“紡織新材料”課程中教學(xué)與科研相結(jié)合探索

徐思峻　姚理榮　孫啟龍

【摘 要】文章通過向?qū)W生展示最新的科研成果和最新的纖維材料，并參與到科學(xué)研究中來，直觀感受到纖維材料的性能和開發(fā)原理，不僅能夠充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)主動性提高學(xué)生的知識的高度，而且能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造潛能。

【關(guān)鍵詞】教學(xué)；科研；課程改革

中圖分類號： TS10-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）08-0183-002

Exploration of Combination of Teaching and Scientific Research in "New Textile Materials" Course

XU Si-jun YAO Li-rong SUN Qi-long

（College of Textiles and Clothing， Nantong University， Nantong， Jiangsu 226019， China）

【Abstract】The article presents students with the latest scientific research results and the latest fiber materials， and participates in scientific research. It intuitively feels the performance and development principles of fiber materials. It not only can fully mobilize students interest in learning and initiative to improve students. The height of knowledge， but also to stimulate students creative potential.

【Key words】Teaching； Scientific research； Curriculum reform

教育教學(xué)和科學(xué)研究是高等院校自然科學(xué)和人文科學(xué)的兩大核心任務(wù)[1]。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)突破式發(fā)展，新技術(shù)和新知識的更新速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往任何一個(gè)時(shí)代。同樣，對于紡織科學(xué)，近年來也出現(xiàn)了大量的新材料、新技術(shù)和新設(shè)備。大大提升了傳統(tǒng)紡織業(yè)的科技含量和競爭力。當(dāng)前，紡織新材料相關(guān)教材更新速度無法追趕科技進(jìn)步速度，很多新材料未能及時(shí)補(bǔ)充。這就要求高校教師在教學(xué)過程中引入科研內(nèi)容，將最新的科研成果帶給學(xué)生，刷新學(xué)生的知識，提高學(xué)生的對新材料認(rèn)識的深度、廣度和發(fā)展趨勢[2]。另一方面通過展示目前實(shí)驗(yàn)室超前的新材料技術(shù)，甚至引導(dǎo)學(xué)生參與到紡織新材料的科學(xué)研究中，提高學(xué)生的眼界和創(chuàng)新能力。這也要求高校教師不僅是一名淵博知識的學(xué)者而且是具有較強(qiáng)研究能力的研究者[3]。紡織新材料是紡織服裝專業(yè)學(xué)生技術(shù)方向必修的一門專業(yè)性基礎(chǔ)課程。本課程的特點(diǎn)是跨學(xué)科性和專業(yè)性強(qiáng)，知識更新速度快，實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)生對于諸多新型紡織材料特征和性能難以有直觀的認(rèn)識。本文將從教學(xué)與科學(xué)研究相結(jié)合的角度探討如何提高專業(yè)課程的教學(xué)效果。

