“案例法”在材料学科教学中的应用

2020-04-07刘勇朱景川郏凌陈国钦

高教学刊 2020年4期

刘勇朱景川郏凌陈国钦

摘要：“案例式”教学是一种能够激发学生学习兴趣，提高学习主动性，培养理论联系实际能力非常好的教学方法。文章结合教学实践，研究了“案例式”法及在材料学科教学中的应用。通过研究认识到，案例法是使知识点从抽象到具体的一个展示过程，是联系理论和实践的桥梁;“案例式”法具有使抽象的知识形象化、生动化，离散的知识关联化，书面知识实用化以及培养创造性思维的作用。在材料学主要课程中按“材料设计”、“器件设计”、“失效分析”和“材料分析测试”类型进行了教学案例的提炼，并应用到实际教学中去，有效地提升了教学效果。

关键词：案例式教学;教学实践;材料学科

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2020）04-0122-03

Abstract： "Case-based" teaching is a very good teaching method that can stimulate students' interest in learning， improve learning initiative， and cultivate the ability to combine theory with practice. Based on teaching practice， this paper studies the "case-based" method and its application in the teaching of materials. It is recognized through research that the case method is a process of displaying knowledge from abstraction to concrete， and is a bridge connecting theory and practice; the "case-based" method has the ability to visualize， vivid， and discrete knowledge of abstract knowledge. The utility of written knowledge and the cultivation of creative thinking. In the main courses of materials science， the teaching cases are refined according to the types of "material design"， "device design"， "failure analysis" and "material analysis and testing". These cases are applied in practical teaching， and effectively improves the teaching effect.

Keywords： "case-based" teaching; department of materials

現代材料学科的教学，不仅仅是知识的灌输，更注重能力和兴趣的培养。传统的“填鸭式”显然不能满足教学的需要。鉴于此，基于现代教育理论的新的教学方法的探索陆续展开。“案例式”教学是其中一种受到高度重视的教学方法。笔者近几年在材料学科教学中就“案例式”教学做了大量的探索工作，取得了一定的成果。现就有关“案例式教学”的体会做一总结，以供交流。

一、“案例式”授课法的内涵

所谓“案例法”教学，是指将具体的知识点，融化于具体的案例中，让学生在案例中深入领会和把握应该掌握的知识和技能[1-5]。俗语说得好，“一个好的例子，好于上千句空洞的说教。”就是这个道理。材料学科是一门理论和实践紧密结合的学科，不但具有系统的理论性，更具有强烈的实践性。而且某些课程的实践性强于理论性。从具体的材料和零部件案例中更能体现材料理论和实践的结合[6，7]。

经过大量的实践，笔者体会到“案例法”的教学内涵为：（1）案例法是使知识点从抽象到具体的一个展示过程。可以使材料学科抽象的知识点转化为学生可以接触到的具体事物;（2）案例法是联系理论和实践的桥梁，通过案

例，学生可以体会、学习具体知识如何应用到实际中去。

二、“案例式”在教学中的作用

“案例式”教学在培养学生学习兴趣，提高学习能力方面有显著的效果。具体而言，“案例式”教学具有以下作用：（1）抽象的知识形象化、生动化;（2）离散的知识关联化;（3）书面知识实用化;（4）培养创造性思维。

“案例式”教学可以使抽象的知识形象化、生动化。书本的知识总是非常抽象的，只有具体的例子才能使空洞的知识形象化、生动化。如氢脆的概念，简单的讲氢脆的断口特征和机理是非常难于理解的。如果结合40CrMnSiMoVA超高强度钢热处理过程中的氢脆断口案例进行讲解，则会使氢脆的概念更加形象，更加易于理解。

“案例式”教学可以使离散的知识关联化。传统的材料理论非常注重系统性，不同的知识点分布在不同的章节中。事实上这些知识是相互关联的。结合具体的案例，可以将这些知识点有效地进行关联和融合。如上述40CrMnSiMoVA超高强度钢制造的活塞杆案例将金属材料中的40CrMnSiMoVA超高强度钢成分、组织、性能，热处理中的气氛保护、淬火和回火、失效分析中的氢脆知识点融合在一起。

“案例式”教学可以使书面知识实用化。单纯的知识往往是“死”的，只有实用化的知识才是活的。具体的实用案例往往使理论知识实用化。如40CrMnSiMoVA超高强度钢制造的活塞杆热处理案例使得学生学会怎样根据钢的具体成分、性能要求制定热处理工艺，并在热处理工艺制定中考虑如何避免引起氢脆现象。只有这样书面知识才能实现实用化。

“案例式”教学是培养学生创新性思维的行之有效的手段。培养创造性人才是我国由“制造”大国向“创造”大国转变的关键。创造性思维是创造性人才具有的基本特征。而创造性思维是在长期学习中积累起来的。因此在材料学科教学中，在传授基本知识的同时，更要注意创造性思维的培养。创造性思维的核心是知识的融合和理论与实际的结合程度。在案例式教学中，一个有价值的案例包括材料知识、工艺知识、性能及失效分析知识;通过具体案例的学习，使学生学习到的各种知识结构强烈融合，并启发其创造性思维。因此案例式教学有助于培养学生的创新性思维。

