毛线、废旧衣物等，通过梳理及气流成网设备的撕扯开松获得有色纤维原料，按照一定的图案铺设在白色涤纶短纤维网上，再喂入针刺设备中，通过设计和控制针刺频率、针刺深度、植针密度、纤网输送速度等工艺参数，完成1件针刺创新产品，并分析针刺加固工艺对产品结构性能的影响。这样的做法提高了非织造试验线的利用效率，简化了实训过程，降低了实训的危险性。

4. 配备多套小型设备

超声波黏合技术是将电能转化为20 kHz的高频振动，使被黏合的纤维网局部发热熔融，冷却后形成黏合点的非织造热黏合加固技术，能同时满足以热塑性纤维为主的非织造纤维网的切割、熔接、缝合等多项要求[5]。超声波黏合设备小巧，占地面积小，购置和维护成本低，操作简单，危险性小。学院在专业设立之初就配备了5套超声波黏合设备。在实践教学中，指导教师详细剖析超声波黏合设备的主体结构、工作原理、设备拆装方法及工艺控制原理，学生在全面掌握原材料的结构性能、超声波黏合工艺的控制原理，全方位调研市场需求和学长的作品展示基础上，独立试制1件新、独、特的立体创意作品，并详细分析作品的大生产策略和销售策略，以培养学生的工程综合运用和创新创业能力。近几年，学院正分批次采购湿法成网设备、膜裂纤维设备等小型非织造设备，逐步完善校内非织造实习实训平台。

5. 建立科学、完善的实践教学评价体系

“非织造工艺与产品设计”课程从实验报告/创新设计报告和非织造新产品发布会两个方面对学生进行评价与考核。对于实验报告/创新设计报告，要求学生详细阐述作品的设计灵感、市场调研结果、工艺设计与控制、问题与解决方案、大生产策略和销售策略，并计算和分析数据，形成文字资料备案。文字资料占总成绩的50%，由指导教师按评分细则进行评定。非织造新产品发布会安排在2周实践课程的最后一天，学生从设计灵感、问题与解决方案、大生产策略和销售策略等方面进行阐述并展示自己的作品，进行广泛交流和总结，以提高创新创业能力。这部分内容占总成绩的50%。评分权交给学生，从学生中推选出6名代表组成评委会，对学生作品展示过程中的表现、作品的创新性和制作精良程度等进行评分，取平均值。

“展赛促学”的育人机制促进了学生在实践中提高，在创新中提升，在竞赛中成长，学生在参与中得到全面的锻炼和发展[7]。在“非织造工艺与产品设计”课程教学中，鼓励学生参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛、“互联网+”大学生创新创业大赛、“红绿蓝杯”中国高校纺织品设计大赛、中国纺织类高校大学生创意创新创业大赛、全国大学生非织造产品设计及应用大赛等各级各类大学生创新创业大赛，激发了学生的学习兴趣与主观能动性，取得了较好的教学效果。