案例庫建設及案例教學探索與實踐
——以化學工程專業學位研究生培養為例

張莉梅 譚蕓妃 魏順安 劉作華 秦莉曉 董立春

(重慶大學 化學化工學院，重慶 401331)

案例教學是以學生為中心、以案例為基礎，通過呈現案例情境，將實際問題與理論研究相結合，引導學生發現問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論、形成觀點、提高學生運用理論解決實際問題的一種教學方式，是高校培養具有較強理論能力與應用能力的專業高級人才的有效途徑之一[1，2]。案例教學應用于高校教育始于19世紀70年代的哈佛大學法學院，百余年來，該種教學方法幾經完善和修正，已成為世界各知名高校的一種重要教學方法[3]。

教育部《關于加強專業學位研究生案例教學和聯合培養基地建設的意見》(教研〔2015〕1號)中，明確了加強案例教學的重要意義，強調案例教學是強化專業學位研究生實踐能力培養，促進教學與實踐有機融合的重要途徑。全日制專業碩士以培養應用型人才為主，其中，學生專業能力的培養是通過結合知識學習和實踐鍛煉，從而最終培養學生解決實際專業問題的能力[4，5]。案例教學可以將理論知識與實際問題有機地聯系起來，是培養應用型人才的重要途徑之一[6]。

重慶大學化學化工學院一直立足于“新工科教育”人才培養模式教育理念，在教學方法改革中，力求改變傳統的填鴨式教學模式，實施啟發式講授的教學方法，積極探討新的教學方法與人才培養模式[7-9]。通過對課程的教學目標、教學資源、教學方法進行一體化設計，對化學工程專業學位研究生開展案例庫建設及案例教學實踐，推動了學生工程實踐能力的提升，對保證復合型、應用型化工人才培養目標的實現起到了明顯的促進作用。

1 案例庫建設的實用價值

1.1 推進教學改革，促進教學與實踐有機融合

案例庫的建設，可以將零散的教學案例資源整合，為核心課程的教學形成資料齊全、使用便捷的教學案例。同時案例教學以實際工程問題為導向，通過典型而生動的個案描述引導學生運用所學知識分析、討論，使學生在具體的問題情境中積極思考，主動探索，培養學生分析、解決問題的能力[10]。

1.2 提高教學的針對性和實效性

傳統的教學方式以教師講授為中心，教學模式單一[11]。在能力培養方面，對專業實踐環節重視不夠；在教學內容方面，多強調理論知識，聯結知識與實際應用不夠。案例教學以學生為中心，其案例內容可實時更新，通過分析本專業或行業的實際生產問題或普遍存在的技術瓶頸，引導學生發現問題、分析問題、解決問題，從而掌握理論知識并提高解決實際問題的能力[12]。借助于案例資源庫平臺，教師可以不斷更新教學內容，有針對性的講解重要的知識點，提高教學的針對性和實效性。

1.3 拓展學生自主學習空間，改變學習模式

案例教學是以案例作為教學材料，結合教學主題，通過討論、問答等師生互動的教學環節，讓學生了解與教學主題相關的概念或理論，并培養學生分析實際問題的能力。因此，借助于案例庫中豐富的案例資源，可以搭建“以學習為中心”的個性化學習環境，以案例教學為基礎，提取企業生產過程實踐問題個案，打造學生可以自主學習的實際案例，建立開放性的學習平臺，通過這種在線學習的方式，培養學生自主獲取知識和資源的能力[13]。

2 案例庫建設

2.1 編寫案例的基本原則

案例庫主要由企業生產實踐的案例組成，所呈現的是生產實踐中的現實問題或技術改革方案、措施等，選取原則包括關聯性、典型性、真實性。

2.1.1 關聯性

案例庫中的案例都必須與化學工程專業學位研究生專業核心課程相關，體現化工專業的特色。

2.1.2 典型性

案例就是典型材料，任何一個案例的選取都要具有一定代表性，能反映本專業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，啟發學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較高的視野和角度來看待問題。因此，入庫的案例應最大限度體現培養、發展學生這些能力的需要。

2.1.3 真實性

入庫的案例必須是客觀真實的，即要求每個案例所描述的事件確有其事，不是隨意杜撰的，不能隨意改變事實真相[14]。但為了增強可讀性和可講性，提高案例教學和學習的效果，可以使用一些特別的撰寫或描寫手法，將有關內容進行一定的加工，以激發學生的興趣。

2.2 案例收集

案例的選擇是確保案例庫質量的關鍵環節，而化工專業涉及面廣、問題繁雜且素材豐富。為了確保案例庫的質量，案例收集時要明確覆蓋化工領域專業學位研究生培養方案的各核心課程，以教學團隊和企業的聯合科研成果為最佳選擇。通過實實在在的校企合作項目，結合教師和企業人員的合作科研成果，可增強教學案例的實用性。案例庫的建設也可以根據實際需要，收集相關企業生產過程中的實際問題，通過對這些問題的分析、研究，提出切實有效的解決方案，但需要教師精心篩選，因為其中某些問題比較復雜，教師們可以選擇幾個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、案例總結等方面。

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、設備等，著重介紹生產中遇到的技術瓶頸，針對案例涉及的相關知識點進行講解，必要時指出解決問題的關鍵，適當引導學生用所學知識解決實際生產問題。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，常規精餾無法實現，據此教師可根據《化工原理》課程中教授的共沸精餾，引導學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生自己解決。

