新工科建设课程的案例教学实践

梁军　　赵均　　张建明

［摘 要］新工科建设给课程教学改革带来了新的机遇与挑战。文章以Z大学系统科学与工程课程为实践背景，结合新工科要求，从案例教学法的实施要点、新工科形势下课程教学面临的新挑战、课程案例教学改革的实施与成效等方面，开展系统科学与工程案例教学改革实践活动，为类似工科课程教学改革积累经验、提供借鉴。

［关键词］教学改革；案例教学法；新工科；系统科学与工程

［中图分类号］ G642 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2023）06-0042-04

近年来，为深化高等工程教育改革和推动工程教育创新，教育部出台了多项与新工科建設有关的举措，标志着我国新工科建设已全面展开[1]。新工科建设涉及高等工程教育的方方面面，给传统工程教育带来了前所未有的机遇和挑战，而本科教学改革无疑是其中关键的一环[2]。新工科的“新技术、新业态、新产业、新模式”要求直接推动了传统工科教学模式的改革，高校教师应主动转变教育理念、更新教学方式，积极探索能激发学生学习兴趣、促进学生能力提升的教学新方法，而案例教学法就是其中深受欢迎的一种[3-4]。

案例教学法由美国哈佛大学法学院院长兰德尔于19世纪70年代首创，后经不断推广应用与发展，逐渐成为各国法学、医学和管理学等领域推崇的成功教育模式[5]，近年来我国教育界也大力提倡和推动案例教学法的应用。从目前公开发表的文献资料来看，案例教学法多用于法学、医学、商学、管理学等专业，理工科专业课程的案例教学应用较少。这可能与理工科课程多是传授基本的理论知识、完整的应用案例较难获取有关，同时也说明部分高校理工科专业教师对这一方法可能不熟悉，影响了这一方法的推广应用。本文以Z大学系统科学与工程这一典型理工科课程为实践背景，结合新工科建设要求，从案例教学法的实施要点、新工科形势下课程教学面临的新挑战、课程案例教学改革的实施与成效等方面，开展系统科学与工程课程教学改革实践活动，为类似理工科课程的教学改革积累经验、提供借鉴，为推广应用案例教学法贡献一个成功案例。

一、案例教学法的实施要点

案例教学法是一种由教师引导的启发式教学模式，教师通过精心选择的具体案例将学生引入特定的真实情境中，将理论知识与具体应用全面融合，通过学生对知识、理论、案例的独立思考或集体协作分析，进一步提高学生分析和解决某一具体问题的能力。并且，相对于课程理论和知识内容的成熟和固化，灵活多样的案例教学更能够与时俱进，适应新工科建设的发展性要求。案例教学法的实施要点如下：

（一）确立教学目标，提出需要解决的问题

教学目标具有导向功能、控制功能和激励功能。确立教学目标，就是明确通过案例教学要解决课程中什么层次上的什么问题，是对学生学习行为结果的一种规定，是学生学习该门课后必须达到的要求，也是完成教学任务、提高教学质量的重要前提和保证。

（二）优化布局教学模块，精选教学案例

根据课程的教学目标和知识体系，要先对课程内容优化布局为既能完整覆盖又有逻辑关联和支撑的教学模块，再为各教学模块精心选择教学案例。教学案例选择要把握的原则有：既要配合各章节教学内容和要求，又要涵盖整个课程知识主线，具备综合性；既要具备知识性、思想性、方法性，与课程知识相吻合相匹配，又要注重新颖性、趣味性、代表性，能吸引学生且有说服力。具体的基本要求包括：情节应精练，篇幅不宜过长；同时关注与教学内容和目的相关的成功与失败两方面；与课程基本知识关联，且有利于激发学生的创新性思维；具有一定的实用性，尽可能反映现实中的热点、难点问题；能体现新工科要求的新知识、新观点、新方法、新科技、新系统；不同教学案例间最好有关联性、连续性、对照性，多个案例最终可以形成一条教学主线。

