基于案例教學(xué)法的教學(xué)探索與研究

羅 燦 成 立

（揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院 江蘇·揚(yáng)州 225009）

0 引言

案例教學(xué)法通過(guò)分析典型案例來(lái)進(jìn)行教學(xué)，通過(guò)討論分析典型案例，提出針對(duì)性解決方案，促使學(xué)生掌握相關(guān)專(zhuān)業(yè)知識(shí)和實(shí)踐技能。[1-2]案例教學(xué)的主要教學(xué)目的是提高學(xué)生對(duì)知識(shí)理論加強(qiáng)理智性的理解及應(yīng)用能力，提高和培養(yǎng)學(xué)生的評(píng)論性、分析性、推理性的思維和概括能力、辯論能力以及說(shuō)服力方面的能力和自信心。案例法在國(guó)內(nèi)最早可以追溯至春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，諸子百家通過(guò)民間故事闡明事理，形成了大量成語(yǔ)，匯集成我國(guó)獨(dú)一無(wú)二的中華成語(yǔ)庫(kù)。盡管當(dāng)時(shí)未被稱(chēng)為案例教學(xué)法，但他們將閃爍著智慧光芒的生動(dòng)案例傳于后人，以供深入學(xué)習(xí)。而在國(guó)外，則可追溯到古希臘和古羅馬時(shí)代。比如古希臘教育家蘇格拉底提倡的對(duì)話式、討論式、啟發(fā)式教育法，通過(guò)向?qū)W生提問(wèn)，不斷揭示對(duì)方回答問(wèn)題中的矛盾，引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出一般性的結(jié)論。其弟子柏拉圖將問(wèn)答編輯成書(shū)，以故事為媒介說(shuō)明道理，開(kāi)辟了西方案例教學(xué)先河。現(xiàn)代案例法則是美國(guó)哈佛大學(xué)工商管理研究生院于1918 年首創(chuàng)的。該法適用于經(jīng)濟(jì)、管理和法律等專(zhuān)業(yè)，目前已廣泛延伸至醫(yī)學(xué)、教育和工程等各類(lèi)專(zhuān)業(yè)，深受學(xué)生歡迎。時(shí)至今日，哈佛商學(xué)院里已有超過(guò)80%的課程以案例法為主。現(xiàn)代案例法在國(guó)內(nèi)推廣較晚，我國(guó)工商行政代表團(tuán)于1979 年訪問(wèn)美國(guó)后才將案例教學(xué)法介紹到國(guó)內(nèi)。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)條件下的信息傳輸主體單一化的格局已經(jīng)被打破，教師不再是惟一的信息傳播主體，而且也不再擁有惟一的信息話語(yǔ)主導(dǎo)權(quán)，變革傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方法，推行案例教學(xué)法勢(shì)在必行。[4]然而，受到符合條件教師少、學(xué)生多、案例匱乏與教學(xué)方式更新慢等方面的限制，案例教學(xué)在我國(guó)的推行較為緩慢，這對(duì)教師的引領(lǐng)能力、學(xué)生的數(shù)量、學(xué)生良好基礎(chǔ)和主動(dòng)自覺(jué)性、案例的強(qiáng)工程背景和豐富性等提出了很高的要求。此外，教育界對(duì)案例教學(xué)法研究不夠也是推行緩慢的重要原因之一。

歷經(jīng)60 多年的積累和沉淀，泵站工程已成為我校水利工程乃至工科的一張名片。在我校一代又一代水利人的努力下，水利水電工程發(fā)展為我校國(guó)家級(jí)特色專(zhuān)業(yè)，而水泵及水泵站課程被評(píng)為國(guó)家精品課程，其課程團(tuán)隊(duì)則被評(píng)為國(guó)家教學(xué)團(tuán)隊(duì)。基于上述對(duì)案例教學(xué)的迫切性和必要性，筆者從課程實(shí)際出發(fā)，設(shè)計(jì)了水泵及水泵站課程的案例教學(xué)。作為保證本教學(xué)研究開(kāi)展的最重要支撐，長(zhǎng)期以來(lái)團(tuán)隊(duì)積累了大量關(guān)于泵站的案例素材，形成了特色鮮明的案例庫(kù)。礙于篇幅，本文將以泵站進(jìn)水建筑物為例，詳細(xì)透徹地闡述如何開(kāi)展課程案例教學(xué)。

