张梅 张恒华 杨弋涛
摘要：本文以金属冲击性能章节的教学为例，引入汽车碰撞的教学案例，经过提问环节、讨论环节、分析环节层层递进，促使学生学习的兴趣大涨。案例教学经验表明：恰当运用案例植入教学中，如果再给以学生适当的实践机会锻炼，有助于显著提升金属材料工程专业本科学生的学习积极性、主动性，同时有益于锻炼工科生的工程实践能力。
关键词：案例教学；工程实践；综合能力；冲击性能；汽车碰撞
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）12-0156-02
在工科学生的培养过程中，教学方法方面始终存在是否接地气，能否真正有助于提高学生的学习积极性和能动性，以及提高学生分析问题和解决问题能力等综合素养的问题。案例教学不仅强有力地推动了课堂教学的互动交流，学生思维活跃、学习主动，而且，也显著提升学生课外拓展学习的热情。“金属力学性能”课程案例嵌入教学过程中所积累的经验表明：恰当运用案例植入教学中，如果再给以学生适当的实践机会锻炼，有助于显著提升金属材料工程专业本科学生的学习积极性、主动性，同时有益于锻炼工科生的工程实践能力，从而锻炼其综合能力，显著提升其专业素养，最终提高学生的竞争实力。“案例”源自英文“case”，汉语为“个案”或“实例”。“案例”教学是上世纪20年代由美国哈佛商学院所倡导，目前案例教学法已经被许多国家的教师广泛地应用在各学科的教学中，并取得了很好的教学效果。近年来在我国各高等院校也得到广泛认可与实践。案例教学是从一个个“实例”出发，通过学生查阅资料、文献师生讨论，和教师引导、分析等形式，帮助学生理解与掌握学科基本理论知识和原理，从而提高学生分析和解决工业生产的实际问题能力，达到教学相长目的的一种教学方法，从根本上提高学生学习的主动性和积极性。案例教学法与传统教学法的主要区别是在教学中使用一个个案例，对一个个实际工程问题或难题进行抽丝剥茧的分析、讨论和描述，同时也要求探讨出解决这些问题的相应方法。学生通过查阅资料、文献，积极参与讨论、辩论、互动与总提炼结，加上教师的观点、分析与引导，这样在课堂中，师生一起参与对案例和问题的交流与讨论，对锻炼和培养学生发现问题、分析问题、解决实际问题的能力及提高学生综合素质起到了积极的促进作用。“金属力学性能”作为一门理论性和实践性均很强的课，原有教材缺乏鲜活的工程实践案例，教材与相关教学参考书籍的更新往往跟不上新材料、新工艺、新技术发展的节奏，需要不断地充实新的内容，特别是需进行案例教学的实践，以保持课程的先进性与应用性。
一、案例教学的重要性
1.“金属力学性能”课程教学目的及其案例概述。“金属力学性能”课程主要通过学习有关金属及合金的力学性能知识，使学生能比较深入地理解金属力学性能的本质及其与外在服役条件和内部组织结构之间的关系，从而能动地加以改变，并能根据力学性能正确地评定和选用金属材料，同时还能运用力学性能试验作为研究金属材料及热处理工艺的有力工具。教学要求如下：①通过服役分析，确定材料的力学性能指标。②了解材料力学性能的物理意义、测试方法及其应用领域。③掌握材料的成分组织与力学性能的关系，并建立失效分析的基本方法。④通过习题库的学习，以及在线测试系统的测试，巩固与加强所学知识。⑤通过案例教学及其研讨、实验教学等，促使学生分析问题与解决问题的能力得到提高。教学过程中结合主要课程内容，我们设置了包括“如何提高汽车的碰撞性能”、“航母甲板的耐磨性”、“如何提高大型船板的耐蚀性”及“如何提高大型钢板的冲击性能及韧脆性转变温度”等八个教学案例，其中“如何提高汽车的碰撞性能”教学案例为课程主要实施的案例。2009年以来，我国已稳居全球汽车产销第一大国的宝座连续7年，汽车的用户群体乃至整个社会越来越关注资源、能源危机和安全、环保等问题。因为我们发现汽车就像一把双刃剑，在带给我们大家现代化便捷生活的同时，也为我们带来了诸如环境污染、能源危机和安全隐患等负面影响。其中大家最为关切也最直接、最显著的问题是安全问题。为此，世界上很多国家都制定了实车碰撞试验法规，所有新车上市前都要强制进行相应的碰撞试验。目前世界上实车碰撞试验法规主要有美国的FMVSS和欧洲的ECE两大体系，其他国家如日本、加拿大、澳大利亚等国家的法规大多是参照上述两个法规体系制定的。我国的国家标准委员会2006年初发布的《汽车侧面碰撞的乘员保护》标准（GB20071-2006）及《乘用车后碰撞燃油系统安全要求》（GB20072-2006）7月1日起正式实施。侧碰标准中明确规定，所有M1类车型（9座（以下）4轮（以上）载客机动车辆）和N1类车型（最大设计总质量≤3.5吨的4轮（以上）载货机动车辆），都必须满足侧碰的强制性规定。而在后碰标准中则规定，所有M1类车型都必须满足后碰强制性规定。