采用案例教學(xué)法提升研究生科研能力的實(shí)踐與思考

曾 真，王為國，馬飛燕，師 俊，何家勝

（1.武漢工程大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 湖北 武漢 430205；2.武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院 湖北 武漢 430205)

自1978年恢復(fù)研究生教育以來，我國研究生教育經(jīng)歷了由弱到強(qiáng)的跨越式發(fā)展，有效支撐了以科技為基礎(chǔ)的綜合國力的提升?？蒲心芰κ茄芯可逃举|(zhì)的體現(xiàn)，是提高研究生教育質(zhì)量的關(guān)鍵，也是我國碩士研究生教育階段的主要培養(yǎng)目標(biāo)之一。提高研究生科研能力，一直是高校教育改革的熱點(diǎn)問題[1-2]。

目前，我國研究生課程教育仍普遍存在理論教學(xué)與科研能力培養(yǎng)脫節(jié)的現(xiàn)象，造成部分研究生學(xué)完基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識后，難以進(jìn)入后期科學(xué)研究階段。如：查閱文獻(xiàn)，很難站在前人知識積累的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)具有學(xué)術(shù)價值和實(shí)踐意義的科學(xué)問題；在撰寫學(xué)術(shù)論文時，不知道如何分析現(xiàn)象，找出現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律，學(xué)術(shù)論文缺乏深度等。為解決教學(xué)促進(jìn)科研能力培養(yǎng)問題，2009年3月19日，教育部發(fā)布的《教育部關(guān)于做好全日制碩士專業(yè)學(xué)位研究生培養(yǎng)工作的若干意見》中指出 “教學(xué)內(nèi)容要強(qiáng)調(diào)理論性與應(yīng)用性課程的有機(jī)結(jié)合，突出案例分析和實(shí)踐研究”[3]。2013年3月29日，教育部、國家發(fā)改委、財政部在《關(guān)于深化研究生教育改革的意見》中指出 “構(gòu)建符合專業(yè)學(xué)位特點(diǎn)的課程體系，改革教學(xué)內(nèi)容和方式，加強(qiáng)案例教學(xué)，探索不同形式的實(shí)踐教學(xué)”[4]。2015年5月7日，教育部在《關(guān)于加強(qiáng)專業(yè)學(xué)位研究生案例教學(xué)和聯(lián)合培養(yǎng)基地建設(shè)的意見》中指出 “培養(yǎng)單位要根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)及教指委制定的指導(dǎo)性培養(yǎng)方案，明確案例教學(xué)的具體要求，規(guī)范案例教學(xué)程序，提高案例教學(xué)質(zhì)量，強(qiáng)化案例教學(xué)效果”[5]。這些文件的頒發(fā)，充分說明案例教學(xué)可作為促進(jìn)研究生科研創(chuàng)新能力培養(yǎng)的一種有效手段。

案例教學(xué)法起源于20世紀(jì)初，早期在法學(xué)、管理學(xué)中應(yīng)用較多，隨著案例教學(xué)的研究發(fā)展，其科學(xué)性已得到教育界的認(rèn)同，目前已在開發(fā)分析、綜合及評估能力等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。案例教學(xué)作為一種先進(jìn)、新型的教學(xué)方式，值得在高層次人才培養(yǎng)，比如專業(yè)學(xué)位研究生教育中進(jìn)一步探究。

案例教學(xué)法的優(yōu)勢在于其實(shí)踐性強(qiáng)，理論聯(lián)系實(shí)際緊密，教學(xué)方法靈活多樣，注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)互動、參與，有助于學(xué)生理解問題的復(fù)雜性和多樣性。經(jīng)過幾年教學(xué)實(shí)踐，案例教學(xué)在培養(yǎng)研究生的創(chuàng)新實(shí)踐能力方面取得了一定成效，但也暴露了一些不足，主要表現(xiàn)有：①案例教學(xué)的應(yīng)用效果與預(yù)期目標(biāo)尚有距離，多流于形式，教學(xué)模式單一，講授多，互動討論少，歸納法多，發(fā)現(xiàn)法少，其優(yōu)勢得到未充分發(fā)揮；②典型案例供應(yīng)有限，來源渠道有待擴(kuò)展，亟需創(chuàng)建有專業(yè)特色的案例庫及共享平臺；③案例教學(xué)的效果評價及對學(xué)生的案例考核評價較難把握，缺乏準(zhǔn)確性和可操作性的方法。因此，現(xiàn)階段研究生課堂案例教學(xué)仍需不斷地發(fā)展和完善，使其真正成為高校教學(xué)改革的一種有效手段。

