基于工程教育专业认证的染整工艺实验教学改革

任 燕， 习智华， 邢建伟， 徐成书

（西安工程大学纺织科学与工程学院，西安710048）

0 引 言

国际工程联盟包括6个协议，其中被国际普遍认为权威性最高、国际化程度最高、体系较为完整的是《华盛顿协议》［1］。2006年起我国参照《华盛顿协议》成员国的做法进行工程教育专业认证试点工作，于2013年成为预备成员，并于2016年6月成为第18个正式成员，这一结果意味着通过认证专业的毕业生学位将得到国际互认，同时也标志着我国高等教育开始走向世界［2］。工程教育专业认证旨在为相关工程技术人才进入工业界从业提供预备教育质量保证，核心内涵为建构“结果导向”的人才培养体系，并持续改进；理念是基于学习结果的教学［1］，这与传统教学模式存在本质差别。

我校是我国西部一所以纺织服装为特色、多学科协调发展的高等院校，纺织工程和环境工程专业已于2018年7月提交国家工程教育专业认证申请。轻工类虽尚未进入受理认证的专业范畴，但我系已于2017年申请并获批校级轻化工程专业工程教育认证立项项目，为迎接即将到来的认证工作摩拳擦掌。根据专业认证标准要求，轻化工程专业在新修订的培养方案中增加实践课程的比重，将主要实践性教学环节的学分上调至65.7，其中实验教学环节学分19.7。染整工艺实验课程总学时96，是课程体系中唯一一门独立设课的专业核心课，它除了肩负着与理论课程的联结和拓展，也是提高学生分析和解决复杂工程问题能力的重要实践环节。因此，在工程教育专业认证理念下，建设符合专业认证标准的染整工艺原理实验课程成为了一个新的课题。

1 合理设置实验教学内容

染整工艺实验课程的教学目的是要通过各种工艺实验，让学生对染整工艺制订和实施的基本原则、成品的国家或国际标准、常用的性能测试方法进行认知，加深对理论知识的理解，提高学生专业实验的操作技能并具备基础科研能力。因此，在工程教育专业认证背景下，教学内容的改革应秉承以OBE教学理念为核心，根据学生毕业后的职业类型，以工厂实际生产和专业前沿创新技术为依据进行优化、整合。传统教学模式与工程教育专业认证理念的对比见表1。

表1 传统教学模式与工程教育专业认证理念的对比

将改革的落脚点放在学生学习的结果产出上，以专业的培养目标为本，立足课程教学目标，明确目标对毕业要求的支撑。具体措施为：①合并现有实验项目，压缩验证性实验内容；②增加设计性、综合性实验的比例；③将实验内容模块化；④每一模块内构建递进式教学模式。改革前后的实验内容见表2。

表2 改革前后的实验教学内容

改革后的实验内容将经典实验项目保留，设计性和综合性实验各增设两项（验证性实验占比由90%降为60%，综合性实验占比由8%升为15%，新增设计性实验占比25%。

设计性实验，需要学生对专业知识的良好认知，能选择和使用恰当的资源、技术和工具，从查阅文献、实验方案的设计、实验步骤、对实验结果进行分析、对存在疑惑的个别实验现象或实验结果提出疑问、讨论并给出解决方案。如“棉织物的丝光”，新实验内容允许学生在纱线丝光、织物丝光或纱线、织物双丝光3种丝光方式中进行选择，后经文献查阅自行制定丝光的工艺流程，设定工艺参数，并对丝光效果进行综合评价。这种实验教学过程既考核了学生使用现代工具的能力，也培养学生独立思考能力和创新思维。

综合性实验，需要学生能够运用基础理论和专业知识进行灵活应用。如“涤／棉混纺织物的前处理”，既要求学生对棉织物前处理模块中的内容熟知，又能扎实掌握合成纤维前处理模块中的知识点，该实验内容的设置一方面融合了基础、实用和前沿技术，另一方面也弥补传统实验中缺少以混纺产品为加工对象的不足，有助于对学生理论联系实际、综合应用能力和创新能力的培养。改革后实验内容中缺失的传统实验项目，可通过开放实验室进行补充，让更多对实验充满兴趣的学生在实验室发现实验、探究实验并完成实验。

每个模块实验项目的类型按照验证→设计→综合的递进关系展开，保证学生在每个模块内都能应用理论知识分析或解决一个较为复杂的染整工程问题。这种教学模式的设置，对于学生能力的逐步培养大有帮助，由浅入深、由简入繁的学习轨迹也有助于学生知识的迁移，以便更好地获取优化工艺参数、制定工艺路线的工程能力。与此同时，递进式教学还有更深一层的含义，即实验教学向实践教学的跨越和延伸，综合实验能力的培养也是为后续实践课程奠定基础。

2 结合优质的在线开放课程

在长期的实验室传统教学中，有些基础实验操作的规范性、实验室隐藏的安全隐患等细节问题并没有引起学生的足够重视，教师不能满足学生对实验的具体需求，从而导致学生实验的积极性减退。结合企业对工程人才需求的特点，在实验教学设计中将开发解决方案的安全性、法律法规、工艺加工对环境产生的影响和可持续发展等因素列入改革内容。但由于该部分内容的实操性差，难与实验契合，故借助已广泛应用的微型视频网络课（即“微课”）来完成。

