面向纺织专业研究生的“纺织物理”课程建设探索与实践

张天芸,陈莉萍,杨 亮

(兰州理工大学 机电工程学院,甘肃 兰州 730500)

研究生教育是培养高层次创新人才的主要途径。2020年7月召开的第一次全国研究生教育会议开启了我国研究生教育发展的新篇章。习近平总书记强调,研究生教育在培养创新人才、提高创新能力、服务社会经济发展、推进国家治理体系和治理能力现代化方面具有重要作用[1]。推动研究生教育事业的发展,学科的课程建设是关键。

纺织科学属于应用科学,是主要研究纺织纤维及纤维集合体的结构与性能的关系,以及性能与纺织加工工艺之间关系的一门学科[2]。“纺织物理”是纺织科学与工程学科硕士研究生的专业基础必修课,也是对本科阶段“纺织材料学”课程的重要补充,通过课程学习进一步提高学生的创新研究能力。“纺织物理”课程系统介绍了纤维以及纤维集合体的结构和物理性能,重点阐述纤维结构理论及发展、纤维各项物理性质和表面性质、纱线结构理论和性质、织物结构、织物手感风格与织物结构和性质的关系、织物舒适性的基本概念和内容等。通过借鉴本科生“纺织材料学”课程建设方面的成功经验,在前期课程建设的基础上,经过三年多的教学实践,深入系统地对纺织专业研究生“纺织物理”课程的教学目标、课程内容、教学设计、考核方式等方面进行了系统的探索和实践。

一、课程存在的问题

“纺织物理”是面向纺织工程、纺织材料与纺织品设计、纺织生物材料与技术、非织造材料与工程等专业的硕士研究生开设的专业基础必修课[3]。在实际教学过程中,存在如下问题:① 课程教学目标和思政育人目标未能有机融合。单纯地在课程部分章节中简单地加入一些思想政治元素,并以传统讲授的方式传递给学生,未能很好地达到思政育人的目标。在如今“大思政”格局下,如何将思想政治教育与课程教学目标有机融合,是课程现阶段面临的首要问题[4]。② 课程密集的知识点和有限学时的矛盾。“纺织物理”课程内容理论性强、难度大、知识点密集,但学时安排相对较少。如何在有限的时间里系统全面、重点突出地讲授课程,同时又能将知识点深入浅出地讲解,并引发学生进行思考,是目前面临的一个重要问题。③ 课程内容高阶性和创新性的挑战。作为本科课程“纺织材料学”的高阶课程,“纺织物理”在教学内容上与本科课程有较多的重叠。如何避免教学内容的简单重复,保证授课内容无缝衔接,同时体现课程的高阶性和创新性,都是需要妥善解决的问题。

二、课程建设的实施策略

1.课程思政元素的梳理与聚焦

课程思政是一种全新的教育观念和实践活动,目标在于将思政与专业有机融合,从而推进被教育对象由“实然”转向“必然”。课程思政教育既要明晰思政教育的“实然”情况,又要关注我国教育立德树人的“必然”目标,从而寻找“实然”和“必然”之间的有效链接,真正实现育人与育才相统一。因此,在原有“纺织物理”课程教学目标的基础上,充分挖掘课程蕴含的思政元素,从而实现价值引领和知识传授相结合。通过加入纺织文化和国家政策的介绍,增加学生的知识储备,弘扬爱国情怀,激发学生的民族自豪感与专业自信心。通过发掘教学内容蕴含的哲学思想,培养学生的辩证思维能力,引导学生开展独立思考和深度思考。从解析和诠释纺织纤维集合体研究的学术来源、进展、关联、内涵的过程中,引导学生感悟认知规律,培养学生的科学精神。由现代纺织技术启发学生用更宽阔的视野思考专业问题,激发学生的专业使命感,培养学生学科发展的责任感。

根据课程教学目标和思政育人目标,在不改变原有知识框架的基础上,通过合理的教学设计,讲授专业知识的同时,贯穿纺织人“衣被天下”的志向,真正做到历史融合、人物融合、原理融合、时事融合[5]。通过纺织工业发展史的介绍,帮助学生了解纺织行业的重要地位;通过纺织行业杰出人物事迹的介绍,培养学生对纺织专业的认同感;通过纺织工程中丰富的理论与实践案例的讲解,引导学生进行哲学思辨;通过对与国计民生关联的纺织科技的介绍,激发学生投身纺织行业的热情。

教学案例是课程思政的载体,将课程蕴含的思政元素通过教学案例的方式传递给学生,“纺织物理”课程部分思政元素见表1。将思政元素与相应的专业知识相结合,实现专业教学与德育培养的有机融合,激发学生对纺织工程、纺织材料、纺织品设计等专业的兴趣和热爱。

表1 “纺织物理”课程思政教学设计

2.课程教学内容的解构与重塑

“纺织物理”课程建设的核心为教学内容体系的重构。目前课程所使用的教材虽然注重理论性和系统性,但在呈现方式上,与纺织行业最新时事、研究进展等联系不够紧密。此外,教材共有12章教学内容,总体分为3大模块,即纤维、纱线、织物,知识点繁多,在做好与本科相关课程内容无缝衔接的同时,还要重点体现研究生阶段学习的高阶性。

