案例教学与传统教学有机结合的工科教学模式探索——以《仪器分析》为例

李红丽，赵正燕，李卉卉，陈大勇

（南京师范大学 化学与材料科学学院，江苏 南京）

一 引言

工科课程通常以严密的系统理论为导向，具有很强的实践性和实用性。工科课程教学过程中，不仅要传授专业知识，还要培养学生分析和解决问题的能力[1]。以经典教材为主的传统知识讲授，教学重难点偏向理论，与实际应用脱节，缺少对前沿技术和实际情况的分析，达不到新时代对应用型人才提出的要求[2]。

案例教学法是基于“案例”而进行教学，以实例、设问、分析为主要活动，通过对案例的研究分析，发现其中所蕴含的知识规律[3]。案例教学法始于“软学科”，主要被应用于如管理、法律等文科专业，然而其也满足技术含量高的工科类课程的教学需求。近年来，案例教学法在我国高校工科课程的教学中逐步得到重视[4]。

《仪器分析》课程是化学、材料、环境、应化等多个专业的必修主干课，教学过程中包含多种仪器的原理，涉及多个学科，并且具有很强的应用性。案例教学有助于实现抽象的仪器原理与技术应用的有效结合，是理论联系实际的重要手段，可以提高学生驾驭和应用理论知识的能力[5]。因此，案例教学法对于建设以《仪器分析》为代表的新型工科教学模式，具有良好的应用前景。

二 案例教学法在工科课程中存在的问题

目前为止，案例教学法在高校工科课程中的推广形式多样，比较零散，没有形成成熟的教学模式[6-7]。如何有效发挥案例教学法在工科课程教学中的作用，仍有待于探索。案例教学法在在工科课程的实际教学中仍存在的普遍误区如下：（1）全面使用案例教学，用案例教学完全取代传统的经典教学。工科课程中案例的使用，目的在于帮助学生理解各种晦涩难懂的概念、错综复杂的公式以及锻炼学生知识的应用能力和实践能力。如果把一门课变成多个案例的集合，忽略了课程的核心知识体系，丢掉了课程教学的本质。（2）案例变举例，未正确理解和实施案例教学。主要表现在错误地将案例教学理解为简单的举例教学，教师向学生单向输出应用示例[8-9]。案例教学需要激发学生思考问题，探究问题的能力，引导学生联系所学知识体系，形成教师引导，学生主体的双向过程。

因此，工科课程在使用案例教学法时，要根据不同工科课程的特点和教学目标，对案例教学进行调整和优化。针对此，本文将以《仪器分析》课程教学为例，提出案例教学与传统教学有机结合的教学模式，把案例教学融入到传统教学中，实现两者的有机结合和相互促进。通过事实案例提供教学内容与实际应用之间的内在关联性，搭建理论知识体系与实际应用的桥梁，建立易于推广和复制的适用于工科课程的教学模式。

三 案例教学与传统教学有机结合的工科教学模式

传统教学有利于发挥教师的专业特长，讲授复杂、难于理解的理论知识。案例教学通过真实、具体的案例，把学生带入生动的教学情境，有助于提高和发展学生解决实际问题的能力[10]。两者各有特点和优势。本文提出将案例教学与传统教学两者有机结合，发展适用于工科课程的普遍教学模式，总体思路如图1 所示：

图1 案例教学与传统教学有机结合的工科教学模式整体思路

（1）每一章节开始授课之前，首先向学生发布应用案例，并向学生提出案例问题。案例选取的恰当和质量的高低直接影响教学效果的好坏。所选择的案例应该具有典型性、与专业背景相结合、能涵盖教学大纲知识点。另外，理工科教师可以结合自身科研特点，从多种学术资源中收集和编写教学案例。以科研文献为依托的教学案例教学，具有严谨性，同时有助于学生了解科研动态，培养学生的创新能力。

（2）案例发布以后，教师讲授理论要点，传授核心知识。在讲授过程中重点讲解工科课程中的经典理论、原理、公式以及方法等。与此同时，学生课下查阅资料，并结合课堂理论知识，分析应用案例，寻找解决方法，确定案例解析方案。在教师理论授课过程中，学生是带着问题进行学习的，在一定程度上解决了学生被动学习和缺乏动力等问题，从而提高教学效果。

（3）理论授课结束后，进行案例课堂研讨。在案例教学中，要充分发挥学生的主动性和积极性。通过教师的引导，学生以主导地位，分析案例，回答问题。按照每个小组4~5 人，将学生分成若干小组，汇报可采取多种形式，如PPT，板书，讲解等。一个案例可以分配给2~3 个小组，这样每部分内容，可以涉及到2~3 个案例。

