具有石油特色的系统性案例教学法研究

薛亚茹

摘要：通过对案例教学概念的分析，提出系统性案例教学的概念，介绍卷积案例的三步实施措施及在石油勘探领域的应用。系统性案例教学将某一课程通过一个案例贯穿起来，通过多个子案例教学分别实施，最后达到课程教学体系的统一。

关键词：案例教学法；系统性；石油特色

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）17-0192-02

在我国，受历史传统影响，老师教、学生学的课堂教学模式是目前教育界普遍采用的教学方式。该教学方法以老师为主体，学生思路被动跟随老师，在一定程度上限制了学生的学习能力，难以培养学生自我学习的思维能力。新世纪已跨越十余载，对学生培养目标、培养方式的探讨一直是教育界的热点。2015年，国务院办公厅发布了《关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》（以下简称《意见》）。《意见》以创新人才培养机制为重点，提出促进高等教育与科技、经济、社会紧密结合，加快培养富有创新精神、勇于投身实践的创新创业人才队伍。《意见》明确指出了培养学生创新能力是今后高等教育的方向，但是如何改革目前传统的教学模式，以适应新时期学生创新能力培养的需求，是当前亟待解决的问题。

案例教学渊源已久，1829年，英国法学界开始使用案例教学法；1919年，哈佛商学院（HBS）将它引入商学教育，使案例教学法在MBA教育中得到长足发展。哈佛管理案例教学不同于传统的课堂讲授，不是为了给学员一个标准答案或者解决具体问题的办法，它侧重于理论的应用，需要学员积极参与讨论，是一种以学习者为中心的学习方法（participant-centered learning）[1]。该教学方法改变了教学主体，加强了学生参与教学的深度，推动了学生在课堂上的积极思考，培养了学生主动思考的能力，提升了学生解决问题的能力，是培养学生创新能力的一种基本教学方法。该方法在我国的MBA教育中也得到了广泛应用，并逐渐在计算机教育和英语教学中推广[2，3]，但是在工科理论教学中尚鲜见，因此，如何在工科理论教学中引入该方法，促进学生能力培养，进而提升教学质量，是一个值得探讨的教学课题[4]。

一、案例教学基本概念剖析

（一）案例教学法的定义

所谓案例教学法是指教学者使用案例，以团体和小组讨论、角色扮演等方式来增进成员间的交流，引发学习者思考，并给予成员真实状况学习的一种教学方法[5]。该定义从教学模式的组织过程——小组讨论、教学目的、引发思考的角度给出了案例教学法的定义。我国学者认为案例教学是一种以教学案例为基础，以学生在课堂内外对真实事件和情境的分析、思辨为重点，以提升学生应用理论创新性解決实际问题的能力为目标的教学方法[6]。该定义从更高层次说明案例教学法的最终目的是学生创新性解决实际问题的能力的培养，推动教学活动从“教师本位”转向“学生本位”，真正体现了教学本质是对人的培养，而不仅仅是知识的传授。

（二）案例教学法的理解

案例教学法不仅仅局限于课堂，在我们日常生活中也随处可见，我们所熟知的成语“塞翁失马”、“围魏救赵”等都是很好的案例故事，通过这些案例告诉人们一些简单道理，但这仅仅是学的层次，而非“会学”层次。案例教学不同于举例分析，仅仅是一个实例，也不是教师指导下的学生实践训练课程。通常，案例教学要经过事先周密的策划和准备，要使用特定的案例并指导学生提前阅读，要组织学生开展讨论或争论，形成反复的互动与交流，通过各种信息、知识、经验、观点的碰撞来达到启示理论和启迪思维的目的[7]。目前的案例教学法通常在一次课或几次课就设计一个案例教学，完成某一教学模块。但是对于系统性理论教学，整本教材自成体系，将各个知识分成模块化分别采用案例教学法仅仅能够实现对知识模块的认知，对知识体系认知无法体现，也就无法提升学生对整个知识体系的思辨能力。因此，我们认为在理论教学中引入一个系统的案例，提升学生对全局知识的把控能力，同时培养学生解决问题的递进思维能力是一个值得尝试的方案。

