“大班授課，小班研討”在包裝應(yīng)用力學(xué)課程教學(xué)中的探索

劉奇龍，盧富德，蔣海云

（湖南工業(yè)大學(xué)包裝與材料工程學(xué)院，湖南株洲 412007）

0 引言

我校以包裝工程專業(yè)為特色，是中國包裝聯(lián)合會副會長單位，也是全國包裝技術(shù)培訓(xùn)中心。包裝工程專業(yè)也是學(xué)校省級特色、重點專業(yè)，近30 年來為社會輸送了大量專業(yè)技術(shù)人才，為包裝行業(yè)發(fā)展做出了應(yīng)有貢獻。而包裝應(yīng)用力學(xué)課程對創(chuàng)新型高素質(zhì)包裝工程專業(yè)人才的培養(yǎng)有著非常重要的作用。但近些年來，隨著專業(yè)招生規(guī)模的不斷擴大，專業(yè)招收人數(shù)大增（2017 年人數(shù)為193 人，2018 年人數(shù)達到352 人），以前傳統(tǒng)的授課模式也暴露出諸如班級規(guī)模過大、師生比嚴重不足、學(xué)生積極性、主動性不易調(diào)動、能力培養(yǎng)欠缺、教學(xué)效果欠缺等同樣問題［1-4］，因此如何將近年來廣受很多高等院校青睞［5-9］的“大班授課，小班研討”這種行之有效的新型教學(xué)模式引入包裝應(yīng)用力學(xué)課程教學(xué)具有積極意義。

1 課程主要內(nèi)容和教學(xué)基本情況

包裝應(yīng)用力學(xué)課程是包裝工程專業(yè)非常重要的一門核心專業(yè)課，主要研究在流通環(huán)境下（見圖1）的動力學(xué)因素、產(chǎn)品的動力學(xué)模型、產(chǎn)品力學(xué)性能評價方法、緩沖材料緩沖性能評價指標(biāo)、緩沖設(shè)計和防振設(shè)計的基本理論［10-11］等，要求學(xué)生在系統(tǒng)地掌握動力學(xué)理論的同時，能夠與包裝相關(guān)的動力學(xué)因素相結(jié)合，對緩沖包裝的設(shè)計方法、步驟、設(shè)計結(jié)果評價和檢測有一個系統(tǒng)的了解，從動力學(xué)理論角度指導(dǎo)學(xué)生進行運輸緩沖包裝設(shè)計。

圖1 運輸包裝流程圖

本課程共計36 學(xué)時，分為振動、沖擊、緩沖設(shè)計3個模塊（見圖2）。振動包括單自由度無阻尼振動、有阻尼自由振動、單自由度強迫振動、考慮易損件的包裝件的振動；沖擊包括：產(chǎn)品對襯墊的響應(yīng)、半正弦脈沖的放大倍數(shù)、半正弦脈沖破損邊界曲線、矩形脈沖沖擊譜、產(chǎn)品脆值試驗；緩沖設(shè)計理論包括緩沖系數(shù)、緩沖系數(shù)-最大應(yīng)力曲線，最大加速度-靜應(yīng)力曲線。振動理論研究的是線性系統(tǒng)的自由振動與強迫振動，而沖擊理論主要研究是產(chǎn)品損壞的力學(xué)表示，緩沖曲線研究的是非線性緩沖材料的能量吸收。

圖2 包裝應(yīng)用力學(xué)課程內(nèi)容

從傳統(tǒng)的包裝應(yīng)用力學(xué)內(nèi)容上分析，在振動理論講解中，缺乏對非線性系統(tǒng)、或分段線性的自由振動、強迫振動的理論內(nèi)容，后面的緩沖設(shè)計中僅涉及材料的吸收能量，并沒有涉及系統(tǒng)的加速度-時間積累效應(yīng)對產(chǎn)品損壞的影響［12-13］，因此包裝應(yīng)用力學(xué)課程的教學(xué)內(nèi)容需要改革。以往課程教學(xué)一般采用大班集中授課方式，人數(shù)眾多，規(guī)模偏大，加上課程偏枯燥的力學(xué)理論，部分學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，學(xué)生學(xué)業(yè)水平也參差不齊，老師時間精力有限等種種原因，每年考試不及格率遠高于其他專業(yè)課程，平均成績也比較低，教學(xué)效果不太理想。為進一步落實和全面貫徹“以能力為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)”的教育教學(xué)理念，有效提升課程教學(xué)質(zhì)量，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，嘗試采用“大班授課，小班研討”的教學(xué)模式改革具有現(xiàn)實意義［14］。