（三）设计教学场景，让学生查阅资料自主预习

案例教学过程中对教学场景的精心设计有助于达到更好的教学效果，包括营造案例所需的氛围、把握案例节点呈现的时机、借助计算机仿真或动画软件工具、留出学生思考的空间和时间、筹划与教学案例有关的课堂讨论、布置与案例类似的课外作业和延伸阅读、课程学习拓展研究报告的展示与答辩，等等。在开展案例教学活动之前，最重要的是根据具体案例情况让学生查阅资料和自主预习，学生准备是否充分是能否取得预想教学效果的关键。

（四）课堂组织案例解析，结合课程知识分析讨论

教学案例的分析讨论是案例教学的核心环节，需要安排单独的讨论课时，争取做到人人都有发言机会。教师应从多个视角引导和启发学生对案例进行分析，要鼓励学生积极参与讨论，既要防止离题、观点一边倒、争论不休，还要尽量避免冷场，这就要求教师具有较好的课堂驾驭能力，要能控制气氛、掌握方向，善于引导学生围绕中心议题发言，从而把讨论引向正确的轨道，达到拓展学生思路、开启学生创新性思维的目的。同时，讨论前的理论准备非常重要，教师应向学生讲授相关的理论知识，将基本概念、基本理论、基本方法以及有关专题的研究情况讲授给学生，使其成为学生讨论、探讨解决方案的依据。当然，教师还要对学生在分析讨论过程中的表现进行考核。

（五）及时进行总结点评和效果评价

教学案例的课堂讨论结束后，教师应及时对本次教学进行归纳和总结。点评和评价主要包括以下几个方面：将学生提出的技术方案与实际案例方案进行比较，指出学生方案的优点和在实施中可能遇到的问题；对学生在方案设计中的新思路、新方法予以关注、分析和鼓励；讨论行业先进技术和国内外发展动态，介绍案例相关的行业知识（拓展知识）；明晰解决问题思路，强调关键知识，鼓励创新意识。有效的总结与点评，是对案例理论价值的提炼，是对知识和方法脉络的梳理，是对学生掌握知识、提升能力的有利推动，并起到承上启下的作用。

（六）开展课程实践活动

课程实践是学生运用课程知识和方法解决实际应用问题的教学环节，对于培养学生的创新实践能力非常重要。在学习、掌握课堂知识和方法的基础上，可通过教师命题或学生自主选题的方式，确定课程实践的研究课题，参照课堂教学案例的研究步骤和解决问题的思路，让学生独立或组队合作完成课题研究，并形成研究报告或研究论文。

二、新工科建设赋予系统科学与工程课程教学的新使命

系统科学和工程课程是一门涉及复杂系统演化规律，研究如何分析、建设、管理、决策和控制复杂系统的科学。该课程全面介绍系统科学和系统工程的基础理论、应用方法和工程应用，包括连续动态系统、离散动态系统、系统自组织、非线性复杂系统及混沌特征、系统工程方法论、系统建模、系统分析、系统优化、系统仿真、系统预测、系统评价和系统决策等诸多内容，能帮助学生建立起系统研究方法的思维体系。系统科学和工程非某一具体学科的具体知识范畴，而是具有很强的跨学科、交叉知识色彩。近十年来，笔者所在课题组为Z大学开设了系统科学与工程课程，取得了良好效果，形成了创新性、实践性课程特色。

新工科建设进程的加快推进，为系统科学与工程课程教学带来了新挑战，其主要包括：

（一）新工科建设使课程的知识结构发生了深刻变化

传统工科注重学科原理知识，知识的基础性、学术性、专业性特征显著，新工科则更加强调学生的知识转化能力、应用能力和实践能力。从知识结构上来看，传统工科往往是单一学科领域的，新工科则是应对新一轮科技和产业革命而形成的具有跨学科、跨领域、跨行业特性的产物，其知识结构往往是在传统学科领域的基础上融合了“互联网+”、大数据、物联网、数字化、智能化等内容而形成的。这促使系统科学与工程课程教学内容须进一步更新升级，教学案例更应体现和覆盖新工科的知识体系，这也是课程改革的重点和难点。

