以碳纤维成纱为例探讨“纺纱工程”课程高效学习方法

周 群，肖学良，毕 印，曹少杰，杨奥林，夏 雪

(江南大学 纺织科学与工程学院，江苏 无锡 214122)

一、 “纺纱工程”课程的特点

“纺纱工程”是我校(江南大学)纺织工程专业的一门核心课程，是一门集理论、实践、应用于一体的专业基础课程。该课程上承“纺织材料学”课程，下启“机织工程”和“针织工程”等课程，在整个专业课程体系中占据重要地位，是纺织工程专业学生的必修课程。“纺纱工程”课程内容包含从纤维原料到纱线的主要加工过程与原理、各工序设备结构和原理、工艺质量调节与控制、纱线产品设计开发等，课程内容广，概念多且杂，学生难以记忆；纺纱各工艺流程及设备原理较为抽象，学生较难理解；各种纺纱系统的知识内容交错，设备原理相近，但结构又各有差异，学生容易混淆。此外，“纺纱工程”是一门多学科交叉的课程，涵盖数学、机械、电气等多个学科，学生理解和学习难度较大；纺纱工艺设计和产品开发对学生创新能力要求较高，学生容易产生畏难心理。为了帮助学生高效学习“纺纱工程”课程，我们引入碳纤维成纱案例，从知识积累和能力提升两个维度提出了9种学习方法。

二、 “纺纱工程”课程学习方法

依据“纺纱工程”课程大纲要求，笔者提出知识积累与能力提升两类学习方法，其中知识积累有5种学习方法，即制定课程学习目标、与MOOC学习相结合、讨论式学习法、利用课堂笔记构建纺纱知识体系、模块化分层次学习纺纱工序，其主要目的是使学生完成“纺纱工程”课程学习任务，适用于绝大部分学生；能力提升有4种学习方法，即利用文献检索等方式拓展知识、理论与实践相结合、参加学科竞赛以培养创新意识、多学科交叉学习模式，其主要目的是使学生进一步丰富纺纱知识储备，提高学习能力，适用于学有余力并想进一步探索的学生。同时在教学过程中引入碳纤维成纱案例，以促进学生对知识的理解和记忆，提高课程教学效果。

1. 制定课程学习目标

学习目标对学生的学习活动和行为表现起着定向和驱动力作用[1]。树立学习目标有助于学生调整自身时间安排和学习状态，掌握课程整体的学习内容，而不至于在学习过程中产生“这门课是讲什么的”“这门课难不难”“这门课该怎么学”等问题或疑惑。

以碳纤维成纱工序为例，学生可以根据课程教学大纲制定学习目标：(1)运用纺织材料学、工程力学等相关知识学习碳纤维成纱基本理论；(2)熟练掌握碳纤维成纱工序的加工设备工作原理；(3)能将纺纱专业知识应用于碳纤维成纱过程优化和改进、设计与控制；(4)运用工程思维方法，正确设计和选择碳纤维成纱过程中的变量；(5)针对碳纤维成纱问题，提出正确的解决方案。让学生带着目标去学习，从整体上把握“纺纱工程”课程内容，合理安排学习时间，从而达到事半功倍的学习效果。

2. 与MOOC学习相结合

随着“纺纱工程”课程网络教学资源的日益丰富，将线上学习和传统学习方式结合起来是一种必然且有效的学习方式。在传统教学中结合MOOC，可以丰富教学模式，弥补传统教学存在的教学时间和地点的依赖性和局限性。通过课后线上自学，学生可以了解更多与本课程相关的知识，开阔视野，巩固课堂教学效果，同时可以提高自学能力以及发现、分析和解决问题的能力。

以碳纤维成纱为例，在MOOC平台上可搜索到很多共享资源。如我校的“纺纱工程”是国家精品开放课程，学生可以通过MOOC课程学习深入详细地分析开松、除杂、梳理、并合、牵伸、加捻、卷绕等纺纱基本理论，熟悉纺纱生产系统的适用原料、工艺流程及纱线特征，了解主要生产工序的任务和主要设备的作用过程，掌握生产工艺配置以及生产中常见问题解决方法，逐渐形成系统观念、工程观念、创新观念。通过大量课程视频、动画、文档、试题等资源学习碳纤维成纱的过程、机器原理以及后续处理等知识。

