案例教學(xué)在材料力學(xué)教學(xué)中的探索與思考

楊少紅 吳蒙蒙 胡年明

海軍工程大學(xué)基礎(chǔ)部，湖北 武漢 430033

案例教學(xué)作為提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題能力的重要手段之一，在地方高校中已得到廣泛運(yùn)用，并取得了很好的教學(xué)效果。隨著全軍第十五次會(huì)議確定了由學(xué)歷教育為主向任職教育為主轉(zhuǎn)變的指導(dǎo)思想后，軍隊(duì)院校也開展了案例教學(xué)改革，并在任職教育中廣泛推動(dòng)這一改革。專業(yè)基礎(chǔ)課在學(xué)員學(xué)完公共課之后進(jìn)行的，是學(xué)員學(xué)習(xí)和掌握專業(yè)課程的前期基礎(chǔ)。如果不能很好地理解和掌握專業(yè)基礎(chǔ)課，學(xué)員將無法很好地理解和掌握后續(xù)專業(yè)課的內(nèi)容。材料力學(xué)是一門理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)的工程與專業(yè)基礎(chǔ)課程，由于其內(nèi)容龐雜、公式繁多，再加上有些內(nèi)容抽象難以理解，學(xué)員學(xué)習(xí)起來枯燥無味，學(xué)習(xí)效果差，而采用案例教學(xué)就可以很好地解決這些問題。

一、案例教學(xué)的特色

軍隊(duì)院校的案例教學(xué)一般是借助軍事裝備和工程實(shí)踐中的案例，結(jié)合理論知識(shí)組織教學(xué)，是一種理論聯(lián)系實(shí)際的、啟發(fā)式的教學(xué)方法。其主要特色歸納起來有以下四點(diǎn)。

（一）以學(xué)生為中心，培養(yǎng)學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣

案例教學(xué)法突出“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念，將學(xué)員置于教學(xué)活動(dòng)的中心位置，將學(xué)員作為教學(xué)活動(dòng)的積極參與者、學(xué)習(xí)主體。在案例教學(xué)活動(dòng)中，教員只是以類似“導(dǎo)演”“編劇”角色的學(xué)習(xí)輔導(dǎo)者、課堂組織者及秩序維持者的身份出現(xiàn)，主要負(fù)責(zé)教學(xué)計(jì)劃安排、學(xué)習(xí)指引、課堂引導(dǎo)、討論激發(fā)及課后輔導(dǎo)工作。課前，教員提出案例和問題，啟發(fā)學(xué)員去思考，引導(dǎo)學(xué)員查閱資料尋找答案。課上，學(xué)員和教員、學(xué)員之間互相討論和交流，形成熱烈、互動(dòng)、寬松的課堂氛圍，要允許學(xué)員充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)和見解，促成思維的相互溝通和相互啟發(fā)，在良好的互動(dòng)之中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。

（二）直面案例問題，調(diào)動(dòng)學(xué)員學(xué)習(xí)的主動(dòng)性

案例教學(xué)法通過案例研究的課堂引導(dǎo)，將學(xué)員帶入活靈活現(xiàn)的現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，讓他們?cè)谇榫皢栴}中激發(fā)靈感、錘煉心智、提升認(rèn)知和解決問題的能力。案例教學(xué)法實(shí)際上是一種“在現(xiàn)實(shí)情景中激發(fā)行動(dòng)學(xué)習(xí)”的方法，通過讓學(xué)員積極主動(dòng)參與課堂互動(dòng)討論及進(jìn)行開放性頭腦風(fēng)暴，使學(xué)員真正從實(shí)際工作情景出發(fā)，在有限的時(shí)間、空間、預(yù)算和資源條件下，直面案例問題，去思考、研究和解決。在案例教學(xué)課堂上，學(xué)員再也不是一個(gè)“旁觀者”或“局外人”，而是一個(gè)實(shí)際情景中的“當(dāng)事人”，面對(duì)刻不容緩的緊迫問題去積極主動(dòng)地思考、千方百計(jì)地分析研究和全力以赴地應(yīng)對(duì)解決。案例一般是某一工程或技術(shù)領(lǐng)域切切實(shí)實(shí)發(fā)生的事，本專業(yè)的學(xué)員畢業(yè)后可能會(huì)面對(duì)類似的問題。這種以真實(shí)案例為背景的教學(xué)模式不僅能改變課堂沉悶的教學(xué)氛圍，而且能調(diào)動(dòng)學(xué)員積極融入案例、思考問題實(shí)質(zhì)、尋找解決問題的方法。

