案例庫建設(shè)及案例教學(xué)探索與實(shí)踐
——以化學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)為例

張莉梅 譚蕓妃 魏順安 劉作華 秦莉曉 董立春

(重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 401331)

案例教學(xué)是以學(xué)生為中心、以案例為基礎(chǔ)，通過呈現(xiàn)案例情境，將實(shí)際問題與理論研究相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點(diǎn)、提高學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問題的一種教學(xué)方式，是高校培養(yǎng)具有較強(qiáng)理論能力與應(yīng)用能力的專業(yè)高級人才的有效途徑之一[1，2]。案例教學(xué)應(yīng)用于高校教育始于19世紀(jì)70年代的哈佛大學(xué)法學(xué)院，百余年來，該種教學(xué)方法幾經(jīng)完善和修正，已成為世界各知名高校的一種重要教學(xué)方法[3]。

教育部《關(guān)于加強(qiáng)專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見》(教研〔2015〕1號)中，明確了加強(qiáng)案例教學(xué)的重要意義，強(qiáng)調(diào)案例教學(xué)是強(qiáng)化專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)，促進(jìn)教學(xué)與實(shí)踐有機(jī)融合的重要途徑。全日制專業(yè)碩士以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為主，其中，學(xué)生專業(yè)能力的培養(yǎng)是通過結(jié)合知識學(xué)習(xí)和實(shí)踐鍛煉，從而最終培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際專業(yè)問題的能力[4，5]。案例教學(xué)可以將理論知識與實(shí)際問題有機(jī)地聯(lián)系起來，是培養(yǎng)應(yīng)用型人才的重要途徑之一[6]。

重慶大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院一直立足于“新工科教育”人才培養(yǎng)模式教育理念，在教學(xué)方法改革中，力求改變傳統(tǒng)的填鴨式教學(xué)模式，實(shí)施啟發(fā)式講授的教學(xué)方法，積極探討新的教學(xué)方法與人才培養(yǎng)模式[7-9]。通過對課程的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)資源、教學(xué)方法進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)，對化學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生開展案例庫建設(shè)及案例教學(xué)實(shí)踐，推動了學(xué)生工程實(shí)踐能力的提升，對保證復(fù)合型、應(yīng)用型化工人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)起到了明顯的促進(jìn)作用。

1 案例庫建設(shè)的實(shí)用價(jià)值

1.1 推進(jìn)教學(xué)改革，促進(jìn)教學(xué)與實(shí)踐有機(jī)融合

案例庫的建設(shè)，可以將零散的教學(xué)案例資源整合，為核心課程的教學(xué)形成資料齊全、使用便捷的教學(xué)案例。同時(shí)案例教學(xué)以實(shí)際工程問題為導(dǎo)向，通過典型而生動的個(gè)案描述引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識分析、討論，使學(xué)生在具體的問題情境中積極思考，主動探索，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力[10]。

1.2 提高教學(xué)的針對性和實(shí)效性

傳統(tǒng)的教學(xué)方式以教師講授為中心，教學(xué)模式單一[11]。在能力培養(yǎng)方面，對專業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)重視不夠；在教學(xué)內(nèi)容方面，多強(qiáng)調(diào)理論知識，聯(lián)結(jié)知識與實(shí)際應(yīng)用不夠。案例教學(xué)以學(xué)生為中心，其案例內(nèi)容可實(shí)時(shí)更新，通過分析本專業(yè)或行業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)問題或普遍存在的技術(shù)瓶頸，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論知識并提高解決實(shí)際問題的能力[12]。借助于案例資源庫平臺，教師可以不斷更新教學(xué)內(nèi)容，有針對性的講解重要的知識點(diǎn)，提高教學(xué)的針對性和實(shí)效性。

1.3 拓展學(xué)生自主學(xué)習(xí)空間，改變學(xué)習(xí)模式

案例教學(xué)是以案例作為教學(xué)材料，結(jié)合教學(xué)主題，通過討論、問答等師生互動的教學(xué)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解與教學(xué)主題相關(guān)的概念或理論，并培養(yǎng)學(xué)生分析實(shí)際問題的能力。因此，借助于案例庫中豐富的案例資源，可以搭建“以學(xué)習(xí)為中心”的個(gè)性化學(xué)習(xí)環(huán)境，以案例教學(xué)為基礎(chǔ)，提取企業(yè)生產(chǎn)過程實(shí)踐問題個(gè)案，打造學(xué)生可以自主學(xué)習(xí)的實(shí)際案例，建立開放性的學(xué)習(xí)平臺，通過這種在線學(xué)習(xí)的方式，培養(yǎng)學(xué)生自主獲取知識和資源的能力[13]。