3. 讨论式学习法

讨论式学习法可以培养学生自信心、独立思考能力、创造力和批判性思维[2]。相比于传统的问答式学习，讨论式学习能够使学生收获更多的反馈，及时进行查漏补缺，充分调动学习的积极性和主动性，丰富学习内容，对学习“纺纱工程”课程具有很大的帮助。

课堂上教师针对纺纱工程提出某一富有挑战性、启发性的主题，例如原丝预氧化和碳化过程的影响因素、碳纤维上浆理论和目的、碳纤维成纱新工艺以及聚丙烯腈基碳纤维、沥青基碳纤维和黏胶基碳纤维的异同点等，学生针对问题阐述自己的看法，同时也能够了解别人的观点并与之相互印证，最终通过教师的讲解充分认识这些问题。此外，讨论式学习法打破了课堂和时间限制，学生之间可以对碳纤维成纱过程中的影响因素等问题进行课下讨论，集思广益，达到更佳的学习效果。

4. 利用课堂笔记构建纺纱知识体系

现今大学课堂大多采用多媒体教学，多媒体教学生动有趣、直观形象，但容易出现教师讲课速度快、课堂信息量大、学生难以及时理解等问题[3]，从而影响学生学习效率。俗话说笔勤免思，记笔记就是学生提高学习效率的一种重要方法，它不仅能培养学生的理解和总结归纳能力，还能锻炼学生的思维能力[4]。

比如在“纺纱工程”课程学习过程中，学生可以采用划线、眉批和区域高光法标注知识重点，总结归纳教师授课内容并列出提纲。这样不仅可以提高学生上课时的注意力，还可以帮助学生抓住学习重点，方便记忆及日后复习。通过对知识点的总结，学生可以构建纺纱思维导图，将前后学习的知识点联系起来，让知识脉络变得更加清晰。构建思维导图也有利于学生扩散思维，能更加全面地学习知识，方便记忆。如在学习碳纤维纺纱原理时，学生可以绘制有关碳纤维种类、结构和性质的思维导图(见图1)，以帮助自己更好地学习碳纤维相关知识，选择合适的纺纱工艺流程。

图1 碳纤维知识的思维导图

5. 模块化分层次学习纺纱工序

纺纱工程包括初步加工、梳理前准备、梳理、精梳、并条、粗纱、细纱和后加工多道工序，每道工序作为一个模块，课程即分为8个模块。每个模块按照目的及作用、基本原理、机器设备、质量控制、工艺设计的思路进行学习。各模块的内容逐一递进，在学习时要注重把握各模块之间的内在联系。在一个模块学习完毕后，可以通过笔记或PPT进行阶段性总结和自我反馈，及时查缺补漏，形成知识体系。对每个模块的内容要进行分层次学习。第一个层次是掌握基本知识；第二个层次是运用工程思维的方法改变纺纱过程变量(原料变化、流程设计、机型选配、关键元件、工艺参数等)设计不同性质的纱线，并对影响因素进行分析判断，做到融会贯通、学以致用；第三个层次是通过资料查阅掌握纺纱领域的新技术和前沿发展趋势，开阔自己的视野。

以碳纤维和芳纶混纺成纱为例，将纺纱过程分为预处理、混棉、清花、梳棉、并条、粗纱、细纱、络筒8个模块，按模块学习各工序的目的及作用、工艺参数、机械设备等内容，在掌握基本知识后，通过改变工艺参数等纺纱过程变量设计具有不同性质的混纺纱。在课后通过查阅文献进一步了解碳纤维纺纱的最新进展，掌握更多碳纤维和芳纶混纺成纱方面的知识。

6. 利用文献检索等方式拓展知识

“纺纱工程”是一门实用性很强的课程，且与众多学科交叉，涉及面广、知识点多。在课程学习过程中，仅学习课本内容是远远不够的，学生需要通过文献检索、资料查询、调研等方式获取信息，掌握纺纱领域的新技术和前沿发展趋势，以拓展专业知识。同时，不断获取信息也有助于提高学生的创新能力。例如，在学习碳纤维成纱过程中，学生可以通过中国知网、超星、万方数据库或Web of Science 等数据库查阅有关碳纤维成纱的期刊文献，学习碳纤维的性能及其纺制成纱线的工艺流程和工艺原理等；也可以从文献中学习别人是如何以碳纤维为原料纺制成其他新型纱线的，并总结实验方法，提高自己的创新能力。通过对相关文献资料的阅读，学生可以更加全面地了解碳纤维成纱过程，更好地掌握纺纱原理及知识。