1 課程開展的難點(diǎn)及問題

新型纖維材料學(xué)是一門涉及到物理、化學(xué)、機(jī)械、電子、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科交叉的課程。該課程是在紡織材料學(xué)的基礎(chǔ)上的對新型纖維材料基本性能進(jìn)行全面詳細(xì)的介紹。隨著國內(nèi)高端紡織的不斷推進(jìn)，學(xué)生僅僅掌握傳統(tǒng)纖維材料已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)今社會對學(xué)生能力的要求。通過高性能高技術(shù)纖維相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，不僅能夠拓寬學(xué)生視野，而且能夠提升學(xué)生專業(yè)創(chuàng)新能力，從而適應(yīng)未來崗位高端產(chǎn)品研究與開發(fā)的需求。同時(shí)，通過新材料制備原理與工藝的學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，為未來產(chǎn)品開發(fā)奠定基礎(chǔ)。最后，通過新型纖維材料的學(xué)習(xí)，能夠?yàn)槠渌麑I(yè)課程如產(chǎn)業(yè)用紡織品、復(fù)合材料學(xué)提供學(xué)習(xí)基礎(chǔ)。本課程的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一在于新型纖維材料課程的跨學(xué)科性，課程所涉及的物理學(xué)尤其是晶體學(xué)、高分子化學(xué)等知識難度較大，紡織類學(xué)生在物理和化學(xué)方面僅具有基礎(chǔ)知識，理解難度大。二、課程抽象性。對于傳統(tǒng)纖維，學(xué)生在日常生活中經(jīng)常接觸到。對天然纖維和滌綸為代表的化學(xué)纖維有直觀的認(rèn)識。而對于新型纖維，接觸較少，難以有直觀深入的認(rèn)識。三、合成與紡絲工藝復(fù)雜，知識枯燥。對于高性能纖維如碳纖維、高強(qiáng)高模聚乙烯纖維、芳綸等高技術(shù)纖維合成和制備工藝極為復(fù)雜，核心技術(shù)仍然被國外壟斷，如何生動形象的將上述知識展示給學(xué)生的是本課程的難點(diǎn)之一。最后，本課程與實(shí)際生產(chǎn)聯(lián)系極為緊密。例如高強(qiáng)高模聚乙烯纖維是當(dāng)今防彈衣的首選材料，其防彈性能遠(yuǎn)高于其他材料，如何直觀展示其成本以及性能是學(xué)生理解的關(guān)鍵，也是學(xué)生是否能夠深刻理解的關(guān)鍵。

2 科學(xué)研究在教學(xué)中作用

教學(xué)與科研是相輔相成的整體。課堂知識來源于科研，又可以促進(jìn)學(xué)科研究。科研在教學(xué)中的主要作用主要有以下幾點(diǎn)。第一，科研可以提升教師的知識水平，從而服務(wù)于教學(xué)。第二，科學(xué)研究可以讓教師掌握最新的前沿技術(shù)，敏銳把握到當(dāng)前的科技發(fā)展趨勢，從而通過補(bǔ)充資料的形式傳授給學(xué)生，提高學(xué)生認(rèn)識的深度和廣度，啟發(fā)學(xué)生的思維敏銳性和創(chuàng)造性。第三，科學(xué)研究產(chǎn)生的成果可以第一時(shí)間展示給學(xué)生，讓學(xué)生有直觀的認(rèn)識。第四，學(xué)生可以通過參觀實(shí)驗(yàn)室甚至參與到研究中，提高學(xué)生的分析能力和創(chuàng)造能力。

3 科學(xué)研究在教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 在科研工作中提煉教學(xué)內(nèi)容

紡織新材料與紡織材料學(xué)有所不同。紡織材料學(xué)側(cè)重于紡織材料基本材料和基本理論。而紡織新材料則側(cè)重于新型纖維。這些纖維材料在某些物理化學(xué)性能上顯著優(yōu)于普通纖維。例如天然纖維中的彩棉，具有普通棉所不具有的色彩。芳綸具有極為優(yōu)異的阻燃性能和優(yōu)異的力學(xué)性能。近年來，芳綸更是發(fā)展出了力學(xué)性能接近高強(qiáng)高模聚乙烯纖維的種類。新型纖維材料加工生產(chǎn)機(jī)理也顯著不同于一般纖維。其制備方法復(fù)雜甚至有的纖維材料制備工藝仍處于為未公開狀態(tài)或者國內(nèi)尚未解決狀況。另外，新型纖維并不是完美無瑕，也存在諸多缺陷。例如，高強(qiáng)高模聚乙烯纖維雖然強(qiáng)力很高，但是耐熱性能不好。芳綸1414雖然力學(xué)性能和阻燃性能優(yōu)異，但是耐光照性不好。這就要求教師首先是新型纖維材料的研究者。熟悉新型纖維材料，接觸并經(jīng)常研究新型纖維材料，與相關(guān)企業(yè)具有合作關(guān)系，能夠了解目前國內(nèi)外市場纖維材料的狀況。只有這樣才不會霧里看花。

