專業(yè)學(xué)位研究生紡織學(xué)科前沿專題課程案例庫建設(shè)探索與教學(xué)實(shí)踐

王艷芝 ， 郭 正 ， 王芳芳

(中原工學(xué)院 紡織學(xué)院 ， 河南 鄭州 450007)

專業(yè)學(xué)位研究生教育是為適應(yīng)我國(guó)現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需要而建立的培養(yǎng)高層次應(yīng)用型專門人才的重要途徑。而專業(yè)學(xué)位研究生專業(yè)課教學(xué)應(yīng)加強(qiáng)廣度和深度，更注重科學(xué)性和實(shí)踐性，以提高學(xué)生的主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)其分析問題、解決問題的能力。案例教學(xué)法是在學(xué)生已掌握相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的前提上，在教學(xué)活動(dòng)中運(yùn)用典型案例，通過學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、獨(dú)立思考及交互討論，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)。自20世紀(jì)80年代以來，案例教學(xué)法得到了廣大教師的認(rèn)可和廣泛應(yīng)用，并從本科教學(xué)逐漸延伸到研究生教學(xué)。

21世紀(jì)以來，隨著科技進(jìn)步和社會(huì)生產(chǎn)力的極大提高，材料發(fā)展的進(jìn)程正在加速推進(jìn)，創(chuàng)新性已經(jīng)成為新材料發(fā)展的靈魂。經(jīng)過幾年的教學(xué)實(shí)踐，項(xiàng)目先后入選學(xué)校和河南省研究生教育改革與質(zhì)量提升工程項(xiàng)目。以此為契機(jī)，以“創(chuàng)新能力培養(yǎng)”為導(dǎo)向，結(jié)合紡織工程最新典型生產(chǎn)實(shí)際和前沿趨勢(shì)，深度挖掘了重大基礎(chǔ)理論、科學(xué)問題及工程技術(shù)，系統(tǒng)梳理完善案例，并編制成開放性的課程教學(xué)案例資源庫，使之在教學(xué)中可以不斷得到豐富補(bǔ)充，從而真正發(fā)揮提升研究生教育教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生綜合素質(zhì)的作用。課程案例庫建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐的全面開展，取得了較好效果?？傊?，在專業(yè)學(xué)位碩士研究生課程教學(xué)中推廣案例教學(xué)，建立并不斷豐富教學(xué)案例庫，不僅對(duì)教師的教學(xué)理念、管理能力和工程思維提出了新的挑戰(zhàn)，有力促進(jìn)教師教學(xué)水平的提高，還可以調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，鍛煉學(xué)生的分析、表達(dá)、團(tuán)隊(duì)合作等能力。

1 案例庫建設(shè)及案例教學(xué)的探索與實(shí)踐

筆者所在課程組主要從以下3個(gè)方面對(duì)該課程的案例庫建設(shè)及案例教學(xué)進(jìn)行了實(shí)踐探索。

1.1 教學(xué)案例的篩選

在案例教學(xué)過程中，教學(xué)案例的篩選至關(guān)重要。教學(xué)案例應(yīng)具有真實(shí)性、典型性、創(chuàng)新性、系統(tǒng)性和前沿性等特點(diǎn)。因此，在篩選“紡織科技進(jìn)展”課程教學(xué)案例時(shí)，遵循以下幾個(gè)原則：①真實(shí)性原則。教學(xué)案例全部取材于紡織行業(yè)新的先進(jìn)材料，且多為教師親自參與研發(fā)或非常熟悉的品種。通過圖文并茂細(xì)致地闡述每一種紡織材料的發(fā)生背景、相關(guān)理論、結(jié)構(gòu)與性能，應(yīng)用領(lǐng)域、存在問題和改進(jìn)方向，針對(duì)性培養(yǎng)學(xué)生分析解決實(shí)際問題的能力。②典型性原則。進(jìn)入21世紀(jì)，新型紡織材料的開發(fā)應(yīng)用進(jìn)入了一個(gè)前所未有的快速發(fā)展時(shí)期。一系列具有超高強(qiáng)度和超高模量的高性能纖維和具有阻燃、抗菌等高功能的新型纖維不斷涌現(xiàn)。我國(guó)紡織材料領(lǐng)域先進(jìn)基礎(chǔ)材料的占比、性能指標(biāo)和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力也在穩(wěn)步提升。選擇武器裝備研發(fā)生產(chǎn)不可或缺的國(guó)家戰(zhàn)略纖維材料和對(duì)推動(dòng)我國(guó)材料產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展、提升產(chǎn)業(yè)鏈整體水平具有積極意義的新型纖維作為典型教學(xué)案例代表。③前沿性原則。教學(xué)案例根據(jù)國(guó)內(nèi)外紡織材料發(fā)展情況與時(shí)俱進(jìn)，通過不斷更新，確保更具前沿性。④系統(tǒng)性和創(chuàng)新性原則。教學(xué)案例能夠?qū)μN(yùn)含的理論知識(shí)和創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行挖掘，確保理論聯(lián)系實(shí)踐。例如，在講授“黑色黃金——碳纖維”部分時(shí)，教師選擇曾參與研發(fā)并一直關(guān)注的中復(fù)神鷹碳纖維有限責(zé)任公司牽頭完成的榮獲國(guó)家科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)項(xiàng)目“干噴濕紡千噸級(jí)高強(qiáng)/百噸級(jí)中模碳纖維產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”作為教學(xué)案例，通過闡述該項(xiàng)目的干噴濕紡技術(shù)方案和實(shí)施過程，使學(xué)生了解這一產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)的突破具有重大意義，不但使我國(guó)終于實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)碳纖維的批量供應(yīng)，而且從根本上打破了國(guó)外高性能碳纖維企業(yè)在中國(guó)市場(chǎng)的長(zhǎng)期壟斷。