“微课”的特点是“短、小、精、悍”，可基于某一教学环节进行设计开发，重点突出，灵活性强。不超过10 min的知识点讲解既能集中学生学习的注意力，又能借助重复演示和辅助作用在实验教学中增强学生实验的主动性与趣味性。学生可通过微课进行实验前的预习，也可在实验过程中对疑惑的问题重复学习，不受时间与空间限制，更贴合培养学生主动学习能力的教学目标。染整工艺实验课程的微课教学内容见表3。

学生通过校园网络的泛雅平台对实验室基础安全知识及常用仪器设备的使用进行学习，既增强学生实验的自信心，又增加学生的安全意识及社会责任感。

表3 微课教学内容与设计

3 建立真实和虚拟双重实验环境

印染企业常用设备的特点是：连续化、占地大、价格高、更新快，由于受到实验室条件、投入资金等诸多因素的影响，校内实验室虽依照“教学工厂化”的理念建设，但未能形成完整、连续的染整加工生产链，导致实验教学效果不理想。随着计算机和信息技术的发展，虚拟仿真技术将这一难题解决。轻化工程专业依托省级纺织工程虚拟仿真实验教学中心，本着“能实不虚、虚实互补、以虚促实”的原则，将部分难以在实验室完成的实验内容借助三维虚拟仿真系统与VR技术生动地展现在学生面前，使学生身临其境，大大调动实验学习的主动性和趣味性，为学生建立真实和虚拟的双重实验环境。染整工艺实验虚拟实验项目的教学内容见表4，学生在虚拟实验环境下的部分操作界面如图1所示。

表4 虚拟实验教学项目

虚拟实验内容克服了传统实验中对印染设备学习的空白，利用仿真设备的拆装练习，虚拟实验教学环境中学生的学习更突出主动性，学生可根据自己在理论学习或真实实验环节中有疑问的知识点展开，也可根据自己的能力设计实验。建立双重实验教学环境的目的是提高学生学习的积极性，更好地将理论与实际结合，并熟练运用计算机、现代工程工具解决染整加工中的工程问题，提高学生分析、研究和解决实际问题的能力。

图1 虚拟实操过程中软件操作界面

4 实验课程考核方式

染整工艺实验课程的考核方式为考试，但实验课程设置考试较理论课程更显复杂，无法将所有考核重点都集合于卷面，兼顾理论与实际操作的考核方式更显得当［6］。考核方式的改革将重点放在评价学生能力是否提升、学生借助实验掌握了哪些知识点上，将考核指标分为实验操作、实验报告与讨论、考试成绩3部分，各部分在总评成绩中占比分别为35%、30%、35%。

4.1 实验操作考核

实验操作考核的目的是为了规范学生的实验操作，保证实验结果的准确性。改革考核方式之前，实验课的分数主要来源于实验报告，忽略学生的实际操作，发现这种模式下很多学生对最基础化玻仪器的使用都显生疏，导致对定量实验的重要性认识不足。实验规范操作的考核目的是要求学生注意实验细节，了解化学药品、助剂的用量对实验结果的重要影响，放弃实验课可以蒙混过关的侥幸心理。与此同时，规范实验操作也可培养和加强学生的动手能力，也为后续的综合实验、毕业设计等实践环节奠定良好的基础。

4.2 实验报告与讨论

实验项目进行前，要求学生预习实验内容，在实验报告中写下实验目的、原理及方法；实验项目进行中，要求记录实验步骤、实验现象和实验数据。

实验项目结束后，要求学生开展5～10 min的组内讨论，对课上产生的实验数据进行计算和分析，同时对实验结果进行归纳总结；有实验样品的必须在报告中进行贴样并分析。综合、设计性实验项目还要求学生先进行组内讨论，并在实验结束后将设计思路与实验报告一同上交。这些对实验过程、实验报告的要求可以避免学生之间对实验结果的抄袭，保证良好的实验风气。

4.3 组织考试

考试内容包括实验安全、实验过程中易混淆的实验操作、实验对应的实验设备或仪器的规范操作、实验原理、拓展类的实验内容设计、印染废水的处理等。考试旨在帮助学生发现实验过程中自己仍存在的问题和不足，为后续的实践课程打好基础，也对将来入厂后在化验室打小样、质检部门进行试化验等工作奠定基础。

5 结 语

工程教育专业认证背景下，高等学校人才培养的模式和思路急需转变，坚持以“学生为中心、产出导向、持续改进”的核心理念为指导，切实提升工程人才培养的质量。实践教学对于培养学生的实际操作能力、创新思维、对理论知识的理解和分析解决复杂工程问题的能力具有非常重要的作用。结合社会及印染企业的人才培养需求，轻化工程专业的实践教学应深化对实践教学课程体系的改革，建立完善实践教学平台，优化实践教学资源和师资队伍，从而使实践教学符合工程教育专业认证的要求，同时也有利于培养符合社会需求的轻化工程人才。