轻化工程造纸工艺实验A课程的教学改革探索与实践
卞辉洋 吴伟兵 戴红旗
摘 要：造纸工艺实验A是轻化工程制浆造纸专业学生的专业必修课，也是造纸专业课程中的核心课，有利于帮助学生完成从基础理论向实际生产的转型过渡。本文首先分析了该课程课堂教学存在的问题，并从教学方式和考核手段等方面对该课程进行了一些教学改革探索。通过新教学方法的初步实施，激发了学生学习的积极性，进而提高了课堂教学质量，旨在为轻化工程一流人才培养提供新的教學模式。
关键词：轻化工程; 造纸工艺实验A; 教学方法; 改革与实践
中图分类号：G642.1? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ?文章编号：1006-3315（2020）-11-135-002
南京林业大学轻化工程（制浆造纸工程学科）为江苏省“十二五”高等学校重点专业，隶属于国家“双一流”建设学科“林业工程”国家重点一级学科。目前每年招收制浆造纸工艺、制浆造纸机械与设备等方向学生百余人，为国内制浆造纸企业培养了4000余名具备科学研究、工程设计及管理等能力的高级科技与管理人才。其中，造纸工艺实验A是制浆造纸专业学生的专业必修课，也是造纸专业课程中的核心课，该课程旨在使学生掌握造纸工艺过程、纸张检测方法及相关设备的工作原理等知识，有利于帮助学生完成从基础理论向实际生产的转型过渡，该课的教学内容直接影响到毕业生的就业及将来对工作的适应能力[1]。
造纸工艺实验A作为一门必修的实验实训课，在课堂教学过程中目前存在以下问题：
（1）教学内容和检测方法多，包括打浆操作方法、纸张抄造过程中的添加工艺、纸页抄造的操作方法以及纸张各种物理性能的检测方法[2]。学生很难在32学时完全掌握课程全部内容;（2）由于课程知识与实际生产联系紧密，但学生仍未进入工厂参加生产实践，导致学生缺乏学习兴趣，大量知识学习后难以转化利用，影响了老师的教学效果;（3）大量本专业学生为调剂生，对造纸专业缺乏兴趣，导致老师和学生之间的互动较少，进而近一步降低课堂学习氛围;（4）不同授课老师的教学方法和模式存在差异，讲授的侧重点也有所不同，使得学生理解和掌握知识的多少存在差异;（5）教学仪器数量和质量不能满足所有学生操作需要，无法满足部分学生对新知识“好奇心”的实践需求[3]。上述几点是典型的传统实验课程教学普遍存在的问题。尽管以教师为中心，通过板书、媒体放映等方式进行课堂讲解知识对高等院校培养学生有积极的作用，但随着社会的快速发展、技术的日益进步，传统课堂教学，尤其实验教学的问题越发明显起来，不适合当前高校培养一流人才所提出的新要求[4]。基于《造纸工艺实验A》这门课程教学存在的以上问题，造纸系教研组教师对该实验实训课进行了系统的改革和实践研究。探讨课程教学与专业实践的新关系，寻求课堂教学和实践教学的最佳结合点，总结出一套“课前模拟+课堂实践+期末考核”的新模式，在以下几个方面取得了良好的教学效果。
一、课前慕课（MOCC）模拟和课堂讲解相结合的教学方式
慕课（MOOC），即大规模开放在线课程，是“互联网+教育”的产物。英文直译为大规模开放的在线课程（Massive Open Online Course），是新近涌现出来的一种在线课程开发模式。该模式是2008年美国George Siemens教授首次提出，其特征包括广泛的开放性、透明性和优质资源易获取性。利用MOOC，优质资源可以不受区域限制进行共享，促进学生全面学习、终身学习，同时基于大数据的学习分析技术成果及时促进教师完善和改进教学内容，帮助学生自我调整学习计划和学习方法[5]。
制浆造纸实验课程专业性较强，如果教师在课堂上只是单方面灌输专业知识，激发不了学生的学习兴趣和学习的主观能动性。MOOC作为一种新兴的教学模式，改变了学生的上课方式，该模式下的学习主体是学生而非教师，教师的角色定位是通过讨论和交流的方式激励学生去自主学习，同时指点学生的个性化提问和课程存在的难点。学习者不再受时间和空间的限制，也可以通过网络在线讨论和交流，学习的互动性和学习效率均得到提高。
