“金屬力學性能”課程建設之案例教學作用初探

張梅　張恒華　楊弋濤

摘要：本文以金屬沖擊性能章節的教學為例，引入汽車碰撞的教學案例，經過提問環節、討論環節、分析環節層層遞進，促使學生學習的興趣大漲。案例教學經驗表明：恰當運用案例植入教學中，如果再給以學生適當的實踐機會鍛煉，有助于顯著提升金屬材料工程專業本科學生的學習積極性、主動性，同時有益于鍛煉工科生的工程實踐能力。

關鍵詞：案例教學；工程實踐；綜合能力；沖擊性能；汽車碰撞

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）12-0156-02

在工科學生的培養過程中，教學方法方面始終存在是否接地氣，能否真正有助于提高學生的學習積極性和能動性，以及提高學生分析問題和解決問題能力等綜合素養的問題。案例教學不僅強有力地推動了課堂教學的互動交流，學生思維活躍、學習主動，而且，也顯著提升學生課外拓展學習的熱情。“金屬力學性能”課程案例嵌入教學過程中所積累的經驗表明：恰當運用案例植入教學中，如果再給以學生適當的實踐機會鍛煉，有助于顯著提升金屬材料工程專業本科學生的學習積極性、主動性，同時有益于鍛煉工科生的工程實踐能力，從而鍛煉其綜合能力，顯著提升其專業素養，最終提高學生的競爭實力。“案例”源自英文“case”，漢語為“個案”或“實例”。“案例”教學是上世紀20年代由美國哈佛商學院所倡導，目前案例教學法已經被許多國家的教師廣泛地應用在各學科的教學中，并取得了很好的教學效果。近年來在我國各高等院校也得到廣泛認可與實踐。案例教學是從一個個“實例”出發，通過學生查閱資料、文獻師生討論，和教師引導、分析等形式，幫助學生理解與掌握學科基本理論知識和原理，從而提高學生分析和解決工業生產的實際問題能力，達到教學相長目的的一種教學方法，從根本上提高學生學習的主動性和積極性。案例教學法與傳統教學法的主要區別是在教學中使用一個個案例，對一個個實際工程問題或難題進行抽絲剝繭的分析、討論和描述，同時也要求探討出解決這些問題的相應方法。學生通過查閱資料、文獻，積極參與討論、辯論、互動與總提煉結，加上教師的觀點、分析與引導，這樣在課堂中，師生一起參與對案例和問題的交流與討論，對鍛煉和培養學生發現問題、分析問題、解決實際問題的能力及提高學生綜合素質起到了積極的促進作用。“金屬力學性能”作為一門理論性和實踐性均很強的課，原有教材缺乏鮮活的工程實踐案例，教材與相關教學參考書籍的更新往往跟不上新材料、新工藝、新技術發展的節奏，需要不斷地充實新的內容，特別是需進行案例教學的實踐，以保持課程的先進性與應用性。

一、案例教學的重要性

1.“金屬力學性能”課程教學目的及其案例概述。“金屬力學性能”課程主要通過學習有關金屬及合金的力學性能知識，使學生能比較深入地理解金屬力學性能的本質及其與外在服役條件和內部組織結構之間的關系，從而能動地加以改變，并能根據力學性能正確地評定和選用金屬材料，同時還能運用力學性能試驗作為研究金屬材料及熱處理工藝的有力工具。教學要求如下：①通過服役分析，確定材料的力學性能指標。②了解材料力學性能的物理意義、測試方法及其應用領域。③掌握材料的成分組織與力學性能的關系，并建立失效分析的基本方法。④通過習題庫的學習，以及在線測試系統的測試，鞏固與加強所學知識。⑤通過案例教學及其研討、實驗教學等，促使學生分析問題與解決問題的能力得到提高。教學過程中結合主要課程內容，我們設置了包括“如何提高汽車的碰撞性能”、“航母甲板的耐磨性”、“如何提高大型船板的耐蝕性”及“如何提高大型鋼板的沖擊性能及韌脆性轉變溫度”等八個教學案例，其中“如何提高汽車的碰撞性能”教學案例為課程主要實施的案例。2009年以來，我國已穩居全球汽車產銷第一大國的寶座連續7年，汽車的用戶群體乃至整個社會越來越關注資源、能源危機和安全、環保等問題。因為我們發現汽車就像一把雙刃劍，在帶給我們大家現代化便捷生活的同時，也為我們帶來了諸如環境污染、能源危機和安全隱患等負面影響。其中大家最為關切也最直接、最顯著的問題是安全問題。為此，世界上很多國家都制定了實車碰撞試驗法規，所有新車上市前都要強制進行相應的碰撞試驗。目前世界上實車碰撞試驗法規主要有美國的FMVSS和歐洲的ECE兩大體系，其他國家如日本、加拿大、澳大利亞等國家的法規大多是參照上述兩個法規體系制定的。我國的國家標準委員會2006年初發布的《汽車側面碰撞的乘員保護》標準（GB20071-2006）及《乘用車后碰撞燃油系統安全要求》（GB20072-2006）7月1日起正式實施。側碰標準中明確規定，所有M1類車型（9座（以下）4輪（以上）載客機動車輛）和N1類車型（最大設計總質量≤3.5噸的4輪（以上）載貨機動車輛），都必須滿足側碰的強制性規定。而在后碰標準中則規定，所有M1類車型都必須滿足后碰強制性規定。那些不能夠達標的車輛都將被禁止銷售。由于歐洲的強制認證方式與我國的認證方式相似，與美國FMVSS法規相比，歐洲ECE法規在測試方法、碰撞角度等方面都更符合我國國內的檢測條件和實際情況，也更易實施，所以我國確定以歐洲ECE碰撞法規為借鑒基礎，依據我國情況進行了一些修改，在清華大學汽車碰撞試驗室和中國汽車技術研究中心碰撞試驗室進行了大量的碰撞試驗，才最終確定了我國實車碰撞試驗法規的內容。碰撞特性已經是公眾的關注熱點。汽車的撞擊行為恰好屬于我們的《金屬力學性能》課程的沖擊性能研究范疇，兩者有強相關性。因此，《金屬力學性能》課程教學中，教師團隊非常注意檢索碰撞相關最新資料，提取信息，搜集照片和視頻，并提煉素材，制作成圖文并茂的碰撞案例教案，在沖擊性能章節教案中引入了一些或觸目驚心或生動有趣的汽車碰撞圖文和案例，這些汽車碰撞案例在先前的教材和教案中并未涉及。源于生活、高于生活是我們學到的課程理論知識。