2 “大班授課，小班研討”教學(xué)改革實現(xiàn)形式

依據(jù)包裝應(yīng)用力學(xué)課程的特點，在2017 級包裝工程專業(yè)包裝應(yīng)用力學(xué)課程教學(xué)中采用了“大班授課，小班研討”教學(xué)模式對包裝應(yīng)用力學(xué)課程進行了改革，該模式通過“小班研討”與傳統(tǒng)“大班授課”有機融合，通過各種研討和混合式教學(xué)方式［15］讓學(xué)生成為課堂的主人，積極參與到課程教學(xué)中，以學(xué)生為中心，提升學(xué)生在教學(xué)過程中的主動參與性，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動意識，激發(fā)學(xué)生對知識的渴求，取得了滿意的教學(xué)效果。

2.1 大班授課

在課程改革中，首先組建了較高水平的教學(xué)師資隊伍，3 名大班授課主講教師都具有博士學(xué)位，有長達10 余年豐富的教學(xué)與科研經(jīng)驗。且考慮到班級過大教學(xué)效果差等缺陷，將大班規(guī)模嚴格限定在兩個小班總?cè)藬?shù)在60 人左右，在中等大小教室集中授課。大班課每周4 學(xué)時，大班授課過程以課堂講授理論內(nèi)容為主，輔以錄制好的精品課程教學(xué)視頻進行學(xué)習(xí)和講解，注重講解基本概念、理論，即包裝應(yīng)用力學(xué)里面的振動理論、沖擊理論等，結(jié)合經(jīng)典的緩沖包裝分析實例，講授緩沖設(shè)計理論，使學(xué)生能把握課程的重點和難點，深入理解和掌握緩沖包裝設(shè)計流程。

2.2 小班研討

為了便于小班研討的組織和實施，將大班授課所有學(xué)生人數(shù)按照6 人／組分成各研討小組，且固定上課座位，每個研討小組確定1 名小組長，并建立微信研討組長交流群，相關(guān)任務(wù)安排及教學(xué)交流能及時傳達和進行。在大班授課后布置有關(guān)研討題目，引導(dǎo)學(xué)生課外利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)等資源自主查閱相關(guān)文獻資料，調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考與解決問題的能力。小班研討每周靈活安排1 次，共16 學(xué)時，有小班課內(nèi)研討、課外研討、項目式教學(xué)［16］、課程群相結(jié)合研討、在線視頻教學(xué)等多種形式，研討內(nèi)容對應(yīng)大班授課課程相應(yīng)章節(jié)，即振動理論、沖擊理論、緩沖包裝設(shè)計理論。研討問題及內(nèi)容的設(shè)定主要依據(jù)這3 大理論4 個章節(jié)的知識進行。老師掌控整個研討過程，確定研討的主題，引導(dǎo)學(xué)生積極參與討論，并組織學(xué)生上講臺講解，講臺下各小組自由討論，老師及時給出相應(yīng)的點評，最終使學(xué)生能更好地掌握包裝應(yīng)用力學(xué)關(guān)鍵理論和應(yīng)用方法。

（1）小班課內(nèi)研討。在課堂上，擺脫了“填鴨子”灌輸式教育模式。主講教師先講20 min 左右的理論知識，講授力學(xué)概念、力學(xué)推導(dǎo)思路以及重要結(jié)論，然后給出例題鞏固知識。最后15 min安排課內(nèi)研討，由教師給出研討題目，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)課堂知識進行課堂討論，理清解題思路，同時老師讓學(xué)生主動舉手回答問題，并讓回答正確的學(xué)生分散開給其他學(xué)生講解，大大調(diào)動了學(xué)生們參與互動的積極性，課堂氣氛相比原來老師主講為主的模式更加活躍。對課堂討論的內(nèi)容，要形成文字，教師隨機抽查或全部收繳作業(yè)形式，對本次課程研討進行點評，以總結(jié)經(jīng)驗。經(jīng)過課內(nèi)研討，認真參與的學(xué)生能積極主動地鞏固所學(xué)理論知識并進行深化拓展，釋疑解惑，及時培養(yǎng)和提升了他們的理論知識實際應(yīng)用能力，取得了比較好的效果。