在科研工作中提煉教學(xué)內(nèi)容包括以下內(nèi)容。第一，課程中未能及時(shí)補(bǔ)充的新型纖維。這些新型纖維往往具有比前代纖維更為優(yōu)異的性能，是行業(yè)尚未了解到但應(yīng)用潛力極大的纖維材料。通過這部分資料的補(bǔ)充能夠顯著提升學(xué)生知識的前沿性。第二，原有新型纖維的研究進(jìn)展。例如碳纖維是國防軍工領(lǐng)域重要的高性能纖維材料。碳纖維質(zhì)量不到鋼材的1/4，其復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度是鋼的7倍以上。拉伸模量也高于鋼材。實(shí)際上，碳纖維的力學(xué)性能一直在改進(jìn)。以東麗公司為例，早期東麗推出的T300系列，拉伸強(qiáng)度為3530Mpa，拉伸模量為230GPa，而目前東麗開發(fā)的T1000系類碳纖維拉伸強(qiáng)度可達(dá)6370Mpa，是鋼材的10倍以上，拉伸模量達(dá)294GPa（Q345B鋼材為345MPa）。國內(nèi)目前中復(fù)神鷹可以生產(chǎn)的T800系類穩(wěn)定率在90%，與國外仍有一定差距。由于教材更新速度的問題，上述進(jìn)展很難第一時(shí)間編撰的教材中。另外，目前出版的幾種關(guān)于新型纖維材料的書籍對碳纖維主要性能指標(biāo)以及市場形勢僅作了籠統(tǒng)介紹。而這些內(nèi)容對開拓視野，明晰碳材料的基本面貌有很大幫助。相比于概述性介紹，這些內(nèi)容可以以視頻數(shù)據(jù)的形式展示，提高課堂的趣味性和含金量。

3.2 在科研工作中收集教學(xué)素材

教師在科學(xué)研究中除了更新新知識新理論，還要收集新型纖維樣品及其制品、圖片、視頻等教學(xué)素材。纖維新材料學(xué)作為工程類課程，與生產(chǎn)應(yīng)用密不可分，文字性知識往往無法將纖維材料的性能特點(diǎn)直觀的展現(xiàn)給學(xué)生。例如天然材料具有普通棉纖維不具有的特殊的色彩，但其色彩較為古樸，色系單一。這是因?yàn)椴拭薜纳卮嬖谟诩?xì)胞壁中，其色彩要經(jīng)過多層反射和折射才能到達(dá)人眼，因此其色彩偏朦朧感，光澤偏淡，而這種感覺是無法用語言來形容。學(xué)生即使將兩種纖維特點(diǎn)記住，遇到染色織物和天然彩棉織物也未必能夠區(qū)分開來。相反如果將材料樣品直接交由學(xué)生自己觀察，并得出兩者之間的區(qū)別，則更為直觀生動，也更夠激發(fā)學(xué)生主動概括歸納知識的能力。高性能纖維如高強(qiáng)高模聚乙烯纖維可用于防割刺服裝，其性能遠(yuǎn)超普通化學(xué)纖維織物。如果僅僅比較兩者耐割刺數(shù)據(jù)，對學(xué)生來說沒有任何概念。教師可以學(xué)生進(jìn)行分組，將防割刺面料發(fā)給每一組，利用小刀進(jìn)行割刺實(shí)驗(yàn)（保證安全的情況下），將普通面料與防割刺面料區(qū)分開來。另外也可以將高模聚乙烯纖維、普通天然纖維和滌綸絲束發(fā)給學(xué)生，讓學(xué)生分析防割刺性能強(qiáng)的原因。同樣，向?qū)W生展示高模聚乙烯纖維制防彈衣的打靶彈孔，也能直觀的像學(xué)生展示其防彈性能。當(dāng)然除了樣品展示外，圖片和視頻也是展示該課程的良好手段，這對于纖維制備方法和原理相關(guān)的知識尤為有效。高性能纖維制備方法往往過程復(fù)雜，加工設(shè)備較多，利用圖片、視頻等展示現(xiàn)場生產(chǎn)過程往往起到將知識化繁為簡的效果。

