案例教學(xué)在工科院校課程中的應(yīng)用研究
——以土壤污染與防治課程為例

崔紅標， 胡開新， 范玉超， 徐 磊

(1.安徽理工大學(xué) 地球與環(huán)境學(xué)院，安徽 淮南 232001; 2.南陽師范學(xué)院 地理科學(xué)與旅游學(xué)院，河南 南陽 473061)

產(chǎn)生于20世紀20年代，并于80年代進入我國教育領(lǐng)域的案例教學(xué)，可以有效彌補傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和綜合素質(zhì)，是創(chuàng)新本科課堂教學(xué)模式的重要手段.案例教學(xué)是指教師結(jié)合教學(xué)內(nèi)容與培養(yǎng)目標，選擇合適教學(xué)案例，以學(xué)生對真實事件和情境的分析、思辨為重點，提升學(xué)生應(yīng)用理論獨立思考、分析和解決實際問題的能力的教學(xué)方法[1-2].案例教學(xué)可以利用多種網(wǎng)絡(luò)資源，現(xiàn)代化教學(xué)手段，對教學(xué)案例進行深入討論分析，具有真實性、完整性、典型性和啟發(fā)性的特點[3-4]，激活學(xué)習(xí)主體，提高學(xué)生參與度，因此得到廣大教師的關(guān)注與應(yīng)用.

案例教學(xué)主要適用于管理學(xué)、醫(yī)學(xué)、教育學(xué)、工程學(xué)等實踐性要求較高的學(xué)科，主要的優(yōu)點包括：(1)情景化教學(xué).案例教學(xué)基于語言描繪、圖片展示、視頻素材等方式把學(xué)習(xí)者帶入真實或仿真的案例情境，給學(xué)生提供一種認識和解決問題的模擬實戰(zhàn)機會，通過相互交流討論，訓(xùn)練學(xué)生在一定的情境下，權(quán)衡應(yīng)變的能力[1,3].(2)教學(xué)知識的綜合性.高質(zhì)量教學(xué)案例背后所涉及的知識面較為系統(tǒng)與廣泛，借助案例有利于加深學(xué)生對基本原理和概念的理解和記憶[4].(3)開放包容性.案例教學(xué)的開放性的教學(xué)內(nèi)容和討論，突破了書本固有知識的局限，教學(xué)過程中師生可以暢所欲言.案例教學(xué)的案例或者結(jié)論往往是開放性的，不拘泥于尋找唯一的答案，培養(yǎng)學(xué)生在受限的時間、空間、人力、物力等條件下做出多種決策的能力.盡管案例教學(xué)的優(yōu)勢明顯，但是案例教學(xué)也存在一些缺點.特別是案例教學(xué)在傳授系統(tǒng)性的理論知識效率方面較傳統(tǒng)教學(xué)模式偏低[5-6]，教授同樣的知識需要更多的課時，不適用于所有類型課程.

當前，案例教學(xué)模式在我國的應(yīng)用已經(jīng)貫穿于高中、大學(xué)和研究生教學(xué)過程[4,7-8].在研究內(nèi)容上主要集中在案例教學(xué)的本質(zhì)與特點[3,9]、案例教學(xué)的過程優(yōu)化[1]和案例教學(xué)應(yīng)用實踐[4,10]等方面.案例教學(xué)可以通過真實生動的工程案例有效串聯(lián)相關(guān)教學(xué)重難點，啟發(fā)學(xué)生自主思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、主動性和積極性，彌補傳統(tǒng)教學(xué)中重理論、輕實踐的不足，已成為課堂教學(xué)中理論和實踐相結(jié)合的典范[11].

