“案例法”在材料學科教學中的應用

劉勇 朱景川 郟凌 陳國欽

摘? 要：“案例式”教學是一種能夠激發學生學習興趣，提高學習主動性，培養理論聯系實際能力非常好的教學方法。文章結合教學實踐，研究了“案例式”法及在材料學科教學中的應用。通過研究認識到，案例法是使知識點從抽象到具體的一個展示過程，是聯系理論和實踐的橋梁;“案例式”法具有使抽象的知識形象化、生動化，離散的知識關聯化，書面知識實用化以及培養創造性思維的作用。在材料學主要課程中按“材料設計”、“器件設計”、“失效分析”和“材料分析測試”類型進行了教學案例的提煉，并應用到實際教學中去，有效地提升了教學效果。

關鍵詞：案例式教學;教學實踐;材料學科

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2020）04-0122-03

Abstract： "Case-based" teaching is a very good teaching method that can stimulate students' interest in learning， improve learning initiative， and cultivate the ability to combine theory with practice. Based on teaching practice， this paper studies the "case-based" method and its application in the teaching of materials. It is recognized through research that the case method is a process of displaying knowledge from abstraction to concrete， and is a bridge connecting theory and practice; the "case-based" method has the ability to visualize， vivid， and discrete knowledge of abstract knowledge. The utility of written knowledge and the cultivation of creative thinking. In the main courses of materials science， the teaching cases are refined according to the types of "material design"， "device design"， "failure analysis" and "material analysis and testing". These cases are applied in practical teaching， and effectively improves the teaching effect.

Keywords： "case-based" teaching; department of materials

現代材料學科的教學，不僅僅是知識的灌輸，更注重能力和興趣的培養。傳統的“填鴨式”顯然不能滿足教學的需要。鑒于此，基于現代教育理論的新的教學方法的探索陸續展開。“案例式”教學是其中一種受到高度重視的教學方法。筆者近幾年在材料學科教學中就“案例式”教學做了大量的探索工作，取得了一定的成果。現就有關“案例式教學”的體會做一總結，以供交流。

一、“案例式”授課法的內涵

所謂“案例法”教學，是指將具體的知識點，融化于具體的案例中，讓學生在案例中深入領會和把握應該掌握的知識和技能[1-5]。俗語說得好，“一個好的例子，好于上千句空洞的說教。”就是這個道理。材料學科是一門理論和實踐緊密結合的學科，不但具有系統的理論性，更具有強烈的實踐性。而且某些課程的實踐性強于理論性。從具體的材料和零部件案例中更能體現材料理論和實踐的結合[6，7]。

經過大量的實踐，筆者體會到“案例法”的教學內涵為：（1）案例法是使知識點從抽象到具體的一個展示過程。可以使材料學科抽象的知識點轉化為學生可以接觸到的具體事物;（2）案例法是聯系理論和實踐的橋梁，通過案

例，學生可以體會、學習具體知識如何應用到實際中去。

二、“案例式”在教學中的作用

“案例式”教學在培養學生學習興趣，提高學習能力方面有顯著的效果。具體而言，“案例式”教學具有以下作用：（1）抽象的知識形象化、生動化;（2）離散的知識關聯化;（3）書面知識實用化;（4）培養創造性思維。

“案例式”教學可以使抽象的知識形象化、生動化。書本的知識總是非常抽象的，只有具體的例子才能使空洞的知識形象化、生動化。如氫脆的概念，簡單的講氫脆的斷口特征和機理是非常難于理解的。如果結合40CrMnSiMoVA超高強度鋼熱處理過程中的氫脆斷口案例進行講解，則會使氫脆的概念更加形象，更加易于理解。

“案例式”教學可以使離散的知識關聯化。傳統的材料理論非常注重系統性，不同的知識點分布在不同的章節中。事實上這些知識是相互關聯的。結合具體的案例，可以將這些知識點有效地進行關聯和融合。如上述40CrMnSiMoVA超高強度鋼制造的活塞桿案例將金屬材料中的40CrMnSiMoVA超高強度鋼成分、組織、性能，熱處理中的氣氛保護、淬火和回火、失效分析中的氫脆知識點融合在一起。

“案例式”教學可以使書面知識實用化。單純的知識往往是“死”的，只有實用化的知識才是活的。具體的實用案例往往使理論知識實用化。如40CrMnSiMoVA超高強度鋼制造的活塞桿熱處理案例使得學生學會怎樣根據鋼的具體成分、性能要求制定熱處理工藝，并在熱處理工藝制定中考慮如何避免引起氫脆現象。只有這樣書面知識才能實現實用化。

“案例式”教學是培養學生創新性思維的行之有效的手段。培養創造性人才是我國由“制造”大國向“創造”大國轉變的關鍵。創造性思維是創造性人才具有的基本特征。而創造性思維是在長期學習中積累起來的。因此在材料學科教學中，在傳授基本知識的同時，更要注意創造性思維的培養。創造性思維的核心是知識的融合和理論與實際的結合程度。在案例式教學中，一個有價值的案例包括材料知識、工藝知識、性能及失效分析知識;通過具體案例的學習，使學生學習到的各種知識結構強烈融合，并啟發其創造性思維。因此案例式教學有助于培養學生的創新性思維。

