啟發(fā)探究型綜合案例教學法的探索與實踐

梁文宏 王冠偉 張 洋

（西安工業(yè)大學機電工程學院，陜西 西安 710021）

0 引言

近年來，國家大力鼓勵高等學校進行各本科專業(yè)的工程教育專業(yè)認證工作，其目的是在與國際高等教育接軌的基礎(chǔ)上進一步提升本科教育質(zhì)量。在認證報告中，各高校不約而同地把培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力列為專業(yè)培養(yǎng)目標，從理論、實踐等多個方面進行重點考察或考核。

究其根本，目前全國高等學校本科生仍然采用普遍采取理論教學為主，實踐教學為輔的方式，平常也很少直接接觸實際工程問題，面對具體問題難以與理論進行聯(lián)想或總結(jié)。 在學習方式方法上，我們也注意到了，學生自身在如何學習、不懂或不知道如何提升自身能力等方面存在思想上的迷茫。因此非常有必要針對學生自主解決復雜工程問題的能力進行訓練和提高。

高校教學過程中常采用的案例教學，通常是選擇案例介紹某個知識點，或驗證某種公式。 案例教學法來源于國外，最早可以追溯到古希臘、羅馬時代，但它真正作為一種教學方法的形成和運用， 卻發(fā)生在1910 年美國哈佛大學的法學院和醫(yī)學院。 哈佛商學院的MBA 課堂強調(diào)“以參與者為中心”的學習，所有課程都采用案例教學方式。案例教學強調(diào)以學生為中心的學習， 認為教師在課堂上的角色并不是講授知識，而是通過選擇案例、提出問題、推進討論來引導學生思考[1]。

在我國，也有案例教學相關(guān)的論文總結(jié)。 劉曉玲嘗試在課程教學中引入工程項目和教學案例。通過課堂講解和案例教學，激發(fā)了學生學習興趣，促進了探究學習能力和解決問題能力培養(yǎng)[2]。

李從德[3]、張伯陽[4]等認為采用多元化教學方法，才能更好地調(diào)動學生主動學習的積極性，激發(fā)其學習興趣，達到活躍課堂氣氛，讓知識的火花在相互撞擊中得以升華，促進課堂教學效率穩(wěn)步提升。

周萍等嘗試了基于醫(yī)學院校大數(shù)據(jù)庫課程教育對學生學習興趣培養(yǎng)的視角，分析案例教學在醫(yī)科大學數(shù)據(jù)庫教學改革中的重要性，并采用調(diào)查問卷方式調(diào)研學習的效果[5]。

針對工科類教學特點，測控系統(tǒng)設計教研室進行了教學改革研究，這次教改提出了一個案例針對多個教學目標、一個案例對應整本教科書的思路，進一步利用案例法、引入其優(yōu)秀因素，從而培養(yǎng)學生解決復雜工程問題的能力。

1 啟發(fā)探究型綜合案例教學法設計

測控系統(tǒng)設計課程是我校機械電子工程專業(yè)、機械設計制造及其自動化專業(yè)機電方向?qū)W生在四年級第一學期開設的專業(yè)選修課， 其主要教學目的是使學生在面對復雜的實際工程問題時， 學會如何剝繭抽絲找到系統(tǒng)的核心問題并使用合理的設計方案進行解決。

該課程既具備普通工科課程的特點，還在實際應用中有其獨特的屬性，即：（1）課程知識面涵蓋廣泛；（2）課程知識發(fā)展迅速，新知識、新技術(shù)層出不窮；（3）課程知識與其他課程聯(lián)系度廣泛，具有承前啟后的特點；（4）課程工程應用背景突出。

教研組采用案例教學為主體，引導、啟發(fā)和探究教學為輔[6]，開放性實驗為依托，大作業(yè)考核為基本方法，配合課程中涉及的多種不同行業(yè)、不同技術(shù)難度的實際工程實例分析、討論，建立了一套完整的教學新思路，如圖1 所示。

圖1 綜合教學思路

1.1 案例精選

將具有代表性的科研項目歸納為案例，從項目調(diào)研、方案設計、詳細設計、現(xiàn)場施工和項目總結(jié)五個層面增加學生的興趣、引導學生進行測控系統(tǒng)設計的步進式學習，最終提升學生的綜合設計能力。

