新工科時代輕化工程專業(yè)新型工程教育信息化研究—以西安工程大學(xué)為例

師文釗，習(xí)智華，劉瑾姝，王雪燕，任 燕

（西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安 710048）

輕化工程專業(yè)中涉及的染整加工行業(yè)是傳統(tǒng)行業(yè)，常規(guī)紡織品附加值低，市場競爭激烈，具有新功能的產(chǎn)品開發(fā)投入費用大，企業(yè)對人才的需求日益提升。而在生態(tài)環(huán)保、綠色加工的行業(yè)發(fā)展背景下，新型紡織印染制造關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備、工藝、產(chǎn)品及其質(zhì)量評價等的研發(fā)及應(yīng)用，也給輕化工程專業(yè)工程教育教學(xué)帶來了巨大的壓力[1]。目前，輕化工程專業(yè)工程教育與行業(yè)企業(yè)實際生產(chǎn)加工有所脫節(jié)，所培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐能力與知識結(jié)構(gòu)水平契合程度一般，一定程度上制約了紡織印染專業(yè)工程教育的發(fā)展[2]。新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)與新業(yè)態(tài)異軍突起、迅猛發(fā)展需要大批跨學(xué)科交叉的新型卓越工程技術(shù)人才，高?，F(xiàn)行的工程教育信息化方法及內(nèi)容不能適應(yīng)新型卓越人才的培養(yǎng)[3]。

1 新型工程教育信息化研究的必要性

1.1 紡織工業(yè)“十三五”發(fā)展要求

針對“十二五”以來紡織工業(yè)創(chuàng)新型人才缺乏、綜合創(chuàng)新能力較弱等問題，紡織工業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016～2020年）[4]要求進一步發(fā)揮高等院校工程技術(shù)研究中心、重點實驗室等在紡織印染產(chǎn)業(yè)中的基礎(chǔ)型科學(xué)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)作用，大幅提升紡織印染綠色制造技術(shù)及應(yīng)用水平，研發(fā)低給液染色等關(guān)鍵技術(shù)；推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等在紡織印染行業(yè)融合應(yīng)用；開發(fā)新型印染生產(chǎn)線數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)，建立智能化印染連續(xù)生產(chǎn)車間和數(shù)字化間歇式染色車間，推動信息化技術(shù)在紡織生產(chǎn)、研發(fā)、管理等環(huán)節(jié)的運用。以上具體要求均為目前紡織印染專業(yè)人才培養(yǎng)帶來了新的挑戰(zhàn)。紡織類高校只有在紡織印染工業(yè)發(fā)展的大背景下，進一步研究并應(yīng)用新型工程教育信息化方法，才能及時應(yīng)對行業(yè)發(fā)展新要求，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)對新型工程技術(shù)人才的需求。

1.2 陜西省紡織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級需求

陜西省作為全國重要的紡織工業(yè)基地已經(jīng)有近60年的發(fā)展歷史，而作為陜西的傳統(tǒng)重要支柱產(chǎn)業(yè)，紡織工業(yè)對陜西省的經(jīng)濟與社會發(fā)展影響巨大[5]。但從1990年至今，受市場經(jīng)濟的快速發(fā)展和國家產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整等影響，陜西省紡織印染產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)鏈殘缺、企業(yè)生產(chǎn)成本增加、產(chǎn)品附加值低、人才流失嚴(yán)重等問題，明顯制約了陜西省紡織印染工業(yè)的發(fā)展。在“一帶一路”倡議的帶動下，作為絲綢之路的起點，陜西的紡織印染產(chǎn)業(yè)得到了難得的發(fā)展機遇[6]。在紡織產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的契機下，高校更應(yīng)借助新型信息化方法，為工程教育人才培養(yǎng)奠定堅實基礎(chǔ)。通過新型工程教育信息化研究和實踐，可為紡織印染產(chǎn)業(yè)進一步提高產(chǎn)業(yè)效率，滿足紡織印染產(chǎn)品差異化、小批量、多品種的生產(chǎn)需求，培養(yǎng)多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才，提供智力和人才支撐。

2 目前輕化工程專業(yè)工程教育信息化存在的問題

2.1 工程教育與行業(yè)企業(yè)脫節(jié)