（二）新工科建设使课程面向的应用领域大大拓展

新工科是指在新一轮科技、产业革命以及知识生产模式转型背景下，面向当前新经济的现实急需和未来发展，运用新兴技术建设和发展一批新兴工科形态，構筑具有跨界整合、创新驱动、应用实践等特征的中国本土化的新型工科，尤其强调移动互联网、人工智能、大数据等新兴技术与传统工业、制造业的深度融合发展。类似系统科学与工程这样的基础课程，其所面向的应用领域从传统行业向新经济形态、从单一行业向多行业跨界融合转化，这将促使教师在教学案例选择过程中必须突出新经济形态和跨界融合的特点，以符合新工科的时代要求。

（三）新工科建设尤其重视多学科知识的融合交叉

交融性是新工科的学科特征，表现为由多个学科交叉、融合、渗透或拓展而形成，以落实新经济强调的绿色、智能、泛在等理念。与传统工科相比，新工科更强调学科的实用性、综合性与交叉性，注重现有工科交叉复合、工科与其他学科交叉融合、应用理科向工科延伸、孕育形成新的交叉学科等。系统科学与工程的课程内容、知识方法要适应新工科多学科知识融合交叉的理念，自然就要求教学案例具有多学科知识融合交叉的特点，以锻炼学生利用多学科知识和方法分析问题和解决问题的能力，同时要求教师具备多学科知识融合交叉的素质。

（四）新工科建设强调培养宽口径、高素质卓越人才

传统工科的人才培养侧重于专业工程教育，注重学科专业设置与工程领域的具体职业岗位对接，使用的是传统的工程教育理念，即“小工程观”。新工科则侧重于跨界整合能力的培养，注重学科专业设置的跨学科性、跨领域性、跨行业性，强调学科专业之间的交叉融合，注重科学、人文、历史、经济、管理、工程、技术等知识的深度融合，培养的是具有创新创业能力和跨界整合能力的复合型工程科技人才，采用的是新型工程教育理念，即“大工程观”。这样的要求，使系统科学与工程课程不仅要在教学案例的选择和讲解中突出能力培养要素，而且在教学过程中要通过讨论发言、课题研究、结题答辩等有意识地培养学生的综合分析能力和创新实践能力。

（五）新工科建设强调提升学生的创新实践能力

创新性是新工科人才培养最重要的属性特征，是新工科的价值所在，是国家经济社会发展对新工科本质属性提出的要求。新工科建设是服务以新技术、新产业、新业态和新模式为特点的新经济发展，寻求我国在核心关键技术上的突破，在未来全球创新生态系统中占据战略制高点，因此，在技术、产业和模式，以及人才培养模式上的创新是新工科的主要任务。具体到某一课程，就要求尽可能设置一定比重的教学实践环节，鼓励学生开展创新研究活动，训练并提高学生的科研创新能力，即使是本科教育也要坚持做到。系统科学与工程课程主要通过课程大作业和研究报告来实现这一目标。

（六）新工科建设强调学生具备创新研究体验和团队合作精神

通过创新研究体验可以增强学生自主学习和终身学习的能力，使学生勤于观察思考，提高判断力，善于发现并解决问题。提高人文素养和综合素质，强调团队合作的沟通能力、团队意识、领导力、协同力，增强个人的社会责任感、工程伦理、科学道德等品德修养，这些对于学生来说都是终身受益的宝贵财富。系统科学与工程课程的讨论课和课程大作业鼓励学生自由选题、自主组队、分工协作，从选题、组队开始，让学生熟悉查阅文献、科技调研、方法研究、科学实验、分析总结、撰写报告、登台答辩等各个环节，形成完整的创新研究链，使学生自始至终在团队协调合作的氛围中学习。