土壤污染與防治是一門實踐性較強的課程，其目標是讓學(xué)生掌握土壤污染修復(fù)的相關(guān)理論與技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生針對土壤污染控制與修復(fù)領(lǐng)域的工程實際問題進行分析、計算、歸納、總結(jié)，并提出初步解決方案的能力.由于大多數(shù)教材內(nèi)容與當前的技術(shù)發(fā)展及環(huán)保政策等存在不同程度的脫節(jié)問題，傳統(tǒng)的教學(xué)模式缺少有效的實踐及師生互動，課堂氣氛沉悶，教學(xué)效果差，無法實現(xiàn)預(yù)期教學(xué)目標.因此，筆者根據(jù)“土壤污染與防治”課程教學(xué)過程中存在的問題，闡述了采用案例教學(xué)的必要性，并以鹽堿地治理知識點進行案例教學(xué)，對比分析了案例教學(xué)與傳統(tǒng)教學(xué)的效果，最后對案例教學(xué)進行總結(jié).

1 土壤污染與防治課程教學(xué)存在的問題及使用案例教學(xué)法的必要性

1.1 土壤污染與防治課程教學(xué)存在的問題

在農(nóng)業(yè)院校，土壤污染與防治課程是土壤學(xué)的后續(xù)課程，然而對于一些工科院校，很少會前置開設(shè)土壤學(xué)課程，教學(xué)課時與教學(xué)內(nèi)容極不協(xié)調(diào).當前，在工科院校土壤污染與防治課程教學(xué)中存在一些共性的問題.

1.1.1 課程教學(xué)內(nèi)容知識面廣，更新速度快

土壤污染與防治課程在內(nèi)容上涵蓋了土壤基本特性(物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì))、土壤無機污染、有機污染、固體廢棄物污染、農(nóng)業(yè)面源污染、土壤污染監(jiān)測與評價、重金屬修復(fù)技術(shù)、有機污染修復(fù)技術(shù)及修復(fù)工程案例等.要求學(xué)生除了掌握土壤學(xué)基礎(chǔ)知識，還要具有一定的環(huán)境化學(xué)、微生物學(xué)等相關(guān)知識儲備.另外，與大氣和水污染不同，土壤污染與防治研究起步較晚，且土壤環(huán)境較為復(fù)雜，導(dǎo)致研究結(jié)論具有顯著的區(qū)域性，并容易被最新的研究結(jié)果取代.

1.1.2 實踐環(huán)節(jié)缺乏

土壤污染與防治是一門實踐性較強的課程，然而在當前工程教育背景下，多數(shù)專業(yè)的總學(xué)分大幅壓縮至140～180學(xué)分左右，且對課程教學(xué)提出了更高要求[12].以安徽理工大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)為例，土壤污染與防治課程一共32學(xué)時，不具有開展實驗及工程實踐的可行性，無法使學(xué)生直觀地理解理論知識，不利于工程教育的開展.

1.1.3 以教師為主，學(xué)生為次

傳統(tǒng)的多媒體教學(xué)過程中教師占主導(dǎo)地位，學(xué)生居從屬地位，“滿堂灌”式的知識輸出降低了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，使得學(xué)生成為知識的接收容器.另外，教師的授課完全按照教學(xué)大綱和計劃開展，未考慮學(xué)生對相關(guān)知識的掌握程度，學(xué)生也不能參與課堂討論，將本應(yīng)“以教師為引，學(xué)生為主”的課堂活動變成了授課教師的“單邊活動”，忽視了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng).

1.2 土壤污染與防治課程開展案例教學(xué)的必要性

土壤污染與防治課程實踐性較強，在向?qū)W生教授基礎(chǔ)的理論知識同時，需要增加實踐環(huán)節(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的工程職業(yè)素養(yǎng).但是，在我國當前工程教育專業(yè)認證大幅壓縮課時的情況下，增加實踐教學(xué)學(xué)時不具有現(xiàn)實可行性.案例教學(xué)方法可以向?qū)W生展示真實的工程實踐，彌補傳統(tǒng)教學(xué)“重理論，輕實踐”的不足，因此，土壤污染與防治課程引入案例教學(xué)具有極其重要的意義.如通過土壤不良結(jié)構(gòu)體改良、鹽堿地治理、重金屬和有機污染修復(fù)工程案例觀摩學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生在“聽故事”的過程中學(xué)習(xí)到工程實踐背后的基礎(chǔ)知識，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力，滿足工程教育專業(yè)認證的需要.