相较于本科生课程,研究生课程更重视“研”的特色和“跨学科”教育,包括方法论的掌握、内涵的针对性以及学科的系统化[6]。通过对教学内容的系统梳理和分解,按照“纤维—纱线—织物”的知识框架,以“结构—运动—性质”为主线,精心选择教学内容,优化课程设计,将教学内容进行模块化处理。同时,为了让学生更好地理解纤维结构和性质的内在关系,在原有教材基础上,通过增加“分子运动”的教学内容,在纤维结构和性质之间架起桥梁,以此打通课程的知识脉络,使得教学内容环环相扣、前后贯通。教学内容模块化设计如图1所示。在教学过程中,通过教学质量和学习效果的反馈,逐渐形成了教学内容上本硕有衔接、前后章节有贯通的完整体系。除了对教材内容的解构和重塑外,在授课过程中还注重教师与学生的双向互动。一方面,教师需要将教材的理论知识以整合知识点的形式传授给学生;另一方面,教师需要给予学生足够的空间和时间,循循善诱,引导学生挖掘问题并深入探讨。依托国家级、省级重点实验室的学术资源和线上学术讲座,收集当前行业重点研发领域的前沿信息,在课堂教学过程中设置专题讨论板块,引导学生应用理论知识分析纺织领域相关的技术问题,激发学生的学术热情,培养学生严谨求真的科学素养,加强研究生科学精神的培养。

图1 “纺织物理”课程内容模块化设计

3.课程教学方法的多样化探索

借助多媒体和思维导图等方式,先对本科阶段的基础知识进行简单的回顾,然后直接向学生点出研究生阶段学习的重点和难点。授课教师采用问题导引式教学法,通过提出“纤维力学性质包括哪些内容”“纤维结构如何影响纤维电学性质”等问题,引导学生回顾、思考、总结相关知识点,同时进一步掌握学生的学科背景和知识储备,这有助于授课教师随时调整课堂讲授知识点的范围和难度。

此外,“纺织物理”是一门理论性较强的课程,虽然未设置独立的实践体验课,但在授课过程中,将理论教学和行业最新研究热点结合在一起,有助于学生对理论知识的理解。为了提高线上教学过程中学生学习的专注度,通过对3个模块知识点的细致划分,引导学生先将部分理论知识和研究前沿进行自学,并在课堂上进行专题汇报,巩固知识的同时加强学生之间的交流。这种适度的“翻转课堂”模式既保证了学生的参与度,锻炼了学生的口头表达能力,也有利于培养学生的创新思维和科研探索精神。

4.课程考核方式的多维度设计

针对学生核心素养的发展,设计多维度的课程考核方式是非常必要的。“纺织物理”课程主要通过线上和线下相结合的教学模式,实行一门课程多种形式相结合的方式进行考核[7]。考核形式包括平时表现(40%)和闭卷考试(60%)。平时表现主要体现在作业(10%)、专题报告(20%)、课内互动表现和对课程的合理化建议(10%)上。通过学生对课堂内容资料查阅和文献讲解的完成度,培养学生的敬业精神,提高学生自主学习的能力。后期通过观察、评教、座谈、问卷调查等形式,了解和掌握课程教学目标和思政育人目标的达成情况。及时了解学生对课程教学以及考核体系的意见,根据反馈的信息,持续改进,从而构建一套可量化的评价方法和体系。

三、课程改革实践案例分析

以“纺织物理”课程第一模块中“纤维的结构”为例。纤维结构是纤维的固有特征,是纤维的本质属性,探索纤维基本特性和开发新型纤维材料时,纤维的结构是基础。

依据教材内容,对本模块课程内容进行解构。为了让学生对纤维结构有较深刻的了解,增加了“纤维的结构表征”,如图2所示。同时,在授课过程中,有意识地增加背景知识的讲解,尤其是点明纺织纤维结构与高分子结构的某些共性问题。纺织纤维属于高分子化合物(高聚物),是由分子量很大的大分子组成的。通过结合高分子结构和理论的讲解,引导学生深入理解纺织纤维的结构,完成对“纺织物理”课程教学内容的补充和重塑。在讲解教学内容的基础上,提炼思政元素,将思政育人融入教学当中。如在“纤维的结构理论”部分,通过讲解纤维的结构理论和结构特征,向学生介绍纤维材料的开发思路以及纤维资源的循环利用,帮助学生建立“结构决定性质,性质是结构的外在表现”的认识,培养学生的科学精神。

图2 课程模块化的教学内容

在课程设计的过程中,对知识模块的教学目标进行细致的划分。如“纤维的结构理论”和“纤维的结构特征”作为第一模块的重点和难点内容,需采用教学内容详解、教学内容讨论、课堂总结、课后作业巩固的传统教学模式授课。而对于学生易掌握的内容,如“纤维的结构表征”,采用“翻转课堂”的形式,由学生自主选择一种表征技术,在课堂上通过多媒体技术,介绍该表征技术的基本原理,同时以文献为载体,进一步介绍该表征技术在明晰纤维结构时的应用。学生讲解完成后,通过小组讨论、现场提问的形式,让学生对介绍的内容有更全面的了解,进一步引导学生发现问题,着重培养学生的探索精神。每个模块的课堂教学活动结束后,采用课堂总结和课后作业巩固的形式,激励学生强化基础训练,尽快补齐知识短板。同时,授课教师向学生提供与模块知识相对应的线上资源,如精选的高质量文献、国内外学术会议信息、知名专家的主题报告会等,不仅有利于学生了解纺织前沿知识,而且还可以培养学生的责任担当意识。

四、结语

“纺织物理”是纺织专业研究生的基础核心课程,课程的建设和改革始终坚持“以学生为中心”的教育理念。针对目前课程教学现状,结合线上和线下混合式教学模式,从课程思政元素的梳理与聚焦、课程教学内容的解构与重塑、课程教学方法的多样化探索、课程考核方式的多维度设计等方面,提出了课程建设的策略和思路。依据“纺织物理”课程的理论教学目标和思政育人目标,结合各个模块教学内容,通过优化教学设计,切实提高纺织专业 “纺织物理”课程的教学质量,进一步提升纺织专业研究生的思想水平、政治觉悟、文化素养,培养高素质纺织人才。