案例教学在工程专业的适用性研究

李劲华, 周 强

(青岛大学 数据科学与软件工程学院, 山东 青岛 266071)

案例教学在工程专业的适用性研究

李劲华, 周 强

(青岛大学 数据科学与软件工程学院, 山东 青岛 266071)

首先分析了案例教学的内涵及应用场景,从学科的知识范围、学习层次、认知过程3个方面分析了案例教学的适用性。以软件工程专业为例,探究案例教学在工程专业中的适用性,讨论具体设计课程时在教学时间、教学方法、案例设计与选择方面的问题,给出了教学建议。

案例教学； 知识范畴； 学习层次

1 案例教学

案例教学法是一种以案例为基础的教学方法[1-2]。案例教学法整合理论与实践,以真实、具体的案例为基本素材,将学生引入特定的事件和实境中,通过教师与学生之间、学生之间的多向互动,促使学生充分理解问题的复杂性、变化性和多样性,重点培养学生分析、理解、处理问题的能力及反思意识和团队合作精神。

1.1 案例教学法的内在特征

(1) 学生作为主体参与、教师适当指导。

(2) 将传统的“点对面”的单向灌输模式转变为“点对点”“点对面”的多向互动模式。

(3) 凸显过程的开放性、信息的对称性、思维的多元性与方案的创新性。

(4) 学习如何发问,进而学习独立思考、与人相处、解决冲突、尊重他人等能力。

(5) 过程优于结果,把教学过程巧妙地转化为教学内容。

1.2 案例的组成

案例是案例教学的核心要素,有个例、实例、个案等几种提法。案例的组成:

(1) 真实而复杂的情境,说明事件发生是否有什么特别的原因或条件。

(2) 典型的事件,案例所要反映的问题,应从最有收获、最具启发性的角度切入,有明确的主题。

(3) 多个问题呈现,案例要有讨论的价值,通过讨论可以揭示事件的意义和价值,举一反三,为今后再处理类似事件提供参考和借鉴。

(4) 典型的解决方法,通过分析、讨论、阐释的过程,启发学生主动探究、发现要点、设计解决办法和途径,有助于理解和解决相关问题。

2 案例教学的适用性分析

在管理与工程领域与案例类似的概念是项目，项目是为完成某一独特的产品或服务所做的一次性努力[3]。项目是一个特殊的、将被完成的有限任务,它是在一定时间内满足一系列特定目标的多项相关工作的总称。从教学方面看,案例和项目情境都来源于典型的真实生活,都要求学生参与、团队合作。但是,对项目通常要求遵循规范的流程去解决问题,过程受人财物、时间等有限资源的约束,结果通常趋向一致,满足一定的性能、质量、数量以及其他技术指标。

作为一种教学方式,案例教学法和其他教学法相比有其独到之处。联合国教科文组织在对案例研究、讨论会、课堂讲授、模拟练习等方法的教学功能的研究中发现,案例教学法在知识传授、学生的接受程度、知识巩固3方面居第2位,在分析能力培养方面居第1位。特别是与传统的讲授法相比,案例教学法在提高学生分析能力方面的优势尤为突出[2,4]。

依据布卢姆提出的教育目标分类法,知识可以分成3个范畴[5]:认知、情感和技巧。每一范畴对应于学习的不同层次,较高层次对应学科内较复杂的内容,即距离对该学科的通达的距离较接近。最终目标是要鼓励教学者对教学的3个范畴都要有所聚焦,直至完整全面的教育。

“认知范畴”的教育目标按2个维度分类:知识维度及其认知等级。按照知识维度,知识被分为4类:事实性知识、概念性知识、程序性知识和元认知知识。按认知等级,每一类知识的掌握都分为6个层次,即记忆、理解、运用、分析、评价和创造。从案例教学的本质特征可以看出,案例教学特别有助于培养程序性和元认知方面的知识,对真实性、概念性知识没有显著帮助。在等级方面,案例教学特别适合认知过程的运用和分析,对评价和创造也有良好的效果。

“情感范畴”从低至高可分为5个层次:接受、反应、评价、组织和内化。案例教学特别有助于态度范畴的前4个学习层次的培养。通过讲述真实情境的案例及具有情趣的问题,激发学生积极参与、主动学习的兴趣,在独立解决问题的过程中,有意识地整合各种知识,在讨论中,对其他习者的方法、结果等进行反思、给予评价。通过一次具体案例的研习,把所学视为本能的可能性不大。后天实现本能的一种途径是对反复出现的事件、情境、问题,不断重复地分析和解决。每当出现类似情境时有可能达到内化。反复操练工具,多做同类习题,强化记忆,将处理问题的方法抽象化，过程流程化、规范化,都是实现内化的有效途径。比如,运动员和演员的训练、军事操练、飞行员模拟飞行等。在工程领域,与之对应的是基于项目的实训。