结合MOOC教学模式具有的优势，造纸教研组教师首先通过让学生在中国大学MOOC网站自主预习慕课造纸专业课实验，确定学习任务和目标，学生通过视频或三维动画提前了解造纸工艺步骤及实验设备和工作原理，完成线上答题和评分，教师可以随时监控学生的学习进度，及时帮助学生解答问题。教师将课程中存在的难点、重点内容提炼出来，以公告形式通知学生，提醒他们重点学习。通过这一环节的学习，教师在传统课堂上的教学将会事半功倍。经过MOOC课预习后，教师线下结合预习内容进行课堂讲解，从而解决预习不充分及实验课时偏少等问题，同时对学生线上提出的个性化问题及时给出详细的解释，使得他们的实验兴趣和积极性均得到改善。通过预习，很多实验前期准备工作（比如浆料水分测定、助剂添加量等）学生都已提前完成，节省了大量课堂时间，更有利于实现课程的学习目标，学生达到较好的学习效果，教师也能提升教学质量。
二、理论授课、实验室参观与虚拟仿真相结合的教学方式
造纸工艺实验A是一门综合性实验课程，涉及的知识点多，需要学生将《制浆原理与工程》《造纸原理与工程》及《制浆造纸工艺学》等课程中的理论知识和各种工艺参数融会贯通，这门课程要求理论知识与生产实践要紧密结合，但是由于授课时间安排在学生工厂生产实习之前，给学生的理解带来了很大困惑，即使通过课前MOCC课预习，仍有很多造纸设备和测试方法不能及时消化吸收。教研组教师采取了理论授课和实验室参观相结合的教学方式，合理规划教学教室和实验室相对位置，根据课程进度，带领学生进入相关实验室参观。例如在介绍常用打浆设备的打浆原理及结构后，立即分小组带领学生按批次参观各种打浆设备，如瓦利打浆机、PFI磨等，学生可自己观察各类设备内部结构，剖析打浆设备的工作原理，再回顾课堂上介绍的相关理论知识;在介绍快速纸页成形系统结构及组成后，带领学生参观抄纸实验需要使用的纸页成型系统，了解各部分构造及原理。通过上述教学模式，加强学生对实验的认识，激发学生的学习兴趣，也有助于学生理解吸收授课知识，从而取得良好的教学效果。
此外，对于一些现场无法进行的实验，教研组老师可下载并分享相关虚拟仿真软件，有助于同学们更好地了解造纸过程的各个工艺参数以及和纸张性能之间的相互作用关系，主要包括设备认知、工艺参数设置和故障处理等实验环节，可精准模拟纸张生产情景，解决了实验教学中造纸设备难以可视化监控及连续性质量监测等问题，学生可依据数学模型和工厂模型进行自主设计、工艺优化和新产品开发。通过虚拟仿真实验，加强和巩固学生对所学课程造纸工艺实验A理论知识的理解，起到“以虚补实、虚实结合”的教学效果，实现（实践教学）非连续性工艺实验不具备或难以实现的教学效果。同时虚拟仿真软件采用互动性、探究式的教学方法，将思维导图、头脑风爆引入实验教学当中，学生之间、学生与老师之间开展互动探究式的交流，用思维导图理顺造纸过程中各因素之间的相互作用关系，提出综合性解决问题的方案，引导学生主动学习、自主思考，真正做到理论授课、实验室参观与虚拟仿真相结合。
三、工厂案例分析与讨论相结合的教学方式
教研组老师根据各自工厂实践和科研经历，在授课过程中采用部分案例教学，如工厂实际打浆设备的配合使用方式案例、造纸化学品（填料、干强剂、施胶剂、助留助滤剂等）添加顺序对纸张性能的影响案例、纸张性能（水分、白度、克重等）在线监测案例等，教师首先讲授理论知识，接着通过视频或者图片形式對案例进行分析，最后学生通过独立思考、讨论、交流等形式，对教学问题进行思考。在此过程中，为了提高教学质量，让同学们最大限度地参与教学过程，根据学生人数，将全班同学分成若干组，每个组确定1个组长，组长对布置的课程任务进行分解，实行分组讨论（如提高纸张白度的方法、影响纸张挺度的主要因素、提高纸张防水性能的措施以及降低生产成本的措施等），安排小组内每个同学的任务，并限定时间将每个同学完成的结果集中汇总，组织全组同学进行讨论，然后完成总结报告。通过教师的引导，培养学生的独立思考能力和逻辑思维能力。在最后的汇报过程中，平均每组设置约5分钟的汇报时间（每名成员1分钟左右的汇报时间），结合案例，给出最优方案，课堂讨论后要求各组完成一篇1000字左右的研讨总结报告。在此过程中，可极大地提高了学生的语言表达与综合应用能力，让学生之间、学生和老师之间自由讨论，提高学生课堂积极性、学习表达能力和专业水平[6]。
