新工科背景下学科交叉课程的教学改革初探

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  摘 要:以轻化工程专业的学科交叉课程《印刷工艺学》为例,探讨了在新工科背景下学科交叉课程的教学改革方案。在教学内容上,增加纸张材料方面的比重,并增加国内外造纸印刷技术前沿内容;在教学方法上,课堂上采用多种教学手段相结合,增加讨论课、学生自主讲授环节,邀请企业人员进课堂,课外则将虚拟仿真与实践教学相结合,激发学生兴趣,提高课程效果。
  关键词:新工科;学科交叉;轻化工程;印刷;教学改革
  Teaching reform of interdisciplinary courses under
  the background of new engineering
  —— taking printing technology as an example
  Wang Qinwen
  School of Light Industry and Engineering GuangdongGuangzhou 510640;National Demonstration Center for Exprimental Light Industry
  and Food Education South China University of Technology GuangdongGuangzhou 510640
  Abstract:Taking printing technology as an example,this paper discusses the teaching reform plan of the interdisciplinary course under the background of new engineering.In the teaching content,increase the proportion of paper material,and increase the domestic and foreign papermaking and printing technology frontier content.In terms of teaching methods,a variety of teaching methods are combined in the classroom.Discussion classes are added and enterprise staff are invited to the classroom.After class,virtual simulation and practical teaching are combined to stimulate students' interest and improve the course effect.
  Keywords:The new engineering;Interdisciplinary;Light chemical engineering;Printing;Teaching reform
  
  为主动应对新一轮科技革命与产业变革,支撑服务创新驱动发展、“中国制造2025”等一系列国家战略,2017年2月以来,教育部积极推进新工科建设,先后形成了“复旦共识”“天大行动”和“北京指南”,并發布了《关于开展新工科研究与实践的通知》《关于推进新工科研究与实践项目的通知》,全力探索形成领跑全球工程教育的中国模式、中国经验,助力高等教育强国建设[13]。新工科的建设和发展,以培养造就多样化、创新型卓越工科人才为教育目标,始终围绕工程教育的新理念、学科专业的新结构、人才培养的新模式、教育教学的新质量及分类发展的新体系五大部分开展研究与实践,为全国范围内高等工程教育改革与发展带来了时代新机遇和全新的改革方案[4]。
