基于案例教學(xué)的材料專業(yè)研究生課程改革與探索

劉虎林 伍媛婷 任萍

［摘 要］ 良好的工程實(shí)踐能力是材料類專業(yè)學(xué)位研究生的主要培養(yǎng)目標(biāo)之一，但常規(guī)的培養(yǎng)方式（如企業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐等）容易受外界因素的干擾，增加實(shí)施難度，進(jìn)而在一定程度上阻礙學(xué)生能力的培養(yǎng)。而立足于產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的育人理念，將校企合作項(xiàng)目成果與專業(yè)學(xué)位研究生的工程實(shí)踐教學(xué)相聯(lián)系，以案例的形式引入課程教學(xué)中，可以突破傳統(tǒng)教學(xué)空間的限制，提升學(xué)生分析和解決無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力。實(shí)踐表明，案例教學(xué)促進(jìn)了學(xué)生對理論知識(shí)的理解與應(yīng)用，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，有助于將人才培養(yǎng)與用人需求緊密對接。

［關(guān)鍵詞］ 案例教學(xué)；陶瓷薄板；專業(yè)學(xué)位研究生；工程實(shí)踐能力；材料科學(xué)

［基金項(xiàng)目］ 2020年度陜西省研究生教育綜合改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“專業(yè)學(xué)位研究生‘一個(gè)中心，三個(gè)頂點(diǎn)，四個(gè)循環(huán)校企協(xié)同培養(yǎng)模式的探索與實(shí)踐”（YJSZG2020062）

［作者簡介］ 劉虎林（1988—），男，陜西榆林人，工學(xué)博士，陜西科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授（通信作者），碩士生導(dǎo)師，主要從事無機(jī)非金屬材料研究；伍媛婷（1981—），女，江西贛州人，工學(xué)博士，陜西科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長助理，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事超材料和納米復(fù)合材料研究；任 萍（1980—），女，遼寧大連人，教育學(xué)碩士，陜西科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院研究生秘書，主要從事研究生教育管理研究。

［中圖分類號(hào)］ G642.0［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1674-9324（2023）20-0052-04［收稿日期］ 2022-04-29

一、基于案例教學(xué)的課程改革背景

隨著我國的改革進(jìn)入深水區(qū)，各行各業(yè)對高層次應(yīng)用型專門人才的需求更為迫切。為了建設(shè)創(chuàng)新型國家，發(fā)展專業(yè)學(xué)位研究生教育，培養(yǎng)和提高研究生創(chuàng)新實(shí)踐能力顯得尤為重要。2020年9月，國務(wù)院學(xué)位委員會(huì)、教育部印發(fā)了《專業(yè)學(xué)位研究生教育發(fā)展方案（2020—2025）》的通知，其中明確指出，到2025年，將碩士專業(yè)學(xué)位研究生招生規(guī)模擴(kuò)大到碩士研究生招生總規(guī)模的三分之二左右［1］。但目前的專業(yè)學(xué)位研究生教育并不能完全適應(yīng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的需求，培養(yǎng)模式仍需創(chuàng)新，培養(yǎng)質(zhì)量亟待提高。

工程實(shí)踐能力是專業(yè)學(xué)位研究生的重要能力目標(biāo)之一。近年來，教育部、發(fā)改委等多個(gè)國家部委對深化研究生教育改革、深入推進(jìn)專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式改革等提出重要意見，強(qiáng)調(diào)要鼓勵(lì)行業(yè)企業(yè)參與人才培養(yǎng)，加強(qiáng)培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新實(shí)踐能力等。因此，建立校企實(shí)踐基地、實(shí)行校內(nèi)外雙導(dǎo)師制、強(qiáng)化研究生企業(yè)實(shí)踐等方式已成為專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)的常用手段［2-4］。隨著推進(jìn)健康中國建設(shè)，必須改革和創(chuàng)新研究生教學(xué)模式，保證和提高專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)質(zhì)量。