（七）新工科建设需要新的课程考核方法

新工科课程教学的质量评估需引入多维度、多元化的综合评价体系。仅就系统科学与工程课程的考核来说，共有课堂讨论（含材料准备和发言数量、质量）、课程章节作业、基本理论知识考试、课程大作业（研究过程质量、研究报告质量和规范性、答辩水平）等多项指标，以此全面、充分地考查学生个人和团队的能力和水平。

三、系统科学与工程课程教学改革的实践与成效

一门课程的教学改革往往涉及许多方面。如系统科学与工程课程改革近几年所开展的工作主要有：

（一）课程改革设计

系统科学与工程的教学共包含四个环节，即课堂授课、课堂讨论、课程实践和课程结题答辩。其中，课堂授课除讲授基本的课程知识和科学方法外，还穿插多个与课程章节内容有关的教学案例；课堂讨论主要围绕教学案例展开，学生事先在课外准备下次课堂的讨论素材，教师把握讨论主题和讨论节奏，学生积极发言甚至开展辩论，有争议的观点再由学生在课后继续探讨；课程实践以自由组队的兴趣小组为单位（每组限定4～6人），自由组队、自主选题、分工协作，从定题到结题合作完成课题研究的整个过程；课程结题答辩要求各个小组研究成果以科技报告或科技论文形式提交，并在最后几节课进行成果报告和结题答辩。

对照新工科和“双一流”要求，围绕课程教学目标，课题组对系统科学与工程进行了课程改革方案设计，其具有以下特色：

1.“以生为本”的教学模式改革，面向理工农医各学科学生，促进多学科交叉融合。主要措施包括：（1）全面采用案例教学方法，加大教学案例的课时占比，激发学生的学习热情和主动学习、自主学习的潜力，提升教学效果；（2）在课程实践项目中强化选题的科技含量和应用色彩，以突出课程的实践性和可行性；（3）在课程实践项目答辩环节提高学生对成绩评定的参与度；（4）适应选课学生的不同学科背景，将课堂授课内容分为基本内容和延伸内容，基本内容是所有学生都需要掌握的，主要在课堂授课环节完成；延伸内容针对学生的不同学科背景分为“理工农医”方向和“人文社科”方向，主要通过延伸阅读在讨论环节完成；（5）进行实验平台建设；（6）使用Z大学推出的“学在Z大”教学互动平台，让师生能够随时随地互动、答疑解惑、交流学习情况等。

2.实践应用方向的聚焦和深化，引导学生关注、研究国家重大政策和战略发展方向，如经济金融、国防军事、工业交通、农业环保、教育科技、互联网与信息等领域，让学生在学习知识的同时对与国家发展密切相关的领域进行深度思考和科学研究，为学生今后成为各行各业的领军人物和精英提供磨炼机会。

3.通过创新性、实践性的拓展强化活动，培养学生的创新思维和实践能力。为实现上述目标，任课教师要总结自身丰富的科学研究经验和工程实践经历，对典型应用、工程案例进行精选和理论提升，提高学生的学习兴趣，深化理论教学和应用实践的结合。同时，在教学过程中注意引入、积累、完善应用案例和實际科研项目的演示性实验、体验性环节，系统地打造一门具有实践特色的课程。目前，首批选用的典型应用和工程案例来自区域经济发展、城市交通规划、机器人系统、环保大数据系统、高等教育深度分析、智能制造工业优化布局、发电厂经济运行与控制等应用领域。

（二）教学案例精选

结合系统科学与工程课程知识丰富、应用面广的特点，教师应整合几大类重点应用方向，在课程教学案例精选和课程实践项目选题上引导学生关注国家重大战略发展方向。目前，课题组从六大重点应用领域共精选了八个典型教学案例，涵盖了动态系统、非线性复杂系统、系统建模、系统分析、系统优化、系统预测、系统评价、系统决策等课程内容和知识点分支。