（2）小班課外研討。課外研討根據(jù)實際教學(xué)進度靈活安排，課外研討課的方式根據(jù)具體教學(xué)內(nèi)容來選擇，主要以討論式方式進行。老師一般在大班授課后或研討小組微信群里布置有關(guān)研討題目，學(xué)生需自行預(yù)習(xí)、完成在線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生利用圖書館、網(wǎng)絡(luò)等資源自主查閱相關(guān)文獻資料，完成研討題目的準(zhǔn)備。課外根據(jù)學(xué)生的時間靈活安排研討，每次課外研討首先隨機抽取研討小組推薦2 人進行PPT匯報，老師引導(dǎo)學(xué)生在匯報過程中隨時提問，組織大家進行討論，課堂氣氛十分活躍，研討結(jié)束后老師及時進行總結(jié)。這種以學(xué)生為主體的研討方式充分調(diào)動了學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力，使學(xué)生更好掌握枯燥的包裝動力學(xué)理論，取得了比較好的教學(xué)效果。如在講解無阻尼線性系統(tǒng)自由振動后，給出圖3 所示的分段線性系統(tǒng)的動力學(xué)響應(yīng)，這個題目考察基本功，并且能夠把學(xué)到的知識推廣到一般情況。在日益發(fā)達的運輸物流包裝中，常用發(fā)泡聚乙烯緩沖材料作為內(nèi)襯，它的力學(xué)性能已經(jīng)不能用線性系統(tǒng)來表示，而是表現(xiàn)為復(fù)雜的非線性力學(xué)，但是在目前的包裝應(yīng)用力學(xué)教材中，關(guān)于非線性振動理論還沒有涉及。此次研討不僅改變了傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)、教學(xué)形式，而且對教學(xué)內(nèi)容講解也有較大的變化，對產(chǎn)品破壞試驗進行虛擬仿真，為了彌補產(chǎn)品抗破壞能力測試的缺失，利用虛擬試驗［17］進行代替，改革后的內(nèi)容如圖4 所示。學(xué)生普遍反映經(jīng)過此次研討，從根本上理解了實際情況下的非線性振動理論基礎(chǔ)，學(xué)到了教材上沒有的知識，學(xué)習(xí)興趣大大提高。

圖3 分段線性力學(xué)行為

圖4 包裝應(yīng)用力學(xué)課程內(nèi)容改革

（3）小班項目式研討。根據(jù)實際教學(xué)進度靈活安排，在基本上學(xué)完主體理論知識后，最后兩個星期提前安排好典型電子產(chǎn)品緩沖包裝設(shè)計項目，以小組為項目組，每組選擇好緩沖設(shè)計項目，以項目為基礎(chǔ)，以各組學(xué)生自身為中心，引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)文獻資料，完成從電子產(chǎn)品緩沖運輸包裝分析、緩沖包裝材料選擇、緩沖材料設(shè)計尺寸、緩沖包裝方案設(shè)計整個緩沖包裝設(shè)計項目。最后一周每組同學(xué)結(jié)合自身選擇的緩沖設(shè)計項目進行答辯匯報，在老師的指導(dǎo)下進行討論，共同探討緩沖設(shè)計項目的科學(xué)性及不足。由于完成設(shè)計項目需要學(xué)生將所學(xué)振動理論、沖擊理論、緩沖設(shè)計理論等主體動力學(xué)知識靈活運用于實際的電子產(chǎn)品緩沖包裝設(shè)計，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，大部分項目小組都能積極主動查閱教學(xué)和文獻資料，合理分配各組員項目任務(wù)，在老師的指導(dǎo)下，都能獨立按組完成緩沖包裝設(shè)計項目。同時經(jīng)過最后項目分組答辯和研討，更深層次地理解了包裝動力學(xué)理論及其應(yīng)用。