工程案例的選擇是課程綜合案例教學中重要的環(huán)節(jié)之一，優(yōu)秀成功的案例可以極大地提升學生的學習和探究熱情，不成功案例的分析則可以促進學生們揚長弊端，成熟考慮項目設計要求和設備的功能及傳感器的選擇等。

智能建筑在施工建設過程中，由于涉及的內(nèi)容和專業(yè)技術(shù)等范圍較廣，需進行綜合控制管理。智能建筑進度控制是指對建筑物施工過程中需要開展的不同工作內(nèi)容進行有效的分配開展，使施工進程達到施工計劃要求，避免受到各種施工因素的影響，造成工程建設周期過長，出現(xiàn)銜接不合理的問題。根據(jù)某政府辦公樓智能建造實踐來看，影響智能建筑進度控制的因素有很多，主要有人為因素、環(huán)境因素、相關(guān)技術(shù)因素和施工單位因素等。因此，在智能建筑進度控制的過程中，應做好系統(tǒng)規(guī)劃，針對具體問題展開合理的安排施工，保證智能建筑按時完工。

根據(jù)時效性、技術(shù)復雜性，建議將案例分為三類進行規(guī)劃和講述，即：基礎(chǔ)學習型、應用進階型、前沿創(chuàng)新型。 由于學生所學知識的局限性，三種類型的案例進行分類和演示時可以按照5∶3∶2 的比例進行規(guī)劃和穿插教學，具體的案例選擇要求如下。

（1）基礎(chǔ)學習型案例：這類案例通常選擇身邊常見的、能夠接觸到的、技術(shù)含量相對較低、容易考察和理解的項目。

基礎(chǔ)學習型案例要選擇廣泛， 此種案例相對功能、技術(shù)簡單，最好是學生課程中直接學習過或身邊常見的設備產(chǎn)品。 例如：我們在教學中選取了自己主持研發(fā)的工程項目中，以單片機為核心的溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)和熱帶魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)。 大棚蔬菜、水果一般學生都聽說過，大部分自主采摘過，個別學生家中還有溫室大棚，通常包括卷簾、通風、澆灌、測溫環(huán)節(jié)，功能簡單，易于理解。

基礎(chǔ)學習型案例選擇的主要目的是與學生課程學習內(nèi)容密切相關(guān)，可以根據(jù)實際情況定期進行案例更換。

（2）應用進階型案例：這類案例通常選擇學生學習過相關(guān)知識，可以進行互動、討論式學習的項目。

這時，選擇的工程案例是學生日常生活中會接觸到的產(chǎn)品生產(chǎn)設備， 課前安排學生觀看生產(chǎn)視頻、了解設備特點， 理解生產(chǎn)過程及控制系統(tǒng)設計的重點。我們選擇了自己主持研發(fā)的工程項目中的造紙設備控制系統(tǒng)、手機揚聲器測試控制系統(tǒng)等，其中采用了PLC 控制、觸摸屏控制等相對復雜的技術(shù)手段。

衛(wèi)生紙是生活中常見產(chǎn)品，生產(chǎn)衛(wèi)生紙的設備其控制方案要求多軸同速， 多軸負荷平均分配兩項功能，由此可以引申、啟發(fā)學生進行討論：在控制系統(tǒng)設計過程中， 如何實現(xiàn)多軸的同速及負荷平均分配要求、選取何種傳感器、增加學生知識面、開闊眼界，同時針對造紙這一特殊行業(yè)，探討其工作環(huán)境、環(huán)境污染等方面，綜合設計系統(tǒng)的控制方案。

進階型案例是對學生最有益處的學習案例，它來源于實際工程、能夠解決當前實際工程問題，比學生在校學習的基礎(chǔ)知識多一些，學生可以很快融入實際設計中，受到技術(shù)發(fā)展和更新的影響，該類案例也需根據(jù)實際情況定期進行案例更換。

選擇伺服閥測試試驗臺作為案例。 該試驗臺是測試伺服閥動靜態(tài)功能，測試系統(tǒng)、測量方案都很有特色。 創(chuàng)新型案例的選擇是針對本科生的知識結(jié)構(gòu)及學習興趣進行的， 可以讓學生了解并熟悉本學科的前沿知識、 設備控制系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和部分解決方案。

