關(guān)鍵詞：綜合性實(shí)驗(yàn)；紡織纖維；纖維形態(tài)；檢驗(yàn)

摘?要：在原有課程實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，充分利用偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡等實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有儀器設(shè)備，充實(shí)調(diào)整教學(xué)內(nèi)容、拓展檢驗(yàn)方法，將課程實(shí)踐教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室大型儀器設(shè)備相結(jié)合，擴(kuò)展設(shè)計(jì)“常見(jiàn)紡織纖維形態(tài)檢驗(yàn)”的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能夠從微觀角度更好地觀察研究紡織纖維結(jié)構(gòu)形態(tài)特征，有效地將實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備引入本科實(shí)踐教學(xué)中，對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生科研能力，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐能力的培養(yǎng)具有積極意義。

01

現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，包含鞏固已學(xué)理論知識(shí)、探索未知領(lǐng)域的功能，也包含提升學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)綜合能力的功能。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系中，課程實(shí)踐教學(xué)主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，按照理論課程需要，圍繞理論教學(xué)涉及的知識(shí)點(diǎn)來(lái)開(kāi)設(shè)，實(shí)驗(yàn)通常以演示性、驗(yàn)證性項(xiàng)目居多，學(xué)生只學(xué)到一些孤立的技能訓(xùn)練，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容體現(xiàn)不出實(shí)踐性教學(xué)自身的連貫性和綜合性，不利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)形成系統(tǒng)完整的認(rèn)識(shí)。目前常見(jiàn)紡織纖維形態(tài)的檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，主要是采用顯微鏡觀察法觀察比對(duì)纖維形態(tài)特征，實(shí)驗(yàn)教學(xué)分教師課堂集中講授和學(xué)生實(shí)踐操作兩大部分，實(shí)驗(yàn)儀器為DM2700P型偏光顯微鏡，學(xué)生首先聽(tīng)取教師講解，觀看演示操作，按照實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)書(shū)上的實(shí)驗(yàn)步驟按部就班完成各自實(shí)驗(yàn)。由于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中習(xí)慣于接受現(xiàn)成的知識(shí)和技能，對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所涉知識(shí)的理解和技能的掌握不足，缺乏自主思考，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法和使用的儀器設(shè)備相對(duì)單一，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣普遍不高。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過(guò)程中忽視了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中的主體地位，填鴨式教學(xué)方法缺乏以問(wèn)題為導(dǎo)向的探索思考能力的培養(yǎng)，不利于培養(yǎng)學(xué)生綜合分析和解決問(wèn)題的能力，難以達(dá)到融會(huì)貫通并靈活運(yùn)用的教學(xué)目標(biāo)。

02

常見(jiàn)紡織纖維形態(tài)的檢驗(yàn)綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的設(shè)計(jì)，要以學(xué)生已學(xué)知識(shí)為基礎(chǔ)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法適當(dāng)拓展，加深學(xué)生對(duì)學(xué)科相關(guān)知識(shí)的理解和掌握。因此，綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)要緊跟科技發(fā)展前沿，并能充分發(fā)揮科研儀器設(shè)備的作用，實(shí)驗(yàn)要以有效解決實(shí)際問(wèn)題為導(dǎo)向，將課程理論教學(xué)所涉及的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、基本理論、檢驗(yàn)手段等相對(duì)獨(dú)立的環(huán)節(jié)整合成一條貫通式的知識(shí)鏈，不僅有利于啟發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)科知識(shí)結(jié)構(gòu)整體性、系統(tǒng)性的掌握，而且有助于培養(yǎng)學(xué)生自主思考、分析、解決問(wèn)題的能力。為適應(yīng)專(zhuān)業(yè)發(fā)展需求，我們從課程教學(xué)目標(biāo)出發(fā)，以應(yīng)用型、綜合性為課程設(shè)計(jì)理念，將教學(xué)大綱要求的基本實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)手段與解決實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合，同時(shí)將實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的儀器設(shè)備應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，設(shè)計(jì)常見(jiàn)紡織纖維形態(tài)的檢驗(yàn)綜合性實(shí)驗(yàn)，相比原有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，開(kāi)放性的綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目更容易激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，有利于培養(yǎng)學(xué)生勇于探索的實(shí)踐能力。

2.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)