1 面向?qū)I(yè)及課程

對(duì)于以泵站工程為特色的本科水利水電工程專(zhuān)業(yè)、農(nóng)田水利工程專(zhuān)業(yè)和研究生水利工程、土木水利泵站方向而言，很多課程均是圍繞泵站展開(kāi)的，其中就包括本科階段的水泵及水泵站課程和研究生階段的泵站新技術(shù)、泵站經(jīng)濟(jì)運(yùn)行乃至技術(shù)計(jì)算語(yǔ)言等課程。以水泵及水泵站為例，該課程是水利水電工程和農(nóng)業(yè)水利工程專(zhuān)業(yè)的面向本科生的專(zhuān)業(yè)主干必修課程，涉及土建、機(jī)械和電氣等學(xué)科。就水泵而言，雖然絕大多數(shù)同學(xué)基本了解水泵的作用和工作原理，但是關(guān)于水泵分類(lèi)、性能和基本理論卻知之甚少。而對(duì)于泵站，可能僅有少數(shù)同學(xué)見(jiàn)過(guò)抽水站、排灌站、翻水站或泵站，但對(duì)泵站的結(jié)構(gòu)和組成等毫無(wú)概念。因此，對(duì)于學(xué)生而言，水泵及水泵站課程具有一定的抽象性、實(shí)踐性和強(qiáng)工程背景性。本課程主要的內(nèi)容分為水泵和泵站兩大部分，其中水泵部分包括水泵的類(lèi)型與構(gòu)造、水泵基本理論、水泵能量和空化性能、水泵運(yùn)行工況點(diǎn)的確定與調(diào)節(jié)以及水泵選型和動(dòng)力機(jī)配套等內(nèi)容，而泵站部分則包括泵站工程規(guī)劃、泵房和進(jìn)出水建筑物的設(shè)計(jì)方法以及泵站水錘計(jì)算和防護(hù)等內(nèi)容。

2 案例法教學(xué)優(yōu)點(diǎn)

目前課程多采用多媒體課件教學(xué)（PPT）與黑板板書(shū)教學(xué)相結(jié)合，課堂理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室教學(xué)相結(jié)合的方式展開(kāi)授課。為了進(jìn)一步提高教學(xué)效果，本文以泵站進(jìn)水建筑物為例，設(shè)置泵站進(jìn)水建筑物典型案例，輔以合理的講授方式，實(shí)現(xiàn)案例法教學(xué)目標(biāo)。采用案例教學(xué)法開(kāi)展教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)有：（1）以典型案例為先導(dǎo)，建立起理論和實(shí)際工程的橋梁，加深學(xué)生印象，提高教學(xué)效果。（2）加強(qiáng)同學(xué)動(dòng)手能力，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力。（3）幫助同學(xué)牢固樹(shù)立工程背景意識(shí)，為了盡可能實(shí)現(xiàn)工程既定目標(biāo)，加強(qiáng)學(xué)生的科學(xué)規(guī)劃意識(shí)、工程責(zé)任意識(shí)和專(zhuān)業(yè)思想。

3 泵站進(jìn)水建筑物案例設(shè)置

泵站進(jìn)水建筑物包括前池、進(jìn)水池、進(jìn)水流道等，課程講授中分別針對(duì)上述進(jìn)水建筑物展開(kāi)的。考慮到工程實(shí)際，筆者主要將就前池、進(jìn)水池和進(jìn)水流道兩類(lèi)典型工程設(shè)置案例。