三、“案例式”的类型和提炼

教学案例的提炼是实施“案例式”教学的关键。笔者将“案例式教学”应用到材料学科《材料物理性能》《固体物理》和《热处理工艺》等主干课程的教学中去。根据笔者的经验，教学案例类型包括“材料设计类”、“器件设计类”、“失效分析类”和“材料分析测试类”四大类。材料设计类案例指在案例中给出零部件，根据其服役状况和性能要求，进行材料选择和成分设计;“器件设计类”指根据器件的工作环境和性能要求，结合相关的材料学原理进行器件的原理、结构和选材分析;失效分析类案例则是给出具体的零部件材质和处理工艺及使用中出现的问题，根据问题进行失效分析，找出设计、材料和工艺的不当之处。“材料分析测试类”案例则是指将所学的材料学的知识用于具体材料性能、组织的分析之中。具体的案例需要在材料研发和生产过程中长期进行提炼和积累。下面给出了具体的两类热处理具体案例的例子。

工艺设计类案例1：万能分度头主轴是机床重要的附件。试根据有关的工况选择材料，并制定有关的热处理工艺。

本案例结合调质钢的热处理工艺以及调质钢材料教学进行，经过本案例，学生可以深入理解调质热处理的概念。基本原理和工艺制定原则，并可以将材料选择与调质热处理工艺制定联系，切实做到理论联系实际。

失效分析类案例2：20CrMnTi钢齿轮以三乙醇胺为渗剂，进行气体碳氮共渗。结果发现延迟断裂现象。金相组织观察发现断裂呈沿晶断裂，部分准解理断裂，晶面出现细小的爪状撕裂线，分析原因，并给出可能解决的措施。

本案例结合渗碳钢的化学热处理教学而设计的。通过本案例的分析，可以使学生真正掌握渗碳钢的渗碳热处理工艺、渗碳钢渗碳时应注意的问题，“氢脆”的特征和形成原因等。

具体案例的提炼，一方面要求教师真正走入到实际生产中去，从实际的生产中去发现和提炼具体的“案例”;另一方面要对教学内容和教学要求有明确的认识，要有意识地发现和挖掘“案例”，更要细心地提炼和设计教学案例。

表1给出了示范课程《材料物理性能》课程提炼的具体案例。

四、案例式教学的实施模式和实践

在建立丰富的教学案例库的基础上，在合适的时机以恰当的方式引入案例是非常关键的，直接影响“案例式”教学效果。笔者经过几年的实践，总结出“案例式”教学的展开方式有以下几种：（1）开篇提示式;（2）总结升华式;（3）首尾呼应式。开篇提示式指在一章或一节的开首讲解相关的案例，并进行展开，引入要讲的知识点，这样可以激发学生的兴趣。总结升华式指在讲解完知识点后，引入案例，使学生加深对知识点的理解，培养理论联系实际的能力以及分析问题和解决问题的能力。首尾呼应式指开首交代案例，留下问题让学生思考，在讲解完知识点后针对案例再进行分析总结，提升学生的学习效果。针对不同的知识点和案例可以灵活选用。

五、案例式教学效果

经过在《材料物理性能》《固体物理》和《热处理工艺》使用案例式教学，取得了一些可喜的成果。主要体现在：（1）学生学习兴趣增加，由原来“要我学”变为“我要学”，切实在教学中发挥了学生的积极性和主动性;（2）培养了学

生理论联系实际，分析和解决实际问题的能力，使“死”的知识变“活”。实践结果表明三门课平均成绩提高5分，优秀率提高10%。

学生进行的很多案例式学习项目取得有深度的结果，其中一些结果已经在国内外有影响的学术杂志上发表。

案例1：笔者指导的一名同学在钛合金热处理工艺案例学习中，开发了双重热处理工艺，有效提高了合金的强韧性。文章发表在《材料热处理技术与装备》（2016年5期）上。

案例2：笔者指导的另一名同学在纯铝传热案例式学习项目中，采用编程的方法对半无限大物体一维非稳态导热问题进行数值求解，得到了在第一类边界条件下相变界面位置变化与界面移动速度变化以及两相中的温度变化等结果，并考察了温度场对相变行为的影响。文章发表在《材料热处理技术与装备》（2016年5期）上。

总之，“案例式”教学是一种能够激发学生学习兴趣，提高学习主动性，培养理论联系实际的非常好的教学方法，并且具有通用性。本文中“案例式”的基本思想、实践模式可以在其他课程的教学中推广。

参考文献：

[1]刘翠云，吴慧芳，尤朝阳.“案例式课内教学+学科类课外竞赛”工科人才培养模式探讨[J].教育教学论坛，2017（12）：181-183.

[2]方华，童新海，陆溪平，等.案例式教学方法初探[J].科教导刊（下旬），2015（12）：117-118.

[3]刘建华，耿霞，连玉晶.案例式教学在大学课堂中的应用研究[J].现代经济信息，2018（07）：423+425.

[4]莫婉玲，梅付名，李涛，等.物理化学教学中结合化工研发案例的讲授[J].化工高等教育，2015（141）：40-42.