三、“案例式”的類型和提煉

教學案例的提煉是實施“案例式”教學的關鍵。筆者將“案例式教學”應用到材料學科《材料物理性能》《固體物理》和《熱處理工藝》等主干課程的教學中去。根據筆者的經驗，教學案例類型包括“材料設計類”、“器件設計類”、“失效分析類”和“材料分析測試類”四大類。材料設計類案例指在案例中給出零部件，根據其服役狀況和性能要求，進行材料選擇和成分設計;“器件設計類”指根據器件的工作環境和性能要求，結合相關的材料學原理進行器件的原理、結構和選材分析;失效分析類案例則是給出具體的零部件材質和處理工藝及使用中出現的問題，根據問題進行失效分析，找出設計、材料和工藝的不當之處。“材料分析測試類”案例則是指將所學的材料學的知識用于具體材料性能、組織的分析之中。具體的案例需要在材料研發和生產過程中長期進行提煉和積累。下面給出了具體的兩類熱處理具體案例的例子。

工藝設計類案例1：萬能分度頭主軸是機床重要的附件。試根據有關的工況選擇材料，并制定有關的熱處理工藝。

本案例結合調質鋼的熱處理工藝以及調質鋼材料教學進行，經過本案例，學生可以深入理解調質熱處理的概念。基本原理和工藝制定原則，并可以將材料選擇與調質熱處理工藝制定聯系，切實做到理論聯系實際。

失效分析類案例2：20CrMnTi鋼齒輪以三乙醇胺為滲劑，進行氣體碳氮共滲。結果發現延遲斷裂現象。金相組織觀察發現斷裂呈沿晶斷裂，部分準解理斷裂，晶面出現細小的爪狀撕裂線，分析原因，并給出可能解決的措施。

本案例結合滲碳鋼的化學熱處理教學而設計的。通過本案例的分析，可以使學生真正掌握滲碳鋼的滲碳熱處理工藝、滲碳鋼滲碳時應注意的問題，“氫脆”的特征和形成原因等。

具體案例的提煉，一方面要求教師真正走入到實際生產中去，從實際的生產中去發現和提煉具體的“案例”;另一方面要對教學內容和教學要求有明確的認識，要有意識地發現和挖掘“案例”，更要細心地提煉和設計教學案例。

表1給出了示范課程《材料物理性能》課程提煉的具體案例。

四、案例式教學的實施模式和實踐

在建立豐富的教學案例庫的基礎上，在合適的時機以恰當的方式引入案例是非常關鍵的，直接影響“案例式”教學效果。筆者經過幾年的實踐，總結出“案例式”教學的展開方式有以下幾種：（1）開篇提示式;（2）總結升華式;（3）首尾呼應式。開篇提示式指在一章或一節的開首講解相關的案例，并進行展開，引入要講的知識點，這樣可以激發學生的興趣。總結升華式指在講解完知識點后，引入案例，使學生加深對知識點的理解，培養理論聯系實際的能力以及分析問題和解決問題的能力。首尾呼應式指開首交代案例，留下問題讓學生思考，在講解完知識點后針對案例再進行分析總結，提升學生的學習效果。針對不同的知識點和案例可以靈活選用。

五、案例式教學效果

經過在《材料物理性能》《固體物理》和《熱處理工藝》使用案例式教學，取得了一些可喜的成果。主要體現在：（1）學生學習興趣增加，由原來“要我學”變為“我要學”，切實在教學中發揮了學生的積極性和主動性;（2）培養了學

生理論聯系實際，分析和解決實際問題的能力，使“死”的知識變“活”。實踐結果表明三門課平均成績提高5分，優秀率提高10%。

學生進行的很多案例式學習項目取得有深度的結果，其中一些結果已經在國內外有影響的學術雜志上發表。

案例1：筆者指導的一名同學在鈦合金熱處理工藝案例學習中，開發了雙重熱處理工藝，有效提高了合金的強韌性。文章發表在《材料熱處理技術與裝備》（2016年5期）上。

案例2：筆者指導的另一名同學在純鋁傳熱案例式學習項目中，采用編程的方法對半無限大物體一維非穩態導熱問題進行數值求解，得到了在第一類邊界條件下相變界面位置變化與界面移動速度變化以及兩相中的溫度變化等結果，并考察了溫度場對相變行為的影響。文章發表在《材料熱處理技術與裝備》（2016年5期）上。

總之，“案例式”教學是一種能夠激發學生學習興趣，提高學習主動性，培養理論聯系實際的非常好的教學方法，并且具有通用性。本文中“案例式”的基本思想、實踐模式可以在其他課程的教學中推廣。

參考文獻：

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