“新工科”背景下“非织造设备”课程混合式教学模式探究

邓 辉, 钱晓明, 蔡占军

(天津工业大学 纺织科学与工程学院, 天津 300387)

为应对新一轮科技革命和产业变革,支撑创新驱动发展,我国于2017年2月和4月形成了“复旦共识”与“天大行动”[1-2],同年6月形成了“北京指南”[3],这三份指导文件给出了“新工科”的建设目标,标志着我国高等工程教育开启了新的篇章。“新工科”是高等工程教育改革的一个新阶段,也是我国2010年开始的“卓越工程师教育培养计划”的升级版,“新工科”建设需要在现有工程教育改革成果基础上转变观念,拓展改革内涵,从适应产业需求转变为引领未来发展与满足产业需求并重,更加强调多学科的交叉融合。因此,前述相关指导文件对当下仍有重要的指导作用。

我校(天津工业大学)非织造材料与工程专业在我国同类专业中建设最早,专业排名位列榜首。本专业于2017年获批天津市高等学校应用型专业,突出了专业的应用型属性,明确了专业的内涵与外延,即确立了以化学为基础,以装备为手段,以产品为中心,理论与实践并举的人才培养方案。未来非织造产业需要的是实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型“新工科”人才。“非织造设备”作为非织造材料与工程专业的专业课,在培养面向新的非织造工业智能制造专业人才方面具有重要的基础支撑作用。

“新工科”改革有两大主体方向:一是“新工科”专业或专业方向的建设,另一个是依托工程教育新范式框架对现有专业进行改造。本文探索“新工科”背景下在新的专业核心能力及课程体系构建过程中,如何有针对性地开展“非织造设备”课程教学改革,以适应新时代“新工科”的发展与要求。

一、“非织造设备”课程教学现状

“非织造设备”课程主要讲授非织造设备种类及其主要结构与工作原理,培养学生的非织造设备改进、操作与维护能力,使学生能够在非织造行业从事设备改造、维护与研究开发等工作,满足应用型高级工程技术人才培养的要求。该课程是一门综合性较强的课程,要求学生具备“机械设计基础”“电工技术基础”“非织造机电传动控制基础”等相关课程的知识。

虽然我校之前已经结合卓越工程师班的教学过程对“非织造设备”课程进行了教学改革探索,但对标“新工科”对人才培养的要求还有不小的差距,主要体现在以下几个方面:

(1)非织造工业是我国发展非常快速和活跃的行业,新技术、新材料与新设备不断涌现。由于我校专业教学计划的调整,将“非织造设备”课程的教学课时进行了缩减,这就要求任课教师在教学过程中不断更新教学内容,将行业内最新设备的工作原理与发展状况进行精练与浓缩,并高效地传授给学生。

(2)教学资源更新慢,不适应学生创新意识和解决复杂工程问题能力的培养。另外,在教学过程中工艺与原理的讲授难免会涉及设备的内容,因此,在授课过程中需要更加明确与突出“非织造设备”与非织造原理系列课程之间的区别与联系。

(3)现有的课程考核采用“课堂出勤+期末考试”的传统方式,这种方式具有师生直接沟通、知识传授快速的优点,但由于课时量的缩减,学生在教学过程中的参与度越来越低,难以真正理解相关知识的内涵,导致学习积极性不高,学生自主创新能力弱。

二、“非织造设备”课程的教学改革

1.线上线下混合式教学

在“互联网+”背景下,线上和线下相结合的教学模式越来越受到学生的欢迎。这种模式的内涵精髓可以将教师的“教”、学生的“学”与企业的“需”有机结合,以学生为主体,结合企业的具体需求,教师针对具体问题进行具体分析,将产教结合融合在学生的培养过程中。

“非织造设备”课程的混合式教学,借助超星泛雅教学平台,并吸收其他网络平台(智慧树、雨课堂、慕课等)的优势,针对目前“非织造设备”课程网络资源不多的实际,教师结合企业最新的设备,特别是智能制造在非织造设备中的应用,自建课程专用线上资源库,课前推送给学生。CDIO代表构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)和运作(Operate),它倡导学生在项目实施过程中“唱主角”[4],教师则在教学活动中“当导演”,在学习过程中培养学生“构思、设计、实现、运作”的能力。本课程的混合式教学同样也吸取了CDIO 模式的优点,采用课上随机组成项目小组,由教师组织模拟,充分调动学生的主观能动性和创造性。师生不仅可以在课堂上面对面互动,还可以在线上教学平台实时互动。教师对所有提出的问题进行解答,课后教师结合授课效果再调整教学内容,便于总结与提高。线上线下混合式教学流程如图1所示。