（三）因材施教，提高學(xué)員獨(dú)立分析問題和解決問題的能力

案例教學(xué)法強(qiáng)調(diào)“張揚(yáng)個(gè)性，因材施教”的教學(xué)理念，讓學(xué)員從各自角度立體透視案例情境，有利于激發(fā)他們自主思考、自由探索、不斷創(chuàng)新的能力。在案例教學(xué)活動(dòng)中，每個(gè)學(xué)員都可以充分發(fā)揮自己的主觀能動(dòng)性，施展自己的才華和創(chuàng)造力，去展現(xiàn)自我能力、展示自我現(xiàn)象、實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值。案例教學(xué)還能通過提出多個(gè)問題啟發(fā)學(xué)員思考，組織學(xué)員對(duì)案例材料和問題原因進(jìn)行分析討論，并做出判斷和決策，從而提高學(xué)員獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。

（四）重在實(shí)踐，提高學(xué)員的思維能力

案例教學(xué)法認(rèn)為一切理論、模型和方法都來源于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并寓于案例情境之中。因此，教學(xué)重在過程、學(xué)習(xí)重在實(shí)戰(zhàn)、理論重在實(shí)踐。案例教學(xué)法不關(guān)注原理、方法、結(jié)論或答案本身，而關(guān)心原理、方法、結(jié)論或答案是怎么來的。案例研究討論不是單純地去求索某種所謂的標(biāo)準(zhǔn)答案，而是重視得出結(jié)論的思維模式、思想方法和思考過程。每個(gè)教學(xué)案例所涉及的焦點(diǎn)問題都要求學(xué)員各自進(jìn)行思考、分析、解釋和討論，讓學(xué)員在研究中自己去發(fā)現(xiàn)、思考相關(guān)因果關(guān)系，提出假設(shè)、疑問和必要或充要條件，使小組、課堂討論更加活躍，案例研究更加深入。只要是學(xué)員說得有道理，把自己的觀點(diǎn)闡述清楚、表達(dá)明白，所提出的對(duì)策建議有現(xiàn)實(shí)針對(duì)性和可行性，這個(gè)過程或行為表現(xiàn)本身就是案例教學(xué)法所追求的思維能力訓(xùn)練目標(biāo)和教學(xué)效果。

二、案例的收集和編寫

在不同的課程教學(xué)中使用案例，一定要選擇適合本門課程的案例。例如，采用釘補(bǔ)法對(duì)氣墊船破損圍裙進(jìn)行快速修補(bǔ)，就是材料力學(xué)中連接件的強(qiáng)度計(jì)算問題，涉及圍裙布的拉伸強(qiáng)度、擰緊螺釘?shù)募羟袕?qiáng)度以及螺釘和圍裙布的擠壓強(qiáng)度。再例如，航空母艦上通過阻攔索攔截飛機(jī)，阻攔索要有足夠的拉伸強(qiáng)度；艦艇在波浪中航行，艇體易發(fā)生彎曲變形；零部件疲勞易引起裂紋；艦艇傳動(dòng)軸又長(zhǎng)又粗，帶動(dòng)螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)易發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，要求傳動(dòng)軸能滿足一定的強(qiáng)度和剛度條件等。這些都需要教員收集直接相關(guān)的案例。

針對(duì)不同課程、不同學(xué)時(shí)、不同專業(yè)的學(xué)員，教員需要將案例結(jié)合不同的工程背景，提出典型的思考問題，還要注意案例的篇幅和教學(xué)時(shí)間的長(zhǎng)短。例如，針對(duì)機(jī)械專業(yè)的學(xué)員，開展艦艇推進(jìn)軸的“大”和“無”案例教學(xué)，按照1 學(xué)時(shí)的計(jì)劃，提出以下問題：請(qǐng)利用課本上的方法計(jì)算本案例中軸系的最小直徑，并比較兩者有何差別？大船上的推進(jìn)軸一般是實(shí)心還是空心？艦艇上的推進(jìn)軸高速轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)出現(xiàn)什么問題，對(duì)艦艇會(huì)產(chǎn)生哪些危害？潛艇噪聲危害了艦艇生命力，從哪些方面可以減低潛艇噪聲？在潛艇上無軸推進(jìn)方式的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？教員以此引導(dǎo)學(xué)員思考和探索、討論和辨析。

案例編寫還要防止出現(xiàn)以下問題：知識(shí)點(diǎn)被拋棄、問題不聚焦、理論與情節(jié)不匹配、分析邏輯設(shè)計(jì)不合理、提問邏輯不合理、追求案例結(jié)果忽略案例分析討論過程等。

三、案例教學(xué)實(shí)施實(shí)例

開展案例教學(xué)，一般包括準(zhǔn)備案例材料、布置思考討論題、確定教學(xué)時(shí)間、安排實(shí)施步驟等環(huán)節(jié)，其中實(shí)施又分為個(gè)人學(xué)習(xí)、小組研究、課堂討論、總結(jié)講評(píng)等四個(gè)步驟。下面以材料力學(xué)課程中軸向拉伸與壓縮一章為例，開展“航空母艦上阻攔索的斷裂和強(qiáng)度”案例教學(xué)。

