基于学科交叉融合的轻化工程染整方向人才培养模式改革探究

王 平,袁久刚,付少海,黄锋林,余圆圆

(江南大学 纺织科学与工程学院,江苏 无锡 214122)

轻化工程专业包括染整、造纸、皮革、日化和添加剂化学与工程五个专业方向,开设纺织科学与工程学科的院校多侧重于染整方向。传统意义上染整方向专业课是以纺织品化学加工为主线,探究与纤维加工相关的染料和助剂、印染和整理原理及工艺。多年来,轻化工程专业人才培养中存在如下问题:①学生对专业认识存在片面性,不少新生认为轻化工程专业是高排放、高污染和高能耗的代名词,属于“三高”的夕阳产业,专业课学习兴趣低[1];②传统授课模式下,学生参与度低,自主学习意识浅薄,期末疲于死记硬背应付考试,易出现高分低能现象,表现为遇到工程技术相关问题时难以找到相应理论知识,无法高效解决[2];③专业课程的教案及教材内容迭代更新较慢,滞后于当前染整行业与其他学科高度交叉、深度融合的发展现状,学生所学知识内容较陈旧,落后于当前染整企业生产现状,难以与企业需求接轨[3];④当前“破五唯”背景下,科研项目和论文仍是教师职称晋升的重要参考指标,部分青年教师仅满足于完成规定的考核学时数,缺乏深度学习、静心提升教学质量的坚持,此外由于部分青年教师自身缺乏相应的工程背景和企业实践经验,也进一步加剧了授课质量的不确定性,进而影响专业人才培养质量的提升[4]。

我校(江南大学)轻化工程专业针对当下纺织行业对人才在专业理论、实践技能和创新能力等多方面的需求,参照教育部高等学校轻工类教学指导委员会“轻工类专业本科教学质量国家标准”,在本科教学中确定了培养目标。具体包括培养具有高尚理想情操和良好道德品质,具备数学、化学、化工及材料等方面的基础理论,掌握本专业相关行业的工艺原理及工程技术等专门知识,并且具有从事纺织化学与染整工程方向的工程技术、生产管理、质量控制、研究开发等基本能力,能在本专业及交叉学科领域相关的企事业单位、研究机构及院校等从事工程技术、质量控制、产品开发、商品检验、经济贸易、企业管理及教学科研等工作的高素质复合型人才。为实现上述培养目标,开展了人才培养模式改革探究,采用优化专业课程体系和内容构成、改进教学实施模式、优化考评体系等举措,提升轻化工程专业人才培养质量。

一、多学科交叉融合的专业课程体系与内容建设

传统的纺织品染整加工是借助纺织化学品进行纤维制品湿态加工,其专业课程体系以四大化学为基础,讲授“纤维化学”、“染料化学”、“染整助剂”和“染整原理与工艺”等课程。近年来,现代染整企业顺应“高效、绿色、循环、零碳”的发展要求,新合纤、新型纺织化学品、节能节水降耗生态染整技术已经在实际生产中得到广泛应用[5-6]。在轻化专业人才培养方案修订过程中,我校以生态染整加工为导向,通过与材料、环境、生物和数字化技术等学科交叉融合,丰富染整专业课程体系和内容,拓展学生的专业视野和提高学生的工程技能。

1.材料学科与轻化工程相互交叉夯实专业基础

轻化工程专业中的“纤维化学与物理”课程侧重于天然和化学纤维结构与性能的学习。培养方案修订时,在原有基础上增设“高分子化学与物理”课程,加深对高分子聚合反应类型、机理和聚合方法及聚合物分子运动、结构与性能等相关内容的讨论,夯实学生的纤维高分子知识基础,为后续新合纤制备与功能化改性提供知识储备;增设“生物质材料加工”课程,引导学生了解生物质材料概念及纤维素/木质素、甲壳素/壳聚糖、微生物聚羟基脂肪酸等材料的来源、制备以及改性加工,加深对大纺织的纵深认知[7];新增专业自主课程“纺织纳米材料”,让学生了解纳米材料性能、制备方法和纳米效应,掌握纳米材料作为新型纺织化学品在整理加工中的应用,为专业课理论学习和专业技能提升奠定良好的基础。

2.环境学科与轻化工程相互交叉践行生态加工

传统粗放型纺织品染整加工的耗水量大、生产能耗高、废水废气排放量大,不符合低碳可持续发展要求。课程体系建设中,将染整清洁生产、无水/少水染色方法、新型染整设备等融入课程内容,结合废水/废气处理中的资源循环再利用,让学生理解染整加工与环境学科的高度相关性[8-9]。将“环保概论”作为先导课程,通过交互式分析染整加工中高耗能与高污染节点,引导学生思考如何通过工艺优化,避免走“先污染后治理”的弯路;“染色废水处理”课程不仅聚焦于染整废水处理方法,而且让学生了解高比例中水回用的意义、方法和实施案例。以此为基础,在“染整工艺原理”课程教学中增加高效节能节水的低碳工艺剖析(如无盐染色、电化学染色、溶剂染色等)[10-11];在“染整设备”课程教学中,增加新型节能降耗型设备的结构与原理解析,引导学生主动思考染整生产中可实施的生态加工策略。