2 土壤污染與防治課程案例教學(xué)設(shè)計及實施——以鹽堿地治理為例

2.1 案例教學(xué)設(shè)計

案例教學(xué)中的案例是課堂教學(xué)資源的核心，師生相互討論、發(fā)言、辨析、求理等都圍繞案例開展[13].因此，案例教學(xué)不可生搬硬套，避免簡單的舉例子，應(yīng)該結(jié)合具體的案例，將課程內(nèi)容的主要知識點有機串聯(lián)，并拋出一些新的問題，師生共同互動討論，訓(xùn)練學(xué)生的批判性思維，做到相關(guān)知識灌輸?shù)臐櫸锛殶o聲.因此，教學(xué)案例選取需遵循一定的原則：針對性、問題性、完整性、客觀性、代表性、啟發(fā)性和多元性原則等[14].

大量的實踐表明，案例的選擇盡量避免大段文字贅述，最好采用動畫或視頻等簡明扼要的呈現(xiàn)案例內(nèi)容.這些特點決定了教師在案例教學(xué)中對于案例甄選的重要性，教師需要全面深入了解案例背景，理順案例中涉及的教學(xué)內(nèi)容知識點，針對性的設(shè)計嚴謹?shù)慕虒W(xué)環(huán)節(jié)，精心設(shè)計出一系列的問題，引導(dǎo)學(xué)生與教師的互動交流，最后提出1～2個略微超出于課本知識點的發(fā)散性問題，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維.基于此，筆者結(jié)合個人前期的教學(xué)實踐，精選了1個教學(xué)案例，視頻素材來源于2017年10月23日中央電視臺科教頻道播出的《土壤的秘密》上集關(guān)于熊毅院士鹽堿地治理演示實驗.該案例涉及的主要知識點有：土壤孔隙、土壤液態(tài)水的類型、毛管水、毛管力、積鹽和脫鹽、鹽堿地形成及控制技術(shù)等.

2.2 案例教學(xué)實施

2.2.1 教學(xué)準備

案例教學(xué)中，具體案例的分析、解決過程較為復(fù)雜，這需要學(xué)生能夠具備基本的基礎(chǔ)理論知識，具備一定的審時度勢、隨機應(yīng)變能力.因此，在具體案例教學(xué)的實施過程中，首先需要就案例所涉及的基礎(chǔ)理論知識進行簡單的回顧和講解，讓學(xué)生在接下來案例觀摩過程中可以很自然地聯(lián)想到有關(guān)知識點.本案例教學(xué)選取張穎等編著的《土壤污染與防治》(中國林業(yè)出版社,2012)作為教材，在引入案例前首先快速回顧土壤固相、土壤水和土壤空氣相關(guān)的理論知識；然后，講解土壤質(zhì)地(機械組成)的概念、土壤質(zhì)地的主要分類方法；最后，強調(diào)由于土壤中大量的非活性孔隙、毛管孔隙和非毛管孔隙，導(dǎo)致了我國東北、華北地區(qū)的鹽堿土存在明顯的“脫鹽”“返鹽”過程.這些知識的回顧與講解是接下來鹽堿地治理案例觀摩交流的基礎(chǔ)，具有重要的提綱挈領(lǐng)作用.

2.2.2 教學(xué)實施

案例教學(xué)過程主要包括：案例導(dǎo)入、案例分析和案例討論三個環(huán)節(jié)[14].在“脫鹽”“返鹽”過程分析后，引入井灌井排技術(shù)控制和治理鹽堿地的內(nèi)容.視頻觀摩前，告知學(xué)生本次教學(xué)的主要目的，并要求學(xué)生在案例觀摩后能夠用自己的語言描述井灌井排技術(shù)如何實現(xiàn)鹽堿地治理.在本案例教學(xué)視頻中介紹到地下水通過毛管力作用逐漸進入上層土體的時候，提出問題1：在模擬酸雨土壤淋溶實驗中需要事先使整個土柱100%水分飽和，結(jié)合目前所學(xué)的知識，討論采用從土柱頂部加入純水，還是讓純水從土柱底部緩慢進入土體？拋出問題后讓學(xué)生繼續(xù)觀摩案例視頻，觀摩結(jié)束后請學(xué)生解釋井灌井排的主要過程，將答案作為課堂作業(yè)交給教師.