2.1.1 教學(xué)設(shè)備滯后

紡織印染生產(chǎn)工藝流程長、設(shè)備種類繁多、工藝設(shè)計變換復(fù)雜，行業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，如低給液染色、針織物平幅連續(xù)加工等新型綠色染整加工，新型印染生產(chǎn)線數(shù)字化監(jiān)控系統(tǒng)、數(shù)控化印染主機裝備等自動化、數(shù)字化、智能化印染設(shè)備及生產(chǎn)，高效環(huán)保型漿料、染料及助劑等紡織化學(xué)品開發(fā)及應(yīng)用等技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用，促使行業(yè)企業(yè)不斷更新設(shè)備及技術(shù)以適應(yīng)市場需求，而高校工程教育受資金、場地等資源方面限制，教學(xué)設(shè)備多為小樣機、中樣機等，設(shè)備機型少，連續(xù)化印染加工設(shè)備間斷且系統(tǒng)性、加工單元前后一致性差，設(shè)備更新通常滯后于行業(yè)企業(yè)設(shè)備需求，從而導(dǎo)致專業(yè)工程教育實踐環(huán)節(jié)與實際生產(chǎn)加工不吻合，工程教育教學(xué)無法達到通識教育所要求的寬廣的知識面和專業(yè)教育所需要的尖端前沿科學(xué)要求，難以滿足行業(yè)技術(shù)發(fā)展對高校專業(yè)人才培養(yǎng)的要求。

2.1.2 教學(xué)資源脫節(jié)

紡織印染加工中高端裝備、高性能纖維、智能紡織品服裝的研究與制造是紡織產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級的重點，而目前輕化工程專業(yè)工程教育教學(xué)資源受限于現(xiàn)有培養(yǎng)方案、教學(xué)課時安排等，較多側(cè)重于理論知識的原理性介紹，雖有實際生產(chǎn)設(shè)備、工藝、產(chǎn)品及質(zhì)量控制等內(nèi)容的介紹，但仍欠缺新型綠色染整加工、智能化印染加工、智能制造關(guān)鍵技術(shù)等在實際生產(chǎn)加工中應(yīng)用的相應(yīng)教學(xué)素材和內(nèi)容。實際紡織印染加工產(chǎn)品種類繁多、工藝復(fù)雜、產(chǎn)品質(zhì)量評價體系不同，校內(nèi)教育教學(xué)內(nèi)容中多為基礎(chǔ)的、傳統(tǒng)的產(chǎn)品類型的加工工藝及原理，涉及的市場產(chǎn)品類型有限，無法較好地拓展學(xué)生對新技術(shù)、新產(chǎn)品的知識掌握，難以滿足行業(yè)企業(yè)對新產(chǎn)品開發(fā)等方面的需求。

2.2 工程教育信息化建設(shè)滯后

在“互聯(lián)網(wǎng)+”迅速發(fā)展時代背景下，信息技術(shù)同樣在紡織印染行業(yè)各個環(huán)節(jié)得以深入應(yīng)用，不斷促進生產(chǎn)加工模式智能化、精細(xì)化轉(zhuǎn)變，大數(shù)據(jù)、云平臺等催生出更多紡織印染加工新業(yè)態(tài)、新模式，紡織印染加工與信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)的深度融合對傳統(tǒng)工程教育人才培養(yǎng)提出了新挑戰(zhàn)。高校目前的教育教學(xué)大多仍以課堂教學(xué)為主，雖然近些年逐步發(fā)展了在線學(xué)習(xí)等方式，但主要集中在專業(yè)個別課程的建設(shè)上，且受培養(yǎng)方案及授課要求限制，信息化技術(shù)在教育教學(xué)中的實際應(yīng)用較少。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)早已不能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)新知識、新技術(shù)去解決新業(yè)態(tài)、新模式中問題的要求，更不能適應(yīng)行業(yè)企業(yè)對人才培養(yǎng)工程實踐能力、創(chuàng)新能力的新需求。另外，不少高校所進行的工程教育信息化平臺建設(shè)，管理模式大多是粗放式的，注重建設(shè)而不顧安全、注重硬件而不注重軟件、只關(guān)注數(shù)據(jù)采集而不考慮數(shù)據(jù)維護等[7]。

