“案例法”在材料學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用

劉勇 朱景川 郟凌 陳國欽

摘? 要：“案例式”教學(xué)是一種能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際能力非常好的教學(xué)方法。文章結(jié)合教學(xué)實踐，研究了“案例式”法及在材料學(xué)科教學(xué)中的應(yīng)用。通過研究認識到，案例法是使知識點從抽象到具體的一個展示過程，是聯(lián)系理論和實踐的橋梁;“案例式”法具有使抽象的知識形象化、生動化，離散的知識關(guān)聯(lián)化，書面知識實用化以及培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的作用。在材料學(xué)主要課程中按“材料設(shè)計”、“器件設(shè)計”、“失效分析”和“材料分析測試”類型進行了教學(xué)案例的提煉，并應(yīng)用到實際教學(xué)中去，有效地提升了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：案例式教學(xué);教學(xué)實踐;材料學(xué)科

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2020）04-0122-03

Abstract： "Case-based" teaching is a very good teaching method that can stimulate students' interest in learning， improve learning initiative， and cultivate the ability to combine theory with practice. Based on teaching practice， this paper studies the "case-based" method and its application in the teaching of materials. It is recognized through research that the case method is a process of displaying knowledge from abstraction to concrete， and is a bridge connecting theory and practice; the "case-based" method has the ability to visualize， vivid， and discrete knowledge of abstract knowledge. The utility of written knowledge and the cultivation of creative thinking. In the main courses of materials science， the teaching cases are refined according to the types of "material design"， "device design"， "failure analysis" and "material analysis and testing". These cases are applied in practical teaching， and effectively improves the teaching effect.

Keywords： "case-based" teaching; department of materials

現(xiàn)代材料學(xué)科的教學(xué)，不僅僅是知識的灌輸，更注重能力和興趣的培養(yǎng)。傳統(tǒng)的“填鴨式”顯然不能滿足教學(xué)的需要。鑒于此，基于現(xiàn)代教育理論的新的教學(xué)方法的探索陸續(xù)展開。“案例式”教學(xué)是其中一種受到高度重視的教學(xué)方法。筆者近幾年在材料學(xué)科教學(xué)中就“案例式”教學(xué)做了大量的探索工作，取得了一定的成果?，F(xiàn)就有關(guān)“案例式教學(xué)”的體會做一總結(jié)，以供交流。

一、“案例式”授課法的內(nèi)涵

所謂“案例法”教學(xué)，是指將具體的知識點，融化于具體的案例中，讓學(xué)生在案例中深入領(lǐng)會和把握應(yīng)該掌握的知識和技能[1-5]。俗語說得好，“一個好的例子，好于上千句空洞的說教?！本褪沁@個道理。材料學(xué)科是一門理論和實踐緊密結(jié)合的學(xué)科，不但具有系統(tǒng)的理論性，更具有強烈的實踐性。而且某些課程的實踐性強于理論性。從具體的材料和零部件案例中更能體現(xiàn)材料理論和實踐的結(jié)合[6，7]。

經(jīng)過大量的實踐，筆者體會到“案例法”的教學(xué)內(nèi)涵為：（1）案例法是使知識點從抽象到具體的一個展示過程?？梢允共牧蠈W(xué)科抽象的知識點轉(zhuǎn)化為學(xué)生可以接觸到的具體事物;（2）案例法是聯(lián)系理論和實踐的橋梁，通過案

例，學(xué)生可以體會、學(xué)習(xí)具體知識如何應(yīng)用到實際中去。

二、“案例式”在教學(xué)中的作用

“案例式”教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)能力方面有顯著的效果。具體而言，“案例式”教學(xué)具有以下作用：（1）抽象的知識形象化、生動化;（2）離散的知識關(guān)聯(lián)化;（3）書面知識實用化;（4）培養(yǎng)創(chuàng)造性思維。

“案例式”教學(xué)可以使抽象的知識形象化、生動化。書本的知識總是非常抽象的，只有具體的例子才能使空洞的知識形象化、生動化。如氫脆的概念，簡單的講氫脆的斷口特征和機理是非常難于理解的。如果結(jié)合40CrMnSiMoVA超高強度鋼熱處理過程中的氫脆斷口案例進行講解，則會使氫脆的概念更加形象，更加易于理解。

