具有石油特色的系統(tǒng)性案例教學法研究

薛亞茹

摘要：通過對案例教學概念的分析，提出系統(tǒng)性案例教學的概念，介紹卷積案例的三步實施措施及在石油勘探領域的應用。系統(tǒng)性案例教學將某一課程通過一個案例貫穿起來，通過多個子案例教學分別實施，最后達到課程教學體系的統(tǒng)一。

關鍵詞：案例教學法；系統(tǒng)性；石油特色

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）17-0192-02

在我國，受歷史傳統(tǒng)影響，老師教、學生學的課堂教學模式是目前教育界普遍采用的教學方式。該教學方法以老師為主體，學生思路被動跟隨老師，在一定程度上限制了學生的學習能力，難以培養(yǎng)學生自我學習的思維能力。新世紀已跨越十余載，對學生培養(yǎng)目標、培養(yǎng)方式的探討一直是教育界的熱點。2015年，國務院辦公廳發(fā)布了《關于深化高等學校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》（以下簡稱《意見》）?！兑庖姟芬詣?chuàng)新人才培養(yǎng)機制為重點，提出促進高等教育與科技、經(jīng)濟、社會緊密結合，加快培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神、勇于投身實踐的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才隊伍。《意見》明確指出了培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力是今后高等教育的方向，但是如何改革目前傳統(tǒng)的教學模式，以適應新時期學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需求，是當前亟待解決的問題。

案例教學淵源已久，1829年，英國法學界開始使用案例教學法；1919年，哈佛商學院（HBS）將它引入商學教育，使案例教學法在MBA教育中得到長足發(fā)展。哈佛管理案例教學不同于傳統(tǒng)的課堂講授，不是為了給學員一個標準答案或者解決具體問題的辦法，它側重于理論的應用，需要學員積極參與討論，是一種以學習者為中心的學習方法（participant-centered learning）[1]。該教學方法改變了教學主體，加強了學生參與教學的深度，推動了學生在課堂上的積極思考，培養(yǎng)了學生主動思考的能力，提升了學生解決問題的能力，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的一種基本教學方法。該方法在我國的MBA教育中也得到了廣泛應用，并逐漸在計算機教育和英語教學中推廣[2，3]，但是在工科理論教學中尚鮮見，因此，如何在工科理論教學中引入該方法，促進學生能力培養(yǎng)，進而提升教學質量，是一個值得探討的教學課題[4]。

一、案例教學基本概念剖析

（一）案例教學法的定義

所謂案例教學法是指教學者使用案例，以團體和小組討論、角色扮演等方式來增進成員間的交流，引發(fā)學習者思考，并給予成員真實狀況學習的一種教學方法[5]。該定義從教學模式的組織過程——小組討論、教學目的、引發(fā)思考的角度給出了案例教學法的定義。我國學者認為案例教學是一種以教學案例為基礎，以學生在課堂內外對真實事件和情境的分析、思辨為重點，以提升學生應用理論創(chuàng)新性解決實際問題的能力為目標的教學方法[6]。該定義從更高層次說明案例教學法的最終目的是學生創(chuàng)新性解決實際問題的能力的培養(yǎng)，推動教學活動從“教師本位”轉向“學生本位”，真正體現(xiàn)了教學本質是對人的培養(yǎng)，而不僅僅是知識的傳授。

（二）案例教學法的理解

案例教學法不僅僅局限于課堂，在我們日常生活中也隨處可見，我們所熟知的成語“塞翁失馬”、“圍魏救趙”等都是很好的案例故事，通過這些案例告訴人們一些簡單道理，但這僅僅是學的層次，而非“會學”層次。案例教學不同于舉例分析，僅僅是一個實例，也不是教師指導下的學生實踐訓練課程。通常，案例教學要經(jīng)過事先周密的策劃和準備，要使用特定的案例并指導學生提前閱讀，要組織學生開展討論或爭論，形成反復的互動與交流，通過各種信息、知識、經(jīng)驗、觀點的碰撞來達到啟示理論和啟迪思維的目的[7]。目前的案例教學法通常在一次課或幾次課就設計一個案例教學，完成某一教學模塊。但是對于系統(tǒng)性理論教學，整本教材自成體系，將各個知識分成模塊化分別采用案例教學法僅僅能夠實現(xiàn)對知識模塊的認知，對知識體系認知無法體現(xiàn)，也就無法提升學生對整個知識體系的思辨能力。因此，我們認為在理論教學中引入一個系統(tǒng)的案例，提升學生對全局知識的把控能力，同時培養(yǎng)學生解決問題的遞進思維能力是一個值得嘗試的方案。