  在新经济、新产业与新技术背景下,相对于传统工科人才培养,培养具备交叉学科融合能力强、工程创新实践能力高、国际化视野能力强的高素质复合型工科人才是当前高校工科建设的首要目标和核心要义[5]。
  我校的轻工技术与工程学科是全国A+学科,其下设置的轻化工程专业也是广东省重点专业和特色专业。轻化工程专业以制浆造纸工程为主,所学知识覆盖了植物资源、制浆造纸、印刷包装整个上下游产业,具有典型的多学科交叉特性。《印刷工艺学》课程是印刷包装工程专业的专业基础课程之一,也是从事印刷行业的技术人员不可或缺的专业知识。为拓展学生知识面,培养具有国际化视野、创新能力、社会责任感的复合型精英人才,我校将该课程设置为轻化工程专业的必修课,使轻化工程专业的知识体系能涵盖造纸、印刷整个上下游产业,满足轻化工程相关行业和领域对复合型人才的需求。   随着人们生活水平的不断提高,人们对精美印刷品的要求也越来越高,而印刷品中70%以上是以纸张为承印材料的印刷品,纸张在印刷过程中起着关键作用,是影响印刷质量和印刷品效果呈现的重要因素,了解纸张与印刷之间的相互作用关系是纸张印刷品质量得以保证的前提条件,而印刷工艺的选择和实现对纸张材料的改进、印刷品的设计及呈现都有重要的促进作用。因此在《印刷工艺学》课程教学中,增加纸张材料方面的比重,从纸张与印刷之间相互关系入手,通过采用多种教学手段及教学改革,传授现代造纸和印刷包装知识,对于高素质复合型新工科人才的培养具有非常重要的现实意义。
  一、轻化工程专业开设《印刷工艺学》课程的目的
  《印刷工艺学》课程是轻化工程本科专业开设的一门专业必修课,其课程的目标是需要学生掌握印刷工艺的发展概况及其在人类社會发展、文明信息传播中的重要性,熟悉国内外印刷领域的新理论、新趋势,了解造纸的下游产业概况;掌握印刷工艺及印刷材料的原理和知识,具备实现纸张印刷生产的能力;培养学生在实际工作中运用所学基础理论知识发现问题、分析问题、解决问题的能力。《印刷工艺学》课程设置的目的在于拓宽轻化工程专业学生的知识面,加深学生对纸张性质的理解,让学生体会到纸张产业的发展离不开印刷包装的支持,只有将制浆造纸和印刷包装学科进行交叉与融合,才能更好地理解纸张与印刷之间的相辅相成,认识其相互作用关系,了解造纸与印刷的学科前沿及动态,为学生毕业后从事相关领域的研发和技术工作奠定基础。
  二、轻化工程专业《印刷工艺学》课程教学内容的改革
  在新工科建设和全面深化工程教育的改革创新形势下,新的教学大纲规定《印刷工艺学》课程对轻化工程专业学生的培养要起到能够应用印刷的基本原理和数理模型,正确表达轻化工程相关的复杂工程问题;能够针对轻化工程复杂工程问题设计合理的印刷解决方案,且满足印刷生产过程和产品开发等环节中有关原料、工艺和设备等方面的要求和条件;能够基于印刷的科学原理并采用科学方法分析和解释实验结果,并通过信息综合获得合理有效的结论,应用于轻化工程实践。基于在轻化工程专业开设《印刷工艺学》课程的学科交叉特性,本课程的设置从原先的第六学期提前到现在的第五学期,在已学习四大化学、植物纤维化学以及印刷色彩学的基础上,开设《印刷工艺学》课程,让学生更加深入地了解纸张性质与印刷工艺的相互影响,认识纸张的印刷适性。原有的《印刷工艺学》课程内容以顾萍编著的《印刷概论》为教材,主要介绍印前图文处理、四大印刷方式以及印后加工,专注于印刷工艺本身,这样的内容更适合于印刷包装专业的学生入门学习。目前,对于轻化工程专业的学生,我们选用了“十五”国家级规划教材——徐锦林编著的《印刷工程导论》作为该课程的教材,并辅以《印刷材料与适性》《纸张、油墨的性能与印刷适性》《现代纸容器》等参考书为辅助教材,其中增加纸张基础知识的比重,充分补充有关实际生产中由纸张性质导致的印刷故障和印刷品质量差异。在印刷知识方面,以实际印刷生产流程及工艺为主线安排授课内容,并增加新技术内容,将国内外造纸的新技术和印刷新技术以及国内外的纸张与印刷的研究热点与发展现状介绍给学生,这不仅丰富了教学内容,而且扩大了学生的知识面。调整后的《印刷工艺学》教学内容加强了纸张与印刷的联系,更加适合轻化工程专业的学生学习印刷知识。该内容还强调了当前纸张与印刷的研究热点及新技术发展方向,为学生的课外实践拓展思路,使其具备国际化视野和交叉学科融合能力,符合“高素质复合型工科人才”的培养要求。