（一）案例材料

航母阻攔索是艦載機(jī)的生命線，由于艦載機(jī)在航母甲板上著陸時(shí)速度很快、沖擊力很大，如果第一道和第二道阻攔索未能掛住艦載機(jī)，飛機(jī)就必須快速拉升復(fù)飛，因此艦載機(jī)著陸對(duì)甲板阻攔裝置要求極高。一般來說，阻攔索是相當(dāng)堅(jiān)固的，但凡事都有例外，美國(guó)人的航母就曾發(fā)生過阻攔索斷裂事故，俄羅斯的航母也連續(xù)發(fā)生過阻攔索斷裂事故，而中國(guó)航母沒有出現(xiàn)過類似事故。

（二）思考討論題

要求以小組為單位，分工合作、多種渠道查閱資料，思考并回答下列問題。

問題1：航母阻攔索的斷裂是力學(xué)中的哪種變形和破壞形式？

問題2：航母阻攔索發(fā)生斷裂的原因有哪些？如何防止？

問題3：為什么俄國(guó)航母頻頻發(fā)生阻攔索斷裂事故？

問題4：為什么美國(guó)航母上F-18 大黃蜂艦載戰(zhàn)斗機(jī)著陸沒事，E2 鷹眼式預(yù)警機(jī)著陸卻發(fā)生阻攔索斷裂事故？

問題5：中國(guó)航母上的艦載機(jī)安全著陸上萬次，這說明了什么？阻攔索的極限數(shù)據(jù)是怎樣得到的？

（三）教學(xué)時(shí)間

X月XX日上午第4節(jié)課。

（四）實(shí)施步驟

本案例是一個(gè)綜合案例，教學(xué)時(shí)間為1個(gè)學(xué)時(shí)，建議分為四步。

第一步：準(zhǔn)備。教員在開展案例教學(xué)前一般要完成理論知識(shí)的講授。上課前一周，教員根據(jù)班級(jí)人數(shù)將學(xué)員劃分成5～8 人組成的幾個(gè)小組，由教員任命小組長(zhǎng)或由學(xué)員推選組長(zhǎng)。教員把案例材料發(fā)給組長(zhǎng)。組長(zhǎng)負(fù)責(zé)分工，組員合作，利用課余時(shí)間，通過網(wǎng)絡(luò)或者圖書館查閱相關(guān)資料，并積極地思索、分析案例中的問題及原因，形成初步解決方案。

第二步：小組討論。這一過程大約50 分鐘，在課前進(jìn)行。由組長(zhǎng)主持組內(nèi)學(xué)員開會(huì)和討論，要求每位學(xué)員充分表達(dá)自己的想法，允許發(fā)表不同意見，加深對(duì)案例的理解。各個(gè)小組的討論地點(diǎn)應(yīng)該彼此分開，以自己的方式組織活動(dòng)，教員不應(yīng)該進(jìn)行干涉。最終，小組形成自己的方案，指定專人匯報(bào)。

第三步：集中討論。這一過程時(shí)間大約為30 分鐘，在課堂上進(jìn)行。各小組派出自己的代表發(fā)表本小組對(duì)于案例的分析和處理意見。發(fā)言時(shí)間一般應(yīng)該控制在6分鐘左右，之后接受教員和其他小組成員的詢問并做出分析和解釋，本小組的其他成員可以補(bǔ)充回答問題。此時(shí)教員充當(dāng)?shù)氖墙M織和主持人的角色，注意提出疑問，引起爭(zhēng)議和共鳴，得到合理的解決方案。

第四步：總結(jié)。這一過程時(shí)間大約為15分鐘。在小組討論完成之后，教員進(jìn)行總結(jié)，深入剖析問題，分析原因，給出準(zhǔn)確的答案。同時(shí)對(duì)各小組的方案進(jìn)行講評(píng)，表揚(yáng)準(zhǔn)備充分、回答問題正確的小組，課后要求學(xué)員自己進(jìn)行反思和總結(jié)，促進(jìn)其對(duì)理論知識(shí)的掌握和吸收，加深其對(duì)問題的深刻認(rèn)識(shí)，從而提高解決問題的能力。

