工程教育专业认证背景下“染整工艺与原理B”课程教学改革探索

王怀芳, 郝龙云, 柳荣展, 刘 杰, 蒋之铭

(青岛大学 纺织服装学院,山东 青岛 266071)

工程教育专业认证是国际通行的工程教育质量保障制度,是实现工程教育、工程师资格国际互认的重要基础。其三大基本理念是学生为中心、成果导向与持续改进,认证标准以培养学生解决复杂工程问题能力为核心要求。认证标准的“12条毕业要求”中有10条提到了“复杂工程问题”,除了专业能力外,还对工程素养和发展能力做了要求,既要求学生具有扎实的理论基础和专业知识以及分析问题和解决问题的能力,又要求学生具有一定的社会责任感,遵守职业规范,并且还要有人际沟通、团队协作和项目管理等能力。

在以学生毕业能力为产出导向的教育理念中,所有这些毕业要求的达成最终要通过课程学习来落实。课程教学是实现专业认证的最基本环节,也是最直接手段[1]。课程质量是决定高校教育教学质量的首要因素,是高等院校人才培养的关键,所有高等教育改革的理念和思想,最终都要落实到课程建设中,并通过课程的实施来实现[2-3]。

“染整工艺与原理”是高校轻化工程专业(染整方向)的核心课程,一般分为两部分内容,以两门课程的形式出现在专业培养方案中。第一部分是纺织品前处理和后整理的基本原理及工艺,第二部分是各类染料及不同纤维的染色和印花原理及工艺,这部分内容对应于我校(青岛大学)轻化工程专业的“染整工艺与原理B”课程。近年来,该课程教学团队以工程教育认证理念为指导,针对课程特点,通过重构教学目标、梳理教学内容,建立以学为中心的混合式教学模式,并结合思维导图复习等方法,对“染整工艺与原理B”课程教学进行改革,取得了一定的教学成果。

一、重构课程教学目标

按照OBE(Outcome based education,成果导向教育)教育理念,课程目标是成果导向的关键点,决定着教师对教学方法的运用和教学资源的利用。在“染整工艺与原理B”课程教学设计时,结合我校轻化工程专业培养方案,从培养目标入手,构建了多层级的课程教学目标。

1.知识目标

学生通过该课程的学习掌握染色基本理论,包括染色热力学、动力学基本理论,以及各类染料、各类纺织品的染色印花原理和工艺。

2.能力目标

学生通过该课程的学习能够根据原理对各类纺织品的染色和印花工艺进行设计,并掌握发现、分析和解决工艺问题的能力。同时激发学生的创新兴趣,培养学生的创新意识。

3.素质目标

随着“新工科”建设的推进和工程教育专业认证工作的逐步深入,结合课程思政要求以及专业和行业特点,设置素质目标,让学生了解传统文化,增强文化自信,培养学生的社会责任感,激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。

二、课程教学思路设计

“染整工艺与原理B”课程既包括抽象的染色理论,也包括各类染料的染色印花原理及工艺。课程内容陈述性强,染料及纤维品种多,每种染料或纤维又具有多种染色和印花工艺,因此知识点繁杂、散乱;课程应用性强,需要学生具有应用基本理论,发现、分析和解决工艺问题的能力。因此,多年来,课程教学团队依据OBE原则,围绕课程教学目标,基于课程内容特点及授课对象对教学内容进行梳理并设计教学思路,形成了“一条主线,两个维度”的模式,培养学生建立系统的知识体系。“一条主线”是指“结构决定性能”, “两个维度”是指“原理”和“工艺”。

1.以“结构决定性能”为主线进行教学设计

“结构决定性能”是化学类学科的灵魂,结构是决定物质性能的内在因素,物质所表现出的某种性能必定存在与之对应的结构。因此,染料的“结构”决定其“染色性能”,纤维的“结构”决定其“染色性能”。在“染整工艺与原理B”课程之前,学生已学过“高分子物理及化学” “纤维化学与物理” “染料化学”等专业基础课程,对染料结构、纤维结构以及它们的基本性能都有了较深刻的认识。因此,在该课程教学过程中,始终引导学生以“结构决定性能”为主线,分别从染料的“结构”和纤维的“结构”入手,分析不同染料对特定纤维的“染色性能”。

