“金屬力學(xué)性能”課程建設(shè)之案例教學(xué)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(jié)的教學(xué)為例，引入汽車碰撞的教學(xué)案例，經(jīng)過提問環(huán)節(jié)、討論環(huán)節(jié)、分析環(huán)節(jié)層層遞進(jìn)，促使學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣大漲。案例教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明：恰當(dāng)運(yùn)用案例植入教學(xué)中，如果再給以學(xué)生適當(dāng)?shù)膶?shí)踐機(jī)會鍛煉，有助于顯著提升金屬材料工程專業(yè)本科學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性，同時(shí)有益于鍛煉工科生的工程實(shí)踐能力。

關(guān)鍵詞：案例教學(xué)；工程實(shí)踐；綜合能力；沖擊性能；汽車碰撞

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

在工科學(xué)生的培養(yǎng)過程中，教學(xué)方法方面始終存在是否接地氣，能否真正有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和能動性，以及提高學(xué)生分析問題和解決問題能力等綜合素養(yǎng)的問題。案例教學(xué)不僅強(qiáng)有力地推動了課堂教學(xué)的互動交流，學(xué)生思維活躍、學(xué)習(xí)主動，而且，也顯著提升學(xué)生課外拓展學(xué)習(xí)的熱情?！敖饘倭W(xué)性能”課程案例嵌入教學(xué)過程中所積累的經(jīng)驗(yàn)表明：恰當(dāng)運(yùn)用案例植入教學(xué)中，如果再給以學(xué)生適當(dāng)?shù)膶?shí)踐機(jī)會鍛煉，有助于顯著提升金屬材料工程專業(yè)本科學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動性，同時(shí)有益于鍛煉工科生的工程實(shí)踐能力，從而鍛煉其綜合能力，顯著提升其專業(yè)素養(yǎng)，最終提高學(xué)生的競爭實(shí)力?！鞍咐痹醋杂⑽摹癱ase”，漢語為“個(gè)案”或“實(shí)例”?！鞍咐苯虒W(xué)是上世紀(jì)20年代由美國哈佛商學(xué)院所倡導(dǎo)，目前案例教學(xué)法已經(jīng)被許多國家的教師廣泛地應(yīng)用在各學(xué)科的教學(xué)中，并取得了很好的教學(xué)效果。近年來在我國各高等院校也得到廣泛認(rèn)可與實(shí)踐。案例教學(xué)是從一個(gè)個(gè)“實(shí)例”出發(fā)，通過學(xué)生查閱資料、文獻(xiàn)師生討論，和教師引導(dǎo)、分析等形式，幫助學(xué)生理解與掌握學(xué)科基本理論知識和原理，從而提高學(xué)生分析和解決工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際問題能力，達(dá)到教學(xué)相長目的的一種教學(xué)方法，從根本上提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性。案例教學(xué)法與傳統(tǒng)教學(xué)法的主要區(qū)別是在教學(xué)中使用一個(gè)個(gè)案例，對一個(gè)個(gè)實(shí)際工程問題或難題進(jìn)行抽絲剝繭的分析、討論和描述，同時(shí)也要求探討出解決這些問題的相應(yīng)方法。學(xué)生通過查閱資料、文獻(xiàn)，積極參與討論、辯論、互動與總提煉結(jié)，加上教師的觀點(diǎn)、分析與引導(dǎo)，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(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決實(shí)際問題的能力及提高學(xué)生綜合素質(zhì)起到了積極的促進(jìn)作用。“金屬力學(xué)性能”作為一門理論性和實(shí)踐性均很強(qiáng)的課，原有教材缺乏鮮活的工程實(shí)踐案例，教材與相關(guān)教學(xué)參考書籍的更新往往跟不上新材料、新工藝、新技術(shù)發(fā)展的節(jié)奏，需要不斷地充實(shí)新的內(nèi)容，特別是需進(jìn)行案例教學(xué)的實(shí)踐，以保持課程的先進(jìn)性與應(yīng)用性。