2 案例庫建設(shè)

2.1 編寫案例的基本原則

案例庫主要由企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的案例組成，所呈現(xiàn)的是生產(chǎn)實(shí)踐中的現(xiàn)實(shí)問題或技術(shù)改革方案、措施等，選取原則包括關(guān)聯(lián)性、典型性、真實(shí)性。

2.1.1 關(guān)聯(lián)性

案例庫中的案例都必須與化學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生專業(yè)核心課程相關(guān)，體現(xiàn)化工專業(yè)的特色。

2.1.2 典型性

案例就是典型材料，任何一個(gè)案例的選取都要具有一定代表性，能反映本專業(yè)的典型特征和普遍存在的問題。入庫的案例越是典型，借鑒的普遍意義也就越大；反之，借鑒意義就會受到很大限制。通過典型案例教學(xué)，啟發(fā)學(xué)生建立一套分析問題、解決問題的思維方式，使他們能夠站在一個(gè)較高的視野和角度來看待問題。因此，入庫的案例應(yīng)最大限度體現(xiàn)培養(yǎng)、發(fā)展學(xué)生這些能力的需要。

2.1.3 真實(shí)性

入庫的案例必須是客觀真實(shí)的，即要求每個(gè)案例所描述的事件確有其事，不是隨意杜撰的，不能隨意改變事實(shí)真相[14]。但為了增強(qiáng)可讀性和可講性，提高案例教學(xué)和學(xué)習(xí)的效果，可以使用一些特別的撰寫或描寫手法，將有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行一定的加工，以激發(fā)學(xué)生的興趣。

2.2 案例收集

案例的選擇是確保案例庫質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而化工專業(yè)涉及面廣、問題繁雜且素材豐富。為了確保案例庫的質(zhì)量，案例收集時(shí)要明確覆蓋化工領(lǐng)域?qū)I(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)方案的各核心課程，以教學(xué)團(tuán)隊(duì)和企業(yè)的聯(lián)合科研成果為最佳選擇。通過實(shí)實(shí)在在的校企合作項(xiàng)目，結(jié)合教師和企業(yè)人員的合作科研成果，可增強(qiáng)教學(xué)案例的實(shí)用性。案例庫的建設(shè)也可以根據(jù)實(shí)際需要，收集相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)過程中的實(shí)際問題，通過對這些問題的分析、研究，提出切實(shí)有效的解決方案，但需要教師精心篩選，因?yàn)槠渲心承﹩栴}比較復(fù)雜，教師們可以選擇幾個(gè)典型的案例一起探討[15]。

2.3 案例制作

案例庫中案例制作流程主要包括：背景資料、課堂討論、初稿撰寫、案例教學(xué)、案例總結(jié)等方面。

2.3.1 案例背景

介紹案例目前的情況，包括所采用的工藝技術(shù)、設(shè)備等，著重介紹生產(chǎn)中遇到的技術(shù)瓶頸，針對案例涉及的相關(guān)知識點(diǎn)進(jìn)行講解，必要時(shí)指出解決問題的關(guān)鍵，適當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生用所學(xué)知識解決實(shí)際生產(chǎn)問題。例如：如何分離乙醇和水的混合物，得到純乙醇？由于乙醇和水會形成共沸物，常規(guī)精餾無法實(shí)現(xiàn)，據(jù)此教師可根據(jù)《化工原理》課程中教授的共沸精餾，引導(dǎo)學(xué)生考慮使用該方法解決乙醇和水的分離問題，但對于共沸劑的選擇、用量、精餾塔的操作等問題都需要學(xué)生自己解決。

2.3.2 案例討論

學(xué)生以小組為單位(每組3～5人)，針對案例涉及的生產(chǎn)實(shí)際問題，收集相關(guān)資料，結(jié)合所學(xué)的理論知識，提出切實(shí)可行的、盡可能詳細(xì)的解決方案，接著以小組為單位進(jìn)行課堂展示和討論，精選出具有代表性的方案。

