基于案例教学的材料专业研究生课程改革与探索

［摘 要］ 良好的工程实践能力是材料类专业学位研究生的主要培养目标之一，但常规的培养方式（如企业实习实践等）容易受外界因素的干扰，增加实施难度，进而在一定程度上阻碍学生能力的培养。而立足于产学研协同创新的育人理念，将校企合作项目成果与专业学位研究生的工程实践教学相联系，以案例的形式引入课程教学中，可以突破传统教学空间的限制，提升学生分析和解决无机非金属材料领域复杂工程问题的能力。实践表明，案例教学促进了学生对理论知识的理解与应用，提高了学生的工程实践能力，有助于将人才培养与用人需求紧密对接。

［关键词］ 案例教学；陶瓷薄板；专业学位研究生；工程实践能力；材料科学

［基金项目］ 2020年度陕西省研究生教育综合改革研究与实践项目“专业学位研究生‘一个中心，三个顶点，四个循环’校企协同培养模式的探索与实践”（YJSZG2020062）

［作者简介］ 刘虎林（1988—），男，陕西榆林人，工学博士，陕西科技大学材料科学与工程学院副教授（通信作者），硕士生导师，主要从事无机非金属材料研究；伍媛婷（1981—），女，江西赣州人，工学博士，陕西科技大学材料科学与工程学院院长助理，教授，博士生导师，主要从事超材料和纳米复合材料研究；任 萍（1980—），女，辽宁大连人，教育学硕士，陕西科技大学材料科学与工程学院研究生秘书，主要从事研究生教育管理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）20-0052-04 ［收稿日期］ 2022-04-29

一、基于案例教学的课程改革背景

随着我国的改革进入深水区，各行各业对高层次应用型专门人才的需求更为迫切。为了建设创新型国家，发展专业学位研究生教育，培养和提高研究生创新实践能力显得尤为重要。2020年9月，国务院学位委员会、教育部印发了《专业学位研究生教育发展方案（2020—2025）》的通知，其中明确指出，到2025年，将硕士专业学位研究生招生规模扩大到硕士研究生招生总规模的三分之二左右［1］。但目前的专业学位研究生教育并不能完全适应经济社会发展的需求，培养模式仍需创新，培养质量亟待提高。

工程实践能力是专业学位研究生的重要能力目标之一。近年来，教育部、发改委等多个国家部委对深化研究生教育改革、深入推进专业学位研究生培养模式改革等提出重要意见，强调要鼓励行业企业参与人才培养，加强培养研究生的创新实践能力等。因此，建立校企实践基地、实行校内外双导师制、强化研究生企业实践等方式已成为专业学位研究生培养的常用手段［2-4］。随着推进健康中国建设，必须改革和创新研究生教学模式，保证和提高专业学位研究生培养质量。

陕西科技大学材料科学与工程学院立足产学研协同创新的人才培育理念，充分发挥在玻璃陶瓷等无机非金属材料方向的学科特色和优势，联合行业内多家知名企业开展校企合作项目，解决材料工程领域的前沿问题，并将研究成果与专业学位研究生的工程实践教学相联系，以案例的形式引入课程教学中，提升学生分析和解决无机非金属材料领域复杂工程问题的能力［5-6］。学院大力推行案例教学模式，并通过翻转课堂、企业专家云课堂等教学方式进行课程改革，突破传统教学空间的限制，强化对学生分析解决工程问题能力的培养，有效提升了学生的工程实践能力。

二、案例教学的意义与价值

（一）将理论知识与行业前沿问题相结合，深化产教融合

在传统教学模式下，专业知识多停留在理论层面，学生难以对知识形成多维度的理解和应用，同时，教材中的实例往往滞后于行业和产业的发展，难以使学生深刻认识到相关领域的前沿动态，不利于人才培养与用人需求的紧密对接。在教学中引入行业和领域内的前沿问题，有助于加深学生对行业前沿问题的理解，促进学生深层次掌握理论知识的内涵及其应用，实现课堂教学层面的产教融合。

（二）立足于对复杂工程问题的分析和解决，提高学生的工程实践能力

案例教学中依托工程实例，较大程度地还原了实际工程问题的复杂性，因此通过对教学案例的分析和梳理，可培养学生发现和分析材料领域复杂工程问题的能力，同时利用企业的实际解决方案，引导学生深入理解企业生产过程中解决问题的角度和思路，提高学生从工程实践角度分析和解决问题的能力以及工程实践能力。

