案例教学在材料力学教学中的探索与思考

杨少红 吴蒙蒙 胡年明

海军工程大学基础部，湖北 武汉 430033

案例教学作为提高学生分析和解决实际问题能力的重要手段之一，在地方高校中已得到广泛运用，并取得了很好的教学效果。随着全军第十五次会议确定了由学历教育为主向任职教育为主转变的指导思想后，军队院校也开展了案例教学改革，并在任职教育中广泛推动这一改革。专业基础课在学员学完公共课之后进行的，是学员学习和掌握专业课程的前期基础。如果不能很好地理解和掌握专业基础课，学员将无法很好地理解和掌握后续专业课的内容。材料力学是一门理论性和实践性较强的工程与专业基础课程，由于其内容庞杂、公式繁多，再加上有些内容抽象难以理解，学员学习起来枯燥无味，学习效果差，而采用案例教学就可以很好地解决这些问题。

一、案例教学的特色

军队院校的案例教学一般是借助军事装备和工程实践中的案例，结合理论知识组织教学，是一种理论联系实际的、启发式的教学方法。其主要特色归纳起来有以下四点。

（一）以学生为中心，培养学员的学习兴趣

案例教学法突出“以学生为中心”的教学理念，将学员置于教学活动的中心位置，将学员作为教学活动的积极参与者、学习主体。在案例教学活动中，教员只是以类似“导演”“编剧”角色的学习辅导者、课堂组织者及秩序维持者的身份出现，主要负责教学计划安排、学习指引、课堂引导、讨论激发及课后辅导工作。课前，教员提出案例和问题，启发学员去思考，引导学员查阅资料寻找答案。课上，学员和教员、学员之间互相讨论和交流，形成热烈、互动、宽松的课堂氛围，要允许学员充分表达自己的观点和见解，促成思维的相互沟通和相互启发，在良好的互动之中，实现教学相长。

（二）直面案例问题，调动学员学习的主动性

案例教学法通过案例研究的课堂引导，将学员带入活灵活现的现实场景中，让他们在情景问题中激发灵感、锤炼心智、提升认知和解决问题的能力。案例教学法实际上是一种“在现实情景中激发行动学习”的方法，通过让学员积极主动参与课堂互动讨论及进行开放性头脑风暴，使学员真正从实际工作情景出发，在有限的时间、空间、预算和资源条件下，直面案例问题，去思考、研究和解决。在案例教学课堂上，学员再也不是一个“旁观者”或“局外人”，而是一个实际情景中的“当事人”，面对刻不容缓的紧迫问题去积极主动地思考、千方百计地分析研究和全力以赴地应对解决。案例一般是某一工程或技术领域切切实实发生的事，本专业的学员毕业后可能会面对类似的问题。这种以真实案例为背景的教学模式不仅能改变课堂沉闷的教学氛围，而且能调动学员积极融入案例、思考问题实质、寻找解决问题的方法。

（三）因材施教，提高学员独立分析问题和解决问题的能力

案例教学法强调“张扬个性，因材施教”的教学理念，让学员从各自角度立体透视案例情境，有利于激发他们自主思考、自由探索、不断创新的能力。在案例教学活动中，每个学员都可以充分发挥自己的主观能动性，施展自己的才华和创造力，去展现自我能力、展示自我现象、实现自我价值。案例教学还能通过提出多个问题启发学员思考，组织学员对案例材料和问题原因进行分析讨论，并做出判断和决策，从而提高学员独立分析问题和解决问题的能力。

（四）重在实践，提高学员的思维能力

案例教学法认为一切理论、模型和方法都来源于实践经验并寓于案例情境之中。因此，教学重在过程、学习重在实战、理论重在实践。案例教学法不关注原理、方法、结论或答案本身，而关心原理、方法、结论或答案是怎么来的。案例研究讨论不是单纯地去求索某种所谓的标准答案，而是重视得出结论的思维模式、思想方法和思考过程。每个教学案例所涉及的焦点问题都要求学员各自进行思考、分析、解释和讨论，让学员在研究中自己去发现、思考相关因果关系，提出假设、疑问和必要或充要条件，使小组、课堂讨论更加活跃，案例研究更加深入。只要是学员说得有道理，把自己的观点阐述清楚、表达明白，所提出的对策建议有现实针对性和可行性，这个过程或行为表现本身就是案例教学法所追求的思维能力训练目标和教学效果。