2.3.3 案例撰寫

盡管案例項(xiàng)目的主體內(nèi)容是由企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐案例組成，呈現(xiàn)生產(chǎn)實(shí)踐中的現(xiàn)實(shí)問題或技術(shù)改革方案、措施等，但案例的撰寫并非是照搬企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)或某些生產(chǎn)實(shí)踐中的問題，而更多地是要把這些實(shí)踐問題與化工專業(yè)所學(xué)的知識體系建立聯(lián)系。因此，要求案例開發(fā)者(教師)須對這些事實(shí)性案例的理論基礎(chǔ)進(jìn)行剖析，通過合理的分析與設(shè)計(jì)，使案例跟化工專業(yè)碩士研究生所學(xué)的知識體系建立聯(lián)系，撰寫案例初稿。

2.3.4 案例教學(xué)

化工領(lǐng)域?qū)I(yè)學(xué)位碩士研究生大都是“從學(xué)校到學(xué)校”的應(yīng)屆生，具備較扎實(shí)的理論知識，但缺乏生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。因此，在進(jìn)行案例教學(xué)時(shí)要重點(diǎn)引導(dǎo)學(xué)生如何把真實(shí)案例與化工專業(yè)所學(xué)的核心知識體系建立聯(lián)系，促進(jìn)知識與技能的有機(jī)融合。

2.3.5 案例總結(jié)

根據(jù)案例教學(xué)的效果(教學(xué)反饋)，收集教學(xué)過程中的不足，在原案例初稿內(nèi)容的基礎(chǔ)上更改、提煉潤色，使案例更具體、內(nèi)容更飽滿。

3 案例教學(xué)實(shí)踐

以相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐中遇到的真實(shí)問題為個(gè)案，讓學(xué)生進(jìn)行探究與分析，并提出切實(shí)可行的解決方案，從而激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生運(yùn)用理論解決實(shí)際問題的能力。

3.1 案例庫建設(shè)情況

重慶大學(xué)化學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生初步建設(shè)的案例庫覆蓋化工領(lǐng)域?qū)I(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)方案的的核心課程，包括以《高等化學(xué)反應(yīng)工程》、《高等化工熱力學(xué)》、《工業(yè)催化原理》三個(gè)課程的知識點(diǎn)為內(nèi)容的基礎(chǔ)案例，以《分離工程》課程中綜合利用傳遞、熱力學(xué)知識為內(nèi)容的綜合案例，以《化工過程開發(fā)與合成》課程中講述產(chǎn)品和技術(shù)從小試到中試為內(nèi)容的系統(tǒng)案例。案例庫建設(shè)情況如圖1。

圖1 專業(yè)學(xué)位研究生案例庫建設(shè)情況

3.2 案例教學(xué)實(shí)施實(shí)例

以“對硝基苯加氫制對氨基苯酚母液循環(huán)利用工藝開發(fā)”案例為例，詳細(xì)介紹案例教學(xué)的實(shí)施過程，主要包括三步：提出問題、分析問題、引導(dǎo)學(xué)生解決問題。

3.2.1 提出問題

在開展案例教學(xué)之前，案例開發(fā)者根據(jù)案例教學(xué)要求，提出工業(yè)案例問題，以實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)問題切入，江蘇某公司以乙醇為溶劑，采用對硝基苯酚催化加氫工藝生產(chǎn)對氨基苯酚(PAP)，反應(yīng)過后采用結(jié)晶-過濾工藝得到PAP產(chǎn)品，得到的結(jié)晶母液有接近一半的量去氫化釜套用，還有接近一半的量去精餾系統(tǒng)回收乙醇和PAP。公司現(xiàn)有工藝只能回收母液中50%左右的PAP，且雜質(zhì)含量較多，質(zhì)量不達(dá)標(biāo)；另一方面，由于PAP在高溫下易分解結(jié)碳，在精餾塔底會產(chǎn)生大量的結(jié)焦?fàn)钐吭荒墚?dāng)做固廢采用裝袋運(yùn)走或鍋爐燃燒的形式處理。此工藝一方面降低了資源綜合利用效率、提高了生產(chǎn)成本，另一方面產(chǎn)生了固廢污染和明顯的環(huán)保壓力。

