“大班授课，小班研讨”在包装应用力学课程教学中的探索

刘奇龙，卢富德，蒋海云

（湖南工业大学包装与材料工程学院，湖南株洲 412007）

0 引言

我校以包装工程专业为特色，是中国包装联合会副会长单位，也是全国包装技术培训中心。包装工程专业也是学校省级特色、重点专业，近30 年来为社会输送了大量专业技术人才，为包装行业发展做出了应有贡献。而包装应用力学课程对创新型高素质包装工程专业人才的培养有着非常重要的作用。但近些年来，随着专业招生规模的不断扩大，专业招收人数大增（2017 年人数为193 人，2018 年人数达到352 人），以前传统的授课模式也暴露出诸如班级规模过大、师生比严重不足、学生积极性、主动性不易调动、能力培养欠缺、教学效果欠缺等同样问题［1-4］，因此如何将近年来广受很多高等院校青睐［5-9］的“大班授课，小班研讨”这种行之有效的新型教学模式引入包装应用力学课程教学具有积极意义。

1 课程主要内容和教学基本情况

包装应用力学课程是包装工程专业非常重要的一门核心专业课，主要研究在流通环境下（见图1）的动力学因素、产品的动力学模型、产品力学性能评价方法、缓冲材料缓冲性能评价指标、缓冲设计和防振设计的基本理论［10-11］等，要求学生在系统地掌握动力学理论的同时，能够与包装相关的动力学因素相结合，对缓冲包装的设计方法、步骤、设计结果评价和检测有一个系统的了解，从动力学理论角度指导学生进行运输缓冲包装设计。

图1 运输包装流程图

本课程共计36 学时，分为振动、冲击、缓冲设计3个模块（见图2）。振动包括单自由度无阻尼振动、有阻尼自由振动、单自由度强迫振动、考虑易损件的包装件的振动；冲击包括：产品对衬垫的响应、半正弦脉冲的放大倍数、半正弦脉冲破损边界曲线、矩形脉冲冲击谱、产品脆值试验；缓冲设计理论包括缓冲系数、缓冲系数-最大应力曲线，最大加速度-静应力曲线。振动理论研究的是线性系统的自由振动与强迫振动，而冲击理论主要研究是产品损坏的力学表示，缓冲曲线研究的是非线性缓冲材料的能量吸收。

图2 包装应用力学课程内容

从传统的包装应用力学内容上分析，在振动理论讲解中，缺乏对非线性系统、或分段线性的自由振动、强迫振动的理论内容，后面的缓冲设计中仅涉及材料的吸收能量，并没有涉及系统的加速度-时间积累效应对产品损坏的影响［12-13］，因此包装应用力学课程的教学内容需要改革。以往课程教学一般采用大班集中授课方式，人数众多，规模偏大，加上课程偏枯燥的力学理论，部分学生学习兴趣不高，学生学业水平也参差不齐，老师时间精力有限等种种原因，每年考试不及格率远高于其他专业课程，平均成绩也比较低，教学效果不太理想。为进一步落实和全面贯彻“以能力为导向，以学生为主体，以教师为主导”的教育教学理念，有效提升课程教学质量，提高人才培养质量，尝试采用“大班授课，小班研讨”的教学模式改革具有现实意义［14］。

2 “大班授课，小班研讨”教学改革实现形式

依据包装应用力学课程的特点，在2017 级包装工程专业包装应用力学课程教学中采用了“大班授课，小班研讨”教学模式对包装应用力学课程进行了改革，该模式通过“小班研讨”与传统“大班授课”有机融合，通过各种研讨和混合式教学方式［15］让学生成为课堂的主人，积极参与到课程教学中，以学生为中心，提升学生在教学过程中的主动参与性，调动了学生学习的主动意识，激发学生对知识的渴求，取得了满意的教学效果。

2.1 大班授课

在课程改革中，首先组建了较高水平的教学师资队伍，3 名大班授课主讲教师都具有博士学位，有长达10 余年丰富的教学与科研经验。且考虑到班级过大教学效果差等缺陷，将大班规模严格限定在两个小班总人数在60 人左右，在中等大小教室集中授课。大班课每周4 学时，大班授课过程以课堂讲授理论内容为主，辅以录制好的精品课程教学视频进行学习和讲解，注重讲解基本概念、理论，即包装应用力学里面的振动理论、冲击理论等，结合经典的缓冲包装分析实例，讲授缓冲设计理论，使学生能把握课程的重点和难点，深入理解和掌握缓冲包装设计流程。

