基于案例教學法的教學探索與研究

羅 燦 成 立

（揚州大學水利科學與工程學院 江蘇·揚州 225009）

0 引言

案例教學法通過分析典型案例來進行教學，通過討論分析典型案例，提出針對性解決方案，促使學生掌握相關專業知識和實踐技能。[1-2]案例教學的主要教學目的是提高學生對知識理論加強理智性的理解及應用能力，提高和培養學生的評論性、分析性、推理性的思維和概括能力、辯論能力以及說服力方面的能力和自信心。案例法在國內最早可以追溯至春秋戰國時代，諸子百家通過民間故事闡明事理，形成了大量成語，匯集成我國獨一無二的中華成語庫。盡管當時未被稱為案例教學法，但他們將閃爍著智慧光芒的生動案例傳于后人，以供深入學習。而在國外，則可追溯到古希臘和古羅馬時代。比如古希臘教育家蘇格拉底提倡的對話式、討論式、啟發式教育法，通過向學生提問，不斷揭示對方回答問題中的矛盾，引導學生總結出一般性的結論。其弟子柏拉圖將問答編輯成書，以故事為媒介說明道理，開辟了西方案例教學先河。現代案例法則是美國哈佛大學工商管理研究生院于1918 年首創的。該法適用于經濟、管理和法律等專業，目前已廣泛延伸至醫學、教育和工程等各類專業，深受學生歡迎。時至今日，哈佛商學院里已有超過80%的課程以案例法為主。現代案例法在國內推廣較晚，我國工商行政代表團于1979 年訪問美國后才將案例教學法介紹到國內。

隨著信息技術的發展，傳統條件下的信息傳輸主體單一化的格局已經被打破，教師不再是惟一的信息傳播主體，而且也不再擁有惟一的信息話語主導權，變革傳統的講授式教學方法，推行案例教學法勢在必行。[4]然而，受到符合條件教師少、學生多、案例匱乏與教學方式更新慢等方面的限制，案例教學在我國的推行較為緩慢，這對教師的引領能力、學生的數量、學生良好基礎和主動自覺性、案例的強工程背景和豐富性等提出了很高的要求。此外，教育界對案例教學法研究不夠也是推行緩慢的重要原因之一。

歷經60 多年的積累和沉淀，泵站工程已成為我校水利工程乃至工科的一張名片。在我校一代又一代水利人的努力下，水利水電工程發展為我校國家級特色專業，而水泵及水泵站課程被評為國家精品課程，其課程團隊則被評為國家教學團隊。基于上述對案例教學的迫切性和必要性，筆者從課程實際出發，設計了水泵及水泵站課程的案例教學。作為保證本教學研究開展的最重要支撐，長期以來團隊積累了大量關于泵站的案例素材，形成了特色鮮明的案例庫。礙于篇幅，本文將以泵站進水建筑物為例，詳細透徹地闡述如何開展課程案例教學。

1 面向專業及課程

對于以泵站工程為特色的本科水利水電工程專業、農田水利工程專業和研究生水利工程、土木水利泵站方向而言，很多課程均是圍繞泵站展開的，其中就包括本科階段的水泵及水泵站課程和研究生階段的泵站新技術、泵站經濟運行乃至技術計算語言等課程。以水泵及水泵站為例，該課程是水利水電工程和農業水利工程專業的面向本科生的專業主干必修課程，涉及土建、機械和電氣等學科。就水泵而言，雖然絕大多數同學基本了解水泵的作用和工作原理，但是關于水泵分類、性能和基本理論卻知之甚少。而對于泵站，可能僅有少數同學見過抽水站、排灌站、翻水站或泵站，但對泵站的結構和組成等毫無概念。因此，對于學生而言，水泵及水泵站課程具有一定的抽象性、實踐性和強工程背景性。本課程主要的內容分為水泵和泵站兩大部分，其中水泵部分包括水泵的類型與構造、水泵基本理論、水泵能量和空化性能、水泵運行工況點的確定與調節以及水泵選型和動力機配套等內容，而泵站部分則包括泵站工程規劃、泵房和進出水建筑物的設計方法以及泵站水錘計算和防護等內容。

2 案例法教學優點

目前課程多采用多媒體課件教學（PPT）與黑板板書教學相結合，課堂理論教學與實驗室教學相結合的方式展開授課。為了進一步提高教學效果，本文以泵站進水建筑物為例，設置泵站進水建筑物典型案例，輔以合理的講授方式，實現案例法教學目標。采用案例教學法開展教學的優點有：（1）以典型案例為先導，建立起理論和實際工程的橋梁，加深學生印象，提高教學效果。（2）加強同學動手能力，提高學生分析和解決問題的能力。（3）幫助同學牢固樹立工程背景意識，為了盡可能實現工程既定目標，加強學生的科學規劃意識、工程責任意識和專業思想。