3.2.2 分析問題

選擇工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際問題切入，江蘇某公司采用對硝基苯酚催化加氫生產(chǎn)對氨基苯酚(PAP)(使用的溶劑為68%乙醇、32%水)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)生的水以及洗滌加入的水使溶劑中水的比例增加，反應(yīng)結(jié)束結(jié)晶分離出PAP后，其母液的組成為：乙醇58%、水39%、PAP 3%。公司正常生產(chǎn)時(shí)，每天能產(chǎn)生277.5～305.25 m3的加氫母液，采用傳統(tǒng)的精餾方法，因水和乙醇形成共沸物，高濃度乙醇從塔頂流出(乙醇濃度>80%)，塔底為含有PAP(部分PAP結(jié)晶析出經(jīng)過濾得到產(chǎn)品)、少量乙醇的廢水溶液，因該部分水不能完全回用，因此該工藝產(chǎn)生大量含有低濃度PAP的廢水，另一方面因母液在精餾塔中的停留時(shí)間很長，造成PAP在塔底分解結(jié)焦，產(chǎn)生的炭渣一般采取裝袋運(yùn)走或鍋爐燃燒的形式處理。此工藝一方面降低了資源綜合利用效率、提高了生產(chǎn)成本，另一方面產(chǎn)生了潛在的污染和明顯的環(huán)保壓力。

3.2.3 引導(dǎo)學(xué)生解決問題

教師針對PAP母液處理的技術(shù)瓶頸，對解決案例問題所需要的理論知識(蒸發(fā)、精餾、換熱)進(jìn)行講解，并引導(dǎo)學(xué)生分析企業(yè)的實(shí)際問題，需要改進(jìn)工藝的關(guān)鍵在于：1)讓更多的水在蒸發(fā)塔頂流出，此部分水因不含PAP，只是水和乙醇的混合物，因此可通過精餾分離得到較純凈的水，易于處理達(dá)標(biāo)；2)減少母液在蒸發(fā)、精餾過程中高溫處理的停留時(shí)間，防止其結(jié)焦。

接下來安排學(xué)生以小組為單位進(jìn)行課后資料收集、案例討論及課堂展示。老師結(jié)合學(xué)生的方案，通過合理的分析與設(shè)計(jì)，撰寫案例初稿，初稿中可以提出這樣的解決方案：通過分析和模擬計(jì)算，采用并流降膜蒸發(fā)器可以有效的解決上述工業(yè)問題，一方面使大量水從塔頂采出(汽相組成為大量水、少量乙醇和少量PAP)，汽相氣體進(jìn)入自回流洗滌塔，降膜蒸發(fā)器液相組成為22%的乙醇和少量PAP；自回流洗滌塔塔頂出料含乙醇73%，不含PAP，該股物料再進(jìn)入乙醇精餾塔，塔底出料為24%的乙醇和少量PAP；乙醇精餾塔塔頂出料為91%的乙醇，塔底出料為排放水(不含乙醇和PAP)，降膜蒸發(fā)器液相組成、自回流洗滌塔塔底出料、乙醇精餾塔塔頂出料混合之后作為原料液(含68%的乙醇)循環(huán)使用；另一方面，采用并流降膜蒸發(fā)器可以減少母液高溫處理停留時(shí)間，防止PAP分解結(jié)焦?；厥樟鞒淌疽鈭D如圖2所示。

圖2 PAP母液回收流程示意圖

按初稿給出的解決方案，老師在教學(xué)環(huán)節(jié)詳細(xì)講解Aspen計(jì)算流程(含物流數(shù)據(jù)、控制方案)、三廢情況、設(shè)備情況等。

3.3 案例教學(xué)成效

案例教學(xué)前學(xué)生對對硝基苯加氫制對氨基苯酚工藝存在的PAP回收率低、廢水量大的問題無從下手，無法理論聯(lián)系實(shí)際，工程應(yīng)用能力不足。開展案例教學(xué)后，通過老師一步步引導(dǎo)，學(xué)生抓住了解決PAP母液資源綜合利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加深了對理論知識的理解，掌握了解決工程實(shí)際問題的研究思路和方法，為今后的工程實(shí)踐打下基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

本文結(jié)合化學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)實(shí)際需求，進(jìn)行了專業(yè)學(xué)位化學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)案例庫建設(shè)，并開展了案例教學(xué)法的具體實(shí)踐。開展化學(xué)工程專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)案例庫建設(shè)，有利于提高案例教學(xué)的水平和質(zhì)量，切實(shí)保證應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而使本專業(yè)更好地服務(wù)于社會發(fā)展。