3.3 學(xué)術(shù)專題講座

隨著國內(nèi)科學(xué)技術(shù)的長足進(jìn)步，材料學(xué)研究水平與國外基本處于同一水平。國內(nèi)關(guān)于紡織新材料研究涉及到新型纖維的各個(gè)領(lǐng)域。相關(guān)的研究者是各自領(lǐng)域的專家，對相應(yīng)方向具有深刻的理解。我院教師研究范圍覆蓋了當(dāng)先新型纖維材料制備與應(yīng)用的主要研究方向，為學(xué)術(shù)專題講座的開展提供了可能。另外，也可以定期邀請國內(nèi)其他高校的同行進(jìn)行專題講座。講座的形式可以分為課內(nèi)講座和課外講座。課內(nèi)講座的好處在于研究者可以針對教學(xué)內(nèi)容編排合理的教學(xué)內(nèi)容，更適合于知識的傳授，另外師生可以面對面交流，互動效果較好，缺點(diǎn)是會占用課堂大量時(shí)間。課外講座是開放性的學(xué)術(shù)性講座，不用占用學(xué)生時(shí)間，學(xué)生具有自主選擇權(quán)，但講授內(nèi)容往往具有較強(qiáng)的學(xué)術(shù)性，理解難度較大。隨著網(wǎng)絡(luò)課程的興起，利用手機(jī)客戶端學(xué)習(xí)越來越成為學(xué)生喜愛的學(xué)習(xí)方式。學(xué)術(shù)專題講座也可以通過微課的形式作為補(bǔ)充上傳到網(wǎng)絡(luò)上供學(xué)生學(xué)習(xí)。教師可以和本學(xué)院其他老師合作，根據(jù)個(gè)自研究的領(lǐng)域做出相應(yīng)的微課課程，經(jīng)核對后上傳供學(xué)生學(xué)習(xí)。

3.4 參與學(xué)術(shù)研究課題

新材料包括尚未成熟的新材料都由實(shí)驗(yàn)室而來。學(xué)生通過進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)，能夠從源頭上感受到纖維新材料的特性，并能夠在實(shí)際操作過程中，鍛煉自己的創(chuàng)新能力和解決問題的能力。纖維新材料加入學(xué)術(shù)研究的方式有兩種。第一種在課內(nèi)安排實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，在新材料中選取集特性材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括纖維物理化學(xué)性能測試，基于新型纖維的特種材料設(shè)計(jì)以及前沿新型纖維開發(fā)研究。其中，最后一部分內(nèi)容與研究生工作內(nèi)容類似，可由研究生共同參與完成。第二，鼓勵(lì)學(xué)生加入課題組，通過系統(tǒng)性研究培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識的升華與創(chuàng)新能力的提高。該種方式可以直接和畢業(yè)課題結(jié)合。第二種方式需要學(xué)院建立鼓勵(lì)本科生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的長效機(jī)制，形成學(xué)習(xí)與研究相結(jié)合的教學(xué)機(jī)制。

4 結(jié)論

將學(xué)術(shù)研究引入到教學(xué)環(huán)節(jié)中，要求教師具有較高的研究能力和教學(xué)熱情。與本學(xué)科同行建立良好的學(xué)術(shù)關(guān)系，注意收集教學(xué)素材，通過老師間的合作，建立起一種長效的合作教學(xué)機(jī)制。課程教師定期更新教學(xué)內(nèi)容，補(bǔ)充教學(xué)素材。通過樣品展示，圖文視頻等資料激發(fā)學(xué)生興趣。通過翻轉(zhuǎn)課堂、微課等形式將教學(xué)內(nèi)容形象的引導(dǎo)并傳授給學(xué)生。最后，設(shè)立學(xué)術(shù)講座，鼓勵(lì)學(xué)生參與到新材料的研究中來，實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用，提高學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)造力?？傊?，通過學(xué)術(shù)與教學(xué)的相互結(jié)合能夠充分發(fā)揮教師研究者的特長，是避免學(xué)生學(xué)習(xí)形而上學(xué)弊端的有效手段。

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