  三、轻化工程专业《印刷工艺学》课程教学方法的改革初探
  (一)多种教学手段相结合
  印刷是一项大量复制图文信息的工业工程,印刷的过程实际上就是图像的阶调和颜色的复制过程。《印刷工艺学》是理论与应用实践紧密结合的课程,传统的板书式授课方法既不能生动形象地描述阶调和颜色复制的理论教学内容,也不能直观真实地展示实践教学环节的内容,因此多媒体教学的引入是目前该门课程最普遍有效的方法。多媒体教学具有直观、形象、生动和真实等特点,有利于激发学生的学习兴趣,并调动学生学习的主动性。例如:在特种印刷章节中,我们去到特定的工厂录制了多种不同的特种印刷方式,如金属印刷、软管印刷等视频;在印后加工章节中,我们同样到先进的包装生产企业录制了多种纸质包装制品的生产工艺,如精装盒、纸罐等的制作工艺;对于实际生产中较难进行现场录制的工艺,如水转印工艺,我们则在实验室自行录制水转印产品的制作工艺视频用于教学。另外,我们依据所讲授的内容搜集了大量工业生产的图片。这些多媒体图片、视频更直观地展示了教学内容,使得学生更容易理解,降低了学习难度,提高了学习效率。
  另外,在“互联网+”的时代背景下,信息的获取多样而丰富,教育和学习的方式也在经历着巨大变革[6]。顺应形势,当今网络上各种教学内容的慕课、教学资源库等频繁建设,专业资源库为使用者提供了丰富、系统、便捷的资源,也有助于进一步规范教学要求,搭建学生自主学习平台,从而提升教学质量。在造纸和印刷包装领域,目前也有一大批慕课、教学资源库已建设完成,如:《制浆造纸原理与工程》慕课、“包装技术与设计专业教学资源库”等,这些在线课程和资源可对某部分内容进行更加深入地学习,解决了学生的不同兴趣和学习需求的问题。这种将教学资源和信息化技术手段相结合的方式,对实现人才培养目标和提升教学质量是非常重要的支撑。
  (二)虚拟仿真与实践教学相结合
  在新工科背景下,工程创新实践能力是高校工科人才培养的核心目标之一。轻化工程专业类学习的《印刷工艺学》是一个典型的交叉学科课程,且具备专业性、实践性双重要求,它不仅要求学生要深入理解抽象复杂的印刷工艺原理及工艺流程,还要通过实习实践教学直观了解纸张性能与印刷质量之间的相互影响,进而更好地将理论知识与实践结合在一起。由于轻化工程专业毕竟以制浆造纸专业知识为主,因此学校在印刷相关实验设备及实训场地方面有所欠缺,虚拟仿真教学的引入则恰恰解决了这个问题。虚拟仿真教学可对印刷机实际生产和印刷故障进行全方位的仿真模拟,其“印刷设备”与“印刷故障”多是虚拟的,学生能够模拟实际印刷操作,把抽象的印刷流程和印刷故障形象化,判断纸张适应性,排除印刷故障。这种人机互动的教学方式不仅降低了教学成本,节省了教学资源,还能激发学生的兴趣和学习的主动性。   但单纯的虚拟仿真教学并不能完全满足学生深入理解纸张与印刷紧密关系的需求,因此在虚拟仿真教学之余,结合教材内容进行现场教学、实地操作等环节也尤为重要。目前已在两家较有实力及规模的广州市内印刷厂建立了实践教学基地,现场讲解实际印刷流程、印刷工艺、印刷机结构,加强纸张与印刷的联系,现场分析解决由于纸张印刷适性问题所导致的印刷故障,并可在印刷技术人员的指导下,实际动手操作印刷机及检验印品质量。这种现场教学和操作的实践教学模式使教学内容与实际相结合,简单易懂,并能激发学生兴趣,锻炼其动手能力,同时学生对知识的掌握也更加深入,提高了课程的效果及应用性。
  (三)增设讨论课
  课堂活动教學是近年来提出的一种新型的教学观,以“能活动、能发展”“以活动促发展”为教学理念,强调知识问题化、问题活动化,充分调动学生学习能动性,进而取得良好的教学效果[7]。《印刷工艺学》是一门理论与实践紧密结合的课程,在课堂上增设讨论课,让学生参与教学,这对他们主动掌握理论知识并自主地与实践相结合具有积极的作用。以综合应用为例,实际生产中要印刷一本以介绍各种汽车外形和性能为主的高档彩色汽车宣传画册,学生们可结合所学的理论知识选择合适的纸张并分析其印刷适性,确定合适的印刷和装订方式,设计印后加工工艺,核算印刷成本。这样的理论知识和实际生产所结合的讨论,可使学生在学习过程中相互交流、相互解答问题,使学生真正参与到教学活动中,实现教学过程中的“活”与“动”,提高学生的自主学习能力。
