基于案例教學的材料專業(yè)研究生課程改革與探索

劉虎林 伍媛婷 任萍

［摘 要］ 良好的工程實踐能力是材料類專業(yè)學位研究生的主要培養(yǎng)目標之一，但常規(guī)的培養(yǎng)方式（如企業(yè)實習實踐等）容易受外界因素的干擾，增加實施難度，進而在一定程度上阻礙學生能力的培養(yǎng)。而立足于產學研協同創(chuàng)新的育人理念，將校企合作項目成果與專業(yè)學位研究生的工程實踐教學相聯系，以案例的形式引入課程教學中，可以突破傳統教學空間的限制，提升學生分析和解決無機非金屬材料領域復雜工程問題的能力。實踐表明，案例教學促進了學生對理論知識的理解與應用，提高了學生的工程實踐能力，有助于將人才培養(yǎng)與用人需求緊密對接。

［關鍵詞］ 案例教學；陶瓷薄板；專業(yè)學位研究生；工程實踐能力；材料科學

［基金項目］ 2020年度陜西省研究生教育綜合改革研究與實踐項目“專業(yè)學位研究生‘一個中心，三個頂點，四個循環(huán)校企協同培養(yǎng)模式的探索與實踐”（YJSZG2020062）

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

［中圖分類號］ G642.0［文獻標識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）20-0052-04［收稿日期］ 2022-04-29

一、基于案例教學的課程改革背景

隨著我國的改革進入深水區(qū)，各行各業(yè)對高層次應用型專門人才的需求更為迫切。為了建設創(chuàng)新型國家，發(fā)展專業(yè)學位研究生教育，培養(yǎng)和提高研究生創(chuàng)新實踐能力顯得尤為重要。2020年9月，國務院學位委員會、教育部印發(fā)了《專業(yè)學位研究生教育發(fā)展方案（2020—2025）》的通知，其中明確指出，到2025年，將碩士專業(yè)學位研究生招生規(guī)模擴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)學位研究生教育并不能完全適應經濟社會發(fā)展的需求，培養(yǎng)模式仍需創(chuàng)新，培養(yǎng)質量亟待提高。

工程實踐能力是專業(yè)學位研究生的重要能力目標之一。近年來，教育部、發(fā)改委等多個國家部委對深化研究生教育改革、深入推進專業(yè)學位研究生培養(yǎng)模式改革等提出重要意見，強調要鼓勵行業(yè)企業(yè)參與人才培養(yǎng)，加強培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新實踐能力等。因此，建立校企實踐基地、實行校內外雙導師制、強化研究生企業(yè)實踐等方式已成為專業(yè)學位研究生培養(yǎng)的常用手段［2-4］。隨著推進健康中國建設，必須改革和創(chuàng)新研究生教學模式，保證和提高專業(yè)學位研究生培養(yǎng)質量。

陜西科技大學材料科學與工程學院立足產學研協同創(chuàng)新的人才培育理念，充分發(fā)揮在玻璃陶瓷等無機非金屬材料方向的學科特色和優(yōu)勢，聯合行業(yè)內多家知名企業(yè)開展校企合作項目，解決材料工程領域的前沿問題，并將研究成果與專業(yè)學位研究生的工程實踐教學相聯系，以案例的形式引入課程教學中，提升學生分析和解決無機非金屬材料領域復雜工程問題的能力［5-6］。學院大力推行案例教學模式，并通過翻轉課堂、企業(yè)專家云課堂等教學方式進行課程改革，突破傳統教學空間的限制，強化對學生分析解決工程問題能力的培養(yǎng)，有效提升了學生的工程實踐能力。

二、案例教學的意義與價值

（一）將理論知識與行業(yè)前沿問題相結合，深化產教融合

在傳統教學模式下，專業(yè)知識多停留在理論層面，學生難以對知識形成多維度的理解和應用，同時，教材中的實例往往滯后于行業(yè)和產業(yè)的發(fā)展，難以使學生深刻認識到相關領域的前沿動態(tài)，不利于人才培養(yǎng)與用人需求的緊密對接。在教學中引入行業(yè)和領域內的前沿問題，有助于加深學生對行業(yè)前沿問題的理解，促進學生深層次掌握理論知識的內涵及其應用，實現課堂教學層面的產教融合。

（二）立足于對復雜工程問題的分析和解決，提高學生的工程實踐能力

案例教學中依托工程實例，較大程度地還原了實際工程問題的復雜性，因此通過對教學案例的分析和梳理，可培養(yǎng)學生發(fā)現和分析材料領域復雜工程問題的能力，同時利用企業(yè)的實際解決方案，引導學生深入理解企業(yè)生產過程中解決問題的角度和思路，提高學生從工程實踐角度分析和解決問題的能力以及工程實踐能力。

