具有石油特色的系統(tǒng)性案例教學(xué)法研究

薛亞茹

摘要：通過對案例教學(xué)概念的分析，提出系統(tǒng)性案例教學(xué)的概念，介紹卷積案例的三步實施措施及在石油勘探領(lǐng)域的應(yīng)用。系統(tǒng)性案例教學(xué)將某一課程通過一個案例貫穿起來，通過多個子案例教學(xué)分別實施，最后達到課程教學(xué)體系的統(tǒng)一。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)法；系統(tǒng)性；石油特色

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）17-0192-02

在我國，受歷史傳統(tǒng)影響，老師教、學(xué)生學(xué)的課堂教學(xué)模式是目前教育界普遍采用的教學(xué)方式。該教學(xué)方法以老師為主體，學(xué)生思路被動跟隨老師，在一定程度上限制了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，難以培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的思維能力。新世紀已跨越十余載，對學(xué)生培養(yǎng)目標、培養(yǎng)方式的探討一直是教育界的熱點。2015年，國務(wù)院辦公廳發(fā)布了《關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》（以下簡稱《意見》）。《意見》以創(chuàng)新人才培養(yǎng)機制為重點，提出促進高等教育與科技、經(jīng)濟、社會緊密結(jié)合，加快培養(yǎng)富有創(chuàng)新精神、勇于投身實踐的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才隊伍?！兑庖姟访鞔_指出了培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力是今后高等教育的方向，但是如何改革目前傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以適應(yīng)新時期學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的需求，是當(dāng)前亟待解決的問題。

案例教學(xué)淵源已久，1829年，英國法學(xué)界開始使用案例教學(xué)法；1919年，哈佛商學(xué)院（HBS）將它引入商學(xué)教育，使案例教學(xué)法在MBA教育中得到長足發(fā)展。哈佛管理案例教學(xué)不同于傳統(tǒng)的課堂講授，不是為了給學(xué)員一個標準答案或者解決具體問題的辦法，它側(cè)重于理論的應(yīng)用，需要學(xué)員積極參與討論，是一種以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)方法（participant-centered learning）[1]。該教學(xué)方法改變了教學(xué)主體，加強了學(xué)生參與教學(xué)的深度，推動了學(xué)生在課堂上的積極思考，培養(yǎng)了學(xué)生主動思考的能力，提升了學(xué)生解決問題的能力，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的一種基本教學(xué)方法。該方法在我國的MBA教育中也得到了廣泛應(yīng)用，并逐漸在計算機教育和英語教學(xué)中推廣[2，3]，但是在工科理論教學(xué)中尚鮮見，因此，如何在工科理論教學(xué)中引入該方法，促進學(xué)生能力培養(yǎng)，進而提升教學(xué)質(zhì)量，是一個值得探討的教學(xué)課題[4]。

一、案例教學(xué)基本概念剖析

（一）案例教學(xué)法的定義

所謂案例教學(xué)法是指教學(xué)者使用案例，以團體和小組討論、角色扮演等方式來增進成員間的交流，引發(fā)學(xué)習(xí)者思考，并給予成員真實狀況學(xué)習(xí)的一種教學(xué)方法[5]。該定義從教學(xué)模式的組織過程——小組討論、教學(xué)目的、引發(fā)思考的角度給出了案例教學(xué)法的定義。我國學(xué)者認為案例教學(xué)是一種以教學(xué)案例為基礎(chǔ)，以學(xué)生在課堂內(nèi)外對真實事件和情境的分析、思辨為重點，以提升學(xué)生應(yīng)用理論創(chuàng)新性解決實際問題的能力為目標的教學(xué)方法[6]。該定義從更高層次說明案例教學(xué)法的最終目的是學(xué)生創(chuàng)新性解決實際問題的能力的培養(yǎng)，推動教學(xué)活動從“教師本位”轉(zhuǎn)向“學(xué)生本位”，真正體現(xiàn)了教學(xué)本質(zhì)是對人的培養(yǎng)，而不僅僅是知識的傳授。

（二）案例教學(xué)法的理解

案例教學(xué)法不僅僅局限于課堂，在我們?nèi)粘Ｉ钪幸搽S處可見，我們所熟知的成語“塞翁失馬”、“圍魏救趙”等都是很好的案例故事，通過這些案例告訴人們一些簡單道理，但這僅僅是學(xué)的層次，而非“會學(xué)”層次。案例教學(xué)不同于舉例分析，僅僅是一個實例，也不是教師指導(dǎo)下的學(xué)生實踐訓(xùn)練課程。通常，案例教學(xué)要經(jīng)過事先周密的策劃和準備，要使用特定的案例并指導(dǎo)學(xué)生提前閱讀，要組織學(xué)生開展討論或爭論，形成反復(fù)的互動與交流，通過各種信息、知識、經(jīng)驗、觀點的碰撞來達到啟示理論和啟迪思維的目的[7]。目前的案例教學(xué)法通常在一次課或幾次課就設(shè)計一個案例教學(xué)，完成某一教學(xué)模塊。但是對于系統(tǒng)性理論教學(xué)，整本教材自成體系，將各個知識分成模塊化分別采用案例教學(xué)法僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)對知識模塊的認知，對知識體系認知無法體現(xiàn)，也就無法提升學(xué)生對整個知識體系的思辨能力。因此，我們認為在理論教學(xué)中引入一個系統(tǒng)的案例，提升學(xué)生對全局知識的把控能力，同時培養(yǎng)學(xué)生解決問題的遞進思維能力是一個值得嘗試的方案。

