案例教學(xué)在材料加工新技術(shù)課程中的應(yīng)用*

李海梅，韓文娟，潘亞敏

(鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

材料加工新技術(shù)是我校材料科學(xué)與工程專業(yè)研究生的必選課之一，涉及材料、設(shè)備、工藝、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等內(nèi)容，是工學(xué)、理學(xué)和管理學(xué)的融合，使得此專業(yè)課程相較其他專業(yè)基礎(chǔ)課更為繁雜[1]。由于研究生來(lái)源的專業(yè)背景和學(xué)校具有分散性，學(xué)生專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)存在差異；且材料成型包括的材料種、成型工藝、成型設(shè)備種類繁多，同時(shí)成型裝備、模具制造設(shè)備昂貴，加工理論內(nèi)容包括黏彈性力學(xué)、彈塑性力學(xué)、流變學(xué)、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、固體力學(xué)和數(shù)值分析、數(shù)值方法等，教、學(xué)都面臨挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)，無(wú)法將多學(xué)科的知識(shí)有機(jī)整合起來(lái)，不利于學(xué)生對(duì)材料加工有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)。為此，學(xué)院和教學(xué)團(tuán)隊(duì)調(diào)整教學(xué)方法，引入案例教學(xué)法，將科研、行業(yè)、產(chǎn)業(yè)服務(wù)等教學(xué)實(shí)踐成果融合成教學(xué)資源，使得學(xué)習(xí)內(nèi)容便于理解掌握。

自美國(guó)哈佛大學(xué)商學(xué)院在管理課程的教學(xué)中率先采用了案例教學(xué)后，我國(guó)于20世紀(jì)80年代開(kāi)始將其運(yùn)用于經(jīng)濟(jì)、管理、法律、醫(yī)學(xué)等實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科教學(xué)[2]。案例教學(xué)是一種開(kāi)放式、互動(dòng)式的新型教學(xué)方式，將傳統(tǒng)以知識(shí)傳遞為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘囵B(yǎng)學(xué)生能力為中心，提高學(xué)生的理論理解能力和應(yīng)用知識(shí)的能力，與高校人才培養(yǎng)目標(biāo)非常契合[3]?；诓牧霞庸ば录夹g(shù)的課程特點(diǎn)，我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程中，整合教學(xué)內(nèi)容，理出知識(shí)主線，突出重點(diǎn)，適當(dāng)減少教師課堂講授時(shí)間，合理增加案例視頻和案例討論，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)方法的革新。下面以雙色注塑家電外殼為例，說(shuō)明案例教學(xué)的具體內(nèi)容、實(shí)施方法，展示如何將生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題轉(zhuǎn)為教學(xué)內(nèi)容，如何整合專業(yè)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生積極參與案例分析。經(jīng)過(guò)課程實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)案例教學(xué)能讓學(xué)生克服對(duì)艱澀理論學(xué)習(xí)的畏難情緒，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情和創(chuàng)新潛能，提高了教學(xué)質(zhì)量，利于實(shí)現(xiàn)有創(chuàng)新意識(shí)的高素質(zhì)復(fù)合人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

1 雙色注塑成型案例教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

雙色注塑家電外殼的教學(xué)案例，是塑料制品成型工藝進(jìn)展部分的學(xué)習(xí)內(nèi)容。案例建設(shè)過(guò)程中遵循適宜性、真實(shí)性、完整性、典型性、啟發(fā)性、創(chuàng)新性、互動(dòng)性七原則[4]。因此，首先完成案例素材收集和篩選，注塑成型占塑料制品種類的1/3以上，加工過(guò)程包括固體顆粒輸送、熔融、增壓和泵送、混合四個(gè)單元，占整個(gè)加工單元的4/5；設(shè)備包括注塑機(jī)、模具；相關(guān)專業(yè)課程涉及微積分、高分子物理、傳熱學(xué)、流體力學(xué)、流變學(xué)、黏彈性力學(xué)等多個(gè)學(xué)科。熱塑性及其復(fù)合材料的家電注塑制品每種量產(chǎn)至少三十萬(wàn)件以上，具有代表性，符合適宜、真實(shí)、典型的特征。在確保案例完整性的同時(shí)，突出雙色材料的相容性、雙射機(jī)構(gòu)的注射次序、模具結(jié)構(gòu)和脫模過(guò)程等難點(diǎn)以及雙色制品的搭接結(jié)構(gòu)，可保證啟發(fā)性和創(chuàng)新性。其次對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行提煉和素材整合，然后按照課程大綱對(duì)案例素材進(jìn)一步補(bǔ)充。然后結(jié)合案例分析，建立理論知識(shí)和工程實(shí)際的聯(lián)系。接著依據(jù)工程背景相關(guān)的原理、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和規(guī)范，深入分析案例所采用的技術(shù)、原理及特色，完成案例的升級(jí)，并按照材料匹配、考慮材料性能的制品結(jié)構(gòu)分析、模具型腔設(shè)計(jì)、雙色雙射模具結(jié)構(gòu)動(dòng)作、制品成型脫模等內(nèi)容，根據(jù)因果關(guān)系、設(shè)計(jì)層次理清思路，考慮互動(dòng)性，完成視頻動(dòng)畫(huà)、圖片、幻燈片制作，便于分享及線上線下多平臺(tái)應(yīng)用(表1)。原來(lái)的相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容，分散在塑料成型工藝學(xué)、高分子材料、注塑模具設(shè)計(jì)、塑料成型機(jī)械等多個(gè)課程內(nèi)，知識(shí)點(diǎn)多，不便于系統(tǒng)應(yīng)用，容易漏掉知識(shí)點(diǎn)，為此采用案例教學(xué)，從材料、制品(型腔)結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)、一射二射工藝、模具動(dòng)作、評(píng)估改進(jìn)的順序教學(xué)。

