案例教學在材料力學教學中的探索與思考

楊少紅 吳蒙蒙 胡年明

海軍工程大學基礎部，湖北 武漢 430033

案例教學作為提高學生分析和解決實際問題能力的重要手段之一，在地方高校中已得到廣泛運用，并取得了很好的教學效果。隨著全軍第十五次會議確定了由學歷教育為主向任職教育為主轉變的指導思想后，軍隊院校也開展了案例教學改革，并在任職教育中廣泛推動這一改革。專業基礎課在學員學完公共課之后進行的，是學員學習和掌握專業課程的前期基礎。如果不能很好地理解和掌握專業基礎課，學員將無法很好地理解和掌握后續專業課的內容。材料力學是一門理論性和實踐性較強的工程與專業基礎課程，由于其內容龐雜、公式繁多，再加上有些內容抽象難以理解，學員學習起來枯燥無味，學習效果差，而采用案例教學就可以很好地解決這些問題。

一、案例教學的特色

軍隊院校的案例教學一般是借助軍事裝備和工程實踐中的案例，結合理論知識組織教學，是一種理論聯系實際的、啟發式的教學方法。其主要特色歸納起來有以下四點。

（一）以學生為中心，培養學員的學習興趣

案例教學法突出“以學生為中心”的教學理念，將學員置于教學活動的中心位置，將學員作為教學活動的積極參與者、學習主體。在案例教學活動中，教員只是以類似“導演”“編劇”角色的學習輔導者、課堂組織者及秩序維持者的身份出現，主要負責教學計劃安排、學習指引、課堂引導、討論激發及課后輔導工作。課前，教員提出案例和問題，啟發學員去思考，引導學員查閱資料尋找答案。課上，學員和教員、學員之間互相討論和交流，形成熱烈、互動、寬松的課堂氛圍，要允許學員充分表達自己的觀點和見解，促成思維的相互溝通和相互啟發，在良好的互動之中，實現教學相長。

（二）直面案例問題，調動學員學習的主動性

案例教學法通過案例研究的課堂引導，將學員帶入活靈活現的現實場景中，讓他們在情景問題中激發靈感、錘煉心智、提升認知和解決問題的能力。案例教學法實際上是一種“在現實情景中激發行動學習”的方法，通過讓學員積極主動參與課堂互動討論及進行開放性頭腦風暴，使學員真正從實際工作情景出發，在有限的時間、空間、預算和資源條件下，直面案例問題，去思考、研究和解決。在案例教學課堂上，學員再也不是一個“旁觀者”或“局外人”，而是一個實際情景中的“當事人”，面對刻不容緩的緊迫問題去積極主動地思考、千方百計地分析研究和全力以赴地應對解決。案例一般是某一工程或技術領域切切實實發生的事，本專業的學員畢業后可能會面對類似的問題。這種以真實案例為背景的教學模式不僅能改變課堂沉悶的教學氛圍，而且能調動學員積極融入案例、思考問題實質、尋找解決問題的方法。

（三）因材施教，提高學員獨立分析問題和解決問題的能力

案例教學法強調“張揚個性，因材施教”的教學理念，讓學員從各自角度立體透視案例情境，有利于激發他們自主思考、自由探索、不斷創新的能力。在案例教學活動中，每個學員都可以充分發揮自己的主觀能動性，施展自己的才華和創造力，去展現自我能力、展示自我現象、實現自我價值。案例教學還能通過提出多個問題啟發學員思考，組織學員對案例材料和問題原因進行分析討論，并做出判斷和決策，從而提高學員獨立分析問題和解決問題的能力。

（四）重在實踐，提高學員的思維能力

案例教學法認為一切理論、模型和方法都來源于實踐經驗并寓于案例情境之中。因此，教學重在過程、學習重在實戰、理論重在實踐。案例教學法不關注原理、方法、結論或答案本身，而關心原理、方法、結論或答案是怎么來的。案例研究討論不是單純地去求索某種所謂的標準答案，而是重視得出結論的思維模式、思想方法和思考過程。每個教學案例所涉及的焦點問題都要求學員各自進行思考、分析、解釋和討論，讓學員在研究中自己去發現、思考相關因果關系，提出假設、疑問和必要或充要條件，使小組、課堂討論更加活躍，案例研究更加深入。只要是學員說得有道理，把自己的觀點闡述清楚、表達明白，所提出的對策建議有現實針對性和可行性，這個過程或行為表現本身就是案例教學法所追求的思維能力訓練目標和教學效果。

