案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的工科教學(xué)模式探索
——以《儀器分析》為例

李紅麗，趙正燕，李卉卉，陳大勇

（南京師范大學(xué) 化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京）

一 引言

工科課程通常以嚴(yán)密的系統(tǒng)理論為導(dǎo)向，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和實(shí)用性。工科課程教學(xué)過程中，不僅要傳授專業(yè)知識(shí)，還要培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力[1]。以經(jīng)典教材為主的傳統(tǒng)知識(shí)講授，教學(xué)重難點(diǎn)偏向理論，與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，缺少對(duì)前沿技術(shù)和實(shí)際情況的分析，達(dá)不到新時(shí)代對(duì)應(yīng)用型人才提出的要求[2]。

案例教學(xué)法是基于“案例”而進(jìn)行教學(xué)，以實(shí)例、設(shè)問、分析為主要活動(dòng)，通過對(duì)案例的研究分析，發(fā)現(xiàn)其中所蘊(yùn)含的知識(shí)規(guī)律[3]。案例教學(xué)法始于“軟學(xué)科”，主要被應(yīng)用于如管理、法律等文科專業(yè)，然而其也滿足技術(shù)含量高的工科類課程的教學(xué)需求。近年來，案例教學(xué)法在我國高校工科課程的教學(xué)中逐步得到重視[4]。

《儀器分析》課程是化學(xué)、材料、環(huán)境、應(yīng)化等多個(gè)專業(yè)的必修主干課，教學(xué)過程中包含多種儀器的原理，涉及多個(gè)學(xué)科，并且具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。案例教學(xué)有助于實(shí)現(xiàn)抽象的儀器原理與技術(shù)應(yīng)用的有效結(jié)合，是理論聯(lián)系實(shí)際的重要手段，可以提高學(xué)生駕馭和應(yīng)用理論知識(shí)的能力[5]。因此，案例教學(xué)法對(duì)于建設(shè)以《儀器分析》為代表的新型工科教學(xué)模式，具有良好的應(yīng)用前景。

二 案例教學(xué)法在工科課程中存在的問題

目前為止，案例教學(xué)法在高校工科課程中的推廣形式多樣，比較零散，沒有形成成熟的教學(xué)模式[6-7]。如何有效發(fā)揮案例教學(xué)法在工科課程教學(xué)中的作用，仍有待于探索。案例教學(xué)法在在工科課程的實(shí)際教學(xué)中仍存在的普遍誤區(qū)如下：（1）全面使用案例教學(xué)，用案例教學(xué)完全取代傳統(tǒng)的經(jīng)典教學(xué)。工科課程中案例的使用，目的在于幫助學(xué)生理解各種晦澀難懂的概念、錯(cuò)綜復(fù)雜的公式以及鍛煉學(xué)生知識(shí)的應(yīng)用能力和實(shí)踐能力。如果把一門課變成多個(gè)案例的集合，忽略了課程的核心知識(shí)體系，丟掉了課程教學(xué)的本質(zhì)。（2）案例變舉例，未正確理解和實(shí)施案例教學(xué)。主要表現(xiàn)在錯(cuò)誤地將案例教學(xué)理解為簡單的舉例教學(xué)，教師向?qū)W生單向輸出應(yīng)用示例[8-9]。案例教學(xué)需要激發(fā)學(xué)生思考問題，探究問題的能力，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識(shí)體系，形成教師引導(dǎo)，學(xué)生主體的雙向過程。

因此，工科課程在使用案例教學(xué)法時(shí)，要根據(jù)不同工科課程的特點(diǎn)和教學(xué)目標(biāo)，對(duì)案例教學(xué)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。針對(duì)此，本文將以《儀器分析》課程教學(xué)為例，提出案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，把案例教學(xué)融入到傳統(tǒng)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)兩者的有機(jī)結(jié)合和相互促進(jìn)。通過事實(shí)案例提供教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，搭建理論知識(shí)體系與實(shí)際應(yīng)用的橋梁，建立易于推廣和復(fù)制的適用于工科課程的教學(xué)模式。