通過案例視頻的觀摩，可以讓同學(xué)們對鹽堿地危害、形成原因和治理方法產(chǎn)生一種準親驗型體驗[1]，通過學(xué)生自身體驗加深對問題的理解，在較為真實的情境中消化主要知識，明白課堂中所學(xué)知識在實踐中的重要價值.

2.2.3 案例分析與討論

案例教學(xué)的目的不強調(diào)學(xué)生死記硬背基本理論知識，主要目標是通過案例的細致講解，啟發(fā)學(xué)生建立一套適合自己的獨立思考問題的方法以及分析和解決問題的批判性思維方式，使其可以從較高的視野和角度分析具體現(xiàn)象背后隱藏的科學(xué)或技術(shù)問題[3].這就要求教師需要精心設(shè)計好互動交流的話題，話題的設(shè)置既要兼顧案例背后的基礎(chǔ)知識要點，又要適當超出課本知識點范疇，培養(yǎng)學(xué)生進一步發(fā)散思維的能力.同時，教師可以學(xué)生的平時表現(xiàn)分小組或者自由回答問題，讓學(xué)生進行相互討論.

以本案例教學(xué)為例，筆者在案例視頻觀摩過程中提出的問題1(見教學(xué)實施)主要考查的知識點是土壤中分布著大量的孔隙，氣體充填在孔隙中，如果采用從頂部加入純水的話，土壤孔隙中的空氣會逐漸向土體下部移動，由于水的壓力較低，無法將所有氣體從下部出口排出，可能會在土體中形成氣泡，影響后期酸雨淋溶的實驗結(jié)果.另外，純水會優(yōu)先從土體中的大孔隙和器壁向下流動.但是讓純水通過土柱底部依靠毛管力的作用向上移動的方法可以將土壤中的空氣逐漸向上層推移，最后依靠毛管力作用實現(xiàn)土柱水分飽和.這個過程中也可以根據(jù)時間進度，適當提問學(xué)生風(fēng)干土壤、105 ℃烘干土壤和飽和水分后的土壤中分別存在哪些液態(tài)水.

（1）改善泥餅質(zhì)量，降低摩阻。施工中提高潤滑性能的關(guān)鍵在于通過控制濾失量，形成薄而致密的泥餅。通過加入足量的降濾失劑、封堵防塌劑等，有效改善了鉆井液濾失性能，減少了泥餅厚度和滲透性，增大了強度和韌性，從而起到了降低摩阻的效果，在該體系中各種降濾失劑及封堵防塌劑含量為：2%～3%SD-202、2%～3%KFT、3%～5%SMP-1、1%～2%SJ-1、2%～3%SPNH；同時加入1.5%～2%的低熒光磺化瀝青粉，加強鉆井液的護壁性，降低濾餅滲透率，提高鉆井液潤滑性，保持泥餅?zāi)ψ柘禂?shù)低于0.10。

問題1剖析解答后，提出問題2：當?shù)乇矸e累了高鹽分危害了作物生長時，采用抽取地下水灌溉表土，將表土中的鹽分洗脫淋溶到地下，實現(xiàn)鹽堿地的治理目標.這個過程中地下水本身存在一定的鹽分，抽上來灌溉土壤，豈不是又增加了土壤的鹽分含量嗎？如何理解這個問題？根據(jù)筆者多年的教學(xué)實踐，這個問題極少有學(xué)生能夠第一時間正確回答，主要的原因是學(xué)生對于鹽堿地對于農(nóng)作物危害的影響條件及作用機制不清晰.但是稍加點撥，學(xué)生很快就能夠意識到正確答案：表土積累鹽分抑制農(nóng)作物生長說明土壤中的鹽分已經(jīng)處于較高的水平(一般高于0.2%)，但是地下水含鹽量顯著低于表層土壤，不會對農(nóng)作物生長產(chǎn)生脅迫效應(yīng)，因此井灌措施可以降低鹽堿地土壤中鹽分含量，滿足農(nóng)作物的正常生長.

