“大班授課，小班研討”在包裝應用力學課程教學中的探索

劉奇龍，盧富德，蔣海云

（湖南工業大學包裝與材料工程學院，湖南株洲 412007）

0 引言

我校以包裝工程專業為特色，是中國包裝聯合會副會長單位，也是全國包裝技術培訓中心。包裝工程專業也是學校省級特色、重點專業，近30 年來為社會輸送了大量專業技術人才，為包裝行業發展做出了應有貢獻。而包裝應用力學課程對創新型高素質包裝工程專業人才的培養有著非常重要的作用。但近些年來，隨著專業招生規模的不斷擴大，專業招收人數大增（2017 年人數為193 人，2018 年人數達到352 人），以前傳統的授課模式也暴露出諸如班級規模過大、師生比嚴重不足、學生積極性、主動性不易調動、能力培養欠缺、教學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模式引入包裝應用力學課程教學具有積極意義。

1 課程主要內容和教學基本情況

包裝應用力學課程是包裝工程專業非常重要的一門核心專業課，主要研究在流通環境下（見圖1）的動力學因素、產品的動力學模型、產品力學性能評價方法、緩沖材料緩沖性能評價指標、緩沖設計和防振設計的基本理論［10-11］等，要求學生在系統地掌握動力學理論的同時，能夠與包裝相關的動力學因素相結合，對緩沖包裝的設計方法、步驟、設計結果評價和檢測有一個系統的了解，從動力學理論角度指導學生進行運輸緩沖包裝設計。

圖1 運輸包裝流程圖

本課程共計36 學時，分為振動、沖擊、緩沖設計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：產品對襯墊的響應、半正弦脈沖的放大倍數、半正弦脈沖破損邊界曲線、矩形脈沖沖擊譜、產品脆值試驗；緩沖設計理論包括緩沖系數、緩沖系數-最大應力曲線，最大加速度-靜應力曲線。振動理論研究的是線性系統的自由振動與強迫振動，而沖擊理論主要研究是產品損壞的力學表示，緩沖曲線研究的是非線性緩沖材料的能量吸收。

圖2 包裝應用力學課程內容

從傳統的包裝應用力學內容上分析，在振動理論講解中，缺乏對非線性系統、或分段線性的自由振動、強迫振動的理論內容，后面的緩沖設計中僅涉及材料的吸收能量，并沒有涉及系統的加速度-時間積累效應對產品損壞的影響［12-13］，因此包裝應用力學課程的教學內容需要改革。以往課程教學一般采用大班集中授課方式，人數眾多，規模偏大，加上課程偏枯燥的力學理論，部分學生學習興趣不高，學生學業水平也參差不齊，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課程，平均成績也比較低，教學效果不太理想。為進一步落實和全面貫徹“以能力為導向，以學生為主體，以教師為主導”的教育教學理念，有效提升課程教學質量，提高人才培養質量，嘗試采用“大班授課，小班研討”的教學模式改革具有現實意義［14］。

2 “大班授課，小班研討”教學改革實現形式

依據包裝應用力學課程的特點，在2017 級包裝工程專業包裝應用力學課程教學中采用了“大班授課，小班研討”教學模式對包裝應用力學課程進行了改革，該模式通過“小班研討”與傳統“大班授課”有機融合，通過各種研討和混合式教學方式［15］讓學生成為課堂的主人，積極參與到課程教學中，以學生為中心，提升學生在教學過程中的主動參與性，調動了學生學習的主動意識，激發學生對知識的渴求，取得了滿意的教學效果。

2.1 大班授課

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

2.2 小班研討

為了便于小班研討的組織和實施，將大班授課所有學生人數按照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，相關任務安排及教學交流能及時傳達和進行。在大班授課后布置有關研討題目，引導學生課外利用圖書館、網絡等資源自主查閱相關文獻資料，調動學生主動學習的積極性，培養學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 學時，有小班課內研討、課外研討、項目式教學［16］、課程群相結合研討、在線視頻教學等多種形式，研討內容對應大班授課課程相應章節，即振動理論、沖擊理論、緩沖包裝設計理論。研討問題及內容的設定主要依據這3 大理論4 個章節的知識進行。老師掌控整個研討過程，確定研討的主題，引導學生積極參與討論，并組織學生上講臺講解，講臺下各小組自由討論，老師及時給出相應的點評，最終使學生能更好地掌握包裝應用力學關鍵理論和應用方法。

（1）小班課內研討。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，講授力學概念、力學推導思路以及重要結論，然后給出例題鞏固知識。最后15 min安排課內研討，由教師給出研討題目，引導學生利用所學課堂知識進行課堂討論，理清解題思路，同時老師讓學生主動舉手回答問題，并讓回答正確的學生分散開給其他學生講解，大大調動了學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。對課堂討論的內容，要形成文字，教師隨機抽查或全部收繳作業形式，對本次課程研討進行點評，以總結經驗。經過課內研討，認真參與的學生能積極主動地鞏固所學理論知識并進行深化拓展，釋疑解惑，及時培養和提升了他們的理論知識實際應用能力，取得了比較好的效果。