2.2 小班研讨

为了便于小班研讨的组织和实施，将大班授课所有学生人数按照6 人／组分成各研讨小组，且固定上课座位，每个研讨小组确定1 名小组长，并建立微信研讨组长交流群，相关任务安排及教学交流能及时传达和进行。在大班授课后布置有关研讨题目，引导学生课外利用图书馆、网络等资源自主查阅相关文献资料，调动学生主动学习的积极性，培养学生独立思考与解决问题的能力。小班研讨每周灵活安排1 次，共16 学时，有小班课内研讨、课外研讨、项目式教学［16］、课程群相结合研讨、在线视频教学等多种形式，研讨内容对应大班授课课程相应章节，即振动理论、冲击理论、缓冲包装设计理论。研讨问题及内容的设定主要依据这3 大理论4 个章节的知识进行。老师掌控整个研讨过程，确定研讨的主题，引导学生积极参与讨论，并组织学生上讲台讲解，讲台下各小组自由讨论，老师及时给出相应的点评，最终使学生能更好地掌握包装应用力学关键理论和应用方法。

（1）小班课内研讨。在课堂上，摆脱了“填鸭子”灌输式教育模式。主讲教师先讲20 min 左右的理论知识，讲授力学概念、力学推导思路以及重要结论，然后给出例题巩固知识。最后15 min安排课内研讨，由教师给出研讨题目，引导学生利用所学课堂知识进行课堂讨论，理清解题思路，同时老师让学生主动举手回答问题，并让回答正确的学生分散开给其他学生讲解，大大调动了学生们参与互动的积极性，课堂气氛相比原来老师主讲为主的模式更加活跃。对课堂讨论的内容，要形成文字，教师随机抽查或全部收缴作业形式，对本次课程研讨进行点评，以总结经验。经过课内研讨，认真参与的学生能积极主动地巩固所学理论知识并进行深化拓展，释疑解惑，及时培养和提升了他们的理论知识实际应用能力，取得了比较好的效果。

（2）小班课外研讨。课外研讨根据实际教学进度灵活安排，课外研讨课的方式根据具体教学内容来选择，主要以讨论式方式进行。老师一般在大班授课后或研讨小组微信群里布置有关研讨题目，学生需自行预习、完成在线网络教学视频学习基础上，引导学生利用图书馆、网络等资源自主查阅相关文献资料，完成研讨题目的准备。课外根据学生的时间灵活安排研讨，每次课外研讨首先随机抽取研讨小组推荐2 人进行PPT汇报，老师引导学生在汇报过程中随时提问，组织大家进行讨论，课堂气氛十分活跃，研讨结束后老师及时进行总结。这种以学生为主体的研讨方式充分调动了学生主动学习的积极性，培养学生独立思考和解决问题的能力，使学生更好掌握枯燥的包装动力学理论，取得了比较好的教学效果。如在讲解无阻尼线性系统自由振动后，给出图3 所示的分段线性系统的动力学响应，这个题目考察基本功，并且能够把学到的知识推广到一般情况。在日益发达的运输物流包装中，常用发泡聚乙烯缓冲材料作为内衬，它的力学性能已经不能用线性系统来表示，而是表现为复杂的非线性力学，但是在目前的包装应用力学教材中，关于非线性振动理论还没有涉及。此次研讨不仅改变了传统的学习、教学形式，而且对教学内容讲解也有较大的变化，对产品破坏试验进行虚拟仿真，为了弥补产品抗破坏能力测试的缺失，利用虚拟试验［17］进行代替，改革后的内容如图4 所示。学生普遍反映经过此次研讨，从根本上理解了实际情况下的非线性振动理论基础，学到了教材上没有的知识，学习兴趣大大提高。