二、案例的收集和编写

在不同的课程教学中使用案例，一定要选择适合本门课程的案例。例如，采用钉补法对气垫船破损围裙进行快速修补，就是材料力学中连接件的强度计算问题，涉及围裙布的拉伸强度、拧紧螺钉的剪切强度以及螺钉和围裙布的挤压强度。再例如，航空母舰上通过阻拦索拦截飞机，阻拦索要有足够的拉伸强度；舰艇在波浪中航行，艇体易发生弯曲变形；零部件疲劳易引起裂纹；舰艇传动轴又长又粗，带动螺旋桨转动易发生扭转变形，要求传动轴能满足一定的强度和刚度条件等。这些都需要教员收集直接相关的案例。

针对不同课程、不同学时、不同专业的学员，教员需要将案例结合不同的工程背景，提出典型的思考问题，还要注意案例的篇幅和教学时间的长短。例如，针对机械专业的学员，开展舰艇推进轴的“大”和“无”案例教学，按照1 学时的计划，提出以下问题：请利用课本上的方法计算本案例中轴系的最小直径，并比较两者有何差别？大船上的推进轴一般是实心还是空心？舰艇上的推进轴高速转动会出现什么问题，对舰艇会产生哪些危害？潜艇噪声危害了舰艇生命力，从哪些方面可以减低潜艇噪声？在潜艇上无轴推进方式的优缺点是什么？教员以此引导学员思考和探索、讨论和辨析。

案例编写还要防止出现以下问题：知识点被抛弃、问题不聚焦、理论与情节不匹配、分析逻辑设计不合理、提问逻辑不合理、追求案例结果忽略案例分析讨论过程等。

三、案例教学实施实例

开展案例教学，一般包括准备案例材料、布置思考讨论题、确定教学时间、安排实施步骤等环节，其中实施又分为个人学习、小组研究、课堂讨论、总结讲评等四个步骤。下面以材料力学课程中轴向拉伸与压缩一章为例，开展“航空母舰上阻拦索的断裂和强度”案例教学。

（一）案例材料

航母阻拦索是舰载机的生命线，由于舰载机在航母甲板上着陆时速度很快、冲击力很大，如果第一道和第二道阻拦索未能挂住舰载机，飞机就必须快速拉升复飞，因此舰载机着陆对甲板阻拦装置要求极高。一般来说，阻拦索是相当坚固的，但凡事都有例外，美国人的航母就曾发生过阻拦索断裂事故，俄罗斯的航母也连续发生过阻拦索断裂事故，而中国航母没有出现过类似事故。

（二）思考讨论题

要求以小组为单位，分工合作、多种渠道查阅资料，思考并回答下列问题。

问题1：航母阻拦索的断裂是力学中的哪种变形和破坏形式？

问题2：航母阻拦索发生断裂的原因有哪些？如何防止？

问题3：为什么俄国航母频频发生阻拦索断裂事故？

问题4：为什么美国航母上F-18 大黄蜂舰载战斗机着陆没事，E2 鹰眼式预警机着陆却发生阻拦索断裂事故？

问题5：中国航母上的舰载机安全着陆上万次，这说明了什么？阻拦索的极限数据是怎样得到的？

（三）教学时间

X月XX日上午第4节课。

（四）实施步骤

本案例是一个综合案例，教学时间为1个学时，建议分为四步。

第一步：准备。教员在开展案例教学前一般要完成理论知识的讲授。上课前一周，教员根据班级人数将学员划分成5～8 人组成的几个小组，由教员任命小组长或由学员推选组长。教员把案例材料发给组长。组长负责分工，组员合作，利用课余时间，通过网络或者图书馆查阅相关资料，并积极地思索、分析案例中的问题及原因，形成初步解决方案。

第二步：小组讨论。这一过程大约50 分钟，在课前进行。由组长主持组内学员开会和讨论，要求每位学员充分表达自己的想法，允许发表不同意见，加深对案例的理解。各个小组的讨论地点应该彼此分开，以自己的方式组织活动，教员不应该进行干涉。最终，小组形成自己的方案，指定专人汇报。