常見(jiàn)紡織纖維形態(tài)的檢驗(yàn)綜合性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)分為兩大部分，第一部分內(nèi)容是使用偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡觀測(cè)已知纖維形態(tài)特征；第二部分內(nèi)容是檢驗(yàn)鑒別未知纖維試樣，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括制作纖維試樣、儀器操作、圖像采集及處理、未知纖維檢驗(yàn)等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。學(xué)生以小組為單位，每組５人，分組實(shí)驗(yàn)?？紤]到實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)的限制，實(shí)驗(yàn)課前要求學(xué)生查閱偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡和激光共聚焦顯微鏡等相關(guān)資料，學(xué)習(xí)了解所用儀器的工作原理、儀器結(jié)構(gòu)；觀看實(shí)驗(yàn)室提供的儀器操作使用培訓(xùn)視頻，了解儀器操作步驟和注意事項(xiàng)，做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。為鍛煉學(xué)生的實(shí)踐操作技能，實(shí)驗(yàn)課前學(xué)生要自己動(dòng)手制作纖維載玻片實(shí)驗(yàn)樣本，樣本制作時(shí)采用DM2700P型偏光顯微鏡觀察纖維在載玻片中分布情況，以保證后續(xù)儀器檢測(cè)能夠順利進(jìn)行。掃描電子顯微鏡對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本的制備有特殊要求，學(xué)生因缺乏操作經(jīng)驗(yàn)，必須在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，按照制作要求完成樣本制備。對(duì)于未知纖維試樣的檢驗(yàn)鑒別，學(xué)生要有清晰的檢驗(yàn)思路，需要制定出實(shí)驗(yàn)方案，按實(shí)驗(yàn)流程進(jìn)行檢測(cè)，待纖維檢測(cè)完成后，采集圖像，對(duì)檢測(cè)結(jié)果分析討論，得出鑒定結(jié)論，最后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2.3實(shí)驗(yàn)材料

隨著化纖紡織行業(yè)的快速發(fā)展，具有吸濕、抗菌、防水、抗靜電、耐熱、阻燃等新型功能的纖維不斷涌現(xiàn)，日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求使得新型纖維應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，為拓展學(xué)生的知識(shí)面，在保留原實(shí)驗(yàn)室提供的１８種常見(jiàn)紡織纖維基礎(chǔ)上，收集增補(bǔ)了聚對(duì)苯二甲酸乙二酯纖維（ＰＥＴ）、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯纖維（ＰＴＴ）、萊賽爾纖維、莫代爾纖維、芳綸１４１４纖維、聚乳酸纖維（ＰＬＡ）、竹炭纖維、中空纖維、導(dǎo)電纖維、超高分子量纖維（ＰＥ）等１０多種新型纖維。

2.4實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

DM2700P型偏光顯微鏡（徠卡顯微系統(tǒng)公司）），ＱＵＡＮＴＡ?４００掃描電子顯微鏡（美國(guó)ＦＥＩ公司），Ｌｅｉｃａ?ＤＭ?２7００Ｐ 偏光顯微鏡（德國(guó)徠卡），Ｌｅｉｃａ DCM8000激光共聚焦顯微鏡（德國(guó)徠卡）。

試劑：甘油

2.5實(shí)驗(yàn)步驟和討論

各小組通過(guò)預(yù)約的方式分批完成實(shí)驗(yàn)樣本制作和儀器檢測(cè)，儀器操作部分學(xué)生必須在實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)下分別上機(jī)操作，對(duì)制作好的纖維樣本進(jìn)行儀器檢測(cè)分析，采集處理圖像，保存檢測(cè)結(jié)果。

2.5.1偏光顯微鏡實(shí)驗(yàn)

由于大多數(shù)纖維都具有各向異性的特性，在偏振光下會(huì)發(fā)生雙折射的現(xiàn)象，產(chǎn)生各種纖維獨(dú)有的干涉條紋，利用偏振光顯微鏡可以對(duì)纖維結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行觀察檢測(cè)。相比原實(shí)驗(yàn)采用的ＸＰＴ－７型偏光顯微鏡，Ｌｅｉｃａ?ＤＭ?２7００Ｐ偏光顯微鏡配備專(zhuān)業(yè)的ＣＣＤ和軟件系統(tǒng)，采集處理圖像速度快，系統(tǒng)提供的直觀自動(dòng)同步顯微圖像環(huán)境更方便纖維形態(tài)特征的觀測(cè)，圖像易于保存，有利于未知纖維的比對(duì)檢驗(yàn)，能夠取得更好的實(shí)驗(yàn)效果。偏光顯微鏡觀察芳綸１４１４纖維形態(tài)特征，如圖１所示，纖維縱截面光滑平直，細(xì)度均勻，中軸呈紅白相間兩色，左右對(duì)稱(chēng)為深藍(lán)色。

圖１?偏光顯微鏡芳綸１４１４纖維縱截面形態(tài)