陜西科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院立足產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新的人才培育理念，充分發(fā)揮在玻璃陶瓷等無機(jī)非金屬材料方向的學(xué)科特色和優(yōu)勢，聯(lián)合行業(yè)內(nèi)多家知名企業(yè)開展校企合作項(xiàng)目，解決材料工程領(lǐng)域的前沿問題，并將研究成果與專業(yè)學(xué)位研究生的工程實(shí)踐教學(xué)相聯(lián)系，以案例的形式引入課程教學(xué)中，提升學(xué)生分析和解決無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力［5-6］。學(xué)院大力推行案例教學(xué)模式，并通過翻轉(zhuǎn)課堂、企業(yè)專家云課堂等教學(xué)方式進(jìn)行課程改革，突破傳統(tǒng)教學(xué)空間的限制，強(qiáng)化對學(xué)生分析解決工程問題能力的培養(yǎng)，有效提升了學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

二、案例教學(xué)的意義與價(jià)值

（一）將理論知識(shí)與行業(yè)前沿問題相結(jié)合，深化產(chǎn)教融合

在傳統(tǒng)教學(xué)模式下，專業(yè)知識(shí)多停留在理論層面，學(xué)生難以對知識(shí)形成多維度的理解和應(yīng)用，同時(shí)，教材中的實(shí)例往往滯后于行業(yè)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，難以使學(xué)生深刻認(rèn)識(shí)到相關(guān)領(lǐng)域的前沿動(dòng)態(tài)，不利于人才培養(yǎng)與用人需求的緊密對接。在教學(xué)中引入行業(yè)和領(lǐng)域內(nèi)的前沿問題，有助于加深學(xué)生對行業(yè)前沿問題的理解，促進(jìn)學(xué)生深層次掌握理論知識(shí)的內(nèi)涵及其應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)課堂教學(xué)層面的產(chǎn)教融合。

（二）立足于對復(fù)雜工程問題的分析和解決，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力

案例教學(xué)中依托工程實(shí)例，較大程度地還原了實(shí)際工程問題的復(fù)雜性，因此通過對教學(xué)案例的分析和梳理，可培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和分析材料領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的能力，同時(shí)利用企業(yè)的實(shí)際解決方案，引導(dǎo)學(xué)生深入理解企業(yè)生產(chǎn)過程中解決問題的角度和思路，提高學(xué)生從工程實(shí)踐角度分析和解決問題的能力以及工程實(shí)踐能力。

（三）發(fā)揮“云端”優(yōu)勢，改革教學(xué)模式

案例教學(xué)中可充分利用校企合作資源發(fā)揮“云端”優(yōu)勢。學(xué)生可通過云視頻參觀企業(yè)生產(chǎn)線及產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，還可通過專家云課堂連線企業(yè)導(dǎo)師來交流討論行業(yè)的前沿問題，進(jìn)而將傳統(tǒng)的“教師—學(xué)生”的二元課堂教學(xué)環(huán)境拓展為“教師—學(xué)生—企業(yè)導(dǎo)師—企業(yè)生產(chǎn)線”等多元教學(xué)環(huán)境，突破教學(xué)空間的限制，實(shí)現(xiàn)教學(xué)模式的改革創(chuàng)新，保證學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)質(zhì)量。

三、案例教學(xué)組織設(shè)計(jì)

（一）教學(xué)案例設(shè)計(jì)

1.明確教學(xué)目標(biāo)以及重點(diǎn)和難點(diǎn)。在設(shè)計(jì)教學(xué)案例前，教師先要明確具體的教學(xué)目標(biāo)以及重點(diǎn)和難點(diǎn)，即通過案例教學(xué)，學(xué)生要達(dá)成哪些知識(shí)目標(biāo)、能力目標(biāo)和素質(zhì)目標(biāo)等，學(xué)生在達(dá)成這些目標(biāo)時(shí)可能遇到的困難和障礙有哪些。通過教學(xué)目標(biāo)以及重點(diǎn)和難點(diǎn)的分析，教師可以有目的、有選擇地設(shè)計(jì)教學(xué)過程，同時(shí)為教學(xué)案例的選擇奠定基礎(chǔ)。

2.工程案例的選擇與分解。明確教學(xué)目標(biāo)以及重點(diǎn)和難點(diǎn)后，教師需要選擇合適的工程案例。案例要與教學(xué)內(nèi)容相匹配，并能反映行業(yè)或產(chǎn)業(yè)的前沿問題，同時(shí)所選擇的案例包含了工程問題的發(fā)現(xiàn)、分析和解決的全過程。選擇了合適的工程案例后，教師進(jìn)一步按照發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的思維方式分解案例，將案例與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合形成教學(xué)案例，有助于培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