1.2 教學(xué)案例庫的建設(shè)

教學(xué)案例庫的建設(shè)不僅有助于學(xué)生對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的理解，還有助于提高學(xué)生的專業(yè)學(xué)習(xí)興趣。為此，“紡織材料進(jìn)展”課程的教學(xué)案例庫建設(shè)根據(jù)課程的主要內(nèi)容，在近幾年來國(guó)內(nèi)外紡織領(lǐng)域50多個(gè)重大突破和技術(shù)前沿中進(jìn)行了篩選，從生物質(zhì)纖維制造開發(fā)、功能紡織品的產(chǎn)業(yè)化、超細(xì)纖維宏量化、高性能纖維國(guó)產(chǎn)化等幾個(gè)方面設(shè)計(jì)了“21世紀(jì)綠色纖維——萊賽爾纖維”“人類健康守護(hù)神——抗菌紡織品”“靜電紡絲與納米纖維”“黑色黃金碳纖維和干噴濕紡工藝”“武器裝備新寵——液晶纖維”“超高分子量聚乙烯纖維和凝膠紡絲”“生物基可降解聚乳酸纖維”等10個(gè)教學(xué)案例。每個(gè)案例基本包括：教學(xué)目的、案例背景和意義、案例主題內(nèi)容(含與案例相關(guān)的圖表、附錄、動(dòng)畫、視頻文件等)、案例理論分析要點(diǎn)和/或重要結(jié)論及關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)、啟發(fā)思考題、案例教學(xué)組織方式。此外，任課教師還要利用多種渠道不斷擴(kuò)充完善教學(xué)案例資源，優(yōu)選最典型、最有創(chuàng)新性的紡織材料類教學(xué)案例，從而最大限度地和實(shí)際發(fā)展同步，有效支撐課程案例教學(xué)。讓紡織專業(yè)的學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)新材料在紡織行業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值，掌握紡織材料的改性、開發(fā)和利用等內(nèi)容，培養(yǎng)從源頭創(chuàng)新紡織材料，從而能在未來的工作中運(yùn)用紡織材料相關(guān)知識(shí)解決紡織行業(yè)面臨的資源、環(huán)保、節(jié)能、可持續(xù)等問題，引領(lǐng)紡織行業(yè)的深入創(chuàng)新。