第三步：集中讨论。这一过程时间大约为30 分钟，在课堂上进行。各小组派出自己的代表发表本小组对于案例的分析和处理意见。发言时间一般应该控制在6分钟左右，之后接受教员和其他小组成员的询问并做出分析和解释，本小组的其他成员可以补充回答问题。此时教员充当的是组织和主持人的角色，注意提出疑问，引起争议和共鸣，得到合理的解决方案。

第四步：总结。这一过程时间大约为15分钟。在小组讨论完成之后，教员进行总结，深入剖析问题，分析原因，给出准确的答案。同时对各小组的方案进行讲评，表扬准备充分、回答问题正确的小组，课后要求学员自己进行反思和总结，促进其对理论知识的掌握和吸收，加深其对问题的深刻认识，从而提高解决问题的能力。

四、几点思考

首先，案例教学法是针对专业应用型人才培养的特殊教学方法。在案例教学过程中，要引导学员运用归纳法去分析案例，在具体情景中发现一般规律，但其基本宗旨和直接目的不是培养科学家、学者或理论人才，而是培养以解决问题为指向的专业应用型人才，因此主要在管理、教育、法律和医学等应用性学科教学活动中应用较多。一般情况下，案例研究是一种缺乏严谨性、准确性的研究方法，在资料搜集整理和数据分析上也不完全，致使案例研究结论缺少一定的可信度。因此，案例教学法的主要目的不是培养学生提出科学假说、构建理论模型和验证基本原理的科学研究能力，而是提升学员直面现实分析研究解决问题的能力，培养优秀的应用型人才。因此，案例教学法不是一个对所有学科及课程都适用、有效的普适性教学方法，而是针对专业应用型人才培养的特殊教学方法。

其次，案例教学法对师生素质和能力都有较高的要求。这一教学方法要求教员在知识结构、教学能力、工作态度及教学责任心等方面有一定水平，既要拥有丰富渊博的理论知识又要具备丰富的实践经验，更重要的是能够将理论、方法导入实际情景，融会贯通，研究解决问题；要求教员不断更新教学内容、补充完善教学计划及方法，重视时代背景、宏观政治经济形势、行业与职业发展走势及实际操作问题，对现实情景问题保持高度敏感，根据实践不断更新完善教学案例素材；要求教员必须花大量时间和精力进行教学课前准备、课堂引导、高屋建瓴的案例点评以及课后跟踪评估，不断提高教学质量和教学水平。同时，案例教学法也要求学员积极进取，有高度的学习自觉性、自主性和自学能力，有一定的生活体验和学习经验，有吃苦耐劳的勤奋精神，肯花费大量时间和精力去查阅资料、研究分析案例和进行自我思考感悟，还要有一定的团队协作精神、人际沟通能力和积极探索精神。但是，长期以来，无论是教员还是学员，往往都完全不具备相关素质和能力，这可能是案例教学法难以在我们现实教学活动中推广应用的原因之一。

最后，案例教学法对教学设施条件有极高的要求。案例教学法对教学设施设备、教学时间及教学组织管理能力都有苛刻的要求，这些条件往往在现实中很难都具备。即使具备了案例教室等硬件设施条件，要实施案例教学法，不论是教员、学员还是教学管理者，都需要花费大量时间和精力进行各项准备工作。例如一学期内采用案例教学法的课程较多或一门课程将案例教学法贯穿始终，那么如何保证师生有充足的时间和精力来分析、研究和讨论案例，是一个很大的操作难题。在实际中,一门课程从头到尾采用案例教学法，往往也是很困难的。一些基本原理和方法不但要求有逻辑严密的推理和分析，而且也难以找到与之契合匹配的案例情境，即便采取案例讨论也有牵强附会之嫌，这时只能采用传统讲授法。因此，一门课程一般只能选择在较合适情境分析、案例研究的单元中应用案例教学法。

五、结语

在材料力学课程中开展案例教学，就是要促进学员掌握力学理论方法，解决力学问题。教员通过创设案例问题，让学员主动思考和创造，寻找原因和解决问题的方法；通过讨论和交流，使学员思想碰撞，充分表达自己的观点，以促成思维的相互沟通和相互启发，促进学员对力学知识的掌握，实现教学相长。