工程教育專業(yè)認(rèn)證背景下“染整工藝與原理B”課程教學(xué)改革探索

王懷芳, 郝龍?jiān)? 柳榮展, 劉 杰, 蔣之銘

(青島大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,山東 青島 266071)

工程教育專業(yè)認(rèn)證是國(guó)際通行的工程教育質(zhì)量保障制度,是實(shí)現(xiàn)工程教育、工程師資格國(guó)際互認(rèn)的重要基礎(chǔ)。其三大基本理念是學(xué)生為中心、成果導(dǎo)向與持續(xù)改進(jìn),認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)以培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問(wèn)題能力為核心要求。認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的“12條畢業(yè)要求”中有10條提到了“復(fù)雜工程問(wèn)題”,除了專業(yè)能力外,還對(duì)工程素養(yǎng)和發(fā)展能力做了要求,既要求學(xué)生具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)以及分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力,又要求學(xué)生具有一定的社會(huì)責(zé)任感,遵守職業(yè)規(guī)范,并且還要有人際溝通、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和項(xiàng)目管理等能力。

在以學(xué)生畢業(yè)能力為產(chǎn)出導(dǎo)向的教育理念中,所有這些畢業(yè)要求的達(dá)成最終要通過(guò)課程學(xué)習(xí)來(lái)落實(shí)。課程教學(xué)是實(shí)現(xiàn)專業(yè)認(rèn)證的最基本環(huán)節(jié),也是最直接手段[1]。課程質(zhì)量是決定高校教育教學(xué)質(zhì)量的首要因素,是高等院校人才培養(yǎng)的關(guān)鍵,所有高等教育改革的理念和思想,最終都要落實(shí)到課程建設(shè)中,并通過(guò)課程的實(shí)施來(lái)實(shí)現(xiàn)[2-3]。

“染整工藝與原理”是高校輕化工程專業(yè)(染整方向)的核心課程,一般分為兩部分內(nèi)容,以兩門(mén)課程的形式出現(xiàn)在專業(yè)培養(yǎng)方案中。第一部分是紡織品前處理和后整理的基本原理及工藝,第二部分是各類染料及不同纖維的染色和印花原理及工藝,這部分內(nèi)容對(duì)應(yīng)于我校(青島大學(xué))輕化工程專業(yè)的“染整工藝與原理B”課程。近年來(lái),該課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)以工程教育認(rèn)證理念為指導(dǎo),針對(duì)課程特點(diǎn),通過(guò)重構(gòu)教學(xué)目標(biāo)、梳理教學(xué)內(nèi)容,建立以學(xué)為中心的混合式教學(xué)模式,并結(jié)合思維導(dǎo)圖復(fù)習(xí)等方法,對(duì)“染整工藝與原理B”課程教學(xué)進(jìn)行改革,取得了一定的教學(xué)成果。

一、重構(gòu)課程教學(xué)目標(biāo)

按照OBE(Outcome based education,成果導(dǎo)向教育)教育理念,課程目標(biāo)是成果導(dǎo)向的關(guān)鍵點(diǎn),決定著教師對(duì)教學(xué)方法的運(yùn)用和教學(xué)資源的利用。在“染整工藝與原理B”課程教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)合我校輕化工程專業(yè)培養(yǎng)方案,從培養(yǎng)目標(biāo)入手,構(gòu)建了多層級(jí)的課程教學(xué)目標(biāo)。

1.知識(shí)目標(biāo)

學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)掌握染色基本理論,包括染色熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)基本理論,以及各類染料、各類紡織品的染色印花原理和工藝。

2.能力目標(biāo)

學(xué)生通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)能夠根據(jù)原理對(duì)各類紡織品的染色和印花工藝進(jìn)行設(shè)計(jì),并掌握發(fā)現(xiàn)、分析和解決工藝問(wèn)題的能力。同時(shí)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新興趣,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

3.素質(zhì)目標(biāo)