本文以動力工程專業(yè) “工程材料及失效分析” 課程為例，采取案例教學(xué)方式探究如何通過課程學(xué)習(xí)，提高研究生的科研能力。并總結(jié)案例教學(xué)法的經(jīng)驗(yàn)，為同行進(jìn)行案例教學(xué)提供借鑒。

1 采用案例教學(xué)法提升研究生科研能力的教學(xué)實(shí)踐

研究生科研能力是一系列從事科學(xué)研究需要的多方面能力的綜合，包括發(fā)現(xiàn)問題、查閱文獻(xiàn)、總結(jié)歸納、試驗(yàn)設(shè)計、組織實(shí)施五個方面的能力。

“工程材料及失效分析” 以工程材料的組成、微觀結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和環(huán)境對材料的影響為主線，介紹了過程裝備常用材料微觀結(jié)構(gòu)的形成及其隨環(huán)境而發(fā)生的變化，探討工程設(shè)備常用材料的失效機(jī)理，并結(jié)合微觀組織的變化進(jìn)行工程材料失效分析[6]。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能在微觀與宏觀相結(jié)合的基礎(chǔ)上對工程材料的各種性能進(jìn)行分析，動態(tài)掌握材料性能的變化，掌握失效分析的基本知識和分析方法，培養(yǎng)分析解決失效實(shí)例的能力，以便提出預(yù)防和改進(jìn)的措施，為有效開展工程材料失效分析工作做準(zhǔn)備。該課程是一門多學(xué)科交叉的學(xué)科，材料學(xué)、熱處理、測試技術(shù)、力學(xué)、數(shù)值分析等多學(xué)科知識融合其中，理論與實(shí)際聯(lián)系緊密，與科研聯(lián)系廣泛。該課程教學(xué)過程中引入了大量實(shí)際案例進(jìn)行分析，并將先進(jìn)的分析方法和技術(shù)手段穿插在案例分析過程中，使學(xué)生對多門學(xué)科知識的理解的同時，提高運(yùn)用理論知識和先進(jìn)技術(shù)手段分析和解決實(shí)際問題的能力。因此，在該課程的教學(xué)過程中采用案例教學(xué)法，對培養(yǎng)研究生的綜合科研能力具有典型意義。

抽象描述采用案例教學(xué)法提升研究生科研能力較為困難，下文通過典型案例來具體描述。在工程實(shí)際中，大型攪拌設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時因多種原因發(fā)生共振是過程裝備失效中較為典型的案例，為較詳細(xì)地反映案例教學(xué)的教學(xué)思想及教學(xué)效果，本文引用某企業(yè)發(fā)生的攪拌機(jī)共振失效案例進(jìn)行教學(xué)。此案例具體內(nèi)容如表1。