四、幾點(diǎn)思考

首先，案例教學(xué)法是針對(duì)專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特殊教學(xué)方法。在案例教學(xué)過程中，要引導(dǎo)學(xué)員運(yùn)用歸納法去分析案例，在具體情景中發(fā)現(xiàn)一般規(guī)律，但其基本宗旨和直接目的不是培養(yǎng)科學(xué)家、學(xué)者或理論人才，而是培養(yǎng)以解決問題為指向的專業(yè)應(yīng)用型人才，因此主要在管理、教育、法律和醫(yī)學(xué)等應(yīng)用性學(xué)科教學(xué)活動(dòng)中應(yīng)用較多。一般情況下，案例研究是一種缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性、準(zhǔn)確性的研究方法，在資料搜集整理和數(shù)據(jù)分析上也不完全，致使案例研究結(jié)論缺少一定的可信度。因此，案例教學(xué)法的主要目的不是培養(yǎng)學(xué)生提出科學(xué)假說、構(gòu)建理論模型和驗(yàn)證基本原理的科學(xué)研究能力，而是提升學(xué)員直面現(xiàn)實(shí)分析研究解決問題的能力，培養(yǎng)優(yōu)秀的應(yīng)用型人才。因此，案例教學(xué)法不是一個(gè)對(duì)所有學(xué)科及課程都適用、有效的普適性教學(xué)方法，而是針對(duì)專業(yè)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的特殊教學(xué)方法。

其次，案例教學(xué)法對(duì)師生素質(zhì)和能力都有較高的要求。這一教學(xué)方法要求教員在知識(shí)結(jié)構(gòu)、教學(xué)能力、工作態(tài)度及教學(xué)責(zé)任心等方面有一定水平，既要擁有豐富淵博的理論知識(shí)又要具備豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，更重要的是能夠?qū)⒗碚?、方法?dǎo)入實(shí)際情景，融會(huì)貫通，研究解決問題；要求教員不斷更新教學(xué)內(nèi)容、補(bǔ)充完善教學(xué)計(jì)劃及方法，重視時(shí)代背景、宏觀政治經(jīng)濟(jì)形勢(shì)、行業(yè)與職業(yè)發(fā)展走勢(shì)及實(shí)際操作問題，對(duì)現(xiàn)實(shí)情景問題保持高度敏感，根據(jù)實(shí)踐不斷更新完善教學(xué)案例素材；要求教員必須花大量時(shí)間和精力進(jìn)行教學(xué)課前準(zhǔn)備、課堂引導(dǎo)、高屋建瓴的案例點(diǎn)評(píng)以及課后跟蹤評(píng)估，不斷提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平。同時(shí)，案例教學(xué)法也要求學(xué)員積極進(jìn)取，有高度的學(xué)習(xí)自覺性、自主性和自學(xué)能力，有一定的生活體驗(yàn)和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，有吃苦耐勞的勤奮精神，肯花費(fèi)大量時(shí)間和精力去查閱資料、研究分析案例和進(jìn)行自我思考感悟，還要有一定的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神、人際溝通能力和積極探索精神。但是，長(zhǎng)期以來，無論是教員還是學(xué)員，往往都完全不具備相關(guān)素質(zhì)和能力，這可能是案例教學(xué)法難以在我們現(xiàn)實(shí)教學(xué)活動(dòng)中推廣應(yīng)用的原因之一。

最后，案例教學(xué)法對(duì)教學(xué)設(shè)施條件有極高的要求。案例教學(xué)法對(duì)教學(xué)設(shè)施設(shè)備、教學(xué)時(shí)間及教學(xué)組織管理能力都有苛刻的要求，這些條件往往在現(xiàn)實(shí)中很難都具備。即使具備了案例教室等硬件設(shè)施條件，要實(shí)施案例教學(xué)法，不論是教員、學(xué)員還是教學(xué)管理者，都需要花費(fèi)大量時(shí)間和精力進(jìn)行各項(xiàng)準(zhǔn)備工作。例如一學(xué)期內(nèi)采用案例教學(xué)法的課程較多或一門課程將案例教學(xué)法貫穿始終，那么如何保證師生有充足的時(shí)間和精力來分析、研究和討論案例，是一個(gè)很大的操作難題。在實(shí)際中,一門課程從頭到尾采用案例教學(xué)法，往往也是很困難的。一些基本原理和方法不但要求有邏輯嚴(yán)密的推理和分析，而且也難以找到與之契合匹配的案例情境，即便采取案例討論也有牽強(qiáng)附會(huì)之嫌，這時(shí)只能采用傳統(tǒng)講授法。因此，一門課程一般只能選擇在較合適情境分析、案例研究的單元中應(yīng)用案例教學(xué)法。

五、結(jié)語

在材料力學(xué)課程中開展案例教學(xué)，就是要促進(jìn)學(xué)員掌握力學(xué)理論方法，解決力學(xué)問題。教員通過創(chuàng)設(shè)案例問題，讓學(xué)員主動(dòng)思考和創(chuàng)造，尋找原因和解決問題的方法；通過討論和交流，使學(xué)員思想碰撞，充分表達(dá)自己的觀點(diǎn)，以促成思維的相互溝通和相互啟發(fā)，促進(jìn)學(xué)員對(duì)力學(xué)知識(shí)的掌握，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長(zhǎng)。