“技巧范畴”描述人们真实地使用一件工具或仪器的能力。技巧范畴的目的通常专注于改变以及行为与技巧的开发。布卢姆学派没有给出此范畴的细目,此后有不少教育家都尝试提出他们认为技巧范畴应有的细目。这个范畴正是工程技术领域有别于管理、教育、法律等人文学科之处。工程师要具有创新能力,把基本理论转化成解决实际问题的技术、方法,传统的案例教学对学生掌握“技巧范畴”的知识和技能帮助甚少。

案例教学首先在人文社科领域获得普遍应用[6-7]。通过对比人文学科与工程学科的特点,可以分析案例教学在工程领域的适用范围。知识领域、掌握途径及其应用对比学科的差异如表1所示。

表1 知识领域、掌握途径的学科差异

案例教学有助于培养创新思维,适合要求综合运用多种知识和能力,没有确定解决方法甚至结果的问题,不适合培养抽象思维和逻辑思维,也不适合训练采用流程方式解决问题、通过反复演练获得知识和能力。

3 运用案例教学的问题分析及对策

近年在工程技术、计算机专业领域的案例教学研究[8-10],例如在材料专业课程[11]、Java及编译原理[12]、计算机控制[13]等专业课程上的尝试，基本上都是通过一个知识域的典型例子,说明如何应用案例教学,指出其可行性及良好的效果。从科学研究方法的角度看,这些工作可以划分为案例研究,即个案,没有形成一个专业、课程、知识点、知识单元、知识域的案例教学。

计算机及软件工程学科除了具备普通工科特点以外,还有其独特属性:

(1) 软件是逻辑和思维产品,抽象思维是软件工程学科教育的一个关键能力。

(2) 软件开发是以人的活动为核心的生产过程,管理知识和能力也是软件工程师的核心。

案例教学模式、特征及其优势在工程技术学科的教学中同样适合,然而,由于工程技术学科的知识结构、掌握途径以及应用目的不同,运用案例教学需要考虑诸如教学时间、案例类型、知识域等因素。

3.1 时间问题

采用案例教学方法,要求教师和学生花费较多的时间。按照通常的案例教学方法实施流程,教学准备阶段要比普通的课堂教学多花时间,教师要根据教学内容编写案例,或者选择、理解、组织案例(由于案例的真实情境、时间性,不可能总是使用相同的案例),在课堂上势必压缩理论教学时间,用来分析、讨论、总结案例。对学生,在准备阶段,要阅读理解给定的案例,不仅要阅读教材学习案例蕴涵的知识,很多场合还要花时间去查找资料、扩大知识面,加深理解、提升理解和分析能力；在实施阶段,和同组人员交流、讨论、辨析,撰写分析报告,在课堂上陈述与讨论。

3.2 案例容量

按照蕴涵议题的数量和复杂性2个维度,把案例分为:单议题简单案例(A类)、单议题复杂案例(B类)、多议题简单案例(C类)、多议题复杂案例(D类)。案例容量可以量化为议题数量及其复杂性的函数。

A、B类案例没有给学生留下自学、探索的余地,起不到案例教学的作用,可作为基本概念、原理、算法、程序设计等的例子、例题、范例来使用,训练底层的知识范畴和基础技能。尽管C类案例包含了多个议题,但这些议题之间若没有联系(因果关系、逻辑关系、前后顺序、时间关系等),在教学上的作用如同A类案例。在实践中应当把C类案例分解成若干个A类案例。这种处理方式在工程技术领域称为模块化。

在法律、管理、教育、艺术等人文社科领域,材料的阅读、分析、综述能力属于主要技能。阅读组织优秀的案例可以训练这些技能。在工程技术领域同样需要良好的阅读能力,但是更重要的是设计、开发、解决方案、流程化、标准化等能力。因此,需要的是复合型的D类案例。它给了学生发挥创新性思维、综合各种知识和能力解决问题的空间。但是,复合型案例需要教与学都花费较多的时间,更重要的条件是学生的综合能力和经验。不同类型案例的适用性如表2所示。

表2 案例类型的适用性

3.3 专业教育的适应性分析

案例教学通常是运用在一门课程中。对一个专业或学科,要想使案例教学发挥最大作用,需要从专业教学体系的设计和配置上统筹考虑。例如,重新组合一些知识域,设计成若干门不同类型的课程:以理论为主的、研讨(案例教学)为主的、验证实验性质的以及综合性的课程设计/课程项目等。

作为案例教学,在工程领域实施时要结合专业特点,采用其基本原则、实施步骤,融入面向工程领域的教学方法。在实际教学中不是单纯地采用案例教学,而是以案例为基础,结合项目驱动等方法,培养学生的动手能力、工具的熟练掌握、对流程的遵守直至流程优化与改造。