（三）发挥“云端”优势，改革教学模式

案例教学中可充分利用校企合作资源发挥“云端”优势。学生可通过云视频参观企业生产线及产品的生产过程，还可通过专家云课堂连线企业导师来交流讨论行业的前沿问题，进而将传统的“教师—学生”的二元课堂教学环境拓展为“教师—学生—企业导师—企业生产线”等多元教学环境，突破教学空间的限制，实现教学模式的改革创新，保证学生工程实践能力的培养质量。

三、案例教学组织设计

（一）教学案例设计

1.明确教学目标以及重点和难点。在设计教学案例前，教师先要明确具体的教学目标以及重点和难点，即通过案例教学，学生要达成哪些知识目标、能力目标和素质目标等，学生在达成这些目标时可能遇到的困难和障碍有哪些。通过教学目标以及重点和难点的分析，教师可以有目的、有选择地设计教学过程，同时为教学案例的选择奠定基础。

2.工程案例的选择与分解。明确教学目标以及重点和难点后，教师需要选择合适的工程案例。案例要与教学内容相匹配，并能反映行业或产业的前沿问题，同时所选择的案例包含了工程问题的发现、分析和解决的全过程。选择了合适的工程案例后，教师进一步按照发现问题、分析问题和解决问题的思维方式分解案例，将案例与教学内容相结合形成教学案例，有助于培养学生的工程实践能力。

3.结合教学内容撰写教学案例。工程案例来源于企业的实际工程问题，反映了企业在生产实践中发现问题和解决问题的方案或措施，而教学案例是利用实际工程案例解决教学问题，实现学生知识和能力目标的培养。因此，教学案例不能完全按照企业的工程实践过程来撰写，需要把这些工程实践问题与教学内容相结合，从提高学生分析解决复杂工程问题能力的角度，分层次撰写教学案例。

（二）课堂教学组织

在教学过程中，教师要依托教学案例，充分调动学生的学习主动性和积极性，充分发挥“云端”优势，加强企业导师在教学环节中的深度参与。因此，教学方法以分组讨论、翻转课堂、企业专家云课堂等方式为主。教师在教学中做好组织引导，在课堂教学前要提前发布学习任务和划分学习小组，让学生充分收集资料、查阅文献、交流讨论，做到对相关知识点有一定的理解和认识。在教学中，教师要充分调动并鼓励不同小组的成员发表和展示自己的学习成果，同时做好点评工作，并对重点和难点内容做进一步的分析与拓展。教师在课前要与企业专家沟通交流，明确企业专家的教学内容和教学目标，并与专家讨论授课内容，确保其教学内容与课程目标高度吻合。在企业专家云课堂环节，教师需鼓励和引导学生与专家互动交流，提高教学效果。教学后，教师要及时做好教学反思，从教学内容的设置、教学方式和环节的设计、学生课堂表现与学习效果等方面总结教学过程，对后续课堂持续改进。同时，教师要监督学生认真完成思考题，总结复习教学内容，做到举一反三。

（三）教学效果评价与反馈

完成课堂教学后，以学生为主体，采用问卷调查、学生座谈等形式对案例教学的形式及效果进行全面评价，分析反馈结果并进行改进，激发学生的学习兴趣，提高教学质量，使学生拥有扎实的专业知识，具备较强的分析解决复杂工程实践问题的能力。

四、案例教学实践实例

如何提高陶瓷材料的韧性是无机非金属材料领域的一个重要问题。本节以“陶瓷薄板强韧化技术开发”案例为例，详细介绍在教学中如何结合企业的真实案例，分析探讨工程陶瓷增韧的有效手段，从而激发学生的学习兴趣和研究兴趣，提高应用理论知识分析解决实际工程问题的能力。

（一）教学案例设计

陶瓷的增韧技术主要包括颗粒增韧、相变增韧、晶须增韧、纤维增韧等。这些技术具有不同的优缺点和应用领域，如何理解每种增韧技术的特点，并在特定材料中选择合适的增韧技术是教学中的重点内容。