3.結(jié)合教學(xué)內(nèi)容撰寫教學(xué)案例。工程案例來源于企業(yè)的實(shí)際工程問題，反映了企業(yè)在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的方案或措施，而教學(xué)案例是利用實(shí)際工程案例解決教學(xué)問題，實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)和能力目標(biāo)的培養(yǎng)。因此，教學(xué)案例不能完全按照企業(yè)的工程實(shí)踐過程來撰寫，需要把這些工程實(shí)踐問題與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，從提高學(xué)生分析解決復(fù)雜工程問題能力的角度，分層次撰寫教學(xué)案例。

（二）課堂教學(xué)組織

在教學(xué)過程中，教師要依托教學(xué)案例，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，充分發(fā)揮“云端”優(yōu)勢，加強(qiáng)企業(yè)導(dǎo)師在教學(xué)環(huán)節(jié)中的深度參與。因此，教學(xué)方法以分組討論、翻轉(zhuǎn)課堂、企業(yè)專家云課堂等方式為主。教師在教學(xué)中做好組織引導(dǎo)，在課堂教學(xué)前要提前發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)和劃分學(xué)習(xí)小組，讓學(xué)生充分收集資料、查閱文獻(xiàn)、交流討論，做到對相關(guān)知識(shí)點(diǎn)有一定的理解和認(rèn)識(shí)。在教學(xué)中，教師要充分調(diào)動(dòng)并鼓勵(lì)不同小組的成員發(fā)表和展示自己的學(xué)習(xí)成果，同時(shí)做好點(diǎn)評工作，并對重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容做進(jìn)一步的分析與拓展。教師在課前要與企業(yè)專家溝通交流，明確企業(yè)專家的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標(biāo)，并與專家討論授課內(nèi)容，確保其教學(xué)內(nèi)容與課程目標(biāo)高度吻合。在企業(yè)專家云課堂環(huán)節(jié)，教師需鼓勵(lì)和引導(dǎo)學(xué)生與專家互動(dòng)交流，提高教學(xué)效果。教學(xué)后，教師要及時(shí)做好教學(xué)反思，從教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、教學(xué)方式和環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、學(xué)生課堂表現(xiàn)與學(xué)習(xí)效果等方面總結(jié)教學(xué)過程，對后續(xù)課堂持續(xù)改進(jìn)。同時(shí)，教師要監(jiān)督學(xué)生認(rèn)真完成思考題，總結(jié)復(fù)習(xí)教學(xué)內(nèi)容，做到舉一反三。

（三）教學(xué)效果評價(jià)與反饋

完成課堂教學(xué)后，以學(xué)生為主體，采用問卷調(diào)查、學(xué)生座談等形式對案例教學(xué)的形式及效果進(jìn)行全面評價(jià)，分析反饋結(jié)果并進(jìn)行改進(jìn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量，使學(xué)生擁有扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)，具備較強(qiáng)的分析解決復(fù)雜工程實(shí)踐問題的能力。

四、案例教學(xué)實(shí)踐實(shí)例

如何提高陶瓷材料的韌性是無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。本節(jié)以“陶瓷薄板強(qiáng)韌化技術(shù)開發(fā)”案例為例，詳細(xì)介紹在教學(xué)中如何結(jié)合企業(yè)的真實(shí)案例，分析探討工程陶瓷增韌的有效手段，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和研究興趣，提高應(yīng)用理論知識(shí)分析解決實(shí)際工程問題的能力。

（一）教學(xué)案例設(shè)計(jì)

陶瓷的增韌技術(shù)主要包括顆粒增韌、相變增韌、晶須增韌、纖維增韌等。這些技術(shù)具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域，如何理解每種增韌技術(shù)的特點(diǎn)，并在特定材料中選擇合適的增韌技術(shù)是教學(xué)中的重點(diǎn)內(nèi)容。