三 案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的工科教學(xué)模式

傳統(tǒng)教學(xué)有利于發(fā)揮教師的專業(yè)特長，講授復(fù)雜、難于理解的理論知識(shí)。案例教學(xué)通過真實(shí)、具體的案例，把學(xué)生帶入生動(dòng)的教學(xué)情境，有助于提高和發(fā)展學(xué)生解決實(shí)際問題的能力[10]。兩者各有特點(diǎn)和優(yōu)勢。本文提出將案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)兩者有機(jī)結(jié)合，發(fā)展適用于工科課程的普遍教學(xué)模式，總體思路如圖1 所示：

圖1 案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的工科教學(xué)模式整體思路

（1）每一章節(jié)開始授課之前，首先向?qū)W生發(fā)布應(yīng)用案例，并向?qū)W生提出案例問題。案例選取的恰當(dāng)和質(zhì)量的高低直接影響教學(xué)效果的好壞。所選擇的案例應(yīng)該具有典型性、與專業(yè)背景相結(jié)合、能涵蓋教學(xué)大綱知識(shí)點(diǎn)。另外，理工科教師可以結(jié)合自身科研特點(diǎn)，從多種學(xué)術(shù)資源中收集和編寫教學(xué)案例。以科研文獻(xiàn)為依托的教學(xué)案例教學(xué)，具有嚴(yán)謹(jǐn)性，同時(shí)有助于學(xué)生了解科研動(dòng)態(tài)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

（2）案例發(fā)布以后，教師講授理論要點(diǎn)，傳授核心知識(shí)。在講授過程中重點(diǎn)講解工科課程中的經(jīng)典理論、原理、公式以及方法等。與此同時(shí)，學(xué)生課下查閱資料，并結(jié)合課堂理論知識(shí)，分析應(yīng)用案例，尋找解決方法，確定案例解析方案。在教師理論授課過程中，學(xué)生是帶著問題進(jìn)行學(xué)習(xí)的，在一定程度上解決了學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)和缺乏動(dòng)力等問題，從而提高教學(xué)效果。

（3）理論授課結(jié)束后，進(jìn)行案例課堂研討。在案例教學(xué)中，要充分發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性和積極性。通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生以主導(dǎo)地位，分析案例，回答問題。按照每個(gè)小組4~5 人，將學(xué)生分成若干小組，匯報(bào)可采取多種形式，如PPT，板書，講解等。一個(gè)案例可以分配給2~3 個(gè)小組，這樣每部分內(nèi)容，可以涉及到2~3 個(gè)案例。

（4）案例分析后，教師根據(jù)各個(gè)小組的匯報(bào)內(nèi)容，進(jìn)行案例總結(jié)。重點(diǎn)在于構(gòu)建實(shí)際案例與理論知識(shí)之間的關(guān)系，解答案例中的疑難問題，進(jìn)一步鞏固所學(xué)理論知識(shí)。從而促進(jìn)理論與實(shí)際應(yīng)用的相互補(bǔ)充與完善。

四 結(jié)合案例教學(xué)的《儀器分析》課程教學(xué)模式探索

（一） 整體課程設(shè)計(jì)

《儀器分析》課程主要由光譜分析、色譜分析、電化學(xué)分析及其他的儀器分析（如核磁、質(zhì)譜等）組成，各個(gè)部分成獨(dú)立的體系。每部分的核心理論知識(shí)主要涵蓋分析方法的概念、原理、特點(diǎn)、儀器構(gòu)成等[11]，案例教學(xué)側(cè)重于基于對(duì)這些知識(shí)的應(yīng)用，對(duì)實(shí)際問題的解決。在理論學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，每種儀器分析方法可選取1~3 個(gè)典型案例進(jìn)行分析、討論、交流并設(shè)定案例問題。每種獨(dú)立的儀器方法都可以參照圖1 思路，實(shí)施傳統(tǒng)教學(xué)與案例教結(jié)合的教學(xué)方式。另外，傳統(tǒng)的《儀器分析》教學(xué)中，不同的儀器方法通常被看做是割裂的單元，不同儀器方法之間的互補(bǔ)性和關(guān)聯(lián)性往往被忽略。針對(duì)此，可以選取綜合性案例，案例中涉及對(duì)同一個(gè)分析對(duì)象的不同儀器方法的分析，如紅外、核磁、質(zhì)譜分析等。通過綜合性案例，學(xué)生可以更好的理解每種方法的特點(diǎn)、優(yōu)勢、不足以及不同方法之間的關(guān)聯(lián)性。在實(shí)際問題中，學(xué)生可以靈活選擇不同的分析方法，從而促使對(duì)理論知識(shí)的消化、吸收和應(yīng)用。

