湿法纺丝技术用于开放性实验教学的探索与实践

摘要：创新型人才培养是高校教育的迫切任务。本文依托浙江理工大学材料与纺织学院学科优势，以湿法纺丝技术为媒介，通过将开放性实验教学与大学生科技创新计划有机结合的方法，开展湿法纺丝技术开放性实验教学新模式的实践工作，以期强化学生专业基本功，提升本科实践教学的综合实用性及开放创新性。

关键词：科技创新；开放性实验；湿法纺丝

开放性实验教学和大学生科技创新计划项目是近年发展起来的两种与理论相对独立、以学生为中心的、旨在培养学生的综合实践能力和创新能力、富有个性的新型创新人才培养模式[1-3]。二者均强调培养学生的自我完善能力和综合创新能力，为高校教学改革提供了新思路。在实验过程中，学生根据自身专业特点、实验基础和兴趣爱好选择相应的实验项目，查阅参考文献，自行制定实验方案，设计技术路线，独立实施并进行实验数据处理和结果分析，教师则由传统的实验辅导转变为启发和引导者。因此，开放性实验教学和大学生科技创新计划在激发学生学习兴趣，培养学生动手能力，特别是开发学生创造性思维能力方面有着无法比拟的优势，是目前培养创新型和应用型人才的有效途径[4-6]。将教师的科研课题有选择性地转化成开放实验项目是一个很好的设计开放性实验内容的途径。目前，采用湿法纺丝工艺制备各种功能性纤维是当前化学纤维研究领域的热点之一。湿法纺丝过程涉及高分子材料的溶解、成型、后加工以及纺丝过程中的扩散、传热、传质、相转变等基础物理化学理论知识，实验条件的变化对纤维形貌、结构、性能等影响明显，实验内容可拓展性强。因此，开展湿法纺丝技术的开放性实验教学对于培养学生的动手能力和创新思维能力有着重要作用。本文依托浙江理工大学材料与纺织学院学科优势，以湿法纺丝技术为媒介，将开放性实验教学与大学生科技创新计划二者结合[2]，开展湿法纺丝技术开放性实验教学新模式的探索和实践，以期提高学生对专业知识的自学能力、实验设计和实际操作能力以及科研创新意识。

一、湿法纺丝用于开放性实验教学的必要性

湿法纺丝是化学纤维主要纺丝方法之一，其工序包括：（1）制备纺丝原液；（2）将纺丝原液从喷丝孔压出形成细流；（3）原液细流凝固成初生纤维；（4）初生纤维卷绕或直接进行后处理。其工艺原理是高分子材料加工原理、高分子材料加工工艺学等课程的重要内容，涉及高分子聚合物的溶解、湿法纺丝的运动学和动力学、湿法纺丝的传质和相转变、湿法纺丝中纤维结构的形成，以及纤维拉伸和热定型等基础物理化学理论知识[7]。它是一门十分复杂、实验性很强的综合性专业课程，要促使学生经历实验过程中的每一个环节，从而让学生去发现问题、解决问题，这对激发学生兴趣，发挥学生主动性，以及提高学生的实验技能和综合应用知识的能力是十分必要的。另一方面，湿法纺丝所得再生纤维的结构和性能对纺丝工艺极为敏感，直接影响着成品纤维的纺丝加工和使用性能。在实验中，主要检测工艺条件对纤维形态结构、超分子结构及拉伸性能的影响。对这些纤维主要性能指标的评价加深了学生对纤维材料学基础理论的认识，巩固了原有实验基础。此外，这些纤维结构和性能指标的测试方法属于先进的测试手段，可以使学生了解和掌握纤维材料物化性能的一些测试仪器和测试方法。

二、大学生科技创新计划“开放性实验化”联合模式的探索与实践

1.逐级层次式联合模式。开放性实验教学是让学生真正成为学习的主体，从而体现“以人为本”的教育思想。而实现“以人为本”的教育就要注重学生的潜能、承认学生差异、尊重个性、发展个性，并促进个性全面和谐发展。因此，实施开放性实验教学必须根据各年级学生的专业水平、个性特点和兴趣爱好等差异，开展逐级层次式开放教学[8]。第一层次是认识型开放，主要面向学习兴趣浓厚的本科大一、大二学生。学生自主选择实验项目，进入开放性实验室，采取研究生“一带一”模式，带领学生首先熟悉、认识实验项目的各个环节，开展具有学科综合性、难度小的实验项目，从而激发学生的学习兴趣和自信心、加强他们的主动性和参与性，培养其良好的科研素养。第二层次是综合设计型开放，主要面向具备一定的专业理论和实验基础的大三、大四学生。实验项目以综合性、设计性实验为主，实验方法和技术路线自主性强。第三层次是创新型开放，主要面向进行毕业论文设计和参加大学生科技创新活动计划的高年级本科生和研究生。学校每年设有科技创新基金项目、新苗计划和挑战杯等大学生科技创新计划，将其与开放性实验有机联合，建立大学生科技创新计划“开放性实验”化的新模式。