一、案例教學(xué)的重要性

1.“金屬力學(xué)性能”課程教學(xué)目的及其案例概述。“金屬力學(xué)性能”課程主要通過學(xué)習(xí)有關(guān)金屬及合金的力學(xué)性能知識，使學(xué)生能比較深入地理解金屬力學(xué)性能的本質(zhì)及其與外在服役條件和內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，從而能動地加以改變，并能根據(jù)力學(xué)性能正確地評定和選用金屬材料，同時(shí)還能運(yùn)用力學(xué)性能試驗(yàn)作為研究金屬材料及熱處理工藝的有力工具。教學(xué)要求如下：①通過服役分析，確定材料的力學(xué)性能指標(biāo)。②了解材料力學(xué)性能的物理意義、測試方法及其應(yīng)用領(lǐng)域。③掌握材料的成分組織與力學(xué)性能的關(guān)系，并建立失效分析的基本方法。④通過習(xí)題庫的學(xué)習(xí)，以及在線測試系統(tǒng)的測試，鞏固與加強(qiáng)所學(xué)知識。⑤通過案例教學(xué)及其研討、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等，促使學(xué)生分析問題與解決問題的能力得到提高。教學(xué)過程中結(jié)合主要課程內(nèi)容，我們設(shè)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(zhuǎn)變溫度”等八個(gè)教學(xué)案例，其中“如何提高汽車的碰撞性能”教學(xué)案例為課程主要實(shí)施的案例。2009年以來，我國已穩(wěn)居全球汽車產(chǎn)銷第一大國的寶座連續(xù)7年，汽車的用戶群體乃至整個(gè)社會越來越關(guān)注資源、能源危機(jī)和安全、環(huán)保等問題。因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)汽車就像一把雙刃劍，在帶給我們大家現(xiàn)代化便捷生活的同時(shí)，也為我們帶來了諸如環(huán)境污染、能源危機(jī)和安全隱患等負(fù)面影響。其中大家最為關(guān)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(shí)車碰撞試驗(yàn)法規(guī)，所有新車上市前都要強(qiáng)制進(jìn)行相應(yīng)的碰撞試驗(yàn)。目前世界上實(shí)車碰撞試驗(yàn)法規(guī)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(guī)大多是參照上述兩個(gè)法規(guī)體系制定的。我國的國家標(biāo)準(zhǔn)委員會2006年初發(fā)布的《汽車側(cè)面碰撞的乘員保護(hù)》標(biāo)準(zhǔn)（GB20071-2006）及《乘用車后碰撞燃油系統(tǒng)安全要求》（GB20072-2006）7月1日起正式實(shí)施。側(cè)碰標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定，所有M1類車型（9座（以下）4輪（以上）載客機(jī)動車輛）和N1類車型（最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量≤3.5噸的4輪（以上）載貨機(jī)動車輛），都必須滿足側(cè)碰的強(qiáng)制性規(guī)定。而在后碰標(biāo)準(zhǔn)中則規(guī)定，所有M1類車型都必須滿足后碰強(qiáng)制性規(guī)定。那些不能夠達(dá)標(biāo)的車輛都將被禁止銷售。由于歐洲的強(qiáng)制認(rèn)證方式與我國的認(rèn)證方式相似，與美國FMVSS法規(guī)相比，歐洲ECE法規(guī)在測試方法、碰撞角度等方面都更符合我國國內(nèi)的檢測條件和實(shí)際情況，也更易實(shí)施，所以我國確定以歐洲ECE碰撞法規(guī)為借鑒基礎(chǔ)，依據(jù)我國情況進(jìn)行了一些修改，在清華大學(xué)汽車碰撞試驗(yàn)室和中國汽車技術(shù)研究中心碰撞試驗(yàn)室進(jìn)行了大量的碰撞試驗(yàn)，才最終確定了我國實(shí)車碰撞試驗(yàn)法規(guī)的內(nèi)容。碰撞特性已經(jīng)是公眾的關(guān)注熱點(diǎn)。汽車的撞擊行為恰好屬于我們的《金屬力學(xué)性能》課程的沖擊性能研究范疇，兩者有強(qiáng)相關(guān)性。因此，《金屬力學(xué)性能》課程教學(xué)中，教師團(tuán)隊(duì)非常注意檢索碰撞相關(guān)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(jié)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(xué)到的課程理論知識。

2.案例教學(xué)對提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要性。“金屬力學(xué)性能”課程的案例源于工業(yè)生產(chǎn)中的難題，因此具有強(qiáng)烈的針對性和指向性，學(xué)生在案例的分析與探討過程中，學(xué)生間彼此尊重、傾聽和溝通、團(tuán)體合作互動的意識獲得發(fā)展，從而激發(fā)學(xué)生探究科學(xué)的興趣，這在學(xué)生的成長過程中及其對提高學(xué)生綜合素質(zhì)會發(fā)揮重要作用。

3.案例教學(xué)對教師的重要性?！敖饘倭W(xué)性能”原有教材缺乏鮮活的工程實(shí)踐案例，教材與教參的變化也往往跟不上新材料、新技術(shù)的發(fā)展，需要不斷地充實(shí)新的內(nèi)容，特別是需進(jìn)行案例教學(xué)的實(shí)踐，以保持課程的先進(jìn)性與應(yīng)用性；并且原來的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)也暴露出不足：金屬材料力學(xué)性能以往的實(shí)驗(yàn)課包含在理論課之中，實(shí)驗(yàn)課程在較大程度上依附于理論課，往往變成了理論的驗(yàn)證課，不利于綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，不利于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新探索意識，也需要進(jìn)行改革。