3 泵站進水建筑物案例設置

泵站進水建筑物包括前池、進水池、進水流道等，課程講授中分別針對上述進水建筑物展開的。考慮到工程實際，筆者主要將就前池、進水池和進水流道兩類典型工程設置案例。

3.1 前池案例

前池的設置是為了引導引渠中的水平順地擴散，其形式和幾何尺寸應盡可能地防止旋渦等不良流態的發生。目前，現行幾乎所有教材在對前池進行分類時均采用的是正向進水[5]和側向進水兩種基本的進水分類方式，就學生理解而言，按照此種方式講授沒有任何問題。在實際工程中，正向進水前池除了擴散角存在差異，但需滿足標準外，其他相差不大，但是不同工程的側向進水前池就表現出了巨大的差異性，筆者前期針對不同形式的前池開展了大量的研究工作，將側向進水前池總結為單側向進水前池、[6]雙側向進水前池和閘站式側向進水前池[7]等，如圖1～4 所示。為此，通過CFD 技術對不同形式的前池進行數值分析，加深學生對所學前池知識的理解。

圖1 正向進水前池

圖2 單側向進水前池

圖3 雙側向進水前池

圖4 閘站式側向進水前池

3.2 進水池案例

進水池是中小型泵站連接前池和吸水管之間的進水建筑物。設計進水池時，需保證良好的進水流態。一般而言，進水池斷面為矩形，但也有對稱多邊形、半圓形和對稱蝸殼形等其他形式。[8]講授本部分內容時，為了學生對進水池特點有更好的把握，讓學生通過CFD 技術分別對不同形式的進水池展開數值實驗，分析懸空高、后壁距、淹沒深度、池寬和池長等尺寸對進水池內流態的影響情況，讓學生有更好的理解。

3.3 進水流道案例

對于大型泵站而言，往往采用進水流道作為進水建筑物以連接前池和水泵。常見的進水流道有肘形進水流道、鐘形進水流道、斜式進水流道、簸箕形進水流道、豎井式進水流道、燈泡式進水流道、平直進水流道和雙向進水流道等。由此可知，進水流道的形式較多，學生在接受該部分知識時，表現并不理想。因此考慮采用CFD技術，依托實際工程，分別對各類進水流道展開數值研究，提升學生對該部分知識的接受能力。

4 教學效果保證措施

理想的教學效果與切實有效的保證措施是分不開的。不同于傳統教學，案例教學若要達到理想的效果，必須要從案例選編、有效組織和討論評價三個關鍵環節展開。

4.1 案例選編

案例選編的基礎在于授課老師必須首先對典型工程進行梳理、遴選、分類和匯總。3.1～3.3 節詳細闡述了案例選編的分類依據，但是在此必須要指出的是，不管是哪個案例，都必須要求是實際工程，要有對應的工程名稱。這樣做的主要目的是告訴學生案例是實際存在的，具體講授時則要把工程背景講給學生。這樣一來，一方面增加課程的生動性，提高學生的興趣，另一方面也有助于培養工科學生從實際出發考慮問題、解決問題的習慣，引導學生克服將來進入工作或科研時思維的不適。

4.2 有效組織

學校購置了 ANSYS、FLUENT、CRADLE、XFLOW 等計算流體軟件，能夠有效地保障學生軟件的正常使用。CFD 的學習是一個系統的過程，從前處理到網格剖分和計算設置，直至后處理，整個過程周期較長，在現有的教學周期模式下，僅靠一個同學的力量是根本完成不了的，因此需要對學生進行分組，比如可分為前處理組、網格和計算設置組、后處理組，要求學生分工合作，這也將有助于培養學生的團隊意識和協作能力。此外，在整個過程中還涉及了AUTOCAD 和UG 等建模軟件，TECPLOT、MATLAB、ORGIN等分析軟件，以及其他必要的軟件。這將大幅提升學生的實際動手能力，有益于培養出適應能力強的復合型人才。學生不管是將來走向工作崗位還是選擇繼續深造，均能如魚得水。

4.3 討論評價

作為案例教學的關鍵一環，組織討論和老師評價極其重要。具體而言，要根據學生的任務完成度、完成質量、匯報討論情況，綜合評價學生的成績。同時借匯報討論的機會，一方面提高學生的語言表達能力，鍛煉學生的心理素質，另一方面增加學生的學術交流能力，提高學生的學術思維和素養，比如學生可以就分析不同形式的前池和進水流道的特性和存在的問題展開交流，甚至針對進水池的不同尺寸所帶來的流動特性的影響展開討論。

5 結語

多數同學對泵站尤其是大型泵站幾乎沒有認知，以往課程講授采用的是傳統黑板板書結合PPT 的形式。結合課程特點，以提高課程教學效果和培養學生自主發現解決問題的能力為目的，本文制定一套泵站進水建筑物案例教學，沿襲案例教學法的方法，遵循其規律，首先以理論部分的教學工作為引，穿插實際典型工程，將實際與理論結合起來，幫助學生深入學習和理解。為此，本文以泵站中的進水結構為例，詳細闡述了案例的制作依據和過程，并從案例選編、有效組織和討論評價三個關鍵環節出發提出對應的保障措施。針對案例教學的研究可能還有很多未盡之處和不完善的地方，還有待于進一步補充和完善。本文的探索不僅能用于本科水泵及水泵站教學中，甚至還用于研究生相關課程的教學中，同時對其他課程的教學也有一定的借鑒意義。