案例教学在材料加工新技术课程中的应用*

李海梅，韩文娟，潘亚敏

(郑州大学材料科学与工程学院，河南 郑州 450001)

材料加工新技术是我校材料科学与工程专业研究生的必选课之一，涉及材料、设备、工艺、计算机应用等内容，是工学、理学和管理学的融合，使得此专业课程相较其他专业基础课更为繁杂[1]。由于研究生来源的专业背景和学校具有分散性，学生专业基础知识存在差异；且材料成型包括的材料种、成型工艺、成型设备种类繁多，同时成型装备、模具制造设备昂贵，加工理论内容包括黏弹性力学、弹塑性力学、流变学、传热学、流体力学、固体力学和数值分析、数值方法等，教、学都面临挑战。传统的课堂教学，无法将多学科的知识有机整合起来，不利于学生对材料加工有一个整体的认识。为此，学院和教学团队调整教学方法，引入案例教学法，将科研、行业、产业服务等教学实践成果融合成教学资源，使得学习内容便于理解掌握。

自美国哈佛大学商学院在管理课程的教学中率先采用了案例教学后，我国于20世纪80年代开始将其运用于经济、管理、法律、医学等实践性和应用性较强的学科教学[2]。案例教学是一种开放式、互动式的新型教学方式，将传统以知识传递为中心转变为以培养学生能力为中心，提高学生的理论理解能力和应用知识的能力，与高校人才培养目标非常契合[3]。基于材料加工新技术的课程特点，我们在教学过程中，整合教学内容，理出知识主线，突出重点，适当减少教师课堂讲授时间，合理增加案例视频和案例讨论，实现了教学方法的革新。下面以双色注塑家电外壳为例，说明案例教学的具体内容、实施方法，展示如何将生产实际问题转为教学内容，如何整合专业知识，引导学生积极参与案例分析。经过课程实践，发现案例教学能让学生克服对艰涩理论学习的畏难情绪，激发学习热情和创新潜能，提高了教学质量，利于实现有创新意识的高素质复合人才的培养目标。

1 双色注塑成型案例教学设计及实施

双色注塑家电外壳的教学案例，是塑料制品成型工艺进展部分的学习内容。案例建设过程中遵循适宜性、真实性、完整性、典型性、启发性、创新性、互动性七原则[4]。因此，首先完成案例素材收集和筛选，注塑成型占塑料制品种类的1/3以上，加工过程包括固体颗粒输送、熔融、增压和泵送、混合四个单元，占整个加工单元的4/5；设备包括注塑机、模具；相关专业课程涉及微积分、高分子物理、传热学、流体力学、流变学、黏弹性力学等多个学科。热塑性及其复合材料的家电注塑制品每种量产至少三十万件以上，具有代表性，符合适宜、真实、典型的特征。在确保案例完整性的同时，突出双色材料的相容性、双射机构的注射次序、模具结构和脱模过程等难点以及双色制品的搭接结构，可保证启发性和创新性。其次对知识点进行提炼和素材整合，然后按照课程大纲对案例素材进一步补充。然后结合案例分析，建立理论知识和工程实际的联系。接着依据工程背景相关的原理、设计准则和规范，深入分析案例所采用的技术、原理及特色，完成案例的升级，并按照材料匹配、考虑材料性能的制品结构分析、模具型腔设计、双色双射模具结构动作、制品成型脱模等内容，根据因果关系、设计层次理清思路，考虑互动性，完成视频动画、图片、幻灯片制作，便于分享及线上线下多平台应用(表1)。原来的相关的知识点内容，分散在塑料成型工艺学、高分子材料、注塑模具设计、塑料成型机械等多个课程内，知识点多，不便于系统应用，容易漏掉知识点，为此采用案例教学，从材料、制品(型腔)结构、模具结构、一射二射工艺、模具动作、评估改进的顺序教学。

表1 双色案例教学设计框架Table 1 Case teaching framework design of double color injection molded household appliances