图3 分段线性力学行为

图4 包装应用力学课程内容改革

（3）小班项目式研讨。根据实际教学进度灵活安排，在基本上学完主体理论知识后，最后两个星期提前安排好典型电子产品缓冲包装设计项目，以小组为项目组，每组选择好缓冲设计项目，以项目为基础，以各组学生自身为中心，引导学生查阅相关文献资料，完成从电子产品缓冲运输包装分析、缓冲包装材料选择、缓冲材料设计尺寸、缓冲包装方案设计整个缓冲包装设计项目。最后一周每组同学结合自身选择的缓冲设计项目进行答辩汇报，在老师的指导下进行讨论，共同探讨缓冲设计项目的科学性及不足。由于完成设计项目需要学生将所学振动理论、冲击理论、缓冲设计理论等主体动力学知识灵活运用于实际的电子产品缓冲包装设计，大大激发了学生的学习兴趣，大部分项目小组都能积极主动查阅教学和文献资料，合理分配各组员项目任务，在老师的指导下，都能独立按组完成缓冲包装设计项目。同时经过最后项目分组答辩和研讨，更深层次地理解了包装动力学理论及其应用。

（4）与课程群相结合研讨。包装应用力学是运输与物流包装、包装结构优化与程序设计、包装虚拟仿真等课程的先导课，这些课构成运输包装模块有机课程群，并逐渐在我校包装工程专业教学中彰显本科教学特色。为了能让学生更深入地理解动力学理论知识，深入理解这门课程的重要地位和主要应用，在课程教学改革后期安排了两次与这些核心关联课程的结合研讨。课程群相关老师把自己担任的各级纵横向科研成果融入包装应用力学教学活动中，在揭示泡沫、蜂窝等材料的力学性能及其应用方面提供了较为完整的参考，如针对现今物流运输的发展而出现的若干热门研究新课题，诸如塑料泡沫非线性有限元技术［18］、泡沫失效行为［19］、纸质结构的非线性力学行为［20］，专门安排了运输包装专业核心课程群的主讲老师从包装动力学理论及仿真的角度讲解纸薄壁结构和非线性振动理论的发展现状及前景，并和学生进行现场讨论交流。通过这两次与课程群相结合的研讨活动，学生对包装应用力学的理论教学认识更为清晰，对包装应用力学的重要应用理解更为深刻，对专业学习兴趣更为浓厚，对培养高水平创新型、应用型本科人才也具有积极作用。

2.3 过程考核

如何抓紧与落实学生的考核是实现课程目标的重要手段和途径，也是保证“大班授课，小班研讨”在包装应用力学课程教学改革取得理想效果必要条件。根据课程体系和特点，教学过程中安排不同考核环节以便于对课程进行考核。考核环节主要有作业（包括课堂作业、课外作业，占总成绩10%）、研讨成绩＋项目成绩（占总成绩30%）及期末考试成绩组成。其中研讨成绩和项目成绩均要求学生在查阅资料基础上总结完成报告，准备好汇报PPT并进行答辩。这种考核方式大大增大了研讨在平时成绩中的比重，积极鼓励学生参与研讨，也对学生理论知识掌握和实际应用能力进行了全面考察，同时在研讨和项目教学过程中培养了学生团队合作能力、沟通能力和表达能力，这种综合的、多方位多元化的评价考核模式更公平公正合理，确保了学生成绩合理评价。

3 效果评价

为了对实施效果进行评价，对试点教学班的成绩进行了统计对比，并与学生进行了座谈和问卷调查。通过包装应用力学成绩数据进行统计调查分析发现，包装工程2017 级学生包装应用力学课程成绩与2016级学生相比提升幅度较大（平均成绩提升了26%，不及格率从32%下降至13%），充分说明了“大班授课，小班研讨”的教学模式切实提高了学生对枯燥的包装动力学振动理论、冲击理论、缓冲设计理论等知识点的掌握程度，教学效果更为理想。通过与学生进行座谈发现，“大班授课，小班研讨”的教学模式明显提高了学生学习的积极性和主动性，促进了学生与教师的互动，加深了对课程重点、难点的深入理解和掌握，促进了学生交流沟通能力、独立分析和解决问题的能力。问卷调查显示，86%的学生认为“大班授课，小班研讨”的教学模式促进了师生间的互动，创造了自主学习的环境，促进了自身分析问题、解决问题的能力，比以往直接单独授课的教学效果更好。

4 结语

“大班授课，小班研讨”教学模式更具有针对性，该模式以学生为中心，学生成为教学的主体，大大调动了学生学习积极性，激发了学生求知欲，促进了学生全面发展。本研究将“大班授课，小班研讨”教学模式用于包装应用力学课程改革后，学生对概念、问题背景把握更加清晰，切实提高了课程重点、难点的深入理解和掌握，学生对求解力学能力得到提高，具有一定的创新能力，教学效果更好，为培养高水平创新应用型人才奠定了基础。