1.2 深入探究

啟發(fā)探究型綜合案例教學法要充分利用精選的工程案例，學生在每節(jié)課前，針對老師上節(jié)課末下發(fā)的視頻、圖片等資料，利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)完成案例調(diào)研作業(yè)；在教學過程中，教師帶領(lǐng)學生按照教學目標設計針對精選的工程案例進行深入研究；最終，實現(xiàn)學生對測控系統(tǒng)的綜合分析及設計能力的提升。

在初期的案例調(diào)研結(jié)束后，學生對案例僅處于初期好奇階段，想進一步提升學生的學習效果，就需要對案例進行詳細的分析、比對、討論和探究[7]。 其中方案設計是項目的重中之重，也是課程的教學目標。 注重方案設計，引導學生在案例的方案設計階段進行選擇確認不同產(chǎn)品的不同特點，從產(chǎn)品設計需求、環(huán)保要求、運營過程、售后服務等多個角度綜合比對設計方案，將理論與實踐充分接觸和融合，促使學生產(chǎn)生動手實踐的想法。

深入探究的另外一個層面是項目難度的由淺入深。 初期淺顯項目的調(diào)研即便學生少預習、不預習也能夠迅速深入地參與討論，隨著學生問題的深入和案例難度的提升，引導并督促學生完成課后自學和課前的預習。

深入探究的第三個層次是自由組合的大作業(yè)。大作業(yè)題目開放，例如：智慧家居產(chǎn)品、智慧小區(qū)等。 針對不同類型的題目， 學生自由結(jié)合成為不同小組，每組3～4 人，自選或選定老師提供的題目思路進行測控系統(tǒng)的方案設計和選型，以答辯、說明書、討論視頻、調(diào)研視頻等的復合成績確定大作業(yè)成績評定依據(jù)。答辯時，小組成員每人介紹其中一部分內(nèi)容，回答其他小組成員的任意三個問題；成績評定由學生分值和教師分值兩部分組成，學生分值是由全部學生打分的平均分確定，教師分值占比40%～50%，并使大作業(yè)在考核中占據(jù)較大比重。

深入探究的最后一個層面是以開放性實驗、機械設計創(chuàng)新大賽、電子設計大賽、畢業(yè)設計大賽等為平臺，引導、指導學生積極參與，以實際操作為依托，在項目中體現(xiàn)出案例教學的優(yōu)點，促進學生的動手能力和團隊合作能力提升。

最終引導幫助學生在面對復雜工程實際問題進行解決時做到“三層”： 一層是傳授知識，包括理論、概念、分析框架與工具、技術(shù)，以及描述性的信息。 二層是幫助學生獲取技能，包括：發(fā)現(xiàn)機會或問題的能力；想象可替代的解決方案的能力；跨職能整合能力等。 三層是幫助學生樹立正確的工作態(tài)度和世界觀，包括：培養(yǎng)行動的勇氣、承擔責任、追求卓越、樹立倫理標準、承認不完美、持續(xù)學習、理解他人；理解情境對企業(yè)決策的影響，關(guān)注企業(yè)目標與企業(yè)責任，明確領(lǐng)導者的責任[8]。

2 啟發(fā)探究型綜合案例教學法實施與評測

針對案例教學法是否適應工科教學，是否能夠被學生接受，教研組對本校機械電子工程專業(yè)本科生進行了教學方法實施和評測。

2.1 教學實施

采用同級分組教學、 同級和隔級比較的方式進行，具體情況如表1 所示。

通過2013～2015 級學生的成績分析，學生對考試的重視程度基本相同，同年級中采用講述和綜合教學法的方式成績沒有明顯區(qū)別，集中在70 分附近區(qū)域。另一方面，日常任務同樣為課堂測試、大作業(yè)、日常作業(yè)的內(nèi)容時，綜合案例法的授課學生由于參與了課前預習和討論環(huán)節(jié)，在課堂隨測中更能夠獲得一些關(guān)鍵知識，因此平時成績有提升。

表1 實施人數(shù)及比對項目

2.2 綜合教學效果評測

教學效果的評測包括多方面，前提當然是以學生為中心，評測學生的知識積累情況。 教研組針對學生接受程度、教學效果和教學質(zhì)量設計了調(diào)查問卷[9]。學生為2014 級和2015 級合計6 個班， 發(fā)放169 份問卷，回收有效問卷152 份。