（三）课堂讨论的组织

根据课堂教学案例所涉及的知识和方法，布置学生在课外进行下次课堂讨论的素材准备，选取课外故事，围绕预选主题分组进行讨论，要求每个人都要提前准备，该环节也是平时成绩考核的一部分。发言不必全面和精准，但必须是自己的观点和论据，杜绝网上拷贝、照本宣科、敷衍了事。或者在分组中就某一观点、问题或现象设置正反方，以辩论形式展开讨论。

（四）课程考核

课程考核与成绩评定包括平时成绩和期末成绩两部分。平时成绩主要由平时作业和课堂讨论表现决定；期末成绩包括两个小项：基本理论知识考试、方法掌握及实践能力的课题研究考核（以小组为单位的课程大作业），其中前者占比较小，采用闭卷考试形式进行评定，后者占比较大，分为研究质量得分和答辩表现得分两项。研究质量成绩以小组为单位考查研究过程（包括组队、选题、定题、分工、研究、中期汇报、结题、答辩、提交研究报告等所有环节）和研究报告的质量、水平，而答辩成绩则由任课教师和每个研究小组在答辩现场独立打分（以小组为单位，每个小组给其他小组打分）。

（五）课改成效

经过几轮教学实践，系统科学与工程课程模式和内容已经基本成熟，并形成了鲜明的课程特色，最核心的是其基于课程知识内容的创新性、实践性。创新性体现在以课程知识内容为支撑、以课程实践项目为手段，培养学生的创新思维和提高学生解决复杂问题的创新能力。实践性体现在通过对应用背景进行调研和完成课程实践项目，加强学生理论结合实践的实际体验，提高学生面向实际问题的动手研究能力。

系统科学与工程的方法类内容包括系统建模、系统分析、系统设计、系统仿真、系统优化、系统预测、系统评价和系统决策等方面，近几届学生的课程实践研究项目分布在经济、金融、教育、工业、交通、军事、科技、信息等多个领域。这些研究项目涉及面非常广，每一个项目的完成都要经历背景调研、数据搜集、方案设计、方法研究、结果验证、实际应用、总结提高等环节，每个环节都要与应用问题紧密结合，具有很强的课程实践特征。学生综合运用课程知识，在教师的指导下，完成了从发现问题、分析问题，到解决问题、总结问题的研究全过程，提高了创新研究能力。

四、结语

在教学过程中恰当地采用案例教学方法，不仅可以提高教师的教学水平与知识传授能力，还能提高学生分析问题、解决问题的能力，启发学生的创造性思维，从而使教学活动变得更生动、更丰富、更全面，满足教学需求。本文着眼于新工科建设要求，以Z大学系统科学与工程课程为实践背景，将案例教学与其他教学改革措施相结合，优化整合课程教学内容、聚焦深化课程重大应用方向、拓展强化实践研究环节，为相关工科课程的教学改革积累经验、提供借鉴。

［ 参 考 文 献 ］

[1] 钟登华. 新工科建设的内涵与行动[J]. 高等工程教育研究，2017（3）：1-6.

[2] 林健. 引领高等教育改革的新工科建设[J]. 中国高等教育，2017（Z2）：40-43.

[3] 林东. 卓越法治人才培养背景下案例教学的应用探索[J]. 教育理论与实践，2020，40（15）：48-50.

[4] 杨楠，李童. 案例教学视域下软件工程“一体两翼”教学模式的构建与实践[J]. 高等工程教育研究，2020（1）：177-181.

[5] 杨光富，张宏菊. 案例教学：从哈佛走向世界：案例教学发展历史研究[J]. 外国中小学教育，2008（6）：1-5.

［责任编辑：刘凤华］