隨著“新工科”建設(shè)的推進(jìn)和工程教育專業(yè)認(rèn)證工作的逐步深入,結(jié)合課程思政要求以及專業(yè)和行業(yè)特點(diǎn),設(shè)置素質(zhì)目標(biāo),讓學(xué)生了解傳統(tǒng)文化,增強(qiáng)文化自信,培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感,激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。

二、課程教學(xué)思路設(shè)計(jì)

“染整工藝與原理B”課程既包括抽象的染色理論,也包括各類染料的染色印花原理及工藝。課程內(nèi)容陳述性強(qiáng),染料及纖維品種多,每種染料或纖維又具有多種染色和印花工藝,因此知識(shí)點(diǎn)繁雜、散亂;課程應(yīng)用性強(qiáng),需要學(xué)生具有應(yīng)用基本理論,發(fā)現(xiàn)、分析和解決工藝問(wèn)題的能力。因此,多年來(lái),課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)依據(jù)OBE原則,圍繞課程教學(xué)目標(biāo),基于課程內(nèi)容特點(diǎn)及授課對(duì)象對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行梳理并設(shè)計(jì)教學(xué)思路,形成了“一條主線,兩個(gè)維度”的模式,培養(yǎng)學(xué)生建立系統(tǒng)的知識(shí)體系?！耙粭l主線”是指“結(jié)構(gòu)決定性能”, “兩個(gè)維度”是指“原理”和“工藝”。

1.以“結(jié)構(gòu)決定性能”為主線進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)

“結(jié)構(gòu)決定性能”是化學(xué)類學(xué)科的靈魂,結(jié)構(gòu)是決定物質(zhì)性能的內(nèi)在因素,物質(zhì)所表現(xiàn)出的某種性能必定存在與之對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。因此,染料的“結(jié)構(gòu)”決定其“染色性能”,纖維的“結(jié)構(gòu)”決定其“染色性能”。在“染整工藝與原理B”課程之前,學(xué)生已學(xué)過(guò)“高分子物理及化學(xué)” “纖維化學(xué)與物理” “染料化學(xué)”等專業(yè)基礎(chǔ)課程,對(duì)染料結(jié)構(gòu)、纖維結(jié)構(gòu)以及它們的基本性能都有了較深刻的認(rèn)識(shí)。因此,在該課程教學(xué)過(guò)程中,始終引導(dǎo)學(xué)生以“結(jié)構(gòu)決定性能”為主線,分別從染料的“結(jié)構(gòu)”和纖維的“結(jié)構(gòu)”入手,分析不同染料對(duì)特定纖維的“染色性能”。

“一條主線”教學(xué)思路的設(shè)計(jì)與實(shí)踐,讓學(xué)生感覺(jué)是用已有知識(shí)結(jié)構(gòu)“吸附”新知識(shí),從而對(duì)課程學(xué)習(xí)有較強(qiáng)的把控感,拉近學(xué)生和課程的距離。例如,在染色理論部分,不同種類的染料結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)著不同的溶解、電離和聚集特性,而纖維結(jié)構(gòu)的不同對(duì)應(yīng)著不同的溶脹和電化學(xué)性質(zhì),“染料結(jié)構(gòu)”和“纖維結(jié)構(gòu)”共同決定了染色過(guò)程能否進(jìn)行以及進(jìn)行的程度和速度,這也是染色理論的基本內(nèi)容。在“直接染料染色”部分,利用“結(jié)構(gòu)決定性能”的思想,引導(dǎo)學(xué)生回顧已學(xué)過(guò)的“直接染料結(jié)構(gòu)”和“纖維素結(jié)構(gòu)”:直接染料含有磺酸基或羧基陰離子水溶性基團(tuán),分子較大,有線性、共平面性的結(jié)構(gòu),分子結(jié)構(gòu)中含有可與纖維素的羥基形成氫鍵的基團(tuán);纖維素分子有較好的線性,入水后帶負(fù)電荷。引導(dǎo)學(xué)生分析直接染料對(duì)纖維素纖維的染色性能,包括:可直接上染的直接性,非定位吸附,上染過(guò)程可以用弗萊因德利胥型吸附等溫線進(jìn)行分析;直接染料帶負(fù)電荷,纖維素纖維在水溶液中也會(huì)帶上負(fù)電荷,兩者之間存在斥力,需要用鹽促染;不同直接染料的直接性不同,帶電荷不同,決定著直接染料的染色牢度、勻染性和染色影響因素。