二、案例的收集和編寫

在不同的課程教學中使用案例，一定要選擇適合本門課程的案例。例如，采用釘補法對氣墊船破損圍裙進行快速修補，就是材料力學中連接件的強度計算問題，涉及圍裙布的拉伸強度、擰緊螺釘的剪切強度以及螺釘和圍裙布的擠壓強度。再例如，航空母艦上通過阻攔索攔截飛機，阻攔索要有足夠的拉伸強度；艦艇在波浪中航行，艇體易發生彎曲變形；零部件疲勞易引起裂紋；艦艇傳動軸又長又粗，帶動螺旋槳轉動易發生扭轉變形，要求傳動軸能滿足一定的強度和剛度條件等。這些都需要教員收集直接相關的案例。

針對不同課程、不同學時、不同專業的學員，教員需要將案例結合不同的工程背景，提出典型的思考問題，還要注意案例的篇幅和教學時間的長短。例如，針對機械專業的學員，開展艦艇推進軸的“大”和“無”案例教學，按照1 學時的計劃，提出以下問題：請利用課本上的方法計算本案例中軸系的最小直徑，并比較兩者有何差別？大船上的推進軸一般是實心還是空心？艦艇上的推進軸高速轉動會出現什么問題，對艦艇會產生哪些危害？潛艇噪聲危害了艦艇生命力，從哪些方面可以減低潛艇噪聲？在潛艇上無軸推進方式的優缺點是什么？教員以此引導學員思考和探索、討論和辨析。

案例編寫還要防止出現以下問題：知識點被拋棄、問題不聚焦、理論與情節不匹配、分析邏輯設計不合理、提問邏輯不合理、追求案例結果忽略案例分析討論過程等。

三、案例教學實施實例

開展案例教學，一般包括準備案例材料、布置思考討論題、確定教學時間、安排實施步驟等環節，其中實施又分為個人學習、小組研究、課堂討論、總結講評等四個步驟。下面以材料力學課程中軸向拉伸與壓縮一章為例，開展“航空母艦上阻攔索的斷裂和強度”案例教學。

（一）案例材料

航母阻攔索是艦載機的生命線，由于艦載機在航母甲板上著陸時速度很快、沖擊力很大，如果第一道和第二道阻攔索未能掛住艦載機，飛機就必須快速拉升復飛，因此艦載機著陸對甲板阻攔裝置要求極高。一般來說，阻攔索是相當堅固的，但凡事都有例外，美國人的航母就曾發生過阻攔索斷裂事故，俄羅斯的航母也連續發生過阻攔索斷裂事故，而中國航母沒有出現過類似事故。

（二）思考討論題

要求以小組為單位，分工合作、多種渠道查閱資料，思考并回答下列問題。

問題1：航母阻攔索的斷裂是力學中的哪種變形和破壞形式？

問題2：航母阻攔索發生斷裂的原因有哪些？如何防止？

問題3：為什么俄國航母頻頻發生阻攔索斷裂事故？

問題4：為什么美國航母上F-18 大黃蜂艦載戰斗機著陸沒事，E2 鷹眼式預警機著陸卻發生阻攔索斷裂事故？

問題5：中國航母上的艦載機安全著陸上萬次，這說明了什么？阻攔索的極限數據是怎樣得到的？

（三）教學時間

X月XX日上午第4節課。

（四）實施步驟

本案例是一個綜合案例，教學時間為1個學時，建議分為四步。

第一步：準備。教員在開展案例教學前一般要完成理論知識的講授。上課前一周，教員根據班級人數將學員劃分成5～8 人組成的幾個小組，由教員任命小組長或由學員推選組長。教員把案例材料發給組長。組長負責分工，組員合作，利用課余時間，通過網絡或者圖書館查閱相關資料，并積極地思索、分析案例中的問題及原因，形成初步解決方案。

第二步：小組討論。這一過程大約50 分鐘，在課前進行。由組長主持組內學員開會和討論，要求每位學員充分表達自己的想法，允許發表不同意見，加深對案例的理解。各個小組的討論地點應該彼此分開，以自己的方式組織活動，教員不應該進行干涉。最終，小組形成自己的方案，指定專人匯報。

