采用案例教學法提升研究生科研能力的實踐與思考

曾 真，王為國，馬飛燕，師 俊，何家勝

（1.武漢工程大學機電工程學院 湖北 武漢 430205；2.武漢工程大學化工與制藥學院 湖北 武漢 430205)

自1978年恢復研究生教育以來，我國研究生教育經歷了由弱到強的跨越式發展，有效支撐了以科技為基礎的綜合國力的提升。科研能力是研究生教育本質的體現，是提高研究生教育質量的關鍵，也是我國碩士研究生教育階段的主要培養目標之一。提高研究生科研能力，一直是高校教育改革的熱點問題[1-2]。

目前，我國研究生課程教育仍普遍存在理論教學與科研能力培養脫節的現象，造成部分研究生學完基礎知識和專業知識后，難以進入后期科學研究階段。如：查閱文獻，很難站在前人知識積累的基礎上發現具有學術價值和實踐意義的科學問題；在撰寫學術論文時，不知道如何分析現象，找出現象的本質和規律，學術論文缺乏深度等。為解決教學促進科研能力培養問題，2009年3月19日，教育部發布的《教育部關于做好全日制碩士專業學位研究生培養工作的若干意見》中指出 “教學內容要強調理論性與應用性課程的有機結合，突出案例分析和實踐研究”[3]。2013年3月29日，教育部、國家發改委、財政部在《關于深化研究生教育改革的意見》中指出 “構建符合專業學位特點的課程體系，改革教學內容和方式，加強案例教學，探索不同形式的實踐教學”[4]。2015年5月7日，教育部在《關于加強專業學位研究生案例教學和聯合培養基地建設的意見》中指出 “培養單位要根據培養目標及教指委制定的指導性培養方案，明確案例教學的具體要求，規范案例教學程序，提高案例教學質量，強化案例教學效果”[5]。這些文件的頒發，充分說明案例教學可作為促進研究生科研創新能力培養的一種有效手段。

案例教學法起源于20世紀初，早期在法學、管理學中應用較多，隨著案例教學的研究發展，其科學性已得到教育界的認同，目前已在開發分析、綜合及評估能力等領域得到廣泛應用。案例教學作為一種先進、新型的教學方式，值得在高層次人才培養，比如專業學位研究生教育中進一步探究。

案例教學法的優勢在于其實踐性強，理論聯系實際緊密，教學方法靈活多樣，注重學生能力的培養，強調互動、參與，有助于學生理解問題的復雜性和多樣性。經過幾年教學實踐，案例教學在培養研究生的創新實踐能力方面取得了一定成效，但也暴露了一些不足，主要表現有：①案例教學的應用效果與預期目標尚有距離，多流于形式，教學模式單一，講授多，互動討論少，歸納法多，發現法少，其優勢得到未充分發揮；②典型案例供應有限，來源渠道有待擴展，亟需創建有專業特色的案例庫及共享平臺；③案例教學的效果評價及對學生的案例考核評價較難把握，缺乏準確性和可操作性的方法。因此，現階段研究生課堂案例教學仍需不斷地發展和完善，使其真正成為高校教學改革的一種有效手段。

本文以動力工程專業 “工程材料及失效分析” 課程為例，采取案例教學方式探究如何通過課程學習，提高研究生的科研能力。并總結案例教學法的經驗，為同行進行案例教學提供借鑒。

1 采用案例教學法提升研究生科研能力的教學實踐

研究生科研能力是一系列從事科學研究需要的多方面能力的綜合，包括發現問題、查閱文獻、總結歸納、試驗設計、組織實施五個方面的能力。

“工程材料及失效分析” 以工程材料的組成、微觀結構、力學性能和環境對材料的影響為主線，介紹了過程裝備常用材料微觀結構的形成及其隨環境而發生的變化，探討工程設備常用材料的失效機理，并結合微觀組織的變化進行工程材料失效分析[6]。通過本課程的學習，學生能在微觀與宏觀相結合的基礎上對工程材料的各種性能進行分析，動態掌握材料性能的變化，掌握失效分析的基本知識和分析方法，培養分析解決失效實例的能力，以便提出預防和改進的措施，為有效開展工程材料失效分析工作做準備。該課程是一門多學科交叉的學科，材料學、熱處理、測試技術、力學、數值分析等多學科知識融合其中，理論與實際聯系緊密，與科研聯系廣泛。該課程教學過程中引入了大量實際案例進行分析，并將先進的分析方法和技術手段穿插在案例分析過程中，使學生對多門學科知識的理解的同時，提高運用理論知識和先進技術手段分析和解決實際問題的能力。因此，在該課程的教學過程中采用案例教學法，對培養研究生的綜合科研能力具有典型意義。