2.5.2掃描電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)

掃 描電子顯微鏡具有放大倍數(shù)范圍寬、二次成像分辨率高、樣品制備操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，采用具備低真空模式的掃描電子顯微鏡可以直接觀測(cè)纖維試樣，無(wú)需蒸鍍導(dǎo)電膜。 其高分辨圖像可以實(shí)現(xiàn)極微區(qū)的原位精細(xì)觀察，學(xué)生可以從更微觀的角度研究觀察纖維試樣拉伸端口的結(jié)構(gòu)特征。 掃描電子顯微鏡觀察芳綸１４１４纖維縱截面形態(tài)特征，如圖２所示，芳綸１４１４纖維縱截面呈光滑管狀，細(xì)度均勻，表面有少量顆粒。

圖２?掃描電子顯微鏡芳綸１４１４纖維縱截面形態(tài)

2.5.3激光共聚焦顯微鏡實(shí)驗(yàn)室

激光共聚焦顯微鏡具有放大倍數(shù)高、大景深，可觀察立體層次等特點(diǎn)。不同種類(lèi)纖維其紡絲工藝不同，纖維在生產(chǎn)加工過(guò)程中經(jīng)過(guò)干燥、擠壓、紡絲組件、卷繞等紡絲工藝形成了纖維表面微觀結(jié)構(gòu)特征，在機(jī)械外力的作用下，纖維表層極易產(chǎn)生毛邊、撕裂和分層等表面缺陷，采用激光共聚焦顯微鏡檢測(cè)纖維樣本，可增加學(xué)生對(duì)不同種類(lèi)纖維表面微觀結(jié)構(gòu)的感性認(rèn)識(shí)。激光共聚焦顯微鏡掃描。

芳綸１４１４纖維形態(tài)特征見(jiàn)圖３，從獲取的圖像可以看到芳綸１４１４纖維表面的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，纖維細(xì)度均勻，表面有條形的拉絲溝槽和不均勻孔隙分布。

圖３?激光共聚焦顯微鏡芳綸１４１４纖維縱截面形態(tài)

實(shí)驗(yàn)表明，利用偏光顯微鏡、掃描電子顯微鏡、激光共聚焦顯微鏡對(duì)已知纖維進(jìn)行觀測(cè)并采集圖像，可以獲得同一種纖維不同儀器的測(cè)試結(jié)果，從而得到纖維形態(tài)特征的多重信息。由于不同分析儀器在纖維的檢測(cè)分析上各有利弊，為避免單一檢測(cè)儀器的局限性，要充分利用多種儀器設(shè)備提供的信息進(jìn)行合理選擇，因此，在對(duì)未知纖維的分析鑒別實(shí)驗(yàn)中，需要結(jié)合多種儀器測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析，才能得出相互關(guān)聯(lián)、相互補(bǔ)充、相互支撐的鑒定結(jié)論。學(xué)生在對(duì)未知纖維細(xì)微差異質(zhì)疑、探究、釋疑等檢驗(yàn)鑒別過(guò)程中，需要進(jìn)行綜合分析評(píng)判，最后得出準(zhǔn)確的定性結(jié)論。通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，培養(yǎng)了學(xué)生多角度、綜合考慮問(wèn)題的科研能力，極大地激發(fā)了學(xué)生積極探索的科研熱情，對(duì)學(xué)生綜合性思維和科研探索能力的培養(yǎng)具有指導(dǎo)意義。

03

結(jié)語(yǔ)

采用多種顯微分析儀器對(duì)纖維形態(tài)特征進(jìn)行綜合檢驗(yàn)，將常見(jiàn)紡織纖維形態(tài)的檢驗(yàn)一般驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)擴(kuò)展設(shè)計(jì)為綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有效地將實(shí)驗(yàn)室科研儀器設(shè)備引入本科實(shí)踐教學(xué)中，提高優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源的利用效率；通過(guò)綜合性實(shí)驗(yàn)的訓(xùn)練，能夠使學(xué)生學(xué)習(xí)了解到學(xué)科前沿知識(shí)，熟悉多種儀器的操作與使用，從理論和實(shí)踐兩方面加深對(duì)纖維形態(tài)特征檢驗(yàn)的理解和應(yīng)用；貼近實(shí)戰(zhàn)的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)，能夠提高學(xué)生運(yùn)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［１］王虹，王軍，常見(jiàn)紡織纖維形態(tài)檢驗(yàn)的綜合性設(shè)計(jì)［A］江蘇警官學(xué)院刑事科學(xué)技術(shù)系，江蘇南京210031.1673-0356（2020）02-0024-03