案例教学实施采用线上线下教学相结合，并利用动画、录像、实物图片、雨课堂、幕课等多种教学手段充分发挥其积极作用[1，5]。双色注塑家电外壳案例的教学实施分为课前、课中和课后三个阶段。课前，将案例的背景和材料及其性能的知识点通过雨课堂或者厚山学堂、微信群、QQ群进行线上发布，让学生对案例有充分的认识，并尝试分析问题、提出自己的想法。课堂教学充分利用教学体系严谨，师生互动及时高效的优点，讲授模具结构、注塑过程和模具动作，以现场课堂教学采用多媒体课件和板书结合，在多媒体课件中借助线上课程资源，插入动画、生活实例等，帮助学生理解。课程中使用雨课堂点名、签到、随机答题等功能，提高学生学习积极性和主动性。强化理论知识学习，加深工程实践认知。课后，通过作业强化案例的知识点，要求学生对案例知识点、案例启发点等内容进行总结、反思，进一步巩固理论知识和工程认知，形成属于自己的知识体系和系统工程的意识。脱模与评价分析内容作为课后思考题或作业，同学答案可通过网络平台上的材料加工新技术课程注册后上传答案，也可在线留言评论，或给教师发邮件、发微信；任课教师及时回复，对共性和个性答案再次进行线下小结或讨论，或线上发布讨论结果，保持或进一步激发学生的讨论热情。这样，结合双色注塑家电外壳的生产案例，使学生了解、熟悉、掌握注塑成型工艺过程、设备结构和设备操作的同时，学生还能依据成本、环境、技术进步等因素，合理分析、评价工程实践中的科学理论背景、技术水平和改进空间，培养学生自学能力及知识运用能力，提升创新意识。

2 案例教学改进及评价

案例教学实施后，根据时代要求和研究生扩招后的生源特点，将思政元素融入课堂。在表1步骤1和步骤2、步骤4中，介绍了申长雨院士拓展注塑理论，改善复杂制品设计和生产工艺，打破垄断的事迹；在步骤3和步骤5中，介绍了我院何季麟院士金属材料研究的成果，通过先贤勇攀高峰、科技报国的事迹，引导学生更好的认识所学专业，接受科学思维方法的训练和工程伦理的教育，树立正确的价值观。根据学生专业背景，在步骤6和步骤7中，拓展双色注塑材料相容性内容，如界面结合尽可能用机械结构链接，培养节约资源合理循环利用能源的意识；树立并践行建设美丽中国，节能减排，生态环保的绿色高质量发展理念。此外，结合步骤7的内容，进一步完善讨论与课后作业的范围，在内容上坚持“变”与“不变”、“虚”与“实”的结合，激发学习热情。“原理定律类”的基础知识以经典的教学资料为主，“技术进步”方面的教学内容取自国内外的最新研究论文与科研成果。坚持“虚”与“实”的结合，大型昂贵或台套数少、有危险的工艺设备，通过“虚拟”显示和动画视频呈现加工新技术，强化同学工程概念。此外，结合案例，进行翻转课程，让学生“学”以致“用”，鼓励学生多参与实验和社会与专业方向、科研领域相关的活动，将成果融入课堂。

案例教学中的评价、考核形式多样，强调对学生的过程管理和素质培养[5]。考核评价，采用平时作业，随堂测试、期末考试相结合的多元考核评价模式，促进学生自主学习，过程性学习和体验式学习。作业成绩包括：学生课下完成的提交教师批阅的作业成绩，学生通过自学在规定时间内完成网络自测题，学生参与讨论的表现情况等。评分标准根据完成次数、完成质量以及讨论中的表达情况等量化。此外，学生可以通过课程平台(如雨课堂等通过)线上留言、或学校教学管理系统进行评教，以实现教学互长。迄今，材料加工新技术网上案例教学点击量超过9 000次，评价较正面；且学校教务系统的课程评分连续三年平均分在90以上。

3 结 语

以材料加工新技术课程中的双色注塑成型家电制品教学案例的设计、实施过程为例，探索并实践新的教学及人才培养模式。实践表明，案例教学能激发学生专业学习兴趣，提高学生的工程实践能力，强化学生发现问题、分析问题和解决问题的能力；且因为疫情强化的线上教学与传统线下教学模式结合，能更好发挥案例教学的效果，利用计算机技术，动画、视频、音频等多媒体不仅将专业基础课、专业课、实验课相关知识有机地结合起来，帮助学生在工程实践中认知理论，使学生对专业知识体系和工程应用有系统的认识；而且打破了学习的时空限制，便于学生多次回放学习。因此，基于案例教学的授课方式，虽然目前课程中案例的质量、数量、效果评价等指标需进一步量化完善，但仍可作为高校培养创新实用型复合高层次人才的一种路径继续尝试。