陶瓷薄板（常规尺寸为600 mm×1 200 mm，厚度为3 mm～6 mm）具有低能耗、清洁环保等特点，已成为建筑材料行业未来的发展趋势。为了提高制品的强度和韧性，广东蒙娜丽莎新型材料集团有限公司联合笔者所在院校开展校企合作，通过基础配方开发、晶须纤维增韧技术开发，实现了陶瓷薄板的强韧化。因此，在教学中通过引入“陶瓷薄板强韧化技术开发”的工程案例，可以帮助学生理解常用的增韧技术及其应用特征，同时，为了将该案例与教学内容相结合，提高学生的工程实践能力，对该工程费案例从发现问题、分析问题、解决问题三个角度进行分解与分析，如图1所示。

陶瓷薄板与普通陶瓷相比，尺寸较大且厚度很薄，这就使得陶瓷薄板的强度比普通陶瓷低且更容易断裂。为了保证陶瓷薄板在运输和使用中的安全性，必须提高陶瓷薄板的强度和韧性。因此，如何实现陶瓷薄板的强韧化成为各类材料生产研发中的重要问题。在教学中，教师需引导学生通过查阅资料、分组讨论，总结出陶瓷薄板中存在的关键问题。

陶瓷的组成与微观结构影响着材料的强度和韧性，因此可以从开发设计基础配方的角度，提高薄板的力学性能。长石质瓷是建筑陶瓷普遍采用的瓷质，其抗弯强度一般为80 MPa，不能满足提高陶瓷薄板强度的基本要求，而以滑石、黏土为主要原料的镁质瓷的抗弯强度一般可达150 MPa。因此，开发MgO-Al2O3-SiO2配方体系是提高陶瓷薄板基础强度的可行途径。

虽然陶瓷的增韧方式很多，但考虑到企业的实际生产以及建筑陶瓷成分复杂、物相较多等原因，采用控制晶体结构或引入新的晶相等方法都会引起生产工艺的重大改变，难度也较大，而采用晶须或纤维增韧则可有效提高制品的韧性。在教学中引导学生查阅资料，学习不同成分的陶瓷特点及常用的增韧技术，并在此基础上通过分组讨论和翻转课堂等形式引导学生分析总结出提高陶瓷薄板强度与韧性的可行途径。

在确定实现陶瓷薄板强韧化的可行途径后，可通过MgO-Al2O3-SiO2相图分析并结合配方优化实验，确定可显著提高材料强度的配方，同时引入性能优异、物理化学性质与陶瓷薄板相似的氧化锆短纤维或硅酸钇晶须，通过工艺调整和微观形貌控制，提高陶瓷薄板的韧性。在教学中，主要借助企业专家云课堂讲解企业解决问题的过程，并引导学生与企业专家积极交流讨论，深入了解企业解决问题的思路和思维方式。

（二）教学过程实施

课前，将学生分组并发布学习讨论任务，让学生通过自主学习了解陶瓷薄板的特点及存在的问题，分析MgO-Al2O3-SiO2相图的基本特点及对应材料的组成与结构特征，掌握常用陶瓷材料的增韧方法及其优缺点。

课中，组织学生展示讨论结果，教师做点评并深入分析，引导学生总结出陶瓷薄板脆性大的问题，以及实现陶瓷薄板强韧化的可行途径（调整基础配方、纤维或晶须增韧）。在此基础上，企业导师以云课堂的形式讲解企业在实现材料强韧化时的分析思路和具体解决方案，并引导学生与企业导师积极交流讨论。最后，教师帮助学生梳理知识要点和逻辑结构。

课后，布置思考题，引导学生深入思考和学习课程内容，同时向学生发布调查问卷，评价案例教学的教学效果并积极持续改进。调查结果显示，80%以上的研究生认为教学中能够理论联系工程实践，对了解行业前沿问题很有帮助，同时较大程度地提高了分析和解决工程问题的能力。只有60%左右的研究生认为案例教学提升了应用基础知识解决复杂工程问题的能力。因此，在今后教学中要进一步分解案例，加强基础知识和实践案例的融合，提高学生运用理论分析实际问题的能力。

结语

本文以“陶瓷薄板强韧化技术开发”课程为例，介绍了如何通过案例教学培养专业学位研究生的工程实践能力。教师通过引入无机非金属材料领域前沿工程问题案例，在引导学生充分理解和掌握课程知识的同时，培养了学生发现、分析和解决复杂工程问题的能力，提高了学生的工程实践能力，有助于将人才培养与用人需求紧密对接。该教学方法充分体现了培养面向材料工程技术领域的高层次复合型应用技术和工程管理人才的培养目标，提高了专业型人才的培养质量。