（二） 以色譜分析教學(xué)實(shí)施為例

色譜分析是《儀器分析》課程的中重要內(nèi)容之一，色譜技術(shù)是目前多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域使用最普遍的分析檢測技術(shù)，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性[12]。色譜理論知識(shí)單調(diào)、枯燥，不好理解，單純的知識(shí)講授，不能使學(xué)生充分掌握色譜理論，也很難培養(yǎng)學(xué)生對(duì)色譜技術(shù)的應(yīng)用能力，無法滿足新時(shí)期對(duì)應(yīng)用型人才的需求?，F(xiàn)以《儀器分析》課程中的色譜分析為例，實(shí)施案例教學(xué)與傳統(tǒng)有機(jī)教學(xué)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)與案例教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。

這里主要展示代表性的應(yīng)用案例，以及如何在傳統(tǒng)教學(xué)中融入案例教學(xué)，傳統(tǒng)的知識(shí)體系教學(xué)不做贅述。圖 2 是擬定的《儀器分析》 課程中色譜案例示意圖。此處選取的色譜案例為高效液相色譜（HPLC）同時(shí)測定功能性食品中9 中人參皂苷，來源于科研文獻(xiàn)（Simultaneous determination of nine ginsenosides in functional foods by high performance liquid chromatography with diode array detector detection, Food Chemistry, 2010, (123), 1322-1327）。案例的背景介紹，目的在于簡單介紹案例，比如：人參皂苷是人參的主要活性物質(zhì)，分析人參皂苷十分有意義，而液相色譜是分析人參中皂苷和皂苷元的理想方法。這里選取的案例是關(guān)于人參分析的，和實(shí)際生活貼近，容易激發(fā)學(xué)生的研究興趣，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步去分析研究案例。此案例的研究內(nèi)容為高效液相色譜對(duì)多種人參皂苷的分離與檢測，研究采用的HPLC 儀器方法，參數(shù)，系統(tǒng)（含檢測器），以及色譜結(jié)果均在此文獻(xiàn)中有很好的體現(xiàn)。此案例可以認(rèn)為是一個(gè)典型的、有代表性的、有科研創(chuàng)新的、能很好體現(xiàn)所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的高質(zhì)量案例。在發(fā)布案例時(shí)候，教師要提出了案例問題，比如：HPLC 的作用是什么？分離皂苷的原理是什么？采用了什么樣的色譜柱和系統(tǒng)？主要的色譜圖結(jié)果是什么？案例問題可以引導(dǎo)學(xué)生將實(shí)際問題與模塊化知識(shí)串聯(lián)起來，激發(fā)學(xué)生結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)，剖析案例，解答問題。在色譜分析里，教師可發(fā)布2~3 個(gè)相同水平或者相似的案例。

圖2 《儀器分析》課程中色譜案例示意圖

案例一般在知識(shí)講授前發(fā)布，收到案例以后，學(xué)生就可以進(jìn)行理論知識(shí)的預(yù)習(xí)、自學(xué)以及資料查閱?！秲x器分析》課程中的不同案例都可以參照此模式，發(fā)布案例資料，背景介紹，以及案例問題等。在理論知識(shí)講授之后，進(jìn)行案例分析。在此階段，學(xué)生以小組形式，主導(dǎo)課堂教學(xué)，學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間里面，講解分析案例，并要求學(xué)生關(guān)聯(lián)所學(xué)理論知識(shí)。通過這種模式，理論和實(shí)踐形成了一個(gè)良好的相互促進(jìn)和完善。

