基于认知行为的教学案例组织与实施

杨静 李言 张文英

摘要：案例式教学在培养高素质工科人才的教育中具有独特的效果，教学过程也是一个认知过程，文章以《机械工程测试技术》的教学为例，从认知规律的角度分析了知识传授、构建以及传承三个教学环节中，案例的组织以及实施策略，有利于提高案例式教学的质量与效果。

关键词：认知规律;案例式教学;案例组织;案例实施

中图分类号：G642.3     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）50-0203-02

《机械工程测试技术》是机械工程专业的一门重要的专业基础课，它是建立在传感技术、计算机技术、工程数学等基础之上的一门综合性技术课程。《机械工程测试技术》的课程内容抽象、难度大，教学中需要突出工程应用，才能激发学生的学习热情，提高教学效果。案例式教学在培养应用型与创新型人才方面有独特功能和效果[1]，文献[2]给出了案例式教学中案例选择要求以及教学中的注意事项。但现有的文献忽略了教学中案例的组织与实施。教学过程是一个特殊的认识过程[3]，学生通过教学获取人类长期积累起来的科学文化知识，进而在教师引导下进行知识的构建，最后，利用认知的恒常性，把握事物的本质特征，实现知识的传承。本文以《机械工程测试技术》为例，从认知规律以及认知心理出发，围绕知识传授、构建以及传承三个教学阶段，分析案例式教学中案例选择、组织以及实施的策略，希望能提高案例式教学的教学效果。

一、案例刺激信息接受

认知过程是对信息进行加工处理的过程，外界信息是决定认知的重要因素。教学就是一种间接信息的传授，教师通过语言、文字、符号等媒介向学生传递信息。学生接收的信息有各种直接信息以及间接信息，在此基础上，学生有选择性地将信息进行存储。因此，案例式教学中案例选择的重点是使学生在众多信息中接受教师传递的间接信息。

1.类比案例。人类接收信息刺激具有对比现象，即信息在不同的背景下对人的刺激程度是不同的。因此，在教学过程中可以通过类比案例传授信息。机械工程测试技术中，最重要的一个知识点是信号的频谱描述，由于信号是看不见的，学生会感觉抽象，不好理解。可以通过一个类比案例——“水的描述”来引入信号频谱。水可以描述为由H2O分子组成，水的形态可描述为无色、无味的液体等，表达的都是水。相类比，信号的时域是描述信号随时间的变化，而信号频域则描述信号频率结构，这是从两个不同角度来看信号。

2.兴趣案例。人类感知信息受主观心理因素的影响，人们往往会把不感兴趣的事物排除到认知的背景上去，而集中注意力于感兴趣的事物。因此，兴趣的案例往往会成为学生知觉的对象与注意的中心。机械工程测试课程中，引入倒车雷达的实例来讲解超声波传感器。利用生活中的案例可以提高学生的兴趣。

3.案例实施应避免感知适应。当一种强度不变的刺激持续作用于感觉器时，传入神经纤维的冲动频率逐渐下降，引起的感觉逐渐减弱或消失，称为感知的适应性。在教学过程中，教师应该采用灵活多样的案例实施策略，避免由于感知适应性导致案例的刺激作用减弱。在案例式教学中可以采用的方法有分析式教学与辩论式教学。分析式案例教学，是教师直接对案例的知识点进行讲解;辩论式案例教学则是教师提出案例后，学生针对同一案例进行讨论和分析，最后教师对学生的讨论进行评价。

二、案例引导知识构建

教学过程中，教师首先传递知识信息，在此基础上，引导学生构建自己知识体系，包括对新旧知识加以比较、归类，使新知识融入旧知识之中，使之具体化和系统化，从而深刻地理解并牢固地掌握新知识，这个过程称为知识构建，在此过程，案例的组织与实施应该注意以下几点。