第三步：集中討論。這一過程時間大約為30 分鐘，在課堂上進行。各小組派出自己的代表發表本小組對于案例的分析和處理意見。發言時間一般應該控制在6分鐘左右，之后接受教員和其他小組成員的詢問并做出分析和解釋，本小組的其他成員可以補充回答問題。此時教員充當的是組織和主持人的角色，注意提出疑問，引起爭議和共鳴，得到合理的解決方案。

第四步：總結。這一過程時間大約為15分鐘。在小組討論完成之后，教員進行總結，深入剖析問題，分析原因，給出準確的答案。同時對各小組的方案進行講評，表揚準備充分、回答問題正確的小組，課后要求學員自己進行反思和總結，促進其對理論知識的掌握和吸收，加深其對問題的深刻認識，從而提高解決問題的能力。

四、幾點思考

首先，案例教學法是針對專業應用型人才培養的特殊教學方法。在案例教學過程中，要引導學員運用歸納法去分析案例，在具體情景中發現一般規律，但其基本宗旨和直接目的不是培養科學家、學者或理論人才，而是培養以解決問題為指向的專業應用型人才，因此主要在管理、教育、法律和醫學等應用性學科教學活動中應用較多。一般情況下，案例研究是一種缺乏嚴謹性、準確性的研究方法，在資料搜集整理和數據分析上也不完全，致使案例研究結論缺少一定的可信度。因此，案例教學法的主要目的不是培養學生提出科學假說、構建理論模型和驗證基本原理的科學研究能力，而是提升學員直面現實分析研究解決問題的能力，培養優秀的應用型人才。因此，案例教學法不是一個對所有學科及課程都適用、有效的普適性教學方法，而是針對專業應用型人才培養的特殊教學方法。

其次，案例教學法對師生素質和能力都有較高的要求。這一教學方法要求教員在知識結構、教學能力、工作態度及教學責任心等方面有一定水平，既要擁有豐富淵博的理論知識又要具備豐富的實踐經驗，更重要的是能夠將理論、方法導入實際情景，融會貫通，研究解決問題；要求教員不斷更新教學內容、補充完善教學計劃及方法，重視時代背景、宏觀政治經濟形勢、行業與職業發展走勢及實際操作問題，對現實情景問題保持高度敏感，根據實踐不斷更新完善教學案例素材；要求教員必須花大量時間和精力進行教學課前準備、課堂引導、高屋建瓴的案例點評以及課后跟蹤評估，不斷提高教學質量和教學水平。同時，案例教學法也要求學員積極進取，有高度的學習自覺性、自主性和自學能力，有一定的生活體驗和學習經驗，有吃苦耐勞的勤奮精神，肯花費大量時間和精力去查閱資料、研究分析案例和進行自我思考感悟，還要有一定的團隊協作精神、人際溝通能力和積極探索精神。但是，長期以來，無論是教員還是學員，往往都完全不具備相關素質和能力，這可能是案例教學法難以在我們現實教學活動中推廣應用的原因之一。

最后，案例教學法對教學設施條件有極高的要求。案例教學法對教學設施設備、教學時間及教學組織管理能力都有苛刻的要求，這些條件往往在現實中很難都具備。即使具備了案例教室等硬件設施條件，要實施案例教學法，不論是教員、學員還是教學管理者，都需要花費大量時間和精力進行各項準備工作。例如一學期內采用案例教學法的課程較多或一門課程將案例教學法貫穿始終，那么如何保證師生有充足的時間和精力來分析、研究和討論案例，是一個很大的操作難題。在實際中,一門課程從頭到尾采用案例教學法，往往也是很困難的。一些基本原理和方法不但要求有邏輯嚴密的推理和分析，而且也難以找到與之契合匹配的案例情境，即便采取案例討論也有牽強附會之嫌，這時只能采用傳統講授法。因此，一門課程一般只能選擇在較合適情境分析、案例研究的單元中應用案例教學法。

五、結語

在材料力學課程中開展案例教學，就是要促進學員掌握力學理論方法，解決力學問題。教員通過創設案例問題，讓學員主動思考和創造，尋找原因和解決問題的方法；通過討論和交流，使學員思想碰撞，充分表達自己的觀點，以促成思維的相互溝通和相互啟發，促進學員對力學知識的掌握，實現教學相長。