2.梳理整合教學(xué)內(nèi)容至“原理”和“工藝”兩個(gè)維度

根據(jù)多層級(jí)的教學(xué)目標(biāo),要求學(xué)生學(xué)習(xí)“染整工藝與原理B”課程后不但具有扎實(shí)的理論基礎(chǔ),而且具有設(shè)計(jì)工藝、發(fā)現(xiàn)和解決工藝問(wèn)題的能力。因此,在教學(xué)實(shí)踐中,將不同染料對(duì)紡織品染色印花部分內(nèi)容分解成“原理”和“工藝”兩個(gè)維度,堅(jiān)持以“原理”為基礎(chǔ),以“工藝”為目標(biāo),培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)工藝,發(fā)現(xiàn)、分析和解決“工藝”問(wèn)題的能力。雖然染色印花的“工藝”和“工藝問(wèn)題”千變?nèi)f化,但萬(wàn)變不離其宗,這個(gè)“宗”就是“原理”。

采用“一條主線、兩個(gè)維度”思路可以有效引導(dǎo)學(xué)生將課程中的“理論”知識(shí)點(diǎn)(“原理”知識(shí)點(diǎn))和“工藝”知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行整合,起到綱舉目張的作用,在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中貫徹這個(gè)思路,并與多種教學(xué)方法結(jié)合,讓學(xué)生建立自己的知識(shí)體系,培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的能力,從而實(shí)現(xiàn)課程的三層級(jí)目標(biāo)。

三、課程教學(xué)方法

“染整工藝原理B”涉及理論知識(shí)多,且應(yīng)用性和實(shí)踐性較強(qiáng),僅通過(guò)在線課程的學(xué)習(xí)無(wú)法培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移能力。結(jié)合該課程特點(diǎn),依托自建的線上課程,根據(jù)內(nèi)容的難易和其在課程中的作用,進(jìn)行不同程度的線上線下混合式教學(xué),并結(jié)合思維導(dǎo)圖等多種教學(xué)方法,提高教學(xué)效果,幫助學(xué)生建構(gòu)自己的知識(shí)體系。

1.以能力培養(yǎng)為核心目標(biāo),線上線下混合教學(xué)

“染整工藝與原理B”課程的混合式教學(xué)根據(jù)授課內(nèi)容的特點(diǎn)進(jìn)行不同程度的混合。如染色理論部分,內(nèi)容抽象,理論多,概念多,這部分內(nèi)容選擇部分混合式教學(xué),線上課程輔助學(xué)生課外預(yù)習(xí),課堂教學(xué)采用講授加課堂討論或小組匯報(bào)的形式。其他部分內(nèi)容也采用類似方法,根據(jù)內(nèi)容的難易程度以及其在課程中的作用,循序漸進(jìn),進(jìn)行不同程度的混合教學(xué)。學(xué)生通過(guò)不同程度的混合式學(xué)習(xí),在教師的引導(dǎo)下完成“任務(wù)”及討論,在這個(gè)過(guò)程中加深對(duì)理論知識(shí)的理解,培養(yǎng)應(yīng)用理論解決問(wèn)題的能力。