“案例式”教學(xué)可以使離散的知識關(guān)聯(lián)化。傳統(tǒng)的材料理論非常注重系統(tǒng)性，不同的知識點分布在不同的章節(jié)中。事實上這些知識是相互關(guān)聯(lián)的。結(jié)合具體的案例，可以將這些知識點有效地進行關(guān)聯(lián)和融合。如上述40CrMnSiMoVA超高強度鋼制造的活塞桿案例將金屬材料中的40CrMnSiMoVA超高強度鋼成分、組織、性能，熱處理中的氣氛保護、淬火和回火、失效分析中的氫脆知識點融合在一起。

“案例式”教學(xué)可以使書面知識實用化。單純的知識往往是“死”的，只有實用化的知識才是活的。具體的實用案例往往使理論知識實用化。如40CrMnSiMoVA超高強度鋼制造的活塞桿熱處理案例使得學(xué)生學(xué)會怎樣根據(jù)鋼的具體成分、性能要求制定熱處理工藝，并在熱處理工藝制定中考慮如何避免引起氫脆現(xiàn)象。只有這樣書面知識才能實現(xiàn)實用化。

“案例式”教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新性思維的行之有效的手段。培養(yǎng)創(chuàng)造性人才是我國由“制造”大國向“創(chuàng)造”大國轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵。創(chuàng)造性思維是創(chuàng)造性人才具有的基本特征。而創(chuàng)造性思維是在長期學(xué)習(xí)中積累起來的。因此在材料學(xué)科教學(xué)中，在傳授基本知識的同時，更要注意創(chuàng)造性思維的培養(yǎng)。創(chuàng)造性思維的核心是知識的融合和理論與實際的結(jié)合程度。在案例式教學(xué)中，一個有價值的案例包括材料知識、工藝知識、性能及失效分析知識;通過具體案例的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)習(xí)到的各種知識結(jié)構(gòu)強烈融合，并啟發(fā)其創(chuàng)造性思維。因此案例式教學(xué)有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。

三、“案例式”的類型和提煉

教學(xué)案例的提煉是實施“案例式”教學(xué)的關(guān)鍵。筆者將“案例式教學(xué)”應(yīng)用到材料學(xué)科《材料物理性能》《固體物理》和《熱處理工藝》等主干課程的教學(xué)中去。根據(jù)筆者的經(jīng)驗，教學(xué)案例類型包括“材料設(shè)計類”、“器件設(shè)計類”、“失效分析類”和“材料分析測試類”四大類。材料設(shè)計類案例指在案例中給出零部件，根據(jù)其服役狀況和性能要求，進行材料選擇和成分設(shè)計;“器件設(shè)計類”指根據(jù)器件的工作環(huán)境和性能要求，結(jié)合相關(guān)的材料學(xué)原理進行器件的原理、結(jié)構(gòu)和選材分析;失效分析類案例則是給出具體的零部件材質(zhì)和處理工藝及使用中出現(xiàn)的問題，根據(jù)問題進行失效分析，找出設(shè)計、材料和工藝的不當之處?！安牧戏治鰷y試類”案例則是指將所學(xué)的材料學(xué)的知識用于具體材料性能、組織的分析之中。具體的案例需要在材料研發(fā)和生產(chǎn)過程中長期進行提煉和積累。下面給出了具體的兩類熱處理具體案例的例子。

工藝設(shè)計類案例1：萬能分度頭主軸是機床重要的附件。試根據(jù)有關(guān)的工況選擇材料，并制定有關(guān)的熱處理工藝。

本案例結(jié)合調(diào)質(zhì)鋼的熱處理工藝以及調(diào)質(zhì)鋼材料教學(xué)進行，經(jīng)過本案例，學(xué)生可以深入理解調(diào)質(zhì)熱處理的概念。基本原理和工藝制定原則，并可以將材料選擇與調(diào)質(zhì)熱處理工藝制定聯(lián)系，切實做到理論聯(lián)系實際。