3.1 前池案例

前池的設(shè)置是為了引導(dǎo)引渠中的水平順地?cái)U(kuò)散，其形式和幾何尺寸應(yīng)盡可能地防止旋渦等不良流態(tài)的發(fā)生。目前，現(xiàn)行幾乎所有教材在對(duì)前池進(jìn)行分類(lèi)時(shí)均采用的是正向進(jìn)水[5]和側(cè)向進(jìn)水兩種基本的進(jìn)水分類(lèi)方式，就學(xué)生理解而言，按照此種方式講授沒(méi)有任何問(wèn)題。在實(shí)際工程中，正向進(jìn)水前池除了擴(kuò)散角存在差異，但需滿足標(biāo)準(zhǔn)外，其他相差不大，但是不同工程的側(cè)向進(jìn)水前池就表現(xiàn)出了巨大的差異性，筆者前期針對(duì)不同形式的前池開(kāi)展了大量的研究工作，將側(cè)向進(jìn)水前池總結(jié)為單側(cè)向進(jìn)水前池、[6]雙側(cè)向進(jìn)水前池和閘站式側(cè)向進(jìn)水前池[7]等，如圖1～4 所示。為此，通過(guò)CFD 技術(shù)對(duì)不同形式的前池進(jìn)行數(shù)值分析，加深學(xué)生對(duì)所學(xué)前池知識(shí)的理解。

圖1 正向進(jìn)水前池

圖2 單側(cè)向進(jìn)水前池

圖3 雙側(cè)向進(jìn)水前池

圖4 閘站式側(cè)向進(jìn)水前池

3.2 進(jìn)水池案例

進(jìn)水池是中小型泵站連接前池和吸水管之間的進(jìn)水建筑物。設(shè)計(jì)進(jìn)水池時(shí)，需保證良好的進(jìn)水流態(tài)。一般而言，進(jìn)水池?cái)嗝鏋榫匦危灿袑?duì)稱(chēng)多邊形、半圓形和對(duì)稱(chēng)蝸殼形等其他形式。[8]講授本部分內(nèi)容時(shí)，為了學(xué)生對(duì)進(jìn)水池特點(diǎn)有更好的把握，讓學(xué)生通過(guò)CFD 技術(shù)分別對(duì)不同形式的進(jìn)水池展開(kāi)數(shù)值實(shí)驗(yàn)，分析懸空高、后壁距、淹沒(méi)深度、池寬和池長(zhǎng)等尺寸對(duì)進(jìn)水池內(nèi)流態(tài)的影響情況，讓學(xué)生有更好的理解。

3.3 進(jìn)水流道案例

對(duì)于大型泵站而言，往往采用進(jìn)水流道作為進(jìn)水建筑物以連接前池和水泵。常見(jiàn)的進(jìn)水流道有肘形進(jìn)水流道、鐘形進(jìn)水流道、斜式進(jìn)水流道、簸箕形進(jìn)水流道、豎井式進(jìn)水流道、燈泡式進(jìn)水流道、平直進(jìn)水流道和雙向進(jìn)水流道等。由此可知，進(jìn)水流道的形式較多，學(xué)生在接受該部分知識(shí)時(shí)，表現(xiàn)并不理想。因此考慮采用CFD技術(shù)，依托實(shí)際工程，分別對(duì)各類(lèi)進(jìn)水流道展開(kāi)數(shù)值研究，提升學(xué)生對(duì)該部分知識(shí)的接受能力。

4 教學(xué)效果保證措施

理想的教學(xué)效果與切實(shí)有效的保證措施是分不開(kāi)的。不同于傳統(tǒng)教學(xué)，案例教學(xué)若要達(dá)到理想的效果，必須要從案例選編、有效組織和討論評(píng)價(jià)三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)展開(kāi)。