2.構(gòu)建知識(shí)樹(shù),通過(guò)思維導(dǎo)圖建立課程知識(shí)體系

“染整工藝與原理B”課程涉及的知識(shí)點(diǎn)較為繁雜,加之學(xué)生的碎片化的學(xué)習(xí)習(xí)慣,往往在學(xué)完某一章節(jié)甚至整門(mén)課程后,知識(shí)在學(xué)生腦中依然是片段式的,原理和工藝是孤立的,并沒(méi)有形成知識(shí)體系,很難將學(xué)到的新知識(shí)融合到已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)中,更談不上轉(zhuǎn)化成分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。在教學(xué)中,一方面教師通過(guò)混合式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“一條主線,兩個(gè)維度”的方法,培養(yǎng)學(xué)生以“原理”為基礎(chǔ)分析“工藝”的能力。另一方面教師在每章及每個(gè)階段學(xué)習(xí)結(jié)束后,要求學(xué)生采用思維導(dǎo)圖,疊加關(guān)聯(lián)法則和比較法則進(jìn)行章節(jié)或階段總結(jié),最后進(jìn)行課程總結(jié)。如,在染色理論部分,要求學(xué)生通過(guò)思維導(dǎo)圖的方式進(jìn)行課后復(fù)習(xí),以“結(jié)構(gòu)決定性能”為思想,以“上染過(guò)程的發(fā)生”為中心“樹(shù)干”,將染料的狀態(tài)、纖維的性質(zhì)以及染色熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等新內(nèi)容以“樹(shù)枝”的形式納入染色理論部分的知識(shí)體系。對(duì)具體某種染料的染色,如直接染料染色這部分的內(nèi)容,以“結(jié)構(gòu)決定性能”為主線,以“直接染料染色”為“樹(shù)干”,將直接染料的可染纖維、染色原理(吸附等溫線、擴(kuò)散模型)、染色工藝(即染色過(guò)程及其影響因素)等內(nèi)容為“樹(shù)枝”,構(gòu)建本部分內(nèi)容的知識(shí)體系?！爸苯尤玖先旧薄盎钚匀玖先旧薄斑€原染料染色”三個(gè)典型棉用染料的染色內(nèi)容可以作為一個(gè)學(xué)習(xí)階段,在階段學(xué)習(xí)后讓學(xué)生繪制階段復(fù)習(xí)思維導(dǎo)圖,使用關(guān)聯(lián)和比較的方法比較三種染色原理和工藝的異同,在不同內(nèi)容之間建立聯(lián)系,加深對(duì)每部分內(nèi)容的理解,形成相互之間可以有效鏈接的知識(shí)網(wǎng),成為發(fā)展“分析、綜合以及創(chuàng)新性解決問(wèn)題”高階能力的知識(shí)基礎(chǔ)。

四、課程思政教學(xué)

習(xí)近平總書(shū)記在全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議上指出,要用好課堂教學(xué)這個(gè)主渠道,堅(jiān)持把立德樹(shù)人作為中心環(huán)節(jié),其他各門(mén)課程都要和思想政治理論課同向同行,形成協(xié)同效應(yīng)。在“染整工藝原理B”課程教學(xué)中,結(jié)合課程教學(xué)目標(biāo),立足課程內(nèi)容以及印染行業(yè)的特點(diǎn),進(jìn)行課程思政要素的挖掘和提煉,從增強(qiáng)文化自信及民族自豪感、樹(shù)立社會(huì)責(zé)任感和培養(yǎng)科學(xué)精神三個(gè)方面進(jìn)行了課程思政教育要素的挖掘和教學(xué)探索。

1.增強(qiáng)文化自信及民族自豪感

“染整工藝原理B”課程的核心內(nèi)容是各類染料和紡織品的染色印花原理及工藝。紡織品染色印花是人類文明最古老的工藝之一,紡織品染色具有十分悠久的歷史,在紡織品印染技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中,出現(xiàn)了很多典型人物和傳統(tǒng)技藝等,展現(xiàn)出了中華民族勞動(dòng)人民的智慧、匠人精神和創(chuàng)新意識(shí)。