陶瓷薄板（常規(guī)尺寸為600 mm×1 200 mm，厚度為3 mm～6 mm）具有低能耗、清潔環(huán)保等特點(diǎn)，已成為建筑材料行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。為了提高制品的強(qiáng)度和韌性，廣東蒙娜麗莎新型材料集團(tuán)有限公司聯(lián)合筆者所在院校開展校企合作，通過基礎(chǔ)配方開發(fā)、晶須纖維增韌技術(shù)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了陶瓷薄板的強(qiáng)韌化。因此，在教學(xué)中通過引入“陶瓷薄板強(qiáng)韌化技術(shù)開發(fā)”的工程案例，可以幫助學(xué)生理解常用的增韌技術(shù)及其應(yīng)用特征，同時(shí)，為了將該案例與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力，對該工程費(fèi)案例從發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題三個(gè)角度進(jìn)行分解與分析，如圖1所示。

陶瓷薄板與普通陶瓷相比，尺寸較大且厚度很薄，這就使得陶瓷薄板的強(qiáng)度比普通陶瓷低且更容易斷裂。為了保證陶瓷薄板在運(yùn)輸和使用中的安全性，必須提高陶瓷薄板的強(qiáng)度和韌性。因此，如何實(shí)現(xiàn)陶瓷薄板的強(qiáng)韌化成為各類材料生產(chǎn)研發(fā)中的重要問題。在教學(xué)中，教師需引導(dǎo)學(xué)生通過查閱資料、分組討論，總結(jié)出陶瓷薄板中存在的關(guān)鍵問題。

陶瓷的組成與微觀結(jié)構(gòu)影響著材料的強(qiáng)度和韌性，因此可以從開發(fā)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)配方的角度，提高薄板的力學(xué)性能。長石質(zhì)瓷是建筑陶瓷普遍采用的瓷質(zhì)，其抗彎強(qiáng)度一般為80 MPa，不能滿足提高陶瓷薄板強(qiáng)度的基本要求，而以滑石、黏土為主要原料的鎂質(zhì)瓷的抗彎強(qiáng)度一般可達(dá)150 MPa。因此，開發(fā)MgO-Al2O3-SiO2配方體系是提高陶瓷薄板基礎(chǔ)強(qiáng)度的可行途徑。

雖然陶瓷的增韌方式很多，但考慮到企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)以及建筑陶瓷成分復(fù)雜、物相較多等原因，采用控制晶體結(jié)構(gòu)或引入新的晶相等方法都會(huì)引起生產(chǎn)工藝的重大改變，難度也較大，而采用晶須或纖維增韌則可有效提高制品的韌性。在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，學(xué)習(xí)不同成分的陶瓷特點(diǎn)及常用的增韌技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上通過分組討論和翻轉(zhuǎn)課堂等形式引導(dǎo)學(xué)生分析總結(jié)出提高陶瓷薄板強(qiáng)度與韌性的可行途徑。

在確定實(shí)現(xiàn)陶瓷薄板強(qiáng)韌化的可行途徑后，可通過MgO-Al2O3-SiO2相圖分析并結(jié)合配方優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，確定可顯著提高材料強(qiáng)度的配方，同時(shí)引入性能優(yōu)異、物理化學(xué)性質(zhì)與陶瓷薄板相似的氧化鋯短纖維或硅酸釔晶須，通過工藝調(diào)整和微觀形貌控制，提高陶瓷薄板的韌性。在教學(xué)中，主要借助企業(yè)專家云課堂講解企業(yè)解決問題的過程，并引導(dǎo)學(xué)生與企業(yè)專家積極交流討論，深入了解企業(yè)解決問題的思路和思維方式。

（二）教學(xué)過程實(shí)施

課前，將學(xué)生分組并發(fā)布學(xué)習(xí)討論任務(wù)，讓學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)了解陶瓷薄板的特點(diǎn)及存在的問題，分析MgO-Al2O3-SiO2相圖的基本特點(diǎn)及對應(yīng)材料的組成與結(jié)構(gòu)特征，掌握常用陶瓷材料的增韌方法及其優(yōu)缺點(diǎn)。

課中，組織學(xué)生展示討論結(jié)果，教師做點(diǎn)評并深入分析，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出陶瓷薄板脆性大的問題，以及實(shí)現(xiàn)陶瓷薄板強(qiáng)韌化的可行途徑（調(diào)整基礎(chǔ)配方、纖維或晶須增韌）。在此基礎(chǔ)上，企業(yè)導(dǎo)師以云課堂的形式講解企業(yè)在實(shí)現(xiàn)材料強(qiáng)韌化時(shí)的分析思路和具體解決方案，并引導(dǎo)學(xué)生與企業(yè)導(dǎo)師積極交流討論。最后，教師幫助學(xué)生梳理知識(shí)要點(diǎn)和邏輯結(jié)構(gòu)。

