案例教學(xué)在高分子材料與工程專業(yè)中的探索與研究*

徐雙平，賈宏葛，周海亮，岳成娥，楊秀英，武衛(wèi)莉

(齊齊哈爾大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江省聚合物基復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾 161006)

高校作為高等教育的搖籃，是輸送高素質(zhì)人才的有利保障，提高高等教育質(zhì)量是高等教育發(fā)展的核心任務(wù)，是建設(shè)高等教育強(qiáng)國的基本要求，深化教學(xué)改革是提高人才培養(yǎng)質(zhì)量的必然要求。因此，要不斷加強(qiáng)教育綜合改革，充分發(fā)揮基層特別是廣大師生的積極性、主動性和創(chuàng)造性，探尋合適的創(chuàng)新體制機(jī)制和人才培養(yǎng)模式[1-3]。

我校高分子材料與工程專業(yè)多年一直是省重點(diǎn)專業(yè)及2019年省一流專業(yè)建設(shè)點(diǎn)，幾代人的探索和實(shí)踐，形成了“側(cè)重高分子材料改性與加工工程、培養(yǎng)實(shí)踐和創(chuàng)新能力強(qiáng)的應(yīng)用型人才”的辦學(xué)特色，是黑龍江省唯一一個以高分子材料改性與加工工程為主要教學(xué)內(nèi)容和科研方向的專業(yè)。其主要支持專業(yè)課為《聚合物加工》、《聚合物合成工藝學(xué)》及《聚合反應(yīng)設(shè)備》。其中，《聚合物加工》課程作為一門實(shí)踐性特別強(qiáng)的專業(yè)必修課，是在學(xué)習(xí)了專業(yè)基礎(chǔ)課后學(xué)習(xí)塑料、纖維和橡膠加工過程中所涉及到的原料、配方及配制、成型原理、設(shè)備及工藝等內(nèi)容。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握聚合物加工原理，原料、配方及配制、成型工藝和所用設(shè)備，為學(xué)生畢業(yè)后從事聚合物加工工藝的配方與設(shè)計(jì)、加工工藝的調(diào)試與管理等工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。鑒于之前依靠課堂上理論課的傳授有許多不足之處，諸如教學(xué)主要圍繞課程內(nèi)的相關(guān)概念、基本原理、理想工藝等方面，跟生產(chǎn)實(shí)際和研發(fā)前沿差距很大；教學(xué)模式側(cè)重于知識傳授，對學(xué)生在工程和實(shí)踐能力方面的培養(yǎng)程度不夠；教學(xué)方法還是以知識灌輸型的教學(xué)方式為主，往往忽略了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、自主探究能力的培養(yǎng)；課堂教學(xué)過程中，往往通過各種手段強(qiáng)制學(xué)生學(xué)習(xí)，導(dǎo)致學(xué)生對本課程的學(xué)習(xí)興趣不強(qiáng)。

案例教學(xué)法是一種近年來逐漸被工科學(xué)科采用的教學(xué)方法，根據(jù)專業(yè)不同，精心選擇案例，教師課前精心準(zhǔn)備，通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考和分析、開展研究和討論，實(shí)現(xiàn)有關(guān)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，提高學(xué)生分析和解決問題能力的一種教學(xué)方法。利用案例教學(xué)法豐富教學(xué)內(nèi)容，優(yōu)化教學(xué)模式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的能動性，提高授課效果和教學(xué)質(zhì)量的教學(xué)改革研究也隨即展開。將案例教學(xué)法與《聚合物加工》課程的結(jié)合，是課程改革、創(chuàng)新教育方法、提升工科大學(xué)生實(shí)踐能力的重要途徑，對于提高這門課程的教授效果具有重要的意義。

1 案例教學(xué)的優(yōu)勢

案例教學(xué)引入我國是在上世紀(jì)80年代，起初案例教學(xué)法多局限于法學(xué)、商學(xué)以及醫(yī)學(xué)等很少幾個學(xué)科，而案例教學(xué)應(yīng)用在理工科各個專業(yè)很少。近幾年，案例教學(xué)不僅在管理、法學(xué)、商學(xué)以及醫(yī)學(xué)應(yīng)用快速增多，同時(shí)在理工科的應(yīng)用也在增加。

當(dāng)前，案例教學(xué)以啟發(fā)式、探究式為主，符合當(dāng)前教學(xué)與改革發(fā)展的趨勢。它能夠?qū)镜睦碚撝R與生產(chǎn)實(shí)踐等有機(jī)結(jié)合，最大程度地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，促使學(xué)生主動思考問題，分析并解決問題，其起到了架起理論和實(shí)踐的橋梁。在課程教學(xué)中“ 授之以魚”，不如“授之以漁”，讓學(xué)生掌握學(xué)習(xí)的方法，求知的本領(lǐng)，這是每一位教育者都樂意為之的。案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相比，具有明顯的優(yōu)勢[4-11]，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)教學(xué)與案例教學(xué)的對比