（4）與課程群相結(jié)合研討。包裝應(yīng)用力學(xué)是運輸與物流包裝、包裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化與程序設(shè)計、包裝虛擬仿真等課程的先導(dǎo)課，這些課構(gòu)成運輸包裝模塊有機課程群，并逐漸在我校包裝工程專業(yè)教學(xué)中彰顯本科教學(xué)特色。為了能讓學(xué)生更深入地理解動力學(xué)理論知識，深入理解這門課程的重要地位和主要應(yīng)用，在課程教學(xué)改革后期安排了兩次與這些核心關(guān)聯(lián)課程的結(jié)合研討。課程群相關(guān)老師把自己擔(dān)任的各級縱橫向科研成果融入包裝應(yīng)用力學(xué)教學(xué)活動中，在揭示泡沫、蜂窩等材料的力學(xué)性能及其應(yīng)用方面提供了較為完整的參考，如針對現(xiàn)今物流運輸?shù)陌l(fā)展而出現(xiàn)的若干熱門研究新課題，諸如塑料泡沫非線性有限元技術(shù)［18］、泡沫失效行為［19］、紙質(zhì)結(jié)構(gòu)的非線性力學(xué)行為［20］，專門安排了運輸包裝專業(yè)核心課程群的主講老師從包裝動力學(xué)理論及仿真的角度講解紙薄壁結(jié)構(gòu)和非線性振動理論的發(fā)展現(xiàn)狀及前景，并和學(xué)生進行現(xiàn)場討論交流。通過這兩次與課程群相結(jié)合的研討活動，學(xué)生對包裝應(yīng)用力學(xué)的理論教學(xué)認識更為清晰，對包裝應(yīng)用力學(xué)的重要應(yīng)用理解更為深刻，對專業(yè)學(xué)習(xí)興趣更為濃厚，對培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型、應(yīng)用型本科人才也具有積極作用。

2.3 過程考核

如何抓緊與落實學(xué)生的考核是實現(xiàn)課程目標(biāo)的重要手段和途徑，也是保證“大班授課，小班研討”在包裝應(yīng)用力學(xué)課程教學(xué)改革取得理想效果必要條件。根據(jù)課程體系和特點，教學(xué)過程中安排不同考核環(huán)節(jié)以便于對課程進行考核?？己谁h(huán)節(jié)主要有作業(yè)（包括課堂作業(yè)、課外作業(yè)，占總成績10%）、研討成績＋項目成績（占總成績30%）及期末考試成績組成。其中研討成績和項目成績均要求學(xué)生在查閱資料基礎(chǔ)上總結(jié)完成報告，準(zhǔn)備好匯報PPT并進行答辯。這種考核方式大大增大了研討在平時成績中的比重，積極鼓勵學(xué)生參與研討，也對學(xué)生理論知識掌握和實際應(yīng)用能力進行了全面考察，同時在研討和項目教學(xué)過程中培養(yǎng)了學(xué)生團隊合作能力、溝通能力和表達能力，這種綜合的、多方位多元化的評價考核模式更公平公正合理，確保了學(xué)生成績合理評價。

3 效果評價

為了對實施效果進行評價，對試點教學(xué)班的成績進行了統(tǒng)計對比，并與學(xué)生進行了座談和問卷調(diào)查。通過包裝應(yīng)用力學(xué)成績數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，包裝工程2017 級學(xué)生包裝應(yīng)用力學(xué)課程成績與2016級學(xué)生相比提升幅度較大（平均成績提升了26%，不及格率從32%下降至13%），充分說明了“大班授課，小班研討”的教學(xué)模式切實提高了學(xué)生對枯燥的包裝動力學(xué)振動理論、沖擊理論、緩沖設(shè)計理論等知識點的掌握程度，教學(xué)效果更為理想。通過與學(xué)生進行座談發(fā)現(xiàn)，“大班授課，小班研討”的教學(xué)模式明顯提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，促進了學(xué)生與教師的互動，加深了對課程重點、難點的深入理解和掌握，促進了學(xué)生交流溝通能力、獨立分析和解決問題的能力。問卷調(diào)查顯示，86%的學(xué)生認為“大班授課，小班研討”的教學(xué)模式促進了師生間的互動，創(chuàng)造了自主學(xué)習(xí)的環(huán)境，促進了自身分析問題、解決問題的能力，比以往直接單獨授課的教學(xué)效果更好。

4 結(jié)語

“大班授課，小班研討”教學(xué)模式更具有針對性，該模式以學(xué)生為中心，學(xué)生成為教學(xué)的主體，大大調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，激發(fā)了學(xué)生求知欲，促進了學(xué)生全面發(fā)展。本研究將“大班授課，小班研討”教學(xué)模式用于包裝應(yīng)用力學(xué)課程改革后，學(xué)生對概念、問題背景把握更加清晰，切實提高了課程重點、難點的深入理解和掌握，學(xué)生對求解力學(xué)能力得到提高，具有一定的創(chuàng)新能力，教學(xué)效果更好，為培養(yǎng)高水平創(chuàng)新應(yīng)用型人才奠定了基礎(chǔ)。