（三）發(fā)揮“云端”優(yōu)勢，改革教學模式

案例教學中可充分利用校企合作資源發(fā)揮“云端”優(yōu)勢。學生可通過云視頻參觀企業(yè)生產線及產品的生產過程，還可通過專家云課堂連線企業(yè)導師來交流討論行業(yè)的前沿問題，進而將傳統的“教師—學生”的二元課堂教學環(huán)境拓展為“教師—學生—企業(yè)導師—企業(yè)生產線”等多元教學環(huán)境，突破教學空間的限制，實現教學模式的改革創(chuàng)新，保證學生工程實踐能力的培養(yǎng)質量。

三、案例教學組織設計

（一）教學案例設計

1.明確教學目標以及重點和難點。在設計教學案例前，教師先要明確具體的教學目標以及重點和難點，即通過案例教學，學生要達成哪些知識目標、能力目標和素質目標等，學生在達成這些目標時可能遇到的困難和障礙有哪些。通過教學目標以及重點和難點的分析，教師可以有目的、有選擇地設計教學過程，同時為教學案例的選擇奠定基礎。

2.工程案例的選擇與分解。明確教學目標以及重點和難點后，教師需要選擇合適的工程案例。案例要與教學內容相匹配，并能反映行業(yè)或產業(yè)的前沿問題，同時所選擇的案例包含了工程問題的發(fā)現、分析和解決的全過程。選擇了合適的工程案例后，教師進一步按照發(fā)現問題、分析問題和解決問題的思維方式分解案例，將案例與教學內容相結合形成教學案例，有助于培養(yǎng)學生的工程實踐能力。

3.結合教學內容撰寫教學案例。工程案例來源于企業(yè)的實際工程問題，反映了企業(yè)在生產實踐中發(fā)現問題和解決問題的方案或措施，而教學案例是利用實際工程案例解決教學問題，實現學生知識和能力目標的培養(yǎng)。因此，教學案例不能完全按照企業(yè)的工程實踐過程來撰寫，需要把這些工程實踐問題與教學內容相結合，從提高學生分析解決復雜工程問題能力的角度，分層次撰寫教學案例。

（二）課堂教學組織

在教學過程中，教師要依托教學案例，充分調動學生的學習主動性和積極性，充分發(fā)揮“云端”優(yōu)勢，加強企業(yè)導師在教學環(huán)節(jié)中的深度參與。因此，教學方法以分組討論、翻轉課堂、企業(yè)專家云課堂等方式為主。教師在教學中做好組織引導，在課堂教學前要提前發(fā)布學習任務和劃分學習小組，讓學生充分收集資料、查閱文獻、交流討論，做到對相關知識點有一定的理解和認識。在教學中，教師要充分調動并鼓勵不同小組的成員發(fā)表和展示自己的學習成果，同時做好點評工作，并對重點和難點內容做進一步的分析與拓展。教師在課前要與企業(yè)專家溝通交流，明確企業(yè)專家的教學內容和教學目標，并與專家討論授課內容，確保其教學內容與課程目標高度吻合。在企業(yè)專家云課堂環(huán)節(jié)，教師需鼓勵和引導學生與專家互動交流，提高教學效果。教學后，教師要及時做好教學反思，從教學內容的設置、教學方式和環(huán)節(jié)的設計、學生課堂表現與學習效果等方面總結教學過程，對后續(xù)課堂持續(xù)改進。同時，教師要監(jiān)督學生認真完成思考題，總結復習教學內容，做到舉一反三。

（三）教學效果評價與反饋

完成課堂教學后，以學生為主體，采用問卷調查、學生座談等形式對案例教學的形式及效果進行全面評價，分析反饋結果并進行改進，激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質量，使學生擁有扎實的專業(yè)知識，具備較強的分析解決復雜工程實踐問題的能力。

四、案例教學實踐實例

如何提高陶瓷材料的韌性是無機非金屬材料領域的一個重要問題。本節(jié)以“陶瓷薄板強韌化技術開發(fā)”案例為例，詳細介紹在教學中如何結合企業(yè)的真實案例，分析探討工程陶瓷增韌的有效手段，從而激發(fā)學生的學習興趣和研究興趣，提高應用理論知識分析解決實際工程問題的能力。