眾多案例教學(xué)的實(shí)踐表明，案例教學(xué)的順利實(shí)施與良好效果的實(shí)現(xiàn)需要注意以下兩點(diǎn)：(1)案例教學(xué)，案例是基礎(chǔ)核心。因此案例的選擇非常重要，一定要注意案例要有代表性，實(shí)用性，綜合性；另一方面，除了選擇好的案例，還有要注意案例分析要深刻，不同于舉例子；(2)案例教學(xué)實(shí)施過程中，處理好老師和學(xué)生的關(guān)系。案例教學(xué)對任課教師的專業(yè)水平提出了更高的要求，作為老師也必須教學(xué)相長，努力提高自己的業(yè)務(wù)水平；既要講清楚知識，還要跟學(xué)生形成良好的互動，解答學(xué)生提出的問題[12-14]。

一般情況下，案例教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括案例選擇、案例內(nèi)容分組、學(xué)生分組實(shí)施、課堂報(bào)告及討論、教師及其他組學(xué)生點(diǎn)評、教師總結(jié)、學(xué)生補(bǔ)充、完善報(bào)告、教師評分及反饋九個方面。也有的依據(jù)案例教學(xué)的實(shí)施分為三個階段八個步驟。(一)課前的教師準(zhǔn)備階段：①依據(jù)課程目標(biāo)和畢業(yè)要求分析授課內(nèi)容，制定教學(xué)目標(biāo)；②學(xué)生分組準(zhǔn)備；③相關(guān)教學(xué)資料的搜集準(zhǔn)備；④作業(yè)分配準(zhǔn)備；⑤研討案例準(zhǔn)備；(二)課程授課階段：①基于啟發(fā)式教學(xué)的法律條款的解釋學(xué)習(xí)；②案例分組辯論；③辯論后的歸納小結(jié)；(三)授課結(jié)束前的總結(jié)階段。歸納起來，就是“情境創(chuàng)設(shè)-對話-反思-知識構(gòu)建”的模式，通過案例提供的教學(xué)情境，師生、生生合作對案例加以研究、分析、討論，探討理論和實(shí)踐的關(guān)系[15-19]。理想的案例教學(xué)狀態(tài)模擬圖如圖2所示。

大量案例教學(xué)的實(shí)踐表明，案例教學(xué)已經(jīng)成為一種有效的教學(xué)手段。在工科專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)過程中，將案例教學(xué)與專業(yè)課程緊密集合，是一種有效的授課方法，值得借鑒和推廣。案例教學(xué)在工科大學(xué)生的專業(yè)課學(xué)習(xí)中，逐漸推廣。例如：江南大學(xué)的馬丕明等[20]針對《聚合物成型加工》進(jìn)行了案例教學(xué)的嘗試。他們認(rèn)為這門課程是高分子材料與工程專業(yè)的核心課程。針對該課程理論與實(shí)踐相結(jié)合的特點(diǎn)，堅(jiān)持課內(nèi)課外聯(lián)動，充分發(fā)揮教師引導(dǎo)和學(xué)生的主體能動性，在教學(xué)思想、方法、模式等方面進(jìn)行了有益和有效的改革與探索。

圖2 理想的案例教學(xué)對話機(jī)制

在高分子材料與工程專業(yè)的課程教學(xué)上，黃國波等[21]進(jìn)行了《聚合物成型機(jī)械》課程的案例教學(xué)實(shí)踐，采用視頻觀摩、課堂討論、仿真模型及實(shí)訓(xùn)演練等形式，配合案例教學(xué)的實(shí)施，取得了不錯的效果；王麗等[22]研究了案例教學(xué)在《材料加工工藝學(xué)》課堂教學(xué)中的具體應(yīng)用，以橡膠的加工工藝為教學(xué)案例，結(jié)合講授法、演示法、問答法、啟發(fā)法，獲得了良好的教學(xué)效果；李瑞琦等[23]認(rèn)為功能高分子材料課程涵蓋內(nèi)容多，知識點(diǎn)零散，學(xué)生有時(shí)難免產(chǎn)生畏難情緒，在授課過程中引入案例教學(xué)法，對提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和課堂效果具有重大意義；林碧蘭[24]將案例教學(xué)法和其它教學(xué)方法結(jié)合起來，培養(yǎng)出符合時(shí)代發(fā)展要求的新型高素質(zhì)人才；張春慶等[25]通過丁苯橡膠的具體科研案例，對高分子物理課程的教學(xué)法進(jìn)行了探索，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果比預(yù)想的要好；王林艷等[26]在《高分子物理》課程的教學(xué)中，以聚合物的黏彈性中內(nèi)耗相關(guān)內(nèi)容為案例，分四個步驟進(jìn)行，取得了良好的學(xué)習(xí)效果。目前，好的案例教學(xué)，需要從典型案例教學(xué)的準(zhǔn)備、典型案例教學(xué)過程等方面，對教師和學(xué)生提出的要求進(jìn)行合理的安排，才可以達(dá)到事半功倍的效果。