4.1 案例選編

案例選編的基礎(chǔ)在于授課老師必須首先對(duì)典型工程進(jìn)行梳理、遴選、分類(lèi)和匯總。3.1～3.3 節(jié)詳細(xì)闡述了案例選編的分類(lèi)依據(jù)，但是在此必須要指出的是，不管是哪個(gè)案例，都必須要求是實(shí)際工程，要有對(duì)應(yīng)的工程名稱(chēng)。這樣做的主要目的是告訴學(xué)生案例是實(shí)際存在的，具體講授時(shí)則要把工程背景講給學(xué)生。這樣一來(lái)，一方面增加課程的生動(dòng)性，提高學(xué)生的興趣，另一方面也有助于培養(yǎng)工科學(xué)生從實(shí)際出發(fā)考慮問(wèn)題、解決問(wèn)題的習(xí)慣，引導(dǎo)學(xué)生克服將來(lái)進(jìn)入工作或科研時(shí)思維的不適。

4.2 有效組織

學(xué)校購(gòu)置了 ANSYS、FLUENT、CRADLE、XFLOW 等計(jì)算流體軟件，能夠有效地保障學(xué)生軟件的正常使用。CFD 的學(xué)習(xí)是一個(gè)系統(tǒng)的過(guò)程，從前處理到網(wǎng)格剖分和計(jì)算設(shè)置，直至后處理，整個(gè)過(guò)程周期較長(zhǎng)，在現(xiàn)有的教學(xué)周期模式下，僅靠一個(gè)同學(xué)的力量是根本完成不了的，因此需要對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，比如可分為前處理組、網(wǎng)格和計(jì)算設(shè)置組、后處理組，要求學(xué)生分工合作，這也將有助于培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)意識(shí)和協(xié)作能力。此外，在整個(gè)過(guò)程中還涉及了AUTOCAD 和UG 等建模軟件，TECPLOT、MATLAB、ORGIN等分析軟件，以及其他必要的軟件。這將大幅提升學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，有益于培養(yǎng)出適應(yīng)能力強(qiáng)的復(fù)合型人才。學(xué)生不管是將來(lái)走向工作崗位還是選擇繼續(xù)深造，均能如魚(yú)得水。

4.3 討論評(píng)價(jià)

作為案例教學(xué)的關(guān)鍵一環(huán)，組織討論和老師評(píng)價(jià)極其重要。具體而言，要根據(jù)學(xué)生的任務(wù)完成度、完成質(zhì)量、匯報(bào)討論情況，綜合評(píng)價(jià)學(xué)生的成績(jī)。同時(shí)借匯報(bào)討論的機(jī)會(huì)，一方面提高學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力，鍛煉學(xué)生的心理素質(zhì)，另一方面增加學(xué)生的學(xué)術(shù)交流能力，提高學(xué)生的學(xué)術(shù)思維和素養(yǎng)，比如學(xué)生可以就分析不同形式的前池和進(jìn)水流道的特性和存在的問(wèn)題展開(kāi)交流，甚至針對(duì)進(jìn)水池的不同尺寸所帶來(lái)的流動(dòng)特性的影響展開(kāi)討論。

5 結(jié)語(yǔ)

多數(shù)同學(xué)對(duì)泵站尤其是大型泵站幾乎沒(méi)有認(rèn)知，以往課程講授采用的是傳統(tǒng)黑板板書(shū)結(jié)合PPT 的形式。結(jié)合課程特點(diǎn)，以提高課程教學(xué)效果和培養(yǎng)學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題的能力為目的，本文制定一套泵站進(jìn)水建筑物案例教學(xué)，沿襲案例教學(xué)法的方法，遵循其規(guī)律，首先以理論部分的教學(xué)工作為引，穿插實(shí)際典型工程，將實(shí)際與理論結(jié)合起來(lái)，幫助學(xué)生深入學(xué)習(xí)和理解。為此，本文以泵站中的進(jìn)水結(jié)構(gòu)為例，詳細(xì)闡述了案例的制作依據(jù)和過(guò)程，并從案例選編、有效組織和討論評(píng)價(jià)三個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)出發(fā)提出對(duì)應(yīng)的保障措施。針對(duì)案例教學(xué)的研究可能還有很多未盡之處和不完善的地方，還有待于進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。本文的探索不僅能用于本科水泵及水泵站教學(xué)中，甚至還用于研究生相關(guān)課程的教學(xué)中，同時(shí)對(duì)其他課程的教學(xué)也有一定的借鑒意義。