表1 典型案例的分析及結(jié)果

該案例以該事故的經(jīng)過、原始參數(shù)、直接原因、結(jié)論分析及預(yù)防措施五方面進(jìn)行分析。教學(xué)過程以課前、課中、課后三個時間段開展，知識點(diǎn)包括失效模式、失效機(jī)理等基本概念、失效分析基本程序和方法、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速及共振因素等，課前給出案例預(yù)習(xí)方向，學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)，搜集資料，寫讀書筆記，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、查閱資料的能力，養(yǎng)成發(fā)現(xiàn)問題的思維和習(xí)慣。課中，教師概要介紹該失效案例的工程背景及基本工藝參數(shù)，讓學(xué)生根據(jù)已學(xué)專業(yè)知識和了解的文獻(xiàn)初步學(xué)習(xí)與思考；然后，詳細(xì)介紹該事故的直接原因及結(jié)論分析，使學(xué)生學(xué)會如何通過現(xiàn)象判斷失效模式、辨別失效因素、從而論證失效機(jī)理，找出失效的根本原因。在該部分的分析過程中，學(xué)生不僅要掌握工程材料失效分析的基本概念，熟悉失效分析的基本方法和程序，且要融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)，深入實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行轉(zhuǎn)子偏擺量測試、轉(zhuǎn)子振動頻譜測試，轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速測試，雖然操作的是實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，但其原理與實(shí)際設(shè)備一致，學(xué)生通過這部分訓(xùn)練，掌握臨界轉(zhuǎn)速及共振的基本概念，且學(xué)會實(shí)驗(yàn)測試方法，鍛煉其試驗(yàn)設(shè)計能力及組織實(shí)施能力；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，運(yùn)用所學(xué)的有限元分析軟件對實(shí)驗(yàn)室模型及實(shí)體設(shè)備進(jìn)行模擬分析，本案例讓學(xué)生運(yùn)用該軟件對三層攪拌槳的軸系進(jìn)行了模態(tài)分析，得出坎貝爾圖及各階臨界轉(zhuǎn)速，仿真數(shù)據(jù)與實(shí)際設(shè)備數(shù)據(jù)基本一致，有限元流固耦合計算分析得出一階固有頻率480rpm，與故障頻率接近，證實(shí)了學(xué)生的建模過程及邊界條件設(shè)置正確。案例分析的最后，學(xué)生交流不同的看法和理解，一個案例的解決方案不是唯一的，案例教學(xué)中，教師可鼓勵學(xué)生轉(zhuǎn)換思路，嘗試新的解決途徑，比如：本案例的解決方法有改變軸徑、改變支撐、改變轉(zhuǎn)速等，學(xué)生們可采取不同方法進(jìn)行分析，根據(jù)實(shí)際工況選出最優(yōu)方案。課后要求學(xué)生再次查閱文獻(xiàn)，補(bǔ)充資料、根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及有限元分析結(jié)果，纂寫分析報告。

合理的考核方式是保證教學(xué)效果的必要手段，關(guān)于學(xué)生的案例學(xué)習(xí)考評，教師可根據(jù)報告質(zhì)量、實(shí)驗(yàn)過程、課堂學(xué)習(xí)表現(xiàn)給出綜合評分。

由上述所見，工科課程的典型案例分析過程實(shí)際上就是一個科學(xué)研究的過程，通過對案例教學(xué)過程合理的設(shè)計，可鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力、邏輯思維能力、獨(dú)立思考能力、學(xué)術(shù)交流能力及寫作能力等，為后期科學(xué)研究做準(zhǔn)備。

2 結(jié)論

科研能力的培養(yǎng)是我國碩士研究生教育階段的主要培養(yǎng)目標(biāo)之一，為了充分發(fā)揮課堂教學(xué)對提升研究生科研能力的作用，本文對 “工程材料及失效分析” 進(jìn)行了案例教學(xué)實(shí)踐。結(jié)論如下：

“工程材料及失效分析” 是一門多學(xué)科交叉的學(xué)科，與實(shí)際聯(lián)系緊密，與科研聯(lián)系廣泛。在該課程的教學(xué)過程中采用案例教學(xué)法，對培養(yǎng)學(xué)生的綜合科研能力具有典型意義。

選擇典型案例，采用討論、質(zhì)疑、提問、實(shí)際操作（實(shí)驗(yàn)及仿真模擬）等多種教學(xué)手段及合理的考核方式，可使研究生在全面了解課程基本知識的同時，學(xué)會一些科研手段和研究方法，鍛煉和培養(yǎng)其創(chuàng)新實(shí)踐能力、邏輯思維能力、獨(dú)立思考能力、學(xué)術(shù)交流能力及寫作能力等綜合科研能力，為后期科學(xué)研究做準(zhǔn)備。