2 案例教學(xué)實(shí)施與研究

2.1 案例的選擇

案例的選擇在課程案例教學(xué)中至關(guān)重要，毫不夸張地說，好的案例是案例教學(xué)成功的一半。本課題中的案例將圍繞《聚合物加工》課程大綱，以本專業(yè)的校企合作伙伴某高分子材料有限責(zé)任公司為依托，針對該公司為某一客戶開發(fā)“C51型汽車用改性聚丙烯”這一實(shí)際生產(chǎn)項(xiàng)目為基礎(chǔ)展開的。選擇依據(jù)是聚丙烯樹脂作為五大通用樹脂之一，近年隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，其用量急劇增大，生活中隨處可見，其改性更加得到重視等，在很大程度上提高學(xué)生的興趣；汽車用聚丙烯制件的成型方法基本覆蓋《聚合物加工》大綱中的內(nèi)容，通過此案例教學(xué)能更好地把教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)貫穿其中。

2.2 案例教學(xué)的準(zhǔn)備及內(nèi)容選擇

基于《聚合物加工》課程大綱中的教學(xué)目標(biāo)及內(nèi)容，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)“C51型汽車用改性聚丙烯”從客戶需求為起點(diǎn)到產(chǎn)品交付一共13個環(huán)節(jié)，首先通過案例教學(xué)法改編原有的教學(xué)內(nèi)容順序，主要涉及到的教學(xué)大綱的內(nèi)容包括：(1)配方設(shè)計(jì)，基料PP的選用及其加工助劑的選擇，關(guān)鍵點(diǎn)為配方的配伍性(共混原則)和性價(jià)比；(2)混合與混煉工藝，根據(jù)物料狀態(tài)和性質(zhì)選擇合適的設(shè)備來達(dá)到成型前最佳混合效果(分散度和均一性)；(3)物料衡算及工藝計(jì)算，關(guān)鍵點(diǎn)為配方中各組分的用量以及各工段用量和損耗，以此選擇合適的主輔設(shè)備；(4)擠出成型理論及其擠出工藝，擠出機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理、造粒過程中擠出機(jī)三段理論、擠出機(jī)及機(jī)頭各參數(shù)的設(shè)定，同時(shí)可以引申出其它擠出成型工藝(擠出吹塑薄膜，擠出板材和管材等)；(5)其它成型方法原理及工藝(塑料注射成型，可以引出其它成型半殼類產(chǎn)品的方法：中空成型、模壓成型、熱成型及壓延成型等)；(6)產(chǎn)品性能的測試等內(nèi)容；(7)然后對學(xué)生分組，并且分配具體的案例環(huán)節(jié)及相關(guān)專業(yè)知識內(nèi)容。

2.3 案例教學(xué)的實(shí)施

對此案例的實(shí)施，設(shè)計(jì)將在某高分子材料有限責(zé)任公司-制造方(Z)和XX公司-客戶方(K)兩公司間展開，案例教學(xué)實(shí)施步驟以實(shí)際生產(chǎn)“C51型汽車用改性聚丙烯”的13個環(huán)節(jié)進(jìn)行，按理想案例教學(xué)模式實(shí)施：(1)任課教師對案例13個環(huán)節(jié)及相應(yīng)課程內(nèi)容的介紹，特別是各個環(huán)節(jié)涉及到的相關(guān)法律法規(guī)的講解；(2)學(xué)生根據(jù)本組內(nèi)容及目標(biāo)，通過查閱書籍、文獻(xiàn)，并對所收集到的資料歸納、討論并撰寫報(bào)告；(3)教師對各組提交的報(bào)告進(jìn)行檢查，師生討論、修改、定稿，制作PPT；(4)學(xué)生課堂講解，教師和其他組學(xué)生提問、評分，然后討論、補(bǔ)充，再由教師對本環(huán)節(jié)歸納小結(jié)，甚至是展開講解相應(yīng)內(nèi)容；(5)教師對整個案例教學(xué)內(nèi)容的一個總結(jié)。

3 結(jié) 語

通過這一實(shí)際生產(chǎn)案例的講授，有機(jī)地把《聚合物加工》課程中的理論知識和實(shí)際生產(chǎn)及應(yīng)用結(jié)合起來，有效地提高學(xué)生對本專業(yè)課程學(xué)習(xí)的興趣。同時(shí)對高分子材料的開發(fā)到應(yīng)用有了一個系統(tǒng)而又全面的認(rèn)識，有意識地引導(dǎo)學(xué)生從生活中的高分子材料制件出發(fā)，通過問答式，然后分組讓學(xué)生討論、分析、思考和總結(jié)給出合理的答案，以此加深學(xué)生對課程內(nèi)容的掌握。