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(fā)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(yǎng)具有較強理論能力與應用能力的專業(yè)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(yè)學位研究生案例教學和聯合培養(yǎng)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(yè)學位研究生實踐能力培養(yǎng)，促進教學與實踐有機融合的重要途徑。全日制專業(yè)碩士以培養(yǎng)應用型人才為主，其中，學生專業(yè)能力的培養(yǎng)是通過結合知識學習和實踐鍛煉，從而最終培養(yǎng)學生解決實際專業(yè)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(yǎng)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(yǎng)模式教育理念，在教學方法改革中，力求改變傳統(tǒng)的填鴨式教學模式，實施啟發(fā)式講授的教學方法，積極探討新的教學方法與人才培養(yǎng)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(yè)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(yǎng)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(yǎng)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(tǒng)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(yǎng)方面，對專業(yè)實踐環(huán)節(jié)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(yè)或行業(yè)的實際生產問題或普遍存在的技術瓶頸，引導學生發(fā)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(huán)節(jié)，讓學生了解與教學主題相關的概念或理論，并培養(yǎng)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(huán)境，以案例教學為基礎，提取企業(yè)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(yǎng)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(yè)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(yè)學位研究生專業(yè)核心課程相關，體現化工專業(yè)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(yè)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(fā)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(yǎng)、發(fā)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(fā)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(huán)節(jié)，而化工專業(yè)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(yè)學位研究生培養(yǎng)方案的各核心課程，以教學團隊和企業(yè)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(yè)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(yè)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(guī)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(yè)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(yè)的生產環(huán)節(jié)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(yè)所學的知識體系建立聯系。因此，要求案例開發(fā)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(yè)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(yè)學位碩士研究生大都是“從學校到學?！钡膽獙蒙?，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(yè)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(yè)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(fā)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(yè)學位研究生初步建設的案例庫覆蓋化工領域專業(yè)學位研究生培養(yǎng)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(yè)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(fā)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(tǒng)案例。案例庫建設情況如圖1。

圖1 專業(yè)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(huán)利用工藝開發(fā)”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(fā)者根據案例教學要求，提出工業(yè)案例問題，以實際工業(yè)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(tǒng)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(huán)保壓力。

3.2.2 分析問題

選擇工業(yè)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(tǒng)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(huán)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(fā)、精餾、換熱)進行講解，并引導學生分析企業(yè)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(fā)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(fā)、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(fā)器可以有效的解決上述工業(yè)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(fā)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(fā)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(huán)使用；另一方面，采用并流降膜蒸發(fā)器可以減少母液高溫處理停留時間，防止PAP分解結焦?；厥樟鞒淌疽鈭D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(huán)節(jié)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(huán)節(jié)，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(yè)學位研究生培養(yǎng)實際需求，進行了專業(yè)學位化學工程專業(yè)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(yè)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(yǎng)目標的實現，進而使本專業(yè)更好地服務于社會發(fā)展。