綜上所述，現(xiàn)有工程教育信息化手段難以適應(yīng)紡織印染產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的需求，輕化工程專業(yè)新型工程教育信息化改革是紡織印染產(chǎn)業(yè)工程教育發(fā)展亟需解決的關(guān)鍵問題。

3 輕化工程專業(yè)新型工程教育信息化建設(shè)措施

教育始終是陜西全面建設(shè)西部強省的重要支撐和標(biāo)志，但陜西省內(nèi)具有輕化工程染整方向本科學(xué)位授予權(quán)的單位只有西安工程大學(xué)，具有紡織化學(xué)與染整工程二級學(xué)科碩士學(xué)位授予權(quán)的單位也只有西安工程大學(xué)。西安工程大學(xué)輕化工程專業(yè)工程教育及人才培養(yǎng)發(fā)展對陜西省紡織印染產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、助推區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展具有重要意義。

針對以上工程教育信息化亟需解決的問題，西安工程大學(xué)輕化工程專業(yè)著手新型工程教育信息化的建設(shè)，通過紡織印染專業(yè)新型工程教育信息化研究與實踐更新擴充工程教育中相關(guān)與行業(yè)企業(yè)及時對接的知識體系、結(jié)構(gòu)及相應(yīng)教輔材料，為實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享、學(xué)生自主學(xué)習(xí)和交流、學(xué)習(xí)行為分析和教學(xué)持續(xù)改進，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化思維，提升信息技術(shù)應(yīng)用能力奠定了基礎(chǔ)。通過建設(shè)若干優(yōu)質(zhì)在線課程，研究工程實踐教學(xué)中虛擬仿真等信息技術(shù)的深度應(yīng)用，提高工程教育效率及教學(xué)效果。

3.1 研究開設(shè)特色在線開放課程，提高學(xué)生解決復(fù)雜工程問題能力

3.1.1 專業(yè)教師為主體

目前，以輕化工程專業(yè)在建在線精品資源共享課程為基礎(chǔ)，結(jié)合新工科背景，學(xué)院對工程教育提出的“新型”、“新生”、“新興”等概念，以引領(lǐng)專業(yè)和其他學(xué)科建設(shè)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，跨越原有產(chǎn)業(yè)和行業(yè)知識和能力培養(yǎng)界限，以工程教育認(rèn)證為契機，制定完善培養(yǎng)方案，優(yōu)化課程設(shè)置，針對專業(yè)主干課及專業(yè)選修課不同培養(yǎng)目標(biāo)，結(jié)合教師個人科研及在企業(yè)行業(yè)內(nèi)的實踐經(jīng)歷，從教學(xué)資源設(shè)計及建設(shè)、自主學(xué)習(xí)信息反饋機制設(shè)計及建設(shè)、課內(nèi)教學(xué)過程設(shè)計及建設(shè)、持續(xù)性考核評價體系改革等方面構(gòu)建符合新工科人才培養(yǎng)要求的新型翻轉(zhuǎn)課堂新模式，探索面向復(fù)雜工程問題的課程模式。

結(jié)合所構(gòu)建新型翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，開設(shè)符合新工科要求的在線開放課程如《染整工藝原理》、《毛織物染整》、《染色物理化學(xué)》、《紡織品染整概論》等。結(jié)合不同課程培養(yǎng)目的與要求，以產(chǎn)業(yè)發(fā)展為導(dǎo)向，凝練重點、難點知識，構(gòu)建知識點框架導(dǎo)圖、拓展性問題設(shè)計、測試題庫等，以學(xué)校現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺為依托，將所建設(shè)教學(xué)材料上傳以供學(xué)生首先進行線上學(xué)習(xí)?；诰W(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺現(xiàn)有在線交流、評測及文件共享工具，對學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程進行識別跟蹤，及時提取學(xué)生存在的問題為線下課堂教學(xué)設(shè)計提供依據(jù)。老師根據(jù)線上學(xué)習(xí)存在的問題，按照學(xué)生自學(xué)學(xué)習(xí)情況對學(xué)生進行分組，根據(jù)企業(yè)現(xiàn)有印染加工流程、案例及產(chǎn)品等構(gòu)建課堂情景，采用角色扮演、案例教學(xué)等方法，分配研究項目，以學(xué)生小組討論為主，根據(jù)學(xué)生討論興趣點引導(dǎo)學(xué)生進一步進行課外深入探討和學(xué)習(xí)。采取過程性評價和總結(jié)性評價兩種方式對教學(xué)過程進行評價分析，持續(xù)性記錄教學(xué)行為，檢驗師生發(fā)展水平[8]。