2.案例教學對提高學生綜合素質的重要性。“金屬力學性能”課程的案例源于工業生產中的難題，因此具有強烈的針對性和指向性，學生在案例的分析與探討過程中，學生間彼此尊重、傾聽和溝通、團體合作互動的意識獲得發展，從而激發學生探究科學的興趣，這在學生的成長過程中及其對提高學生綜合素質會發揮重要作用。

3.案例教學對教師的重要性。“金屬力學性能”原有教材缺乏鮮活的工程實踐案例，教材與教參的變化也往往跟不上新材料、新技術的發展，需要不斷地充實新的內容，特別是需進行案例教學的實踐，以保持課程的先進性與應用性；并且原來的實踐教學環節也暴露出不足：金屬材料力學性能以往的實驗課包含在理論課之中，實驗課程在較大程度上依附于理論課，往往變成了理論的驗證課，不利于綜合性、設計性實驗的進行，不利于培養學生的綜合能力和創新探索意識，也需要進行改革。

在“金屬力學性能”課程教學改革的實施過程中，由于課程的理論性強，難度較大，因此許多教師會產生困惑，導致理論與實踐脫節，從而影響教學質量。通過案例教學形式，有效地把理論學習與教育教學實踐緊密結合起來，成為溝通理論與實踐的橋梁。同時，教師不斷進行案例的凝練、分析和寫作案例教學教案的過程是一個加強工程實踐與理論有機結合，主動學習和進一步提高理論水平的過程，這種任務驅動型的學習，使教師能不斷內化理論并落實到自己的教育教學實踐中。

二、搞好案例教學的幾點思考

1.案例教學特點。“金屬力學性能”課程的案例全部來源于工程領域，具有真實性、生動性，同時又富有挑戰性。案例教學中，教學團隊憑借自身的科研積累和學科知識底蘊，呈現給學生一個個生動的案例，從實際案例中引出問題、分析問題、理出解決問題的思路。同時總結理論，靈活運用理論去解析案例。這樣，教學的趣味性大大增強，可以大大激發和提高學生自主的學習興趣，同時使學生盡早接觸并了解工程實踐場景，了解工作實際的方方面面，培養學生發現問題、分析問題和解決工程問題的能力。

2.案例教學的直觀性和具體性。案例直觀性。案例來源于實踐，具有真實性；同時它又是從科研和生產實踐中搜集，經過篩選、提煉后的成果。典型案例能更準確、更全面地反映實際。生動的案例，憑借靈活的教學方法，從實際案例中總結和深入理解理論知識，同時運用理論知識分析案例，能大大提高學生的學習興趣，促進師生間的互動交流。它比一般教學方法靈活、生動得多。案例具體性。即案例所涉及的每一個問題都是十分具體的，分析問題、解決問題的思路和整個教學過程讓學習理論知識具體化到案例剖析的過程中。

3.“汽車碰撞”案例教學的實施效果。結合案例教學發現，案例的引入，討論、互動和層層遞進的分析、總結，整個過程大大激發了學生自主學習專業基礎知識的積極性和主動性。以課程中關于沖擊性能這一章節的案例教學實踐為例，我們引入“汽車碰撞”案例。嘗試結合安全節能的時代主題，在講清基本理論知識的基礎上，通過講解汽車碰撞法規的演變過程，引出沖擊問題，以一場場車禍的照片、視頻作為案例，讓學生全神貫注于學習知識，積極開動腦筋思索。在案例中了解沖擊能量、能量吸收、應變速率、慣性對沖擊特性的影響等。讓學生在案例中了解不同材料的吸能特性、抗撞擊零件的選材要點，沖擊性能的測試評價方法和不同材料的數據分析比較結果等。通過車禍案例的解析，同學們對金屬的沖擊性能知識點的理解就比純粹從教材上學習容易得多，體驗也深入得多了。

案例教學作用的實踐和初步探索發現：典型案例引入會讓課堂學習氣氛活躍，學生學習的主動性提高，互動交流踴躍。也幫助學生更加深入理解基本理論、基本原理，讓大學本科教學中卓越工程師培養計劃的有效實施插上了翅膀，進而全面提高學生分析問題、解決實際問題的基本技能和綜合能力。

致謝：本文得到“上海市教委《金屬力學性能》重點課程建設”項目和教育部“卓越工程師教育培養計劃”（上海大學金屬材料工程專業）的資助，在此表示感謝。