抽象描述采用案例教學法提升研究生科研能力較為困難，下文通過典型案例來具體描述。在工程實際中，大型攪拌設備運轉時因多種原因發生共振是過程裝備失效中較為典型的案例，為較詳細地反映案例教學的教學思想及教學效果，本文引用某企業發生的攪拌機共振失效案例進行教學。此案例具體內容如表1。

表1 典型案例的分析及結果

該案例以該事故的經過、原始參數、直接原因、結論分析及預防措施五方面進行分析。教學過程以課前、課中、課后三個時間段開展，知識點包括失效模式、失效機理等基本概念、失效分析基本程序和方法、轉子臨界轉速及共振因素等，課前給出案例預習方向，學生自主查閱文獻，搜集資料，寫讀書筆記，培養學生發現問題、查閱資料的能力，養成發現問題的思維和習慣。課中，教師概要介紹該失效案例的工程背景及基本工藝參數，讓學生根據已學專業知識和了解的文獻初步學習與思考；然后，詳細介紹該事故的直接原因及結論分析，使學生學會如何通過現象判斷失效模式、辨別失效因素、從而論證失效機理，找出失效的根本原因。在該部分的分析過程中，學生不僅要掌握工程材料失效分析的基本概念，熟悉失效分析的基本方法和程序，且要融入實驗教學，深入實驗室，進行轉子偏擺量測試、轉子振動頻譜測試，轉子臨界轉速測試，雖然操作的是實驗室設備，但其原理與實際設備一致，學生通過這部分訓練，掌握臨界轉速及共振的基本概念，且學會實驗測試方法，鍛煉其試驗設計能力及組織實施能力；實驗結束后，運用所學的有限元分析軟件對實驗室模型及實體設備進行模擬分析，本案例讓學生運用該軟件對三層攪拌槳的軸系進行了模態分析，得出坎貝爾圖及各階臨界轉速，仿真數據與實際設備數據基本一致，有限元流固耦合計算分析得出一階固有頻率480rpm，與故障頻率接近，證實了學生的建模過程及邊界條件設置正確。案例分析的最后，學生交流不同的看法和理解，一個案例的解決方案不是唯一的，案例教學中，教師可鼓勵學生轉換思路，嘗試新的解決途徑，比如：本案例的解決方法有改變軸徑、改變支撐、改變轉速等，學生們可采取不同方法進行分析，根據實際工況選出最優方案。課后要求學生再次查閱文獻，補充資料、根據實驗結果及有限元分析結果，纂寫分析報告。

合理的考核方式是保證教學效果的必要手段，關于學生的案例學習考評，教師可根據報告質量、實驗過程、課堂學習表現給出綜合評分。

由上述所見，工科課程的典型案例分析過程實際上就是一個科學研究的過程，通過對案例教學過程合理的設計，可鍛煉和培養學生的創新實踐能力、邏輯思維能力、獨立思考能力、學術交流能力及寫作能力等，為后期科學研究做準備。

2 結論

科研能力的培養是我國碩士研究生教育階段的主要培養目標之一，為了充分發揮課堂教學對提升研究生科研能力的作用，本文對 “工程材料及失效分析” 進行了案例教學實踐。結論如下：

“工程材料及失效分析” 是一門多學科交叉的學科，與實際聯系緊密，與科研聯系廣泛。在該課程的教學過程中采用案例教學法，對培養學生的綜合科研能力具有典型意義。

選擇典型案例，采用討論、質疑、提問、實際操作（實驗及仿真模擬）等多種教學手段及合理的考核方式，可使研究生在全面了解課程基本知識的同時，學會一些科研手段和研究方法，鍛煉和培養其創新實踐能力、邏輯思維能力、獨立思考能力、學術交流能力及寫作能力等綜合科研能力，為后期科學研究做準備。