通過信息化技術(shù)在學(xué)生學(xué)習(xí)中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生思維獨立性和學(xué)習(xí)自主性，提高學(xué)生信息化學(xué)習(xí)的能力，充分發(fā)揮學(xué)生個性特長，促進個性化學(xué)習(xí)。利用線上、線下相結(jié)合的教學(xué)模式，在課程有限的時間內(nèi)更有效的培養(yǎng)學(xué)生分析和解決紡織印染加工復(fù)雜工程問題的能力和創(chuàng)新能力。同時，促進教師角色轉(zhuǎn)變，使教適應(yīng)學(xué)，教輔助學(xué)，教服務(wù)學(xué)，提高教師自身教育信息化素養(yǎng)，為培養(yǎng)服務(wù)國家產(chǎn)略、滿足產(chǎn)業(yè)需求及面向未來發(fā)展的工程人才奠定知識基礎(chǔ)，發(fā)揮學(xué)校對區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的支撐作用。

3.1.2 企業(yè)工程技術(shù)人員為主體

依托陜西省大學(xué)生校外創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育實踐基地，以目前與學(xué)校簽訂校企合作協(xié)議的企業(yè)為試點，從行業(yè)發(fā)展及企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營實際出發(fā)，結(jié)合企業(yè)內(nèi)部員工培訓(xùn)相關(guān)流程、內(nèi)容及要求，企業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員針對自己所在崗位就職所需知識及能力儲備，收集資料、整理歸納，可在在校教師協(xié)助下，制作以工程技術(shù)人員為主體的視頻資源，包含實際生產(chǎn)中產(chǎn)品加工流程、設(shè)備運行、質(zhì)量評價等各環(huán)節(jié)具體內(nèi)容，并將其與相關(guān)在線開放課程結(jié)合，豐富學(xué)生在校內(nèi)工程教育的專業(yè)實踐知識積累，發(fā)揮行業(yè)企業(yè)在工程教育中的重要作用，使行業(yè)企業(yè)從原有被動的接受學(xué)校輸送的人才到主動參與學(xué)校的工程教育，促進工程教育目標(biāo)清晰、內(nèi)容更新，真正服務(wù)于行業(yè)企業(yè)。

3.2 建設(shè)應(yīng)用虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，強化學(xué)生綜合創(chuàng)新設(shè)計能力

紡織產(chǎn)品的多樣化使企業(yè)對學(xué)生的專業(yè)知識與實踐能力要求不斷提高，西安工程大學(xué)地處西北，專業(yè)工程教育過程與企業(yè)、市場對接反應(yīng)遲緩。因此，在紡織印染專業(yè)工程教育中引入仿真技術(shù)可降低教學(xué)成本，提高教學(xué)水平。

西安工程大學(xué)輕化工程專業(yè)通過解析“跨時空、多環(huán)節(jié)、連續(xù)式、不可逆、大信息量”的印染加工工藝流程及生產(chǎn)環(huán)節(jié)并進行原理抽象，應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，立足自主研發(fā)，建成輕化工程專業(yè)虛擬仿真教學(xué)實驗平臺，根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和課程設(shè)置，從專業(yè)基礎(chǔ)知識和創(chuàng)新設(shè)計能力兩個層面服務(wù)工程教育。該平臺包括染整工藝3D仿真、設(shè)備原理（動畫）與結(jié)構(gòu)展示、分析過程仿真及大型分析儀器等多個模塊，并對紡織品前處理、染色、印花機后整理加工完整流程、設(shè)備及質(zhì)量評價等內(nèi)容進行仿真。按照實際工廠布局建筑等要求，構(gòu)建虛擬工廠，包括產(chǎn)房、生產(chǎn)平臺及質(zhì)量評價單元等。通過動態(tài)效果的3D模型，呈現(xiàn)出產(chǎn)品在設(shè)備中的實際生產(chǎn)狀態(tài)，遵循設(shè)備運行的工作原理，構(gòu)建實際生產(chǎn)設(shè)備的運行三維動態(tài)圖、工作系統(tǒng)圖、主要設(shè)置組成圖、主要結(jié)構(gòu)剖面圖及工作原理圖等，并制作了代表性設(shè)備半剖視3D模型，可通過模擬拆裝操作，呈現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部織物、物料及介質(zhì)等的運行狀態(tài)，更貼切地模擬出印染工廠實際生產(chǎn)的過程及環(huán)境。