3.4 案例时效性

人文学科中案例蕴涵的某些法理、认识、观念等会随着历史的发展、社会的进步、文化的交融而发生变化,更多的是人类社会的普遍真理,亘古不变。但是,工程技术却是不断发展、进化的过程,今天先进、流行的技术、方法和工具,也许明天就落后,不能满足需要,尤其在信息技术领域,理论、方法和工具的发展日新月异,新的应用和产品不断涌现。在软件工程学科的教学中,教师与学生面临一个严峻挑战:在学校学的知识,包括方法、技术和工具,毕业之后可能就过时了。所以,教学材料,包括在教学中运用的案例要不断更新,与时俱进。在内容上,案例要更多地体现专业领域基础理论的应用,针对不同的技术、方法、工具等设立不同的项目,以保持案例教学所特有的真实性情境。

4 结语

案例教学不是改进教学质量、提高学生能力的一付万能膏药,它是众多教学法的补充,必须与其他教学方法配合、协调运用,在满足特定的环境和条件下运用才能发挥其最大的效用。无论是理论授课还是实践学习,显然都应该在教学中增加案例、范例或实例,以加深学生的理解和应用场景。在教学中适当引入案例,特别是在学习、理解和掌握抽象的基本概念、原理和方法时,通过真实情境再现,或启发,或多向多维思考、碰撞、反思、诠释、激辩,或观摩、模仿、反复操练,学习知识、掌握技能、培养能力。

以案例为基础的教学,特别适合工程领域中逻辑推理、产品分析、系统论证、方案设计方面的知识及能力的掌握,但在工程学科的基础概念、抽象思维、流程与规范、数学证明等方面的知识传输和技能培训上,案例教学方法则有其局限性。

References)

[1] 郑金洲.案例教学指南[M].上海:华东师范大学出版社,2001.

[2] 傅伟锋,唐贤清.美国研究生案例教学及启示[J].湖南师范大学教育科学学报,2016(5):124-128.

[3] 凯西·施瓦尔贝.IT项目管理[M].6版.杨坤,王玉,译.北京:机械工业出版社,2011.

[4] 罗伯特·K·殷.案例研究:设计与方法 [M].2版.周海涛,李虔,李永贤，译.重庆:重庆大学出版社,2010.

[5] 洛林·安德森.布卢姆教育目标分类学[M]. 蒋小平,张琴美,罗晶晶,译.北京:外语教学与研究出版社,2009.

[6] 柴迅.案例教学法在法学教学中的应用研究[J].黑龙江高教研究,2015(12):174-176.

[7] 王华荣.以案例教学推动大学课堂教学模式改革的实践与探索[J].中国大学教学,2011(4):62-64.

[8] 廖孟柯,张晓芳.工科课程案例教学模式探索与实践[J].黑龙江教育,2011(5):79-80.

[9] 吴数森,万里,安萍.工科专业课程中的案例教学研究[J].中国电力教育,2012(12):41-42.

[10] 王灿辉,张舒,林郎碟.案例教学法在软件工程教学中的应用[J].计算机教育,2012(1):20-23.

[11] 蒋晓娜,兰中文,贾利军,等.基于案例教学法开展软磁器件综合课程设计实践教学探讨[J].实验技术与管理, 2012，29(7):140-142.

[12] 王朝坤.基于Java的编译原理课程案例教学方法初探[J].计算机教育,2011(6):48-51.

[13] 赵洋.计算机控制与检测课程群建设与教学实践[J].实验技术与管理,2016，33(10):209-212.

Study on applicability of case teaching in engineering majors

Li Jinhua, Zhou Qiang

(School of Data Science and Software Engineering, Qingdao University, Qingdao 266071, China)

First of all, the connotation and application scenarios of the case teaching are analyzed. From the following three aspects: the scope of the discipline knowledge, the learning hierarchy and the cognitive process, the analysis on the applicability of the case teaching is carried out. Taking the Software Engineering speciality as an example,the paper explores the applicability of the case teaching in the engineering majors, discusses the issues of teaching time, teaching methods, case design and case selection when designing a specific course, and comes up with the teaching suggestions.

case teaching; scope of knowledge; learning hierarchy

G642.0

: A

: 1002-4956(2017)09-0157-03

2017-02-27修改日期:2017-04-13

2015年山东省研究生教育创新计划立项项目“面向专业课程群的协同式案例教学研究及其案例库建设”(SDYC15007)；青岛大学2014年研究生重点课程项目(QDYKC14001)

李劲华(1963—),男,湖南长沙,博士,教授,副院长,从事软件工程、计算机科学与技术的教学与科研.

E-mail:lijh@qdu.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2017.09.039