四、课前、课堂、期末多重结合的考核方式
由于受到国内应试教育的影响，当前高校的一些考试制度及考试方法也没能发挥检查学生对课程内容掌握程度和对学生实际能力培养的应有作用。实际上，考试不仅要检验和评价学生的学习质量和效果，而且还对学生的学习目标、学习方式和学习内容等起着很强的导向作用[7]。我们许多学生羞于表现自我，在课堂上也很少提问和发言。没有交互的课堂，就是一个被动学习的环境，几乎所有在课堂尝试交互的教师都遭遇过无人响应的尴尬。为此，造纸教研组教师建立了一套课前、课堂、期末多重结合的考核方式，这是一种主动让学生以学习为导向的考核制度，以考核方式的多样性来带动学生学习的主动性，以促进学生对课程的兴趣，转变学生被动学习为主动学习，提高课程的教学效果，达到培养学生分析问题和解决问题的能力，从而提升学生的综合素质和能力。考核方式具体如下：首先，学生通过MOCC课的预习和线上问题回答，系统根据预习时间和答题正确率直接给出评分，汇总后统一发给教师;其次，在课堂教学过程中，除学生出勤率外，重点考察学生的实验动手能力、语言表达能力和问题分析能力，上述为教学的过程性评价，所占比例为40%;最后，终结性评价为实验报告与讨论和期末考试成绩，分别占10%和50%。我们认为采取课前、课堂、期末多重结合的考核方式，以多种考核形式为手段，对试题类型的多种设计能够提升学生在平时进行主动学习的兴趣。学生渴望能在一个公平、健康的环境里锻炼自己，喜欢在讨论中获得知识与灵感，无论参与者还是旁观者都能有所得，希望能获得足够的资源来主动学习。就教学效果而言，多重形式考核是远远好过“授课+期末考试”这种传统形式的。
综上所述，造纸实验教学环节是制浆造纸专业人才培养的重要内容。针对造纸工艺实验课程传统教学模式存在的问题，通过以上新教学方式的初步实践，轻工与食品学院造纸教研组已实现小班化管理，充分发挥教师的自主能动性，借助“课前模拟+课堂实践+期末考核”模式，使课程的教学方式多元化，激发了学生对《造纸工艺实验A》这门课程的学习兴趣，提高了学生的主观能动性，增添了课堂教学的趣味性、丰富性、创造性，从根本上提高了课堂教学效果，同时也提高造纸专业人才的实践技能和专业素养，坚定了发扬我国造纸事业的信念。
基金项目：南京林业大学2019年度教学质量提升工程一流人才培养模式改革项目（项目名称“卓越轻化工程专业2.0人才培养模式改革与实践”，项目编号2019nfurcpy009）
参考文献：
[1]赵强，张学铭，金小娟.提高造纸专业实践教学课程质量的探讨与实践[J]纸和造纸，2019，38（01）：60-62
[2]范建云，谢益民，王鹏.轻化工程专业实验教学改革与探讨[J]轻工科技，2015，31（04）：143+145
[3]马金霞.《造纸原理与工程》课程的教学改革探索与实践[J]教育教学论坛，2017（33）：136-137
[4]曾永安.提高制浆造纸专业实践教学课程质量的方法与路径分析[J]造纸科学与技术，2019，38（06）：69-72
[5]赵强.张学铭.金小娟.段东成.“MOOC-传统课堂”混合教学模式在造纸实验课中的应用[J]纸和造纸，2019，38（06）：56-59
[6]叶君.《植物纤维化学》中天然高分子教学的改革实践[J]高分子通报，2007（03）：67-70
[7]陈凡.李顺意.杨艳燕.对当前高校课堂教学方式与学生考核方法改革的探讨[J]课程教育研究（新教师教学），2013，（18）：15