通過以上虛擬仿真工廠的建立，學(xué)生可通過實際操作在工廠全流程3D生產(chǎn)場景中以第一人稱視角進行查看，并結(jié)合與實際生產(chǎn)產(chǎn)品加工流程完全一致的“任務(wù)學(xué)習(xí)型”引導(dǎo)操作，通過已設(shè)計好的學(xué)習(xí)任務(wù)，按照指導(dǎo)完成實際生產(chǎn)中的專業(yè)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)。通過染整加工單元操作設(shè)備實驗項目及大型分析儀器模塊的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對工藝過程的主要指標(biāo)進行控制調(diào)節(jié)，學(xué)生利用該教學(xué)平臺可進行單機訓(xùn)練，也可借助局域網(wǎng)在教師指導(dǎo)下進行相關(guān)操作訓(xùn)練，將學(xué)生培養(yǎng)成為“實用型”、“適用性”人才，更順利地融入工作崗位，改造和新建一些實驗課程和實驗內(nèi)容，充分發(fā)揮特色專業(yè)的優(yōu)勢，使學(xué)生接觸更多與本專業(yè)相關(guān)的前沿研究，掌握新型印染技術(shù)，不拘泥于書本內(nèi)容，拓寬學(xué)生的知識面并培養(yǎng)獨立研究問題的能力[9]。

4 輕化工程專業(yè)新型工程教育信息化建設(shè)的創(chuàng)新

4.1 更新完善教學(xué)資源，行業(yè)企業(yè)角色變化

結(jié)合新工科對工程教育提出的新要求，對現(xiàn)有與行業(yè)企業(yè)發(fā)展脫節(jié)的知識、能力教育教學(xué)環(huán)節(jié)進行更新完善，使知識體系等教學(xué)資源滿足行業(yè)發(fā)展要求。行業(yè)企業(yè)變被動接納到主動參與教育培養(yǎng)，更有目的性、針對性和時效性，切實發(fā)揮行業(yè)企業(yè)應(yīng)有的作用。

4.2 結(jié)合虛擬仿真平臺，改革工程教育信息化方法

利用現(xiàn)有在建的虛擬仿真實驗教學(xué)平臺，結(jié)合開發(fā)的在線開放課程，采取“遠(yuǎn)程虛擬仿真和虛實結(jié)合仿真”兩種教學(xué)方式相結(jié)合，解決了印染加工實際生產(chǎn)過程的連續(xù)式、高成本、不可逆以及傳統(tǒng)實踐實訓(xùn)環(huán)境中不能實際動手操作的難題，避免了實訓(xùn)設(shè)備對操作條件的限制，彌補了高成本、大型綜合實踐現(xiàn)實設(shè)備的缺失與不足，為學(xué)生提供了安全、綠色的實踐訓(xùn)練平臺，實現(xiàn)了教師與學(xué)生網(wǎng)絡(luò)互動以及學(xué)生學(xué)習(xí)可視化、教師考評標(biāo)準(zhǔn)化、高效化。

5 結(jié)語

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，針對新工科領(lǐng)域，西安工程大學(xué)輕化工程專業(yè)通過建設(shè)一批優(yōu)質(zhì)在線課程、探索工程實踐教學(xué)中虛擬仿真等信息技術(shù)的深度應(yīng)用，獲得了優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享、學(xué)生自主學(xué)習(xí)和交流、學(xué)習(xí)行為分析和教學(xué)持續(xù)改進的效果，順應(yīng)未來高校教育信息化發(fā)展的趨勢，對提高工程教育效率和教學(xué)效果，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化思維、提升信息技術(shù)應(yīng)用能力有著重要的作用。