在教學(xué)實(shí)踐中,本教學(xué)團(tuán)隊(duì)將課程內(nèi)容與傳統(tǒng)染色技術(shù)相聯(lián)系。在緒論的印染行業(yè)發(fā)展歷史部分,介紹馬王堆和新疆出土的染色印花紡織品;在講到現(xiàn)代紡織印染技術(shù)時(shí)可以結(jié)合學(xué)校所在地——青島,介紹“上青天”的歷史變遷以及印染行業(yè)近年的產(chǎn)業(yè)升級(jí)改革之路;在染料生產(chǎn)、設(shè)備研發(fā)及技術(shù)上可以利用具體數(shù)據(jù)對(duì)比展示;通過(guò)展示紡織印染領(lǐng)域近年獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)的一些項(xiàng)目,如魯泰集團(tuán)的自動(dòng)化筒子紗染色等,激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷及民族自豪感;在學(xué)習(xí)還原染料染色及印花方法時(shí),靈活運(yùn)用線上線下混合式教學(xué),并結(jié)合小組討論的方法,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)了解傳統(tǒng)印染非物質(zhì)文化遺產(chǎn)項(xiàng)目,如南通藍(lán)印花布、苗族蠟纈及楓香染等,通過(guò)勞動(dòng)人民的智慧結(jié)晶,使學(xué)生了解我國(guó)悠久的印染技術(shù)歷史和豐富燦爛的文明,增加學(xué)生對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的認(rèn)同感,自覺(jué)傳承和弘揚(yáng)中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化,樹(shù)立實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興中國(guó)夢(mèng)的崇高理想。

2.樹(shù)立社會(huì)責(zé)任感

印染行業(yè)的一個(gè)突出問(wèn)題就是污染,紡織品染色和印花大多是濕加工過(guò)程,因此會(huì)有大量染料和助劑進(jìn)入水中,帶來(lái)較大污染。例如,活性染料染色中需要大量的鹽,并且產(chǎn)生大量的水解染料,既浪費(fèi)大量染料,又產(chǎn)生大量廢水;酸性媒介染料染羊毛時(shí)使用紅礬,會(huì)帶來(lái)重金屬污染等。通過(guò)這方面內(nèi)容的學(xué)習(xí)和了解,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生態(tài)文明,為實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)的目標(biāo),進(jìn)行可持續(xù)化發(fā)展,明確印染行業(yè)從業(yè)者的社會(huì)責(zé)任,讓學(xué)生明白追求人類與生存環(huán)境的共同進(jìn)化是中國(guó)特色社會(huì)主義生態(tài)文明觀的價(jià)值取向。

3.培養(yǎng)科學(xué)精神

2020年5月,教育部印發(fā)的《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》明確指出,對(duì)于工科類專業(yè)課程,要在課程教學(xué)中把馬克思主義立場(chǎng)觀點(diǎn)方法的教育與科學(xué)精神的培養(yǎng)結(jié)合起來(lái),提高學(xué)生正確認(rèn)識(shí)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力?！叭菊に囋鞡”課程中的直接染料染色和還原染料染色就是極好的結(jié)合點(diǎn),在直接染料染色中分析溫度對(duì)染色的影響,溫度升高,可以提高上染速率,但是平衡上染百分率會(huì)下降,通過(guò)溫度效應(yīng)的學(xué)習(xí)引入矛盾的對(duì)立統(tǒng)一規(guī)律,進(jìn)一步理解矛盾的普遍性和特殊性。還原染料染色是“青出于藍(lán)而勝于藍(lán)”典故的出處,通過(guò)對(duì)還原染料染色過(guò)程的學(xué)習(xí),學(xué)生可以觀察并深刻體會(huì)靛藍(lán)染色過(guò)程中的顏色變化,從青到藍(lán)逐漸變深,從而理解事物是聯(lián)系和發(fā)展的,引導(dǎo)學(xué)生樹(shù)立科學(xué)的創(chuàng)新觀念[4]。

五、結(jié)語(yǔ)

以“一條主線,兩個(gè)維度”的思路梳理“染整工藝原理B”課程教學(xué)內(nèi)容,采用循序漸進(jìn)的線上線下混合式教學(xué)模式,并將思政教育要素有效融入教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法,引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和討論,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,提高學(xué)習(xí)效率,培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力。然而,相比傳統(tǒng)課堂教學(xué),以能力和素質(zhì)為目標(biāo)的線上線下混合式教學(xué),需要教師和學(xué)生投入更多的時(shí)間和精力。因此,教師要不斷改進(jìn)教學(xué)方法,并靈活調(diào)整教學(xué)進(jìn)度,不斷提高教學(xué)效果。