  (四)增设学生讲授环节
  在新工科背景下,学生的自主学习能力、总结能力、表达能力等都是高校学生培养环节重要的一环。目前,在建设双一流本科的政策驱动下,也借着工程教育专业认证的契机,我校的轻化工程专业正在进行新一轮的教学改革。《印刷工艺学》课程主要以印刷工艺流程为主线,其中的特种印刷章节讲解介绍了十多种目前常用的特种印刷工艺及其应用领域。该章节以前的教学模式是以多媒体课件为主,其中大多数多媒体视频基本是教学团队自行录制,课堂上以讲授和视频讲解为主。在新一轮的教学改革鞭策下,为了提高学生的自主学习能力和工程实践能力,目前《印刷工艺学》课程中特种印刷章节的教学模式转变成以学生讲授为主,教师点评和纠正为辅的新模式。学生以三四人为一组,每一组自行决定介绍一种特种印刷方式,不重复讲授。学生之间分工配合,主要完成文献搜索、讲授素材搜集、PPT制作、内容讲解等工作。在教改过程中发现,学生们的自主讲授环节充满惊喜。由于调换了师生身份,学生上课的积极性明显提高,而且对所讲授内容了解的较为深入。学生的讲授并非纯文字的枯燥无味,相反,学生会发挥自身的特长,制作出五花八门、丰富多彩的教学内容,课堂氛围十分活跃。
  (五)企业人员进课堂
  新工科建设和发展是整体和全面的深化工程教育的改革创新,是以培养造就多样化、创新型卓越工科人才为教育目标。新工科的改革,目的是站在国家层面上,找到行业的需求,找到技术发展的变化,让培养的人才更适应企业和用户的需求。
  轻化工程专业的《印刷工艺学》课程不仅注重理论知识的学习,同时也注重实践经验的传授。因此,在《印刷工艺学》课堂上,我们将尝试邀请企业人员参与到课堂教学中来,把他们在生产中大量的实践经验分享给学生,介绍企业最新的纸张印刷工艺及技术,解析实际生产中常见纸张问题、印刷故障及解决方法,从企业生产的角度来全新的诠释纸张与印刷的知识。企业参与到教学的方式将大大增加学生对本课程的兴趣,提高课程的教学效果。
  四、结语
  新工科建设,为全国范围内高等工程教育改革和发展带来了时代新机遇和全新的改革方案,传统的人才培养模式已无法达到新兴经济的发展需求,新工科型轻化专业人才培养迫在眉睫。我们以此为契机,以轻化工程学科交叉课程《印刷工艺学》为教学改革试点课程,探索适应于新工科背景下的学科交叉课程的教学改革方案,大力培养高素质复合型工科人才,服务造纸与印刷行业产业升级,为加快实现我国从工程教育大国向工程教育强国的转变出一份力。
  参考文献:
  [1]教育部高等教育司.“新工科”建设复旦共识[J].高等工程教育研究,2017(1):1011.
  [2]教育部高等教育司.“新工科”建设行动路线(“天大行动”)[J].高等工程教育研究,2017(2):2425.
  [3]教育部高等教育司.“新工科”建设指南(“北京指南”)[J].高等工程教育研究,2017(4):2021.
  [4]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(3):16.
  [5]吴光远,林茂海,李效周.新工科背景下印刷工程专业人才培养建设研究[J].高教学刊,2018,2:164166.
  [6]高立,谭业发,苏正炼.新形势下教学资源建设的探求与思考[J].教育教学论坛,2018(52):205206.
  [7]王炳涛,樊铁美,高德.“课堂活动教学”理念下“包装印刷技术”课程教学模式改革与研究[J].中国印刷与包装研究,2014(6):4751.
  作者简介:王钦雯(1982— ),女,博士,讲师,研究方向:印刷材料及适性、印刷课程改革与人才培养。
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