表1 雙色案例教學(xué)設(shè)計(jì)框架Table 1 Case teaching framework design of double color injection molded household appliances

案例教學(xué)實(shí)施采用線上線下教學(xué)相結(jié)合，并利用動(dòng)畫(huà)、錄像、實(shí)物圖片、雨課堂、幕課等多種教學(xué)手段充分發(fā)揮其積極作用[1，5]。雙色注塑家電外殼案例的教學(xué)實(shí)施分為課前、課中和課后三個(gè)階段。課前，將案例的背景和材料及其性能的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)雨課堂或者厚山學(xué)堂、微信群、QQ群進(jìn)行線上發(fā)布，讓學(xué)生對(duì)案例有充分的認(rèn)識(shí)，并嘗試分析問(wèn)題、提出自己的想法。課堂教學(xué)充分利用教學(xué)體系嚴(yán)謹(jǐn)，師生互動(dòng)及時(shí)高效的優(yōu)點(diǎn)，講授模具結(jié)構(gòu)、注塑過(guò)程和模具動(dòng)作，以現(xiàn)場(chǎng)課堂教學(xué)采用多媒體課件和板書(shū)結(jié)合，在多媒體課件中借助線上課程資源，插入動(dòng)畫(huà)、生活實(shí)例等，幫助學(xué)生理解。課程中使用雨課堂點(diǎn)名、簽到、隨機(jī)答題等功能，提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性。強(qiáng)化理論知識(shí)學(xué)習(xí)，加深工程實(shí)踐認(rèn)知。課后，通過(guò)作業(yè)強(qiáng)化案例的知識(shí)點(diǎn)，要求學(xué)生對(duì)案例知識(shí)點(diǎn)、案例啟發(fā)點(diǎn)等內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)、反思，進(jìn)一步鞏固理論知識(shí)和工程認(rèn)知，形成屬于自己的知識(shí)體系和系統(tǒng)工程的意識(shí)。脫模與評(píng)價(jià)分析內(nèi)容作為課后思考題或作業(yè)，同學(xué)答案可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上的材料加工新技術(shù)課程注冊(cè)后上傳答案，也可在線留言評(píng)論，或給教師發(fā)郵件、發(fā)微信；任課教師及時(shí)回復(fù)，對(duì)共性和個(gè)性答案再次進(jìn)行線下小結(jié)或討論，或線上發(fā)布討論結(jié)果，保持或進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的討論熱情。這樣，結(jié)合雙色注塑家電外殼的生產(chǎn)案例，使學(xué)生了解、熟悉、掌握注塑成型工藝過(guò)程、設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備操作的同時(shí)，學(xué)生還能依據(jù)成本、環(huán)境、技術(shù)進(jìn)步等因素，合理分析、評(píng)價(jià)工程實(shí)踐中的科學(xué)理論背景、技術(shù)水平和改進(jìn)空間，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力及知識(shí)運(yùn)用能力，提升創(chuàng)新意識(shí)。

2 案例教學(xué)改進(jìn)及評(píng)價(jià)