（2）小班課外研討。課外研討根據實際教學進度靈活安排，課外研討課的方式根據具體教學內容來選擇，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研討題目，學生需自行預習、完成在線網絡教學視頻學習基礎上，引導學生利用圖書館、網絡等資源自主查閱相關文獻資料，完成研討題目的準備。課外根據學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，老師引導學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，研討結束后老師及時進行總結。這種以學生為主體的研討方式充分調動了學生主動學習的積極性，培養學生獨立思考和解決問題的能力，使學生更好掌握枯燥的包裝動力學理論，取得了比較好的教學效果。如在講解無阻尼線性系統自由振動后，給出圖3 所示的分段線性系統的動力學響應，這個題目考察基本功，并且能夠把學到的知識推廣到一般情況。在日益發達的運輸物流包裝中，常用發泡聚乙烯緩沖材料作為內襯，它的力學性能已經不能用線性系統來表示，而是表現為復雜的非線性力學，但是在目前的包裝應用力學教材中，關于非線性振動理論還沒有涉及。此次研討不僅改變了傳統的學習、教學形式，而且對教學內容講解也有較大的變化，對產品破壞試驗進行虛擬仿真，為了彌補產品抗破壞能力測試的缺失，利用虛擬試驗［17］進行代替，改革后的內容如圖4 所示。學生普遍反映經過此次研討，從根本上理解了實際情況下的非線性振動理論基礎，學到了教材上沒有的知識，學習興趣大大提高。

圖3 分段線性力學行為

圖4 包裝應用力學課程內容改革

（3）小班項目式研討。根據實際教學進度靈活安排，在基本上學完主體理論知識后，最后兩個星期提前安排好典型電子產品緩沖包裝設計項目，以小組為項目組，每組選擇好緩沖設計項目，以項目為基礎，以各組學生自身為中心，引導學生查閱相關文獻資料，完成從電子產品緩沖運輸包裝分析、緩沖包裝材料選擇、緩沖材料設計尺寸、緩沖包裝方案設計整個緩沖包裝設計項目。最后一周每組同學結合自身選擇的緩沖設計項目進行答辯匯報，在老師的指導下進行討論，共同探討緩沖設計項目的科學性及不足。由于完成設計項目需要學生將所學振動理論、沖擊理論、緩沖設計理論等主體動力學知識靈活運用于實際的電子產品緩沖包裝設計，大大激發了學生的學習興趣，大部分項目小組都能積極主動查閱教學和文獻資料，合理分配各組員項目任務，在老師的指導下，都能獨立按組完成緩沖包裝設計項目。同時經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理論及其應用。

（4）與課程群相結合研討。包裝應用力學是運輸與物流包裝、包裝結構優化與程序設計、包裝虛擬仿真等課程的先導課，這些課構成運輸包裝模塊有機課程群，并逐漸在我校包裝工程專業教學中彰顯本科教學特色。為了能讓學生更深入地理解動力學理論知識，深入理解這門課程的重要地位和主要應用，在課程教學改革后期安排了兩次與這些核心關聯課程的結合研討。課程群相關老師把自己擔任的各級縱橫向科研成果融入包裝應用力學教學活動中，在揭示泡沫、蜂窩等材料的力學性能及其應用方面提供了較為完整的參考，如針對現今物流運輸的發展而出現的若干熱門研究新課題，諸如塑料泡沫非線性有限元技術［18］、泡沫失效行為［19］、紙質結構的非線性力學行為［20］，專門安排了運輸包裝專業核心課程群的主講老師從包裝動力學理論及仿真的角度講解紙薄壁結構和非線性振動理論的發展現狀及前景，并和學生進行現場討論交流。通過這兩次與課程群相結合的研討活動，學生對包裝應用力學的理論教學認識更為清晰，對包裝應用力學的重要應用理解更為深刻，對專業學習興趣更為濃厚，對培養高水平創新型、應用型本科人才也具有積極作用。

2.3 過程考核

如何抓緊與落實學生的考核是實現課程目標的重要手段和途徑，也是保證“大班授課，小班研討”在包裝應用力學課程教學改革取得理想效果必要條件。根據課程體系和特點，教學過程中安排不同考核環節以便于對課程進行考核。考核環節主要有作業（包括課堂作業、課外作業，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生在查閱資料基礎上總結完成報告，準備好匯報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，積極鼓勵學生參與研討，也對學生理論知識掌握和實際應用能力進行了全面考察，同時在研討和項目教學過程中培養了學生團隊合作能力、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，對試點教學班的成績進行了統計對比，并與學生進行了座談和問卷調查。通過包裝應用力學成績數據進行統計調查分析發現，包裝工程2017 級學生包裝應用力學課程成績與2016級學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”的教學模式切實提高了學生對枯燥的包裝動力學振動理論、沖擊理論、緩沖設計理論等知識點的掌握程度，教學效果更為理想。通過與學生進行座談發現，“大班授課，小班研討”的教學模式明顯提高了學生學習的積極性和主動性，促進了學生與教師的互動，加深了對課程重點、難點的深入理解和掌握，促進了學生交流溝通能力、獨立分析和解決問題的能力。問卷調查顯示，86%的學生認為“大班授課，小班研討”的教學模式促進了師生間的互動，創造了自主學習的環境，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效果更好。

4 結語

“大班授課，小班研討”教學模式更具有針對性，該模式以學生為中心，學生成為教學的主體，大大調動了學生學習積極性，激發了學生求知欲，促進了學生全面發展。本研究將“大班授課，小班研討”教學模式用于包裝應用力學課程改革后，學生對概念、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，學生對求解力學能力得到提高，具有一定的創新能力，教學效果更好，為培養高水平創新應用型人才奠定了基礎。