二、《信號與系統(tǒng)》案例實例分析

《信號與系統(tǒng)》是一門理論性較強的課程，公式多、概念抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)困難，因此，可以提出一個簡單易懂的實例貫穿整個課程以達到認知、提升、遷移的目的。對于石油大學(xué)的學(xué)生，為了普及石油基本知識，我們以卷積與反卷積這一概念為引子，在課堂教學(xué)中引入了高分辨率勘探信號處理這一實例教學(xué)。

（一）概念的基本認知

卷積是信號處理的一個基本概念，很多同學(xué)對這一概念的理解往往停留在計算的層次，對其物理概念并不理解，因此我們首先從簡單的卷積物理概念引入案例教學(xué)，一方面使得學(xué)生學(xué)起來容易，二來吸引學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。卷積的本質(zhì)是對某一個基本信號的移位加權(quán)求和，那么這當(dāng)中的基本信號、移位、加權(quán)、求和分別怎么理解，又對應(yīng)著什么樣的物理現(xiàn)象，如何把這些抽象的概念和實際結(jié)合，以實例讓學(xué)生形象化理解抽象概念是教學(xué)的切入點。地震勘探的基本原理是地震子波經(jīng)過地層多次反射，通過獲得的反射波反映地下構(gòu)造。這一基本過程中地震子波是卷積中的基本信號，每一次反射都是子波的一次移位處理，不同介質(zhì)的反射系數(shù)反映了對子波振幅的加權(quán)，所有反射波的疊加就是求和過程，因此上述勘探過程恰恰是一個簡單而明了的卷積模型。通過該物理現(xiàn)象，同學(xué)們能夠清楚地理解卷積的實質(zhì)。以此類推，回聲信號、雷達信號等概念均可以該實例理解，起到舉一反三的作用。

（二）概念的理解提升

卷積的正過程是生活中的物理現(xiàn)象，但實際工程中往往需要解決的是反卷積問題，就此案例進行知識提升，引入反卷積概念。對于反卷積，首先，介紹反卷積的計算方法，在該方法中通過實例引出子波的相位概念，分析最小相位子波、最大相位子波和混合相位子波反卷積的結(jié)果差異，從而引出了反卷積的不穩(wěn)定性概念；第二，通過計算發(fā)現(xiàn)反卷積的計算復(fù)雜，如何來解決這個問題呢？通過計算方面的問題導(dǎo)出問題需要在變換域解決。

（三）認知的遷移

通過上述卷積與反卷積的學(xué)習(xí)，我們引出了子波相位問題、計算量問題，這些問題如何更深層次地解決，變換域方法不失為一個好的方案，順其自然將知識遷移到變換域。首先是傅里葉變換，利用傅里葉變換首先解決了反卷積的計算量問題，然后在頻域解釋了為什么最小相位子波的反卷積是穩(wěn)定的，而最大相位子波是不穩(wěn)定的；其次是學(xué)習(xí)Laplace變換，分析最小相位子波和最大相位子波的零極點分布，進一步明確了哪類子波可以進行穩(wěn)定的反卷積。

通過以上卷積案例學(xué)習(xí)，將信號系統(tǒng)的時域分析方法、變換域分析方法串聯(lián)起來，形成了一個完整系統(tǒng)的案例。通過案例教學(xué)，問題不斷地被解決—被提出—再解決，在這個過程中，提高了學(xué)生挖掘問題、提出問題、解決問題的能力，潛移默化地培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性能力；上述案例教學(xué)在問題的提出、解決階段都可以通過小組討論、情景設(shè)置等方式實現(xiàn)。案例教學(xué)不僅僅是教學(xué)模式的改革，更應(yīng)該是一種培養(yǎng)模式的改進。

三、總結(jié)

本文通過對案例教學(xué)的概念進行剖析，提出了系統(tǒng)性案例教學(xué)概念，并通過地震勘探中的卷積概念闡述了如何在信號與系統(tǒng)教學(xué)中實施。通過這種系統(tǒng)的案例教學(xué)，不僅實現(xiàn)了常規(guī)案例教學(xué)小組討論、激發(fā)思維的目的，同時教會學(xué)生從全局把握課程體系，從全局提出問題、解決問題。

參考文獻：

[1]武亞軍，孫軼.中國情境下的哈佛案例教學(xué)法：多案例比較研究[J].管理案例研究與評論，2010，3（1）：12-25.

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[7]王名，張智勇，仝志輝.中國公共管理案例（第一輯）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.