二、《信號與系統(tǒng)》案例實例分析

《信號與系統(tǒng)》是一門理論性較強的課程，公式多、概念抽象，學生學習困難，因此，可以提出一個簡單易懂的實例貫穿整個課程以達到認知、提升、遷移的目的。對于石油大學的學生，為了普及石油基本知識，我們以卷積與反卷積這一概念為引子，在課堂教學中引入了高分辨率勘探信號處理這一實例教學。

（一）概念的基本認知

卷積是信號處理的一個基本概念，很多同學對這一概念的理解往往停留在計算的層次，對其物理概念并不理解，因此我們首先從簡單的卷積物理概念引入案例教學，一方面使得學生學起來容易，二來吸引學生學習的興趣。卷積的本質是對某一個基本信號的移位加權求和，那么這當中的基本信號、移位、加權、求和分別怎么理解，又對應著什么樣的物理現(xiàn)象，如何把這些抽象的概念和實際結合，以實例讓學生形象化理解抽象概念是教學的切入點。地震勘探的基本原理是地震子波經(jīng)過地層多次反射，通過獲得的反射波反映地下構造。這一基本過程中地震子波是卷積中的基本信號，每一次反射都是子波的一次移位處理，不同介質的反射系數(shù)反映了對子波振幅的加權，所有反射波的疊加就是求和過程，因此上述勘探過程恰恰是一個簡單而明了的卷積模型。通過該物理現(xiàn)象，同學們能夠清楚地理解卷積的實質。以此類推，回聲信號、雷達信號等概念均可以該實例理解，起到舉一反三的作用。

（二）概念的理解提升

卷積的正過程是生活中的物理現(xiàn)象，但實際工程中往往需要解決的是反卷積問題，就此案例進行知識提升，引入反卷積概念。對于反卷積，首先，介紹反卷積的計算方法，在該方法中通過實例引出子波的相位概念，分析最小相位子波、最大相位子波和混合相位子波反卷積的結果差異，從而引出了反卷積的不穩(wěn)定性概念；第二，通過計算發(fā)現(xiàn)反卷積的計算復雜，如何來解決這個問題呢？通過計算方面的問題導出問題需要在變換域解決。

（三）認知的遷移

通過上述卷積與反卷積的學習，我們引出了子波相位問題、計算量問題，這些問題如何更深層次地解決，變換域方法不失為一個好的方案，順其自然將知識遷移到變換域。首先是傅里葉變換，利用傅里葉變換首先解決了反卷積的計算量問題，然后在頻域解釋了為什么最小相位子波的反卷積是穩(wěn)定的，而最大相位子波是不穩(wěn)定的；其次是學習Laplace變換，分析最小相位子波和最大相位子波的零極點分布，進一步明確了哪類子波可以進行穩(wěn)定的反卷積。

通過以上卷積案例學習，將信號系統(tǒng)的時域分析方法、變換域分析方法串聯(lián)起來，形成了一個完整系統(tǒng)的案例。通過案例教學，問題不斷地被解決—被提出—再解決，在這個過程中，提高了學生挖掘問題、提出問題、解決問題的能力，潛移默化地培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性能力；上述案例教學在問題的提出、解決階段都可以通過小組討論、情景設置等方式實現(xiàn)。案例教學不僅僅是教學模式的改革，更應該是一種培養(yǎng)模式的改進。

三、總結

本文通過對案例教學的概念進行剖析，提出了系統(tǒng)性案例教學概念，并通過地震勘探中的卷積概念闡述了如何在信號與系統(tǒng)教學中實施。通過這種系統(tǒng)的案例教學，不僅實現(xiàn)了常規(guī)案例教學小組討論、激發(fā)思維的目的，同時教會學生從全局把握課程體系，從全局提出問題、解決問題。

參考文獻：

[1]武亞軍，孫軼.中國情境下的哈佛案例教學法：多案例比較研究[J].管理案例研究與評論，2010，3（1）：12-25.

[2]馬曉娟.非計算機專業(yè)Visual Basic案例教學模式探討[J].計算機教育，2009，（22）：48-50.

[3]傅堤.大學英語案例教學初探[J].教育與教學研究，2009，23（3）：89-90.

[4]王華榮.以案例教學推動大學課堂教學模式改革的實踐與探索[J].中國大學教學，2011，（4）：62-64.

[5]Merseth K K.Cases and Case Methods in Teacher Education[C].Handbook of Research on Teacher Education.New York：Macmillan，1996.

[6]郭忠興.案例教學過程優(yōu)化研究[J].中國大學教學，2010，（1）：59-61.

[7]王名，張智勇，仝志輝.中國公共管理案例（第一輯）[M].北京：清華大學出版社，2005.