2.2.4 案例教學(xué)總結(jié)

案例分析討論后，請學(xué)生進行案例教學(xué)相關(guān)知識點的匯總總結(jié)，明確教學(xué)的重難點.同時，鼓勵學(xué)生主動查閱資料，從更多的角度去回答上述幾個問題.通過本次案例教學(xué)的學(xué)習(xí)，可以為未來土壤修復(fù)技術(shù)的選擇提供很好的技術(shù)指導(dǎo).最后提出問題3：假如有兩塊污染場地，其中一塊場地中土壤以黏粒和粉粒為主，另外一塊場地土壤以砂粒和粉粒為主，那么哪一種場地更適合采用土壤淋洗修復(fù)技術(shù).該問題的答案顯而易見，大多數(shù)學(xué)生可以回答出來：以砂粒和粉粒為主的土壤含有豐富的孔隙，更有利于淋洗液與土壤顆粒充分混合，淋洗土壤中的污染物.至此，該案例教學(xué)借助視頻觀摩學(xué)習(xí)，通過3個問題和1個課堂作業(yè)的有機串聯(lián)，將相關(guān)知識點的學(xué)習(xí)落腳到具體的土壤修復(fù)工程實踐中，加深學(xué)生對知識的透徹理解，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力.

3 案例教學(xué)課堂效果反饋

3.1 案例教學(xué)能讓學(xué)生更加直觀地觀摩整個實踐過程，帶著教師事先拋出的問題去學(xué)習(xí)和思考；教師會引導(dǎo)學(xué)生思考和解釋案例背后的部分專業(yè)知識，促進學(xué)生的自主思考，加深對相關(guān)知識的印象.

3.2 案例教學(xué)具有趣味性、變化性、豐富性，更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對發(fā)揮學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體作用有很大幫助，能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決問題的能力，體現(xiàn)了教學(xué)的啟發(fā)性原則.

3.3 案例教學(xué)的內(nèi)容是課堂知識的適當拓展，向?qū)W生展示如何將理論知識運用于實踐，如何解決實際問題，有助于學(xué)生開拓視野，鞏固課本知識，增強專業(yè)自豪感.

4 總結(jié)與建議

(1)優(yōu)秀的案例是保證良好教學(xué)效果的前提，這需要教師對課程知識點爛熟于心.教師需要在日?？茖W(xué)研究、科普宣傳和有關(guān)科教頻道等視頻資源方面做好積累，仔細甄選優(yōu)秀典型教學(xué)案例，明晰案例背后涉及的主要知識點.

(2)教師需要精心設(shè)計教學(xué)過程.特別是如何高效串聯(lián)有關(guān)知識點，并找到合適的時機來引入案例等.另外，教師需要在案例觀摩前、觀摩中和觀摩后精心設(shè)計一系列問題，這些問題既要包括知識點，也要適當超出課本基礎(chǔ)知識范疇，且答案具有一定的開放性.教師要在課堂教學(xué)過程中做好引導(dǎo)作用，鼓勵學(xué)生相互交流討論，培養(yǎng)學(xué)生的思辨能力.

(3)教師需要處理好傳統(tǒng)教學(xué)與案例教學(xué)的銜接問題.案例教學(xué)后若采用傳統(tǒng)教學(xué)方式學(xué)習(xí)新的知識點，學(xué)生可能還沉浸在案例教學(xué)的情景中，顯著降低新知識點的學(xué)習(xí)效果.因此，案例教學(xué)盡量設(shè)置在當次教學(xué)的后半段.