案例教學(xué)實(shí)施后，根據(jù)時(shí)代要求和研究生擴(kuò)招后的生源特點(diǎn)，將思政元素融入課堂。在表1步驟1和步驟2、步驟4中，介紹了申長(zhǎng)雨院士拓展注塑理論，改善復(fù)雜制品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝，打破壟斷的事跡；在步驟3和步驟5中，介紹了我院何季麟院士金屬材料研究的成果，通過(guò)先賢勇攀高峰、科技報(bào)國(guó)的事跡，引導(dǎo)學(xué)生更好的認(rèn)識(shí)所學(xué)專業(yè)，接受科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和工程倫理的教育，樹(shù)立正確的價(jià)值觀。根據(jù)學(xué)生專業(yè)背景，在步驟6和步驟7中，拓展雙色注塑材料相容性內(nèi)容，如界面結(jié)合盡可能用機(jī)械結(jié)構(gòu)鏈接，培養(yǎng)節(jié)約資源合理循環(huán)利用能源的意識(shí)；樹(shù)立并踐行建設(shè)美麗中國(guó)，節(jié)能減排，生態(tài)環(huán)保的綠色高質(zhì)量發(fā)展理念。此外，結(jié)合步驟7的內(nèi)容，進(jìn)一步完善討論與課后作業(yè)的范圍，在內(nèi)容上堅(jiān)持“變”與“不變”、“虛”與“實(shí)”的結(jié)合，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。“原理定律類”的基礎(chǔ)知識(shí)以經(jīng)典的教學(xué)資料為主，“技術(shù)進(jìn)步”方面的教學(xué)內(nèi)容取自國(guó)內(nèi)外的最新研究論文與科研成果。堅(jiān)持“虛”與“實(shí)”的結(jié)合，大型昂貴或臺(tái)套數(shù)少、有危險(xiǎn)的工藝設(shè)備，通過(guò)“虛擬”顯示和動(dòng)畫(huà)視頻呈現(xiàn)加工新技術(shù)，強(qiáng)化同學(xué)工程概念。此外，結(jié)合案例，進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課程，讓學(xué)生“學(xué)”以致“用”，鼓勵(lì)學(xué)生多參與實(shí)驗(yàn)和社會(huì)與專業(yè)方向、科研領(lǐng)域相關(guān)的活動(dòng)，將成果融入課堂。

案例教學(xué)中的評(píng)價(jià)、考核形式多樣，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生的過(guò)程管理和素質(zhì)培養(yǎng)[5]?？己嗽u(píng)價(jià)，采用平時(shí)作業(yè)，隨堂測(cè)試、期末考試相結(jié)合的多元考核評(píng)價(jià)模式，促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)，過(guò)程性學(xué)習(xí)和體驗(yàn)式學(xué)習(xí)。作業(yè)成績(jī)包括：學(xué)生課下完成的提交教師批閱的作業(yè)成績(jī)，學(xué)生通過(guò)自學(xué)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成網(wǎng)絡(luò)自測(cè)題，學(xué)生參與討論的表現(xiàn)情況等。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)完成次數(shù)、完成質(zhì)量以及討論中的表達(dá)情況等量化。此外，學(xué)生可以通過(guò)課程平臺(tái)(如雨課堂等通過(guò))線上留言、或?qū)W校教學(xué)管理系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)教，以實(shí)現(xiàn)教學(xué)互長(zhǎng)。迄今，材料加工新技術(shù)網(wǎng)上案例教學(xué)點(diǎn)擊量超過(guò)9 000次，評(píng)價(jià)較正面；且學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)的課程評(píng)分連續(xù)三年平均分在90以上。

3 結(jié) 語(yǔ)

以材料加工新技術(shù)課程中的雙色注塑成型家電制品教學(xué)案例的設(shè)計(jì)、實(shí)施過(guò)程為例，探索并實(shí)踐新的教學(xué)及人才培養(yǎng)模式。實(shí)踐表明，案例教學(xué)能激發(fā)學(xué)生專業(yè)學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，強(qiáng)化學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；且因?yàn)橐咔閺?qiáng)化的線上教學(xué)與傳統(tǒng)線下教學(xué)模式結(jié)合，能更好發(fā)揮案例教學(xué)的效果，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，動(dòng)畫(huà)、視頻、音頻等多媒體不僅將專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課、實(shí)驗(yàn)課相關(guān)知識(shí)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，幫助學(xué)生在工程實(shí)踐中認(rèn)知理論，使學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)體系和工程應(yīng)用有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)；而且打破了學(xué)習(xí)的時(shí)空限制，便于學(xué)生多次回放學(xué)習(xí)。因此，基于案例教學(xué)的授課方式，雖然目前課程中案例的質(zhì)量、數(shù)量、效果評(píng)價(jià)等指標(biāo)需進(jìn)一步量化完善，但仍可作為高校培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)用型復(fù)合高層次人才的一種路徑繼續(xù)嘗試。