（一）教學案例設計

陶瓷的增韌技術主要包括顆粒增韌、相變增韌、晶須增韌、纖維增韌等。這些技術具有不同的優(yōu)缺點和應用領域，如何理解每種增韌技術的特點，并在特定材料中選擇合適的增韌技術是教學中的重點內容。

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，已成為建筑材料行業(yè)未來的發(fā)展趨勢。為了提高制品的強度和韌性，廣東蒙娜麗莎新型材料集團有限公司聯合筆者所在院校開展校企合作，通過基礎配方開發(fā)、晶須纖維增韌技術開發(fā)，實現了陶瓷薄板的強韌化。因此，在教學中通過引入“陶瓷薄板強韌化技術開發(fā)”的工程案例，可以幫助學生理解常用的增韌技術及其應用特征，同時，為了將該案例與教學內容相結合，提高學生的工程實踐能力，對該工程費案例從發(fā)現問題、分析問題、解決問題三個角度進行分解與分析，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度比普通陶瓷低且更容易斷裂。為了保證陶瓷薄板在運輸和使用中的安全性，必須提高陶瓷薄板的強度和韌性。因此，如何實現陶瓷薄板的強韌化成為各類材料生產研發(fā)中的重要問題。在教學中，教師需引導學生通過查閱資料、分組討論，總結出陶瓷薄板中存在的關鍵問題。

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

雖然陶瓷的增韌方式很多，但考慮到企業(yè)的實際生產以及建筑陶瓷成分復雜、物相較多等原因，采用控制晶體結構或引入新的晶相等方法都會引起生產工藝的重大改變，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。在教學中引導學生查閱資料，學習不同成分的陶瓷特點及常用的增韌技術，并在此基礎上通過分組討論和翻轉課堂等形式引導學生分析總結出提高陶瓷薄板強度與韌性的可行途徑。

在確定實現陶瓷薄板強韌化的可行途徑后，可通過MgO-Al2O3-SiO2相圖分析并結合配方優(yōu)化實驗，確定可顯著提高材料強度的配方，同時引入性能優(yōu)異、物理化學性質與陶瓷薄板相似的氧化鋯短纖維或硅酸釔晶須，通過工藝調整和微觀形貌控制，提高陶瓷薄板的韌性。在教學中，主要借助企業(yè)專家云課堂講解企業(yè)解決問題的過程，并引導學生與企業(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）教學過程實施

課前，將學生分組并發(fā)布學習討論任務，讓學生通過自主學習了解陶瓷薄板的特點及存在的問題，分析MgO-Al2O3-SiO2相圖的基本特點及對應材料的組成與結構特征，掌握常用陶瓷材料的增韌方法及其優(yōu)缺點。

課中，組織學生展示討論結果，教師做點評并深入分析，引導學生總結出陶瓷薄板脆性大的問題，以及實現陶瓷薄板強韌化的可行途徑（調整基礎配方、纖維或晶須增韌）。在此基礎上，企業(yè)導師以云課堂的形式講解企業(yè)在實現材料強韌化時的分析思路和具體解決方案，并引導學生與企業(yè)導師積極交流討論。最后，教師幫助學生梳理知識要點和邏輯結構。

課后，布置思考題，引導學生深入思考和學習課程內容，同時向學生發(fā)布調查問卷，評價案例教學的教學效果并積極持續(xù)改進。調查結果顯示，80%以上的研究生認為教學中能夠理論聯系工程實踐，對了解行業(yè)前沿問題很有幫助，同時較大程度地提高了分析和解決工程問題的能力。只有60%左右的研究生認為案例教學提升了應用基礎知識解決復雜工程問題的能力。因此，在今后教學中要進一步分解案例，加強基礎知識和實踐案例的融合，提高學生運用理論分析實際問題的能力。

結語

本文以“陶瓷薄板強韌化技術開發(fā)”課程為例，介紹了如何通過案例教學培養(yǎng)專業(yè)學位研究生的工程實踐能力。教師通過引入無機非金屬材料領域前沿工程問題案例，在引導學生充分理解和掌握課程知識的同時，培養(yǎng)了學生發(fā)現、分析和解決復雜工程問題的能力，提高了學生的工程實踐能力，有助于將人才培養(yǎng)與用人需求緊密對接。該教學方法充分體現了培養(yǎng)面向材料工程技術領域的高層次復合型應用技術和工程管理人才的培養(yǎng)目標，提高了專業(yè)型人才的培養(yǎng)質量。

參考文獻

［1］國務院學位委員會 教育部關于印發(fā)《專業(yè)學位研究生教育發(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)學位研究生實踐能力培養(yǎng)研究［J］.創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理論研究與實踐，2022，5（3）：73-75+109.

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

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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