3.生物学科与轻化工程相互融合实现绿色染整

与传统纺织品化学加工相比,采用生物技术进行纤维制品练漂、染色和整理,具有高效专一、低能耗和少污染的特点。我校在生物工程、生物技术上具有学科优势,纺织科学与工程学院在纺织生物技术方向也开展了较多工作,这为基于轻化工程与生物技术交叉融合的课程建设提供了较好的条件。在专业自主课程“纺织生物技术”中,从生物酶结构与应用特性入手,阐述其在纺织品前处理中酶退浆、酶煮练、酶脱胶和酶法脱氧等方面的应用;探讨酶催化纤维原位生色的优缺点、酶法染色后处理与化学皂洗在提升染物色牢度及降低废水色度方面的功效差异;在纤维制品酶法功能化方面,分析酶法进行棉制品仿旧、羊毛制品酶法防缩、真丝制品酶法防皱及抗菌等加工的技术优势。尽管目前酶法较化学法加工的助剂成本略高,但能降低加工中的纤维损伤和环境不友好性,因此在绿色生物制造方向,生物酶在染整加工中仍有较广阔的应用前景[12]。通过纺织生物技术知识点的学习,可以帮助学生更好地理解学科间相互融合的意义。

4.数字化技术与轻化工程相互融合实现高效染整加工

纺织品染整加工中数字化技术指采用计算机辅助技术进行染整生产过程控制与质量管理,是提升产品品质、实现纺织品高效高质染整加工的重要辅助手段,内容涵盖范围较广。在人才培养方案修订过程中,设置“颜色科学及测配色应用”、“数字化印染技术”和“智能印染技术”三门数字化技术相关的专业选修课程。通过颜色科学基础知识的学习,建立单色样基础数据库,帮助学生熟悉配色原理与过程,有利于学生正确理解数字化技术对染色加工质量调控的重要作用;通过印花分色及制版技术、喷墨印花技术、自动给料系统和在线色光QC控制系统等内容的学习,结合实验观摩和染整数字工厂参观,强化学生对数字化技术在染整生产中实际应用的感性认识。学科交叉融合的学习过程,不仅拓展了学生的专业视野,也能引导学生树立正确的世界观、人生观和价值观,通过不断的延伸性学习培养学生的科学探索精神。

二、全员全程参与的递进式工程实践技能提升

工程教育认证标准和轻工类专业本科教学质量国家标准均对学生的综合能力、技术理论知识与实践操作相结合的运用能力提出了明确要求[13]。在轻化工程与多学科交叉融合的基础上,结合实验实训、创新计划等多种形式的实践性环节,提升学生的工程实践技能。新修订的人才培养方案中增加了实践总学分的占比,编排了形式多样的循序递进式专业实验实践。

1.三类专业实验课程循序推进

以专业教学实验室和校企研发基地为依托,建立与企业需求紧密结合的工程化实验课程教学体系。三类专业实验课程包括验证性实验课程、综合性实验课程和自我设计性实验课程,实验课程按学期先后循序推进,锻炼学生的工程实践技能。设计实验课程内容时,一方面注重实践内容与专业理论知识结合,另一方面强化内容编排贴近染整生产实际场景,加强与相关学科知识的交叉融合,努力提升学生的理论水平和实际操作能力。对于小部分校内实验条件难以满足的实验,构建轻化工程虚拟仿真实验,通过“虚实结合,以虚补实”的方式,弥补传统实验教学中的不足[14]。与验证性实验课程和综合性实验课程相比,自我设计性实验课程更能锻炼和提升学生的工程实践技能[15-16]。以培养方案中的“仿色打样综合实验”和“染整工艺设计实验”为例,这两门课程学时合计4周,安排在第7学期的结束阶段,两门课程的共同之处在于围绕所学专业知识设计某一染整产品的加工工艺,要求在实施中体现染整工艺的先进性、经济性和可靠性。