課后，布置思考題，引導(dǎo)學(xué)生深入思考和學(xué)習(xí)課程內(nèi)容，同時(shí)向?qū)W生發(fā)布調(diào)查問卷，評價(jià)案例教學(xué)的教學(xué)效果并積極持續(xù)改進(jìn)。調(diào)查結(jié)果顯示，80%以上的研究生認(rèn)為教學(xué)中能夠理論聯(lián)系工程實(shí)踐，對了解行業(yè)前沿問題很有幫助，同時(shí)較大程度地提高了分析和解決工程問題的能力。只有60%左右的研究生認(rèn)為案例教學(xué)提升了應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)解決復(fù)雜工程問題的能力。因此，在今后教學(xué)中要進(jìn)一步分解案例，加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)踐案例的融合，提高學(xué)生運(yùn)用理論分析實(shí)際問題的能力。

結(jié)語

本文以“陶瓷薄板強(qiáng)韌化技術(shù)開發(fā)”課程為例，介紹了如何通過案例教學(xué)培養(yǎng)專業(yè)學(xué)位研究生的工程實(shí)踐能力。教師通過引入無機(jī)非金屬材料領(lǐng)域前沿工程問題案例，在引導(dǎo)學(xué)生充分理解和掌握課程知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析和解決復(fù)雜工程問題的能力，提高了學(xué)生的工程實(shí)踐能力，有助于將人才培養(yǎng)與用人需求緊密對接。該教學(xué)方法充分體現(xiàn)了培養(yǎng)面向材料工程技術(shù)領(lǐng)域的高層次復(fù)合型應(yīng)用技術(shù)和工程管理人才的培養(yǎng)目標(biāo)，提高了專業(yè)型人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

［1］國務(wù)院學(xué)位委員會(huì) 教育部關(guān)于印發(fā)《專業(yè)學(xué)位研究生教育發(fā)展方案（2020-2025）》的通知［EB/OL］.（2020-09-30）［2022-04-06］.http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A22/moe_826/202009/t20200930_492590.html.

［2］柴春鵬，尹絢，王姍，等.材料工程專業(yè)學(xué)位研究生實(shí)踐能力培養(yǎng)研究［J］.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實(shí)踐，2022，5（3）：73-75+109.

［3］王桂香，馬福秋，薛云，等.基于校企合作背景下材料與化工專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)模式研究與實(shí)踐［J］.廣東化工，2021，48（22）：236-237.

［4］尤悅，許安濤，李尚升，等.材料工程專業(yè)學(xué)位研究生專業(yè)實(shí)踐基地建設(shè)探索［J］.教育現(xiàn)代化，2019，6（58）：81-82.

［5］張?zhí)m芳，李力，黃維蓉.材料與化工碩士專業(yè)學(xué)位研究生教學(xué)案例庫建設(shè)探討［J］.化工時(shí)刊，2020，34（9）：44-45.

［6］盧紅霞，邵剛，周穎，等.材料工程專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)創(chuàng)新與實(shí)踐［J］.教育教學(xué)論壇，2020（37）：209-210.

Reform and Exploration of Postgraduate Courses in Materials Engineering Based on Case Teaching

LIU Hu-lin， WU Yuan-ting， REN Ping

（School of Material Science＆Engineering， Shaanxi University of Science＆Technology， Xian， Shaanxi 710021， China）

Abstract： Good engineering practice ability is one of the main training goals of postgraduate students majoring in materials engineering， but conventional training methods （such as enterprise practice， etc.） are easy to be interfered by external factors， which increases the difficulty of implementation and hinders the cultivation of students ability. Based on the cooperative education of universities industries， it is beneficial to improving teaching quality by combining the engineering practical training with the achievements of university-enterprise cooperation projects. And it is useful to break through the limitations of traditional teaching space by introducing the engineering case into the course teaching， which also greatly improves the students ability to analyze and solve complex engineering problems in the field of inorganic and non-metallic materials. Teaching practice shows that case teaching can promote students understanding and application of theoretical knowledge， improve their engineering practice ability， and closely connect talent training with employment needs.

Key words： case teaching; ceramic sheet; professional graduate; engineering practice ability; material science