工科專業課程中的案例教學研究

摘要：以材料成形專業為例，在材料成形工藝相關課程中講授各種材料成形方法時，抓住各種方法之間客觀存在的內在聯系，結合生產實際、采用案例教學法進行教學，啟發學生去觀察、比較和討論，使學生在學習知識的同時增強工程素質和能力，特別是提高創新能力。

關鍵詞：案例教學法；發動機缸體；材料成形

作者簡介：吳樹森（1961-），男，重慶人，華中科技大學材料科學與工程學院，教授；萬里（1970-），男，湖北沙市人，華中科技大學材料科學與工程學院，副教授。（湖北 武漢 430074）

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2012）35-0041-02

要將我國建設成為創新型國家需要大批創新型人才。高等學校應該成為創新人才成長的搖籃。大學課程不能只傳授知識，而應注重引導學生主動獲取知識、發現規律，促使他們成長為國家需要的創新人才。在設置機械、材料及材料成形等專業的高等院校中都開設有與材料成形相關的許多課程，學生量大，教育面廣。在與材料成形工藝技術相關的課程中（如“機械制造工藝基礎”、“材料成形工藝”、“合金材料”、“特種鑄造設備”等課程）如何實現教學目標呢？采用案例教學法、結合生產實際進行教學，利用多種媒體啟發學生去觀察、比較和討論能夠取得較好的教學效果。

傳統教學方法一直是以灌輸式方法為主，主要是教師將基本知識原理進行講解。為了幫助學生理解，至多附加幾個例證，考試也大都是對所學知識的記述和說明。這種教學和考試方法使學生成了被動的知識接受者，不能激發學生的主動性和獨立性思維，難以培養學生的創新能力。案例教學法是根據教學目的要求，將已發生或將來可能發生的問題作為案例，組織學生對案例進行調查、閱讀分析、討論交流，提出各種解決問題的方案，并對之進行論證說明，促使學生加深對知識的理解，從而提高其發現問題、分析問題和解決問題的能力。案例教學法最初由美國哈佛大學商學院大力提倡和推行，現已被廣泛應用于醫學、法學、軍事學、經濟學、管理學和教育學等領域的教學過程。[1-2]然而，如何將案例教學法應用到材料成形相關課程的教學中，是需要探索和研究的教改課題。[3]

下面以一個具體的案例為例，介紹材料成形課程中應用案例教學法的情況。例如：在對“各種鑄造方法”這一內容進行教學的時候，教師以發動機缸體為例，從砂型鑄造入手，串聯了實際生產中與其制造過程相關的七種鑄造方法。教師提供實際生產中各種鑄造方法應用的情況，與學生一起分析該工藝方法的優勢和不足，鼓勵學生提出改進方案。教學思路是：某種鑄造方法→了解其生產過程和特點→介紹用該方法生產發動機缸體的現狀（包括鑄件的質量、生產的經濟性、應用的范圍等）→分析主要問題產生的原因→提出新的工藝方案→設想建立新的鑄造方法……（依次循環）。

選擇發動機缸體作為教學案例，是因為這個部件是各類發動機中的重要零件，學生在前期的金工實習時接觸過它，對它的形狀特征和使用要求比較熟悉。缸體的壁薄，內外形狀復雜；雖然功能單一，但使用場合不同，其形狀、大小、材料和成形方法都不一樣。實際生產中涉及的鑄造方法較多。鑄造發動機缸體常用的方法及教學內容可濃縮可為表1。[4-5]

在介紹每種鑄造方法的工藝過程時，教師先針對其特點提出2～3個問題，讓學生帶著問題看生產實景錄像，看完后回答這些問題。比如，看壓力鑄造錄像前可提出如下問題：與金屬型鑄造相比，壓鑄型的結構及材料與金屬型有何不同？為什么壓力鑄造能夠做出壁薄、尺寸精度高、力學性能好的鑄件？壓鑄件為什么容易產生氣孔？如何減少或避免氣孔缺陷？

教師提供部分資料，讓學生收集、整理相關資料。歸納該方法的優缺點時，教師盡量用生產現場獲取的照片、收集到的數據制成的圖片、鑄件凝固模擬的動畫、本課程實驗的結果、從各類雜志或有關會議獲取的資料來闡述結論。如在分析發動機缸體壓力鑄造的利弊時，通過實物照片比較壓鑄件與砂型鑄件的不同，用數據說明壓鑄的缸體重量輕、尺寸精度高、表面質量好；通過播放生產現場錄制的視頻（見圖1），讓學生感受到壓力鑄造的高效率（2分鐘/件）；用發動機缸體的解剖照片或實物（見圖2），說明鑲嵌法壓鑄的優勢及鑄件內部氣孔大小及分布情況。最后得出結論：大批量生產轎車的發動機缸體可以選用鋁合金、壓力鑄造成形，但需防治氣孔，保證鑄件質量穩定。

說明該方法的應用范圍時，始終圍繞著“以最經濟的手段生產出合格的產品”這個原則來講解、討論。如貨車發動機缸體可選用灰鑄鐵、砂型鑄造成形；轎車發動機缸體可選用鋁合金、壓力鑄造成形；賽車發動機缸體可選用鎂合金低壓鑄造成形等等。

讓學生提出新的工藝方案時，教師反復播放鑄件合箱澆注時的動畫（見圖3），提示獲得重量輕、質量好的鑄件可以改變的生產條件（包括合金材料、模樣類別、鑄型材料、型芯材料、金屬液的充型速度、澆注溫度等）。

最后根據使用對象將發動機缸體分為兩類。歸納每類缸體常選用的材料、適宜采用的鑄造方法及鑄造技術的發展方向，見表2。

同時結合教學內容討論兩個問題：新工藝、新方法誕生的條件是什么？怎樣做才能進行方法創新或創新設計？討論情況見表3。

經過討論，學生對教學內容有了深入認識，提出了一些具有想象力的新的工藝方法及措施。大家最后認識到——實踐出真知，創新無止境。

以前在教學中主要通過放錄像來講授各種鑄造方法。這樣做雖然講課的效率高，但是學生只是新鮮一會兒就忘記了。現在采用案例教學法、結合生產實際進行教學，從新技術新工藝的誕生、發展及應用中尋找其內在的聯系和創新的源泉，利用多種媒體啟發學生去觀察、比較和討論，充分調動他們學習的主動性和積極性，讓學生成為學習過程中的主人。這種教學方法的效果是：學生不僅掌握了課程知識，同時了解了生產實際情況及新技術、新工藝的發展方向，增強了工程素質和創新能力。這樣的教學方法對培養創新型人才具有重要的作用和意義。

參考文獻：

[1]劉曉晶，吳海燕.案例教學法與創新人才培養[J].黑龍江高教研究，2008，（3）：167-169.

[2]陳福松.案例教學與創新型人才培養[J].揚州大學學報（高教研究版），2009，（5）：81-83.

[3]張月琴，孫冰.案例教學法在“大學信息技術”課程中的應用研究[J].中國電力教育，2012，（25）.

[4]萬里.特種鑄造工學基礎[M].北京：化學工業出版社，2009.

[5]蔡啟舟，吳樹森.鑄造合金原理及熔煉[M].北京：化學工業出版社，

2010.

（責任編輯：王祝萍）