二、《信号与系统》案例实例分析

《信号与系统》是一门理论性较强的课程，公式多、概念抽象，学生学习困难，因此，可以提出一个简单易懂的实例贯穿整个课程以达到认知、提升、迁移的目的。对于石油大学的学生，为了普及石油基本知识，我们以卷积与反卷积这一概念为引子，在课堂教学中引入了高分辨率勘探信号处理这一实例教学。

（一）概念的基本认知

卷积是信号处理的一个基本概念，很多同学对这一概念的理解往往停留在计算的层次，对其物理概念并不理解，因此我们首先从简单的卷积物理概念引入案例教学，一方面使得学生学起来容易，二来吸引学生学习的兴趣。卷积的本质是对某一个基本信号的移位加权求和，那么这当中的基本信号、移位、加权、求和分别怎么理解，又对应着什么样的物理现象，如何把这些抽象的概念和实际结合，以实例让学生形象化理解抽象概念是教学的切入点。地震勘探的基本原理是地震子波经过地层多次反射，通过获得的反射波反映地下构造。这一基本过程中地震子波是卷积中的基本信号，每一次反射都是子波的一次移位处理，不同介质的反射系数反映了对子波振幅的加权，所有反射波的叠加就是求和过程，因此上述勘探过程恰恰是一个简单而明了的卷积模型。通过该物理现象，同学们能够清楚地理解卷积的实质。以此类推，回声信号、雷达信号等概念均可以该实例理解，起到举一反三的作用。

（二）概念的理解提升

卷积的正过程是生活中的物理现象，但实际工程中往往需要解决的是反卷积问题，就此案例进行知识提升，引入反卷积概念。对于反卷积，首先，介绍反卷积的计算方法，在该方法中通过实例引出子波的相位概念，分析最小相位子波、最大相位子波和混合相位子波反卷积的结果差异，从而引出了反卷积的不稳定性概念；第二，通过计算发现反卷积的计算复杂，如何来解决这个问题呢？通过计算方面的问题导出问题需要在变换域解决。

（三）认知的迁移

通过上述卷积与反卷积的学习，我们引出了子波相位问题、计算量问题，这些问题如何更深层次地解决，变换域方法不失为一个好的方案，顺其自然将知识迁移到变换域。首先是傅里叶变换，利用傅里叶变换首先解决了反卷积的计算量问题，然后在频域解释了为什么最小相位子波的反卷积是稳定的，而最大相位子波是不稳定的；其次是学习Laplace变换，分析最小相位子波和最大相位子波的零极点分布，进一步明确了哪类子波可以进行稳定的反卷积。

通过以上卷积案例学习，将信号系统的时域分析方法、变换域分析方法串联起来，形成了一个完整系统的案例。通过案例教学，问题不断地被解决—被提出—再解决，在这个过程中，提高了学生挖掘问题、提出问题、解决问题的能力，潜移默化地培养了学生的创造性能力；上述案例教学在问题的提出、解决阶段都可以通过小组讨论、情景设置等方式实现。案例教学不仅仅是教学模式的改革，更应该是一种培养模式的改进。

三、总结

本文通过对案例教学的概念进行剖析，提出了系统性案例教学概念，并通过地震勘探中的卷积概念阐述了如何在信号与系统教学中实施。通过这种系统的案例教学，不仅实现了常规案例教学小组讨论、激发思维的目的，同时教会学生从全局把握课程体系，从全局提出问题、解决问题。

参考文献：

[1]武亚军，孙轶.中国情境下的哈佛案例教学法：多案例比较研究[J].管理案例研究与评论，2010，3（1）：12-25.

[2]马晓娟.非计算机专业Visual Basic案例教学模式探讨[J].计算机教育，2009，（22）：48-50.

[3]傅堤.大学英语案例教学初探[J].教育与教学研究，2009，23（3）：89-90.

[4]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.

[5]Merseth K K.Cases and Case Methods in Teacher Education[C].Handbook of Research on Teacher Education.New York：Macmillan，1996.

[6]郭忠興.案例教学过程优化研究[J].中国大学教学，2010，（1）：59-61.

[7]王名，张智勇，仝志辉.中国公共管理案例（第一辑）[M].北京：清华大学出版社，2005.