失效分析類案例2：20CrMnTi鋼齒輪以三乙醇胺為滲劑，進行氣體碳氮共滲。結(jié)果發(fā)現(xiàn)延遲斷裂現(xiàn)象。金相組織觀察發(fā)現(xiàn)斷裂呈沿晶斷裂，部分準解理斷裂，晶面出現(xiàn)細小的爪狀撕裂線，分析原因，并給出可能解決的措施。

本案例結(jié)合滲碳鋼的化學(xué)熱處理教學(xué)而設(shè)計的。通過本案例的分析，可以使學(xué)生真正掌握滲碳鋼的滲碳熱處理工藝、滲碳鋼滲碳時應(yīng)注意的問題，“氫脆”的特征和形成原因等。

具體案例的提煉，一方面要求教師真正走入到實際生產(chǎn)中去，從實際的生產(chǎn)中去發(fā)現(xiàn)和提煉具體的“案例”;另一方面要對教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求有明確的認識，要有意識地發(fā)現(xiàn)和挖掘“案例”，更要細心地提煉和設(shè)計教學(xué)案例。

表1給出了示范課程《材料物理性能》課程提煉的具體案例。

四、案例式教學(xué)的實施模式和實踐

在建立豐富的教學(xué)案例庫的基礎(chǔ)上，在合適的時機以恰當?shù)姆绞揭氚咐欠浅ｊP(guān)鍵的，直接影響“案例式”教學(xué)效果。筆者經(jīng)過幾年的實踐，總結(jié)出“案例式”教學(xué)的展開方式有以下幾種：（1）開篇提示式;（2）總結(jié)升華式;（3）首尾呼應(yīng)式。開篇提示式指在一章或一節(jié)的開首講解相關(guān)的案例，并進行展開，引入要講的知識點，這樣可以激發(fā)學(xué)生的興趣?？偨Y(jié)升華式指在講解完知識點后，引入案例，使學(xué)生加深對知識點的理解，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的能力以及分析問題和解決問題的能力。首尾呼應(yīng)式指開首交代案例，留下問題讓學(xué)生思考，在講解完知識點后針對案例再進行分析總結(jié)，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。針對不同的知識點和案例可以靈活選用。

五、案例式教學(xué)效果

經(jīng)過在《材料物理性能》《固體物理》和《熱處理工藝》使用案例式教學(xué)，取得了一些可喜的成果。主要體現(xiàn)在：（1）學(xué)生學(xué)習(xí)興趣增加，由原來“要我學(xué)”變?yōu)椤拔乙獙W(xué)”，切實在教學(xué)中發(fā)揮了學(xué)生的積極性和主動性;（2）培養(yǎng)了學(xué)

生理論聯(lián)系實際，分析和解決實際問題的能力，使“死”的知識變“活”。實踐結(jié)果表明三門課平均成績提高5分，優(yōu)秀率提高10%。

學(xué)生進行的很多案例式學(xué)習(xí)項目取得有深度的結(jié)果，其中一些結(jié)果已經(jīng)在國內(nèi)外有影響的學(xué)術(shù)雜志上發(fā)表。

案例1：筆者指導(dǎo)的一名同學(xué)在鈦合金熱處理工藝案例學(xué)習(xí)中，開發(fā)了雙重?zé)崽幚砉に?，有效提高了合金的強韌性。文章發(fā)表在《材料熱處理技術(shù)與裝備》（2016年5期）上。

案例2：筆者指導(dǎo)的另一名同學(xué)在純鋁傳熱案例式學(xué)習(xí)項目中，采用編程的方法對半無限大物體一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題進行數(shù)值求解，得到了在第一類邊界條件下相變界面位置變化與界面移動速度變化以及兩相中的溫度變化等結(jié)果，并考察了溫度場對相變行為的影響。文章發(fā)表在《材料熱處理技術(shù)與裝備》（2016年5期）上。

總之，“案例式”教學(xué)是一種能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的非常好的教學(xué)方法，并且具有通用性。本文中“案例式”的基本思想、實踐模式可以在其他課程的教學(xué)中推廣。

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