图1 线上线下混合式教学流程图

线上线下混合式教学可以充分利用课前和课后时间,特别是在课时减少的情况下可以充分利用上课时间。另外,随时更新的网络自建资源库可以实时跟踪国内外非织造设备发展现状。同时在课堂师生互动环节中,可以将企业在实际生产中遇到的设备方面的需求或问题和学生进行探讨,激发学生的学习兴趣,提高融会贯通能力。在问题答疑过程中,可以把教学大纲中明确需要学生了解、理解、掌握的内容分层次地告诉学生,使学生更好地理解该课程与非织造原理系列课程的区别与联系,同时明晰企业在非织造设备领域的需求与课堂学习内容之间的关系。

2.知识、素质、能力三位一体的培养模式

通过借鉴CDIO模式的先进教学理念,依托面向“新工科”要求的教学大纲,重新制定课程的教学目标,构建知识、素质、能力“三位一体”培养模式(图2)。知识、素质、能力,这三者在教学过程中可以相互融合、促进、提高。

图2 知识、素质、能力三位一体培养模式

课程教学目标的调整,一方面要结合工程教育专业认证的要求,另一方面要突出“新工科”的教学要求。不仅要求学生理解知识内容,而且使学生具备从工艺要求到设备设计、制造、维护的全流程构思能力。也就是既要培养学生的系统思维、工程分析与推理、发现和解决问题等能力,更要培养学生的职业道德、科学精神等,使学生在学习过程中得到全方位的培养。为了提高知识、素质、能力之间的相互作用,提高学生的综合能力,以项目为载体将知识、素质、能力三者结合起来。项目不仅是知识的深度学习模块,更是将所有内容串联的纽带。通过项目,学生可以完成对知识的理解和升华,提高个人能力,提升个人素质。同时又提高学生学习兴趣,进一步获取知识。

例如,纺丝组件和气流牵伸装置是纺熔成网非织造设备的核心组成部分,也是保证纤维线密度和均匀性的关键部件。在我国设备开发前期,对聚合物熔体特性和高速气流的研究不够深入,纺丝组件和气流牵伸装置多为进口。随着非织造设备厂家认识到相关研究的重要性与紧迫性,许多企业开始自主研发,走上攻坚克难的道路,成立了多家纺熔成网非织造材料专用喷丝板厂。从老式的手工作坊模式,到后来运用有限元分析工具进行设计、分析,以及多轴钻头工艺等,设备厂家在该领域取得了突破性成果。这些内容都可以设计成课堂项目,让学生熟悉相关设备部件的研发、设计、维护等环节。不仅能使学生加深对该项内容的理解,还能使学生进一步领会我国非织造行业从业人员的艰苦奋斗精神,提升了思政教育效果。

3.课程评价方式改革

遵循OBE (Outcome based education,成果导向教育)教学理念,以课程产出为导向,建立完善、合理的教学评价方式,通过持续改进,最终达成课程教学目标[5]。教学评价包括四个方面:教师自评、学生评教、督导评课、数据评学。结合实际情况,“非织造设备”课程教学评价的每项权重分别设置为0.15、0.35、0.20、0.30。教师自评主要根据线上和线下的授课效果;学生评教则根据学校的评教数据;督导评课也来自于学校组织的督导评价数据和分数;数据评学为教师针对学习内容发起的各类问卷、小组讨论打分、参与度评价等。教师可以根据这些评价数据,对照课程教学目标进行持续改进,在改进过程中不断提高学生的综合能力与综合素质。

为了综合评价教学改革取得的成效,课程考核成绩由五部分组成,其中出勤占5%,课堂回答问题占5%,线上作业占10%,项目参与情况占20%,期末试成绩占60%。以此综合评定每个学生的课程学习效果。

三、结语

对标“新工科”培养目标,对“非织造设备”课程教学进行了改革,采用线上线下混合式教学模式,构建知识、素质、能力三位一体人才培养模式,改进教学评价手段和成绩考核方式,取得了较好的教学效果。从学生的反馈来看,教学参与度以及对课程内容的理解都得到了较大提高。该课程的教学改革探索对于促进非织造材料与工程专业课程建设与发展,提高学生的综合能力与素质具有重要作用。