1.案例的选择应该具有综合性，能够融合多个知识点，辅助学生进行知识构建。

2.案例的实施采用引导式教學，如下图，在引入案例基础上，利用方法论中的辩证思维、抓主要矛盾以及逆向思维等方法引导学生分析问题，最后，归纳、总结。

以《机械工程测试技术》课程中的系统动态特性分析为例，在讲完信号频谱之后，接下来讲解系统的频率响应，可以引入以下的案例与组织方式来实施教学。

综合性案例1与实施：人骑自行车经过同一段凹凸不平的道路，骑车速度不同，人感受的振动不同，为什么？首先，引导学生抓住这个案例的关键问题，是一个输入与输出响应问题，路面凹凸不平是输入信号，人的振动是输出信号。这个案例包含测试技术课程的两个重要的知识点。（1）信号傅里叶变换的性质：时间尺度改变对信号频谱的影响;同一段路面，车速不同，即时间尺度不同;（2）装置的频率响应特性：系统对不同频率信号的响应。这个案例将信号与装置作为一个完整的体系进行讲解。

综合性案例2与实施：凸轮的轮廓尺寸检测。该案例涉及多种位移传感器的选择问题。首先，抓住案例的问题关键：是一个位移测量问题。在《机械工程测试技术》课程中，讲了变极距的电容式传感器、电涡流传感器以及差动变压器式位移传感器都可用于位移测量，综合该案例的特点：凸轮采用磨削加工，精度为微米级，要求采用高精度传感器;磨削加工误差小，可以采用小量程的传感器;根据检测方案，对检测的快速性没有要求。同时，考虑凸轮加工表面的油污影响，以及成本问题，本案例可以选择差动变压器式传感器，精度高和可靠性好，成本相对低，尽管为接触式测量，但在本案例要求中非在线低速测量可以满足要求。

三、案例实现知识传承

“知识传承”是由教师负责场景设计，学生通过类比分析问题，将已学知识应用到相似场景，是一个由此及彼的知识应用过程，也是教学的目的。这个过程中，采用课后分组讨论与课中分享、评价相结合的教学策略。将学生分组，教师给每组学生分配不同的案例，课后学生针对问题进行分析，并通过PPT的形式给出解决问题的方案;课中由小组代表进行方案分享讲解，最后由教师以及其他学生进行点评。PPT分享可以锻炼学生的总结、归纳以及表达能力，组间学生的评价可以引导学生采用逆向思维进行辩论。根据心理学的格式塔理论（Gestalt theory），教师在进行课后案例设计时，应该尽量考虑与课堂案例的相似性、闭合性以及连续性，测试技术中，在讲解完传感器一章后，要求学生按课堂中“凸轮检测案例”分析以下综合案例：（1）数控机床刀具进给位移的检测;（2）以塔式起重机为例分析起重机械起重量检测方法。上述案例都具有一定的综合性，与课堂案例具有相似性，学生可以延续课堂传授的方法来分析问题，实现传承。

四、总结

外在信息是决定认知的第一要素，案例的选择要能刺激学生对信息的接收，案例实施中可以采取辩论式或讨论式多种教学策略，避免感知的适应性;信息处理是决定认知的第二要素，在教学中即为知识构建过程。通过综合性案例的分析，采用辩证思维以及逆向思维等方法引导学生构建知识体系;知识传承是教学的目的，案例设计应该考虑相似性、封闭性与连续性。本文以《机械工程测试技术》课程为例，从认知规律角度分析了教学三个阶段中，案例式教学的组织与实施策略，有利于提高测试技术案例式教学的教学效果与质量。

参考文献：

[1]储诚富，董满生，查甫生.案例式教学在勘查技术与工程专业的应用研究[J].教育教学论坛，2015，（32）：164-166.

[2]郝鸿雁，刘叶华.工程案例导入在机械工程测试技术教学中的应用[J].大学教育，2014，（3）：102-103.

[3]徐莲梅.从人的认知心理看思想政治工作规律[J].法制与社会，2009，6（下）：201-202.