2.3.2 案例討論

學生以小組為單位(每組3～5人)，針對案例涉及的生產實際問題，收集相關資料，結合所學的理論知識，提出切實可行的、盡可能詳細的解決方案，接著以小組為單位進行課堂展示和討論，精選出具有代表性的方案。

2.3.3 案例撰寫

盡管案例項目的主體內容是由企業生產實踐案例組成，呈現生產實踐中的現實問題或技術改革方案、措施等，但案例的撰寫并非是照搬企業的生產環節或某些生產實踐中的問題，而更多地是要把這些實踐問題與化工專業所學的知識體系建立聯系。因此，要求案例開發者(教師)須對這些事實性案例的理論基礎進行剖析，通過合理的分析與設計，使案例跟化工專業碩士研究生所學的知識體系建立聯系，撰寫案例初稿。

2.3.4 案例教學

化工領域專業學位碩士研究生大都是“從學校到學校”的應屆生，具備較扎實的理論知識，但缺乏生產實踐經驗。因此，在進行案例教學時要重點引導學生如何把真實案例與化工專業所學的核心知識體系建立聯系，促進知識與技能的有機融合。

2.3.5 案例總結

根據案例教學的效果(教學反饋)，收集教學過程中的不足，在原案例初稿內容的基礎上更改、提煉潤色，使案例更具體、內容更飽滿。

3 案例教學實踐

以相關企業生產實踐中遇到的真實問題為個案，讓學生進行探究與分析，并提出切實可行的解決方案，從而激發學生興趣，提高學生運用理論解決實際問題的能力。

3.1 案例庫建設情況

重慶大學化學工程專業學位研究生初步建設的案例庫覆蓋化工領域專業學位研究生培養方案的的核心課程，包括以《高等化學反應工程》、《高等化工熱力學》、《工業催化原理》三個課程的知識點為內容的基礎案例，以《分離工程》課程中綜合利用傳遞、熱力學知識為內容的綜合案例，以《化工過程開發與合成》課程中講述產品和技術從小試到中試為內容的系統案例。案例庫建設情況如圖1。

圖1 專業學位研究生案例庫建設情況

3.2 案例教學實施實例

以“對硝基苯加氫制對氨基苯酚母液循環利用工藝開發”案例為例，詳細介紹案例教學的實施過程，主要包括三步：提出問題、分析問題、引導學生解決問題。

3.2.1 提出問題

在開展案例教學之前，案例開發者根據案例教學要求，提出工業案例問題，以實際工業生產問題切入，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對氨基苯酚(PAP)，反應過后采用結晶-過濾工藝得到PAP產品，得到的結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回收乙醇和PAP。公司現有工藝只能回收母液中50%左右的PAP，且雜質含量較多，質量不達標；另一方面，由于PAP在高溫下易分解結碳，在精餾塔底會產生大量的結焦狀炭渣，只能當做固廢采用裝袋運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、提高了生產成本，另一方面產生了固廢污染和明顯的環保壓力。

3.2.2 分析問題

選擇工業生產實際問題切入，江蘇某公司采用對硝基苯酚催化加氫生產對氨基苯酚(PAP)(使用的溶劑為68%乙醇、32%水)，隨著反應的進行，反應產生的水以及洗滌加入的水使溶劑中水的比例增加，反應結束結晶分離出PAP后，其母液的組成為：乙醇58%、水39%、PAP 3%。公司正常生產時，每天能產生277.5～305.25 m3的加氫母液，采用傳統的精餾方法，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結晶析出經過濾得到產品)、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間很長，造成PAP在塔底分解結焦，產生的炭渣一般采取裝袋運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、提高了生產成本，另一方面產生了潛在的污染和明顯的環保壓力。

3.2.3 引導學生解決問題

教師針對PAP母液處理的技術瓶頸，對解決案例問題所需要的理論知識(蒸發、精餾、換熱)進行講解，并引導學生分析企業的實際問題，需要改進工藝的關鍵在于：1)讓更多的水在蒸發塔頂流出，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，易于處理達標；2)減少母液在蒸發、精餾過程中高溫處理的停留時間，防止其結焦。

接下來安排學生以小組為單位進行課后資料收集、案例討論及課堂展示。老師結合學生的方案，通過合理的分析與設計，撰寫案例初稿，初稿中可以提出這樣的解決方案：通過分析和模擬計算，采用并流降膜蒸發器可以有效的解決上述工業問題，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)，汽相氣體進入自回流洗滌塔，降膜蒸發器液相組成為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)循環使用；另一方面，采用并流降膜蒸發器可以減少母液高溫處理停留時間，防止PAP分解結焦。回收流程示意圖如圖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，老師在教學環節詳細講解Aspen計算流程(含物流數據、控制方案)、三廢情況、設備情況等。

3.3 案例教學成效

案例教學前學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，無法理論聯系實際，工程應用能力不足。開展案例教學后，通過老師一步步引導，學生抓住了解決PAP母液資源綜合利用的關鍵環節，加深了對理論知識的理解，掌握了解決工程實際問題的研究思路和方法，為今后的工程實踐打下基礎。

4 結語

本文結合化學工程專業學位研究生培養實際需求，進行了專業學位化學工程專業學位研究生案例教學案例庫建設，并開展了案例教學法的具體實踐。開展化學工程專業學位研究生教學案例庫建設，有利于提高案例教學的水平和質量，切實保證應用型人才培養目標的實現，進而使本專業更好地服務于社會發展。