1.3 教學(xué)案例的有效利用

1.3.1根據(jù)課程教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)問題情境

以“靜電紡絲與納米纖維”案例為例，課程教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)習(xí)提高靜電紡絲產(chǎn)量的最新進(jìn)展、關(guān)鍵方法與核心技術(shù)，分析思考有序化納米纖維的收集技術(shù)及其理論，探討產(chǎn)品均一性解決方案和靜電紡絲應(yīng)用瓶頸的突破。為此，課程組設(shè)計(jì)了4個(gè)子案例，分別是針對(duì)納米纖維宏量化制備的“多針頭多射流靜電紡絲”和“無針頭多射流靜電紡絲”，針對(duì)有序化納米纖維收集技術(shù)的“具電學(xué)、光學(xué)和力學(xué)性能的取向納米纖維制備”，針對(duì)高功能性過濾材料開發(fā)的“空氣過濾材料用功能纖維設(shè)計(jì)”。編寫的這些教學(xué)案例不但注重與理論知識(shí)相結(jié)合，還特別突出了案例實(shí)際應(yīng)用遇到的問題，并相互關(guān)聯(lián)。例如，編寫的“多針頭多射流靜電紡絲”案例，除了介紹原理、結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)之外，還引導(dǎo)學(xué)生思考技術(shù)本身存在的減小多針頭之間電場(chǎng)的相互干擾會(huì)導(dǎo)致裝置體積過大這個(gè)矛盾和問題，以及如何解決堵塞現(xiàn)象等。經(jīng)過思考討論，學(xué)生認(rèn)識(shí)到，多噴頭靜電紡裝置雖然能有效提高紡絲效率，但針頭的清潔工作依然是其進(jìn)一步發(fā)展的最大障礙，而且針頭間必要的空隙導(dǎo)致裝置占地面積的增大，與工業(yè)化生產(chǎn)的需求產(chǎn)生矛盾。自然，人們逐漸由多針頭向無針頭靜電紡絲技術(shù)轉(zhuǎn)移。繼而引出“無針頭多射流靜電紡絲”案例，以格林施公司的納米蜘蛛這一現(xiàn)今唯一可行的商用技術(shù)為例，指出利用滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力供液取代傳統(tǒng)靜電紡針頭，從而大幅提高紡絲效率的可行性。但也指出目前所有的無針頭靜電紡技術(shù)由于所形成的液滴及泰勒錐的大小而隨機(jī)性較大，讓學(xué)生認(rèn)真思考如何更好地生產(chǎn)較窄纖維直徑分布且均勻性高的納米纖維層。“空氣過濾材料用功能纖維設(shè)計(jì)”案例中，分別工業(yè)過濾和新冠防護(hù)口罩應(yīng)用為例，闡述高效過濾技術(shù)要求提高過濾介質(zhì)的比表面積和縮小介質(zhì)材料的孔徑尺寸的重要性，還指導(dǎo)學(xué)生深入分析思考通過采用不同直徑及不同堆積厚度的納米纖維組合來獲得一定過濾效率、利用納米纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化功能過濾行為的技術(shù)方案。以車載過濾材料為案例學(xué)習(xí)了具有阻燃抗菌功能的車載過濾非織造材料的復(fù)合技術(shù)方案。

1.3.2與“翻轉(zhuǎn)課堂”相結(jié)合，提升案例教學(xué)效果

以“紡織科技進(jìn)展”課程為例，為了拓展學(xué)生視野，鍛煉學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力，強(qiáng)化以學(xué)生為中心的活動(dòng)設(shè)計(jì)，選擇能夠“織”出汽車和飛機(jī)同屬高性能纖維的三種纖維作為教學(xué)案例對(duì)象，分別是黑色黃金——碳纖維、武器裝備“新寵”——液晶纖維和世界上最堅(jiān)韌的纖維——超高分子量聚乙烯纖維，采用“翻轉(zhuǎn)課堂”的形式，由教師和學(xué)生共同編寫案例。讓學(xué)生自己選擇感興趣的案例，分組去查閱資料，充分交流研究相互補(bǔ)充，寫出較為詳實(shí)的專題報(bào)告，對(duì)案例進(jìn)行深入分析并提出自己的問題。課堂上小組挑選代表發(fā)言，其余組員做補(bǔ)充發(fā)言，其他組的學(xué)生質(zhì)疑提問。案例教學(xué)的最后還對(duì)案例進(jìn)行總結(jié)和反思，要求學(xué)生分組撰寫案例學(xué)習(xí)總結(jié)，總結(jié)在案例學(xué)習(xí)、分析、討論中取得的收獲、已解決和待解決的問題，提出反思認(rèn)識(shí)和合理建議，在此基礎(chǔ)上，教師做全面總結(jié)并補(bǔ)充完善案例內(nèi)容。對(duì)案例的總結(jié)和反思不僅可以加深學(xué)生對(duì)案例的理解，而且對(duì)培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決實(shí)踐問題的能力也具有重要意義。這種方式使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，不但使學(xué)生很好掌握了這三類高性能纖維在制造原理、結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)和典型應(yīng)用的差異，而且?guī)椭鷮W(xué)生在比較、鑒別中提高認(rèn)識(shí)，在收集過程中拓寬視野，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。教師也從教學(xué)活動(dòng)的組織者和引導(dǎo)者轉(zhuǎn)變?yōu)閰⑴c者，積極參與課堂討論，不但保證教學(xué)有序進(jìn)行，而且順利實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)。案例教學(xué)與“翻轉(zhuǎn)課堂”的結(jié)合，使研究生在查閱資料、分析討論、總結(jié)匯報(bào)的全過程中得到鍛煉，利于培養(yǎng)實(shí)踐探索和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神及語言表達(dá)能力，強(qiáng)化責(zé)任心和使命感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和激情；集思廣益，博采眾長(zhǎng)，使案例多視角，內(nèi)容更豐滿。