7. 理论与实践相结合

在“纺纱工程”课程学习过程中，学生需要做到将课堂所学理论知识灵活地应用于实践。纺纱实践分为实验课程和工厂实习两个部分，当学生能够真正在实验和实习过程中体会并验证所学纺纱理论时，其学习将会达到一个新的高度。

例如，在大丝束碳纤维成纱的实验中，学生已经了解到碳纤维具有弹性模量和摩擦因数大、表面粗糙且弯曲易折断等特点[5]，那么如何解决大丝束碳纤维成纱效果差、纱线质量不达标问题呢？学生通过联想学习的纺纱理论，可以从改进碳纤维浸润设备和研究浸渍树脂体系两方面入手[6]。这样学生在实验过程中既用到了所学的理论知识，又进一步体会、理解和记忆，学习效果比死记硬背书本上的知识好得多。工厂实习是学生将纺纱理论与实践结合的最好机会，然而往往被许多学生忽视。身临其境方能知晓其中奥妙，在实习中学生能近距离接触纺纱设备，这样才能真正理解纺纱设备的结构及其工作原理。

8. 参加学科竞赛以培养创新意识

学科竞赛具有创新教育功能，是理论与实践结合的重要载体。纺织学科竞赛种类多，创新机制强，是纺织工程专业教学的延伸。如果学生仅通过教师、书本、课堂、课内实践等学习知识，不利于其创新能力的培养，只有参与项目才会针对具体问题思考解决方法，或者结合所学知识从新的角度创造一款新的产品。参与创新项目比赛可使学生吸收的知识得到良好输出，并进一步去探索更多的知识。

全国大学生纱线设计大赛是与“纺纱工程”课程密切相关的纺织学科竞赛之一，结合碳纤维成纱原理和工艺，以小组为单位设计一种新型碳纤维纱线，根据设计的纱线品种类型，学生边学习碳纤维成纱的适用原料、工艺流程及纱线特征等理论，边设计相应的实验方案并进行实践操作。这种模式不仅激发了学生学习专业知识的兴趣，而且培养了学生创新实践的能力，同时提升了学生的独立工作能力以及团队合作精神。

9. 多学科交叉学习模式

学科交叉点是学科新的生长点，重大的科学突破往往在这里产生。交叉学科是自然科学、社会科学、人文科学等大门类科学之间发生的外部交叉以及本门类科学内部众多学科之间发生的内部交叉所形成的综合性、系统性知识体系[7-8]。学生在学习“纺纱工程”课程时，可以通过形成系统化的知识理论体系，更深入地理解并掌握“纺纱工程”课程知识，并运用所学知识解决工程问题。

为了将“纺纱工程”课程学习透彻，学生不能仅停留在纺织专业学习，还需要具备多学科交叉学习的能力。学生应具备线上线下多学科学习的意识，涉猎一些与“纺纱工程”相关的其他专业知识，以加强对纺纱工程知识的理解。例如，在学习碳纤维成纱时，学生可以涉猎材料类专业知识，了解到碳纤维具有高比强度、高比模量、耐高温和导电性等优点后，便可以根据这些知识来选择最适合碳纤维成纱的纺纱工艺，如制备聚丙烯腈基(PAN基)碳纤维需要经过聚合、纺丝、预氧化和碳化四个关键步骤。

三、 结语

在“纺纱工程”课程学习中，学生只有掌握科学的学习方法, 不断提高学习能力, 才能取得事半功倍的学习效果。随着科技的快速发展与全球经济一体化，现代纺织产业呈现出多元化发展趋势，纺织产品研发也越来越体现多学科交叉，纺织企业对纺织工程技术人员的综合素质提出了更高要求。学生不仅要掌握基础的专业知识，还要进行跨学科学习，具备学习相关专业发展前沿技术的能力，使自己成为企业所需的复合型人才。