2.前沿性科研项目库。将教师承担的科研课题和实验室开放结合起来，根据不同层次的教学模式，建立可选的实验项目库，并根据后期实施效果进行更新。一类是为培养学生对专业知识的学习兴趣，指导学生了解相关专业当前研究前沿的认识型实验项目。如“生物质再生纤维的研究现状及发展趋势”、“增强型绿色复合纤维”、“抗菌阻燃型功能纤维”、“载药缓释型医用敷料”等。学生可自主选择实验项目，广泛查阅参考文献，了解所选课题当前研究现状和背景知识。二类是为引导学生运用综合知识和实验基础所进行的综合性设计实验。如“海藻纤维的制备及性能研究”、“纤维素基高吸水纤维的研制”、“再生蚕丝纤维的制备及性能研究”等。学生可在查阅文献的基础上，独立设计实验方案和技术路线，自行开展实验研究，进行实验结果分析。三类是培养学生独创意识、提高学生科研和动手能力的课题研究项目。根据指导教师科研项目设计研究课题，如“纤维素纳米晶须增强再生蚕丝纤维的凝聚态结构和作用机制研究”、“载药海藻纤维的制备及其体外药物释放行为研究”等。通过这些开放性实验项目的开展，让学生熟悉科研的基本过程，了解科研工作的意义，掌握科学研究的基本规律和科学的思维方法。

3.良好的实施效果。笔者所在实验室自2010年开始，以我校材料与纺织学院材料工程专业和启新学院材化生实验班为试点，开展湿法纺丝技术的开放性实验教学。经过近两年的摸索实践，取得了明显的实施效果：（1）学院部分教师开始尝试以科研项目为基础，联合大学生科技创新计划，逐步建立了基于湿法纺丝技术的开放性实验项目库，每学期开设3~6项实验项目供学生选修，提升了开放性实验的项目创新性，并能保证项目库的滚动更新。（2）大学生科技创新计划“开放性实验”化，既注重激发学生的好奇心和求知欲，又注重体现学科精髓和学科特色，增长学生的知识和技能，更大范围内培养了学生的创新意识和创新能力。目前为止，学生共申报发明专利3项，其中授权1项；2篇，其中SCI论文1篇。（3）学院依托我校省级实验教学示范中心，每年设立实验教学改革项目和学生创新实践活动项目各70项，提供一定的项目经费用于资助开放性课题，为开放性实验的顺利实施提供资金保障。同时，所开设项目多为教师的科研项目或青年教师的探索性课题，通过学生去实施，利用大家的智慧去进行探索，因此明显提高了指导教师的积极性。

实验教学是素质教育和人才培养的重要环节，在培养学生动手能力和创新能力方面有着重要作用，也是目前各高校实验教学改革的重点。本文以湿法纺丝技术为媒介，将开放性实验教学和大学生科技创新计划有机结合，探索大学生创新计划项目开放性实验化的新模式。开放性实验初露成效，既提高了学生综合实验能力和创新思维意识，同时又有效提高了现有教学资源的使用效率，是一种行之有效的创新人才培养新模式。

参考文献：

[1]魏峻.开放性实验在实验教学中的重要作用[J].科技信息，2010，（28）：558-559.

[2]龙春光，陈友良，艾楚君，等.基于开放性实验与大学生创新计划的创新人才培养[J].中国科教创新导刊，2012，（20）：33-34.

[3]彭坤，胡爱平，唐元洪.大学生创新计划在创新人才培养中的作用[J].中国教育教学杂志，2006，145（12）：114-116.

[4]任孟梅.开放性实验教学，提高学生创新能力[J].价值工程，2012，（1）：188-189.

[5]孙建新.开放实验教学全面培养学生综合能力[J].科技风，2011，（1）：2.

[6]苗娟，魏学锋，董铁有.工科院校开放性实验教学模式初探[J].教育理论与实践，2012，32（9）：58-60.

[7]沈新元.高分子材料加工原理[M].北京：中国纺织出版社，2009.

[8]周松秀，刘兰芳，王鹏，等.高校自然地理学课程开放性实验教学研究[J].衡阳师范学院学报，2011，6（32）：150-152.

基金项目：浙江省实验教学示范中心实验教学改革项目（11110031381204）

作者简介：刘琳（1981-），女，河南漯河人，浙江理工大学讲师，博士，主要从事功能性纤维材料研究。