針對學生能夠接受的學習方式和方法，提出了兩種方式， 一種是學生選擇現(xiàn)在傳統(tǒng)的學習方式，45%的學生希望教師講述，突破重點；二是綜合教學方式，47%的學生希望通過通論、互動、多媒體錄像等方式進行學習。通過調(diào)研可知，盡管課程準備了微課、慕課資源（外校），提供了大量資料和視頻，25%的學生選擇老師講， 學生聽的傳統(tǒng)教學法；66%的學生希望先看微課，教師先給學生提供資源，分組討論交流問題后進行歸納和成果展示。傳統(tǒng)教學和綜合教學的選擇學生人數(shù)幾乎一樣多，學生學習知識的思路和方法還是普遍接受傳統(tǒng)講后再學的思維。 當然，大部分的學生普遍接受利用先進的網(wǎng)絡技術(shù)、共享技術(shù)學習先進的技術(shù)和知識。

對于教研組提出的利用案例進行授課的問題，贊同采用案例授課的學生占總?cè)藬?shù)的90%，反對5%，無所謂5%，多數(shù)學生認可使用案例進行授課的模式。對于分組和組內(nèi)討論情況，60.5%的學生認為參與度較高，34.2%的學生認為有渾水摸魚的，5.3%的學生認為參與度較低，從中也可以看到，超過半數(shù)的學生對案例有興趣，能夠主動或被動地參與討論環(huán)節(jié)。

案例法想要獲得優(yōu)秀的效果，課前預習和課后復習非常重要。 針對“學在教前”問題，調(diào)研結(jié)果顯示：19%的學生課前不預習，45%的學生缺乏監(jiān)督的情況下不進行預習，32%的學生進行簡單預習，4%能根據(jù)課前任務進行自主預習。 學生雖然對案例很感興趣，但沒有監(jiān)督預習機制時，慣性和惰性使多數(shù)學生不進行課前預習工作，隨后的課堂展示、討論環(huán)節(jié)也反映出這種趨勢，預習過的學生互動良好，提出的問題針對性很強，自主討論時也很激烈。 沒有預習環(huán)節(jié)的學生在上課期間才在網(wǎng)上隨意搜索、下載，效率較低。這些在授課中采用由淺入深的案例進行引導，也在網(wǎng)絡學習平臺中進行督促，甚至將預習問題納入課程考核指標中，多方面促使學生有效進行課前預習，提高預習效果。

我們還對啟發(fā)探究型綜合案例教學會給學生造成更大的學習負擔進行了問卷調(diào)查，34%的學生認為有負擔，61%的學生認為負擔可以接受， 只有剩下的5%的學生認為負擔太重，無法承受。同時，88%的學生認為課程采用案例的方法進行學習是合理的， 仍有8%的學生認為不合理。

隨著課程的深入改變，主動參與后續(xù)實踐環(huán)節(jié)的學生有明顯增加，2014 年本科畢業(yè)設計競賽參加人數(shù)從4 人增加到10 人； 開設的開放性實驗參加人數(shù)從2014 級5 人到2015 級爆滿，學生參與開放性實驗的意愿明顯提高。

另外，還利用學校、學院教學督導環(huán)節(jié)和同行評價方式進行了教師間溝通， 教研組人員被推薦參加校級課堂教學創(chuàng)新大賽， 教學方式也被選送參加陜西省首屆課堂創(chuàng)新大賽， 獲得了部分專家和教師的認可。

3 結(jié)語

隨著本科教育的深入，招生比例的擴大，本科教改成為熱點、重點話題。在教研組多年的教學工作中，也總結(jié)出了一些經(jīng)驗。

（1）教不嚴、師之惰。 教學工作首先態(tài)度要嚴格、嚴謹，這樣能夠使一部分學生喪失混日子的土壤。

（2）教學方法上多種嘗試。 教研組提出了啟發(fā)探究型綜合案例教學法，即：案例+引導+探究的綜合方式教學，可以有效地利用工程案例的新穎性、對學生而言的神秘性，激發(fā)學生的學習及參與興趣，加上教師的引導，學生間的討論使其深入設計，進一步探究，融會貫通所學知識。

（3）從考核方式看，保留傳統(tǒng)筆試考試的基礎(chǔ)上，還應該增加課堂考核、大作業(yè)、答辯等綜合方式對學生進行綜合型考核。

教研組在教學方法上取得了一定的進展，獲得了一些心得，但每年仍存在一些盲點和疑難學生，教學改革仍任重而道遠。