那些不能够达标的车辆都将被禁止销售。由于欧洲的强制认证方式与我国的认证方式相似，与美国FMVSS法规相比，欧洲ECE法规在测试方法、碰撞角度等方面都更符合我国国内的检测条件和实际情况，也更易实施，所以我国确定以欧洲ECE碰撞法规为借鉴基础，依据我国情况进行了一些修改，在清华大学汽车碰撞试验室和中国汽车技术研究中心碰撞试验室进行了大量的碰撞试验，才最终确定了我国实车碰撞试验法规的内容。碰撞特性已经是公众的关注热点。汽车的撞击行为恰好属于我们的《金属力学性能》课程的冲击性能研究范畴，两者有强相关性。因此，《金属力学性能》课程教学中，教师团队非常注意检索碰撞相关最新资料，提取信息，搜集照片和视频，并提炼素材，制作成图文并茂的碰撞案例教案，在冲击性能章节教案中引入了一些或触目惊心或生动有趣的汽车碰撞图文和案例，这些汽车碰撞案例在先前的教材和教案中并未涉及。源于生活、高于生活是我们学到的课程理论知识。
2.案例教学对提高学生综合素质的重要性。“金属力学性能”课程的案例源于工业生产中的难题，因此具有强烈的针对性和指向性，学生在案例的分析与探讨过程中，学生间彼此尊重、倾听和沟通、团体合作互动的意识获得发展，从而激发学生探究科学的兴趣，这在学生的成长过程中及其对提高学生综合素质会发挥重要作用。
3.案例教学对教师的重要性。“金属力学性能”原有教材缺乏鲜活的工程实践案例，教材与教参的变化也往往跟不上新材料、新技术的发展，需要不断地充实新的内容，特别是需进行案例教学的实践，以保持课程的先进性与应用性；并且原来的实践教学环节也暴露出不足：金属材料力学性能以往的实验课包含在理论课之中，实验课程在较大程度上依附于理论课，往往变成了理论的验证课，不利于综合性、设计性实验的进行，不利于培养学生的综合能力和创新探索意识，也需要进行改革。
在“金属力学性能”课程教学改革的实施过程中，由于课程的理论性强，难度较大，因此许多教师会产生困惑，导致理论与实践脱节，从而影响教学质量。通过案例教学形式，有效地把理论学习与教育教学实践紧密结合起来，成为沟通理论与实践的桥梁。同时，教师不断进行案例的凝练、分析和写作案例教学教案的过程是一个加强工程实践与理论有机结合，主动学习和进一步提高理论水平的过程，这种任务驱动型的学习，使教师能不断内化理论并落实到自己的教育教学实践中。
二、搞好案例教学的几点思考
1.案例教学特点。“金属力学性能”课程的案例全部来源于工程领域，具有真实性、生动性，同时又富有挑战性。案例教学中，教学团队凭借自身的科研积累和学科知识底蕴，呈现给学生一个个生动的案例，从实际案例中引出问题、分析问题、理出解决问题的思路。同时总结理论，灵活运用理论去解析案例。这样，教学的趣味性大大增强，可以大大激发和提高学生自主的学习兴趣，同时使学生尽早接触并了解工程实践场景，了解工作实际的方方面面，培养学生发现问题、分析问题和解决工程问题的能力。
2.案例教学的直观性和具体性。案例直观性。案例来源于实践，具有真实性；同时它又是从科研和生产实践中搜集，经过筛选、提炼后的成果。典型案例能更准确、更全面地反映实际。生动的案例，凭借灵活的教学方法，从实际案例中总结和深入理解理论知识，同时运用理论知识分析案例，能大大提高学生的学习兴趣，促进师生间的互动交流。它比一般教学方法灵活、生动得多。案例具体性。即案例所涉及的每一个问题都是十分具体的，分析问题、解决问题的思路和整个教学过程让学习理论知识具体化到案例剖析的过程中。
3.“汽车碰撞”案例教学的实施效果。结合案例教学发现，案例的引入，讨论、互动和层层递进的分析、总结，整个过程大大激发了学生自主学习专业基础知识的积极性和主动性。以课程中关于冲击性能这一章节的案例教学实践为例，我们引入“汽车碰撞”案例。尝试结合安全节能的时代主题，在讲清基本理论知识的基础上，通过讲解汽车碰撞法规的演变过程，引出冲击问题，以一场场车祸的照片、视频作为案例，让学生全神贯注于学习知识，积极开动脑筋思索。在案例中了解冲击能量、能量吸收、应变速率、惯性对冲击特性的影响等。让学生在案例中了解不同材料的吸能特性、抗撞击零件的选材要点，冲击性能的测试评价方法和不同材料的数据分析比较结果等。通过车祸案例的解析，同学们对金属的冲击性能知识点的理解就比纯粹从教材上学习容易得多，体验也深入得多了。
案例教学作用的实践和初步探索发现：典型案例引入会让课堂学习气氛活跃，学生学习的主动性提高，互动交流踊跃。也帮助学生更加深入理解基本理论、基本原理，让大学本科教学中卓越工程师培养计划的有效实施插上了翅膀，进而全面提高学生分析问题、解决实际问题的基本技能和综合能力。
致谢：本文得到“上海市教委《金属力学性能》重点课程建设”项目和教育部“卓越工程师教育培养计划”（上海大学金属材料工程专业）的资助，在此表示感谢。