2.四类大创计划实现全员覆盖

大学生创新创业计划(简称“大创计划”)是指在指导教师协助下,学生围绕染整方向进行项目构思、可行性论证、任务分工和具体实施等,为具备创新潜能的学生提供了难得的科研训练实践机会[17]。新生入学后,可以通过教授团队主讲的“新生研讨课”了解各研究团队和专业教师的研究方向,为大创计划的申报提供参考。大二起所有学生通过申报和答辩,可入选四类大创计划(即国家级、省级、校级、院级大学生创新创业计划),按照既定研究内容和技术路线开展实验实践,实现了全员覆盖的大创实践。通过大创计划的实施,学生在专业教师的研究室或课题组开展工作,不仅锻炼了自身的动手能力,为毕业论文(设计)打下坚实基础,而且也为后续读研深造提供了科研技能训练的契机。上述实践课程改革的实施成效显著,目前不少学生在大一期间便积极联系相应的专业教师申报大创计划,充分利用课余时间进行沉浸式实验,逐步积累轻化工程与相关学科交叉融合的兴趣点,从而为后续就业、继续深造积累更多的工程实践技能和成果。

三、互动式教学模式实施与学习效果考核方式改革

课程教学中,通过专业知识与相关学科交叉融合提升专业内涵,拓展学生的专业视野;在实践教学中,通过循序渐进优化实验内容和实施大创项目,提升学生的实践技能。在教学过程中,如何合理实施“教” “学”“考”也是人才培养模式改革中需重点思考的内容。

传统专业课程教学过程侧重于教,学生只能被动地接受知识要点,学生参与度不高,缺少主观能动性。我校在人才培养模式改革过程中,强化了“以学为主” “全程学习”的模式,即课程教学中强调学生学习占据主动地位且贯穿课程始终,让学生课上有话说、课后有事做。以我校省级一流本科课程“染整工艺原理”为例,教师仅简要介绍纤维染整加工的原理及工艺方面的基本内容,涉及新材料染整工艺与生物技术、应用化学和数字化学科相交叉的新型染整技术相关的知识点则让学生课前准备,通过课堂上分组汇报的形式,开展师生交互讨论式教学,改变了过去学生只是围观听课的被动状态,实现了课堂上学生全程学习、教师对其学习全程考核。目前,我校轻化工程专业的省级、校级一流本科课程和卓越课程在成绩考核时,均要求学生课堂参与讨论部分的占比不得低于30%,期末考试卷面成绩占比不得超过总评的50%,实现了专业课程“教” “学” “考”一体化,极大地提升了学生课堂参与度和专业课程学习效果。

四、多学科融通的师资队伍建设与教学质量评价

基于多学科交叉融合的轻化工程专业染整方向人才培养模式改革,对教师队伍的组成也提出了较高要求。作为专业教师,必须通晓纺织品染整加工中纤维结构与特性、染整助剂、染整加工原理与工艺等理论知识,熟知企业纺织品染整生产现场设备、工序与工艺流程;还应具备在教学中将染整与其他学科知识进行适时交叉和深度融合的能力,提升学生课堂学习的获得感。目前的实际情况是不少工科类青年教师虽然具有高学历,但由于缺少染整方向的工程背景和企业实践经历,教学中表现为授课内容多局限于课本知识,难以对专业相关的工程实践案例进行较好的拓展解析。针对上述可能出现的情形,轻化工程专业在人才培养模式改革中,一方面进行专业核心课程、专业选修课程、专业自主课程和实验实践课程的教师队伍建设,通过组建课程组和实施青蓝工程计划,推进青年教师队伍建设,采用“老带新传帮带”,通过“一对一”的方式,促进青年教师改进教学方法,积累教学经验;另一方面,组织青年教师开展实践基地走访、横向项目合作等多种形式的活动,由此加强与纺织染整企业的联系,增强对染整生产现场的了解,提升自身的工程实践技能与教学水平。

教学质量评价是指对教师的学术业务水平、教学方法、教学态度等的评价,包括教师对专业课程的理论教学和实验实践内容的熟悉程度、课程重点和难点的教学实施方式等。近年来,学校层面加大了对教师本科教学质量的督促检查与反馈,具体举措包括网上在线巡课、视频回放查课、学生与督导评教、师风师德考核等多种方式。在职称晋升评审中,对于近5年内授课评教排名处于后50%的申报人实行一票否决制,最大程度上引导教师精心备课、潜心教学。

五、结语

针对当前工科专业本科教学及学生工程技能培养中普遍存在的问题,为实现宽口径、高素质、复合型轻化工程专业人才培养,进行了基于多学科交叉融合的染整方向人才培养模式改革。通过轻化工程与材料、环境、生物技术和数字化技术等学科的相互交叉融合,拓展学生的专业视野;结合全员全程参与的工程实践课程,递进式培养学生的工程实践技能和科研素养,构建满足社会需求的人才培养课程体系;通过互动式教学、全程考核等手段,培养学生的学习主动性和积极性;结合多学科融通的师资队伍建设和教学质量评价举措,推动轻化工程专业复合型工程人才技能提升。