“一条主线”教学思路的设计与实践,让学生感觉是用已有知识结构“吸附”新知识,从而对课程学习有较强的把控感,拉近学生和课程的距离。例如,在染色理论部分,不同种类的染料结构对应着不同的溶解、电离和聚集特性,而纤维结构的不同对应着不同的溶胀和电化学性质,“染料结构”和“纤维结构”共同决定了染色过程能否进行以及进行的程度和速度,这也是染色理论的基本内容。在“直接染料染色”部分,利用“结构决定性能”的思想,引导学生回顾已学过的“直接染料结构”和“纤维素结构”:直接染料含有磺酸基或羧基阴离子水溶性基团,分子较大,有线性、共平面性的结构,分子结构中含有可与纤维素的羟基形成氢键的基团;纤维素分子有较好的线性,入水后带负电荷。引导学生分析直接染料对纤维素纤维的染色性能,包括:可直接上染的直接性,非定位吸附,上染过程可以用弗莱因德利胥型吸附等温线进行分析;直接染料带负电荷,纤维素纤维在水溶液中也会带上负电荷,两者之间存在斥力,需要用盐促染;不同直接染料的直接性不同,带电荷不同,决定着直接染料的染色牢度、匀染性和染色影响因素。

2.梳理整合教学内容至“原理”和“工艺”两个维度

根据多层级的教学目标,要求学生学习“染整工艺与原理B”课程后不但具有扎实的理论基础,而且具有设计工艺、发现和解决工艺问题的能力。因此,在教学实践中,将不同染料对纺织品染色印花部分内容分解成“原理”和“工艺”两个维度,坚持以“原理”为基础,以“工艺”为目标,培养学生设计工艺,发现、分析和解决“工艺”问题的能力。虽然染色印花的“工艺”和“工艺问题”千变万化,但万变不离其宗,这个“宗”就是“原理”。

采用“一条主线、两个维度”思路可以有效引导学生将课程中的“理论”知识点(“原理”知识点)和“工艺”知识点进行整合,起到纲举目张的作用,在整个教学过程中贯彻这个思路,并与多种教学方法结合,让学生建立自己的知识体系,培养和锻炼学生的能力,从而实现课程的三层级目标。

三、课程教学方法

“染整工艺原理B”涉及理论知识多,且应用性和实践性较强,仅通过在线课程的学习无法培养学生知识迁移能力。结合该课程特点,依托自建的线上课程,根据内容的难易和其在课程中的作用,进行不同程度的线上线下混合式教学,并结合思维导图等多种教学方法,提高教学效果,帮助学生建构自己的知识体系。

1.以能力培养为核心目标,线上线下混合教学

“染整工艺与原理B”课程的混合式教学根据授课内容的特点进行不同程度的混合。如染色理论部分,内容抽象,理论多,概念多,这部分内容选择部分混合式教学,线上课程辅助学生课外预习,课堂教学采用讲授加课堂讨论或小组汇报的形式。其他部分内容也采用类似方法,根据内容的难易程度以及其在课程中的作用,循序渐进,进行不同程度的混合教学。学生通过不同程度的混合式学习,在教师的引导下完成“任务”及讨论,在这个过程中加深对理论知识的理解,培养应用理论解决问题的能力。

2.构建知识树,通过思维导图建立课程知识体系

“染整工艺与原理B”课程涉及的知识点较为繁杂,加之学生的碎片化的学习习惯,往往在学完某一章节甚至整门课程后,知识在学生脑中依然是片段式的,原理和工艺是孤立的,并没有形成知识体系,很难将学到的新知识融合到已有的知识结构中,更谈不上转化成分析问题和解决问题的能力。在教学中,一方面教师通过混合式教学引导学生运用“一条主线,两个维度”的方法,培养学生以“原理”为基础分析“工艺”的能力。另一方面教师在每章及每个阶段学习结束后,要求学生采用思维导图,叠加关联法则和比较法则进行章节或阶段总结,最后进行课程总结。如,在染色理论部分,要求学生通过思维导图的方式进行课后复习,以“结构决定性能”为思想,以“上染过程的发生”为中心“树干”,将染料的状态、纤维的性质以及染色热力学和动力学等新内容以“树枝”的形式纳入染色理论部分的知识体系。对具体某种染料的染色,如直接染料染色这部分的内容,以“结构决定性能”为主线,以“直接染料染色”为“树干”,将直接染料的可染纤维、染色原理(吸附等温线、扩散模型)、染色工艺(即染色过程及其影响因素)等内容为“树枝”,构建本部分内容的知识体系。“直接染料染色”“活性染料染色”“还原染料染色”三个典型棉用染料的染色内容可以作为一个学习阶段,在阶段学习后让学生绘制阶段复习思维导图,使用关联和比较的方法比较三种染色原理和工艺的异同,在不同内容之间建立联系,加深对每部分内容的理解,形成相互之间可以有效链接的知识网,成为发展“分析、综合以及创新性解决问题”高阶能力的知识基础。