（三） 課時(shí)規(guī)劃

在各大高校中，《儀器分析》課程的課時(shí)不完全相同。目前我?！秲x器分析》的教學(xué)課時(shí)為54 課時(shí)。對(duì)于結(jié)合案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，理論知識(shí)講授可計(jì)劃為36 課時(shí)（占比2/3），案例教學(xué)占18 課時(shí)（占比1/3）。雖然案例教學(xué)在課堂上只占用了30%左右的課時(shí)，但結(jié)合課下的案例教學(xué)準(zhǔn)備，案例教學(xué)所占比重不少于50%。這樣既保證了教學(xué)內(nèi)容的講授，又合理地融入了案例教學(xué)。按照《儀器分析》課程不同的分析方法，具體的課時(shí)規(guī)劃見表1。每一個(gè)儀器方法，都可以配套1~3 個(gè)應(yīng)用案例。另外，課時(shí)規(guī)劃可根據(jù)總課時(shí)以及專業(yè)需求不同進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

表1 結(jié)合案例教學(xué)法的《儀器分析》課時(shí)規(guī)劃

（四） 考核評(píng)價(jià)

案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)相結(jié)合是為了讓學(xué)生真正地學(xué)習(xí)知識(shí)、理解原理并具備一定的應(yīng)用能力。傳統(tǒng)的理論試題考試，無法體現(xiàn)案例教學(xué)的部分，不足以滿足本文中提出的教學(xué)模式。采取過程考核與期末考核相結(jié)合方式，注重學(xué)生平時(shí)成績，可以更好的調(diào)動(dòng)學(xué)生參與案例教學(xué)的積極性。因此，教學(xué)改革后的《儀器分析》課程評(píng)估包括三個(gè)方面：一是考察學(xué)生案例匯報(bào)的情況（PPT 制作、講解等）、問題回答的表現(xiàn)等，偏重于知識(shí)的應(yīng)用，占總成績的30%。 二是考察核心的理論知識(shí)和主要內(nèi)容，偏重知識(shí)的掌握和理解，占總成績的60%。三是平時(shí)表現(xiàn)，比如出勤率、案例書面報(bào)告等，占總成績的10%。

因此，選擇和編寫具有代表性的儀器分析方法案例，把案例教學(xué)有效地融入傳統(tǒng)教學(xué)中，設(shè)計(jì)互動(dòng)的課堂教學(xué)模式，合理規(guī)劃課時(shí)和制定考核制度，可以大大提高《儀器分析》課程的教學(xué)效果和質(zhì)量。通過案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式，提高學(xué)生對(duì)抽象原理的理解和分析儀器的應(yīng)用能力，解決工科課程理論與實(shí)踐相脫節(jié)的問題，并極大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能動(dòng)性。在《儀器分析》課程中探索的教學(xué)模式，可為其他具有實(shí)用性特點(diǎn)的理工科的課程，提供參考，具有一定的推廣價(jià)值。

五 結(jié)語

本文提出的傳統(tǒng)教學(xué)與案例教學(xué)有機(jī)結(jié)合的教學(xué)模式體現(xiàn)了理論與實(shí)踐、教與學(xué)、學(xué)生與教師、課堂與課下，以及科研與教學(xué)的統(tǒng)一。通過事實(shí)案例提供教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，進(jìn)而搭建起知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用的橋梁，提高學(xué)生駕馭和應(yīng)用理論知識(shí)的能力。案例教學(xué)法是以案例引入，激發(fā)學(xué)生思考問題、主動(dòng)探尋解決方法，以學(xué)生為主體的討論式教學(xué)方式。該方法一定程度上解決了學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)和缺乏動(dòng)力等問題。同時(shí)，案例教學(xué)法要求教師對(duì)前沿技術(shù)有較高的引導(dǎo)能力，有助于促進(jìn)教師教學(xué)科研工作的創(chuàng)新。本文的教學(xué)模式探索，在工科課程中具有普適性，在一定程度上可以促進(jìn)了實(shí)踐教學(xué)改革，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生成為應(yīng)用性、技能型人才，適應(yīng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，有著重要意義。