1.3.3組織學(xué)生參加行業(yè)專家開設(shè)的專題講座，豐富案例教學(xué)的工程實(shí)踐內(nèi)涵

工科研究生教育必須主動(dòng)適應(yīng)社會(huì)發(fā)展對(duì)高層次應(yīng)用型人才的需求，立足研究生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，必須建立研究生教育協(xié)同創(chuàng)新培養(yǎng)模式。利用高校學(xué)術(shù)交流廣泛的現(xiàn)實(shí)條件，在工程類專業(yè)學(xué)位碩士研究生培養(yǎng)過程中，組織學(xué)生參加知名高校和研究單位行業(yè)專家的線上線下專題報(bào)告，是案例教學(xué)的另一種切實(shí)可行的形式。這不僅有利于豐富案例教學(xué)的工程實(shí)踐內(nèi)涵，而且有利于引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注行業(yè)熱點(diǎn)問題和前沿動(dòng)態(tài)，激發(fā)學(xué)生的專業(yè)熱情和創(chuàng)新潛能。例如，在“紡織科技進(jìn)展”課程教學(xué)過程中，先后組織學(xué)生參加了武漢紡織大學(xué)王棟教授作的“纖維材料在生物傳感領(lǐng)域的研究及其應(yīng)用”學(xué)術(shù)講座、美國(guó)田納西大學(xué)郭占虎副教授作的“功能納米復(fù)合材料制備及其在電子方面的應(yīng)用”專題講座和中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院林金友博士作的“纖維素納米纖維多級(jí)結(jié)構(gòu)可控構(gòu)筑及應(yīng)用研究”學(xué)術(shù)報(bào)告。專家們精彩分享各自研究領(lǐng)域所取得的最新成果和研究進(jìn)展，深入解讀行業(yè)前沿動(dòng)態(tài)，極大地豐富了學(xué)生的專業(yè)知識(shí)和視野。此外，參加專題講座也使任課教師獲得更多的啟發(fā)和案例藍(lán)本，促進(jìn)教師持續(xù)優(yōu)化課程教學(xué)內(nèi)容，不斷豐富教學(xué)案例庫，使理論教學(xué)更接近實(shí)際，從而有效契合專業(yè)學(xué)位研究生的培養(yǎng)目標(biāo)、專業(yè)技能與用人單位的技術(shù)要求。

2 案例庫建設(shè)及教學(xué)效果

教學(xué)案例庫建設(shè)是課程實(shí)施案例教學(xué)的前提和支撐，而優(yōu)質(zhì)教學(xué)案例的篩選和積累是一個(gè)不斷改進(jìn)完善的過程。紡織科技進(jìn)展專業(yè)學(xué)位碩士研究生課程開課4年來，在教學(xué)案例庫建設(shè)中始終堅(jiān)持“加強(qiáng)理論與實(shí)際相結(jié)合”，教學(xué)案例覆蓋了紡織材料的結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用拓展、改性方案、工藝設(shè)計(jì)、環(huán)境友好等多個(gè)方面，并注重從國(guó)家發(fā)展、企業(yè)利益、學(xué)術(shù)價(jià)值、技術(shù)專長(zhǎng)等多角度進(jìn)行綜合，目前已初步建成一套能夠反映最新科技前沿且可以不斷完善更新的課程教學(xué)案例庫。學(xué)生普遍認(rèn)為該課程能有效地整合所學(xué)專業(yè)科技前沿，內(nèi)容豐富生動(dòng)，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和實(shí)用性，學(xué)習(xí)很有收獲。建設(shè)教學(xué)案例庫，將案例教學(xué)融入課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力，是高校工程類碩士研究生培養(yǎng)的必然要求。教學(xué)案例庫的建設(shè)內(nèi)容、教學(xué)案例與課程教學(xué)的融合方式都是需要精心設(shè)計(jì)、不斷完善的。隨著案例庫建設(shè)融入課程教學(xué)的不斷推進(jìn)，工程類研究生的工程實(shí)踐能力和整體培養(yǎng)質(zhì)量有了明顯提升，能夠與實(shí)際要求緊密結(jié)合，提高了實(shí)操技能，從而為將來從事科研和工程設(shè)計(jì)、運(yùn)行、管理等工作奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論

實(shí)踐證明，案例教學(xué)法能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，提高學(xué)生科學(xué)研究素養(yǎng)。紡織科技進(jìn)展課程案例教學(xué)的特點(diǎn)還決定了教師一定要引導(dǎo)學(xué)生樹立工程意識(shí)，在解決案例中存在的問題時(shí)，要學(xué)會(huì)綜合考慮實(shí)際工程中采用某一技術(shù)的可行性，評(píng)價(jià)生產(chǎn)操作中的安全性和經(jīng)濟(jì)性。