四、课程思政教学

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上指出,要用好课堂教学这个主渠道,坚持把立德树人作为中心环节,其他各门课程都要和思想政治理论课同向同行,形成协同效应。在“染整工艺原理B”课程教学中,结合课程教学目标,立足课程内容以及印染行业的特点,进行课程思政要素的挖掘和提炼,从增强文化自信及民族自豪感、树立社会责任感和培养科学精神三个方面进行了课程思政教育要素的挖掘和教学探索。

1.增强文化自信及民族自豪感

“染整工艺原理B”课程的核心内容是各类染料和纺织品的染色印花原理及工艺。纺织品染色印花是人类文明最古老的工艺之一,纺织品染色具有十分悠久的历史,在纺织品印染技术发展的过程中,出现了很多典型人物和传统技艺等,展现出了中华民族劳动人民的智慧、匠人精神和创新意识。

在教学实践中,本教学团队将课程内容与传统染色技术相联系。在绪论的印染行业发展历史部分,介绍马王堆和新疆出土的染色印花纺织品;在讲到现代纺织印染技术时可以结合学校所在地——青岛,介绍“上青天”的历史变迁以及印染行业近年的产业升级改革之路;在染料生产、设备研发及技术上可以利用具体数据对比展示;通过展示纺织印染领域近年获得国家科技进步奖的一些项目,如鲁泰集团的自动化筒子纱染色等,激发学生的爱国情怀及民族自豪感;在学习还原染料染色及印花方法时,灵活运用线上线下混合式教学,并结合小组讨论的方法,引导学生学习了解传统印染非物质文化遗产项目,如南通蓝印花布、苗族蜡缬及枫香染等,通过劳动人民的智慧结晶,使学生了解我国悠久的印染技术历史和丰富灿烂的文明,增加学生对中国传统文化的认同感,自觉传承和弘扬中华民族优秀传统文化,树立实现中华民族伟大复兴中国梦的崇高理想。

2.树立社会责任感

印染行业的一个突出问题就是污染,纺织品染色和印花大多是湿加工过程,因此会有大量染料和助剂进入水中,带来较大污染。例如,活性染料染色中需要大量的盐,并且产生大量的水解染料,既浪费大量染料,又产生大量废水;酸性媒介染料染羊毛时使用红矾,会带来重金属污染等。通过这方面内容的学习和了解,引导学生关注生态文明,为实现美丽中国的目标,进行可持续化发展,明确印染行业从业者的社会责任,让学生明白追求人类与生存环境的共同进化是中国特色社会主义生态文明观的价值取向。

3.培养科学精神

2020年5月,教育部印发的《高等学校课程思政建设指导纲要》明确指出,对于工科类专业课程,要在课程教学中把马克思主义立场观点方法的教育与科学精神的培养结合起来,提高学生正确认识问题、分析问题和解决问题的能力。“染整工艺原理B”课程中的直接染料染色和还原染料染色就是极好的结合点,在直接染料染色中分析温度对染色的影响,温度升高,可以提高上染速率,但是平衡上染百分率会下降,通过温度效应的学习引入矛盾的对立统一规律,进一步理解矛盾的普遍性和特殊性。还原染料染色是“青出于蓝而胜于蓝”典故的出处,通过对还原染料染色过程的学习,学生可以观察并深刻体会靛蓝染色过程中的颜色变化,从青到蓝逐渐变深,从而理解事物是联系和发展的,引导学生树立科学的创新观念[4]。

五、结语

以“一条主线,两个维度”的思路梳理“染整工艺原理B”课程教学内容,采用循序渐进的线上线下混合式教学模式,并将思政教育要素有效融入教学内容和教学方法,引导学生学习和讨论,激发学生的学习热情,提高学习效率,培养学生解决问题的能力。然而,相比传统课堂教学,以能力和素质为目标的线上线下混合式教学,需要教师和学生投入更多的时间和精力。因此,教师要不断改进教学方法,并灵活调整教学进度,不断提高教学效果。