在“金屬力學(xué)性能”課程教學(xué)改革的實(shí)施過程中，由于課程的理論性強(qiáng)，難度較大，因此許多教師會產(chǎn)生困惑，導(dǎo)致理論與實(shí)踐脫節(jié)，從而影響教學(xué)質(zhì)量。通過案例教學(xué)形式，有效地把理論學(xué)習(xí)與教育教學(xué)實(shí)踐緊密結(jié)合起來，成為溝通理論與實(shí)踐的橋梁。同時(shí)，教師不斷進(jìn)行案例的凝練、分析和寫作案例教學(xué)教案的過程是一個(gè)加強(qiáng)工程實(shí)踐與理論有機(jī)結(jié)合，主動學(xué)習(xí)和進(jìn)一步提高理論水平的過程，這種任務(wù)驅(qū)動型的學(xué)習(xí)，使教師能不斷內(nèi)化理論并落實(shí)到自己的教育教學(xué)實(shí)踐中。

二、搞好案例教學(xué)的幾點(diǎn)思考

1.案例教學(xué)特點(diǎn)?！敖饘倭W(xué)性能”課程的案例全部來源于工程領(lǐng)域，具有真實(shí)性、生動性，同時(shí)又富有挑戰(zhàn)性。案例教學(xué)中，教學(xué)團(tuán)隊(duì)?wèi){借自身的科研積累和學(xué)科知識底蘊(yùn)，呈現(xiàn)給學(xué)生一個(gè)個(gè)生動的案例，從實(shí)際案例中引出問題、分析問題、理出解決問題的思路。同時(shí)總結(jié)理論，靈活運(yùn)用理論去解析案例。這樣，教學(xué)的趣味性大大增強(qiáng)，可以大大激發(fā)和提高學(xué)生自主的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)使學(xué)生盡早接觸并了解工程實(shí)踐場景，了解工作實(shí)際的方方面面，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決工程問題的能力。

2.案例教學(xué)的直觀性和具體性。案例直觀性。案例來源于實(shí)踐，具有真實(shí)性；同時(shí)它又是從科研和生產(chǎn)實(shí)踐中搜集，經(jīng)過篩選、提煉后的成果。典型案例能更準(zhǔn)確、更全面地反映實(shí)際。生動的案例，憑借靈活的教學(xué)方法，從實(shí)際案例中總結(jié)和深入理解理論知識，同時(shí)運(yùn)用理論知識分析案例，能大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)師生間的互動交流。它比一般教學(xué)方法靈活、生動得多。案例具體性。即案例所涉及的每一個(gè)問題都是十分具體的，分析問題、解決問題的思路和整個(gè)教學(xué)過程讓學(xué)習(xí)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(xué)的實(shí)施效果。結(jié)合案例教學(xué)發(fā)現(xiàn)，案例的引入，討論、互動和層層遞進(jìn)的分析、總結(jié)，整個(gè)過程大大激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識的積極性和主動性。以課程中關(guān)于沖擊性能這一章節(jié)的案例教學(xué)實(shí)踐為例，我們引入“汽車碰撞”案例。嘗試結(jié)合安全節(jié)能的時(shí)代主題，在講清基本理論知識的基礎(chǔ)上，通過講解汽車碰撞法規(guī)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(xué)生全神貫注于學(xué)習(xí)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(yīng)變速率、慣性對沖擊特性的影響等。讓學(xué)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(diǎn)，沖擊性能的測試評價(jià)方法和不同材料的數(shù)據(jù)分析比較結(jié)果等。通過車禍案例的解析，同學(xué)們對金屬的沖擊性能知識點(diǎn)的理解就比純粹從教材上學(xué)習(xí)容易得多，體驗(yàn)也深入得多了。

案例教學(xué)作用的實(shí)踐和初步探索發(fā)現(xiàn)：典型案例引入會讓課堂學(xué)習(xí)氣氛活躍，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性提高，互動交流踴躍。也幫助學(xué)生更加深入理解基本理論、基本原理，讓大學(xué)本科教學(xué)中卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃的有效實(shí)施插上了翅膀，進(jìn)而全面提高學(xué)生分析問題、解決實(shí)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(xué)性能》重點(diǎn)課程建設(shè)”項(xiàng)目和教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”（上海大學(xué)金屬材料工程專業(yè)）的資助，在此表示感謝。