（4）案例分析后，教师根据各个小组的汇报内容，进行案例总结。重点在于构建实际案例与理论知识之间的关系，解答案例中的疑难问题，进一步巩固所学理论知识。从而促进理论与实际应用的相互补充与完善。

四 结合案例教学的《仪器分析》课程教学模式探索

（一） 整体课程设计

《仪器分析》课程主要由光谱分析、色谱分析、电化学分析及其他的仪器分析（如核磁、质谱等）组成，各个部分成独立的体系。每部分的核心理论知识主要涵盖分析方法的概念、原理、特点、仪器构成等[11]，案例教学侧重于基于对这些知识的应用，对实际问题的解决。在理论学习的基础上，每种仪器分析方法可选取1~3 个典型案例进行分析、讨论、交流并设定案例问题。每种独立的仪器方法都可以参照图1 思路，实施传统教学与案例教结合的教学方式。另外，传统的《仪器分析》教学中，不同的仪器方法通常被看做是割裂的单元，不同仪器方法之间的互补性和关联性往往被忽略。针对此，可以选取综合性案例，案例中涉及对同一个分析对象的不同仪器方法的分析，如红外、核磁、质谱分析等。通过综合性案例，学生可以更好的理解每种方法的特点、优势、不足以及不同方法之间的关联性。在实际问题中，学生可以灵活选择不同的分析方法，从而促使对理论知识的消化、吸收和应用。

（二） 以色谱分析教学实施为例

色谱分析是《仪器分析》课程的中重要内容之一，色谱技术是目前多个行业和领域使用最普遍的分析检测技术，具有很强的实践性[12]。色谱理论知识单调、枯燥，不好理解，单纯的知识讲授，不能使学生充分掌握色谱理论，也很难培养学生对色谱技术的应用能力，无法满足新时期对应用型人才的需求。现以《仪器分析》课程中的色谱分析为例，实施案例教学与传统有机教学对传统教学与案例教学进行有机结合。

这里主要展示代表性的应用案例，以及如何在传统教学中融入案例教学，传统的知识体系教学不做赘述。图 2 是拟定的《仪器分析》 课程中色谱案例示意图。此处选取的色谱案例为高效液相色谱（HPLC）同时测定功能性食品中9 中人参皂苷，来源于科研文献（Simultaneous determination of nine ginsenosides in functional foods by high performance liquid chromatography with diode array detector detection, Food Chemistry, 2010, (123), 1322-1327）。案例的背景介绍，目的在于简单介绍案例，比如：人参皂苷是人参的主要活性物质，分析人参皂苷十分有意义，而液相色谱是分析人参中皂苷和皂苷元的理想方法。这里选取的案例是关于人参分析的，和实际生活贴近，容易激发学生的研究兴趣，引导学生进一步去分析研究案例。此案例的研究内容为高效液相色谱对多种人参皂苷的分离与检测，研究采用的HPLC 仪器方法，参数，系统（含检测器），以及色谱结果均在此文献中有很好的体现。此案例可以认为是一个典型的、有代表性的、有科研创新的、能很好体现所学知识点的高质量案例。在发布案例时候，教师要提出了案例问题，比如：HPLC 的作用是什么？分离皂苷的原理是什么？采用了什么样的色谱柱和系统？主要的色谱图结果是什么？案例问题可以引导学生将实际问题与模块化知识串联起来，激发学生结合所学理论知识，剖析案例，解答问题。在色谱分析里，教师可发布2~3 个相同水平或者相似的案例。

图2 《仪器分析》课程中色谱案例示意图

案例一般在知识讲授前发布，收到案例以后，学生就可以进行理论知识的预习、自学以及资料查阅。《仪器分析》课程中的不同案例都可以参照此模式，发布案例资料，背景介绍，以及案例问题等。在理论知识讲授之后，进行案例分析。在此阶段，学生以小组形式，主导课堂教学，学生在规定的时间里面，讲解分析案例，并要求学生关联所学理论知识。通过这种模式，理论和实践形成了一个良好的相互促进和完善。

（三） 课时规划

在各大高校中，《仪器分析》课程的课时不完全相同。目前我校《仪器分析》的教学课时为54 课时。对于结合案例教学与传统教学有机结合的教学模式，理论知识讲授可计划为36 课时（占比2/3），案例教学占18 课时（占比1/3）。虽然案例教学在课堂上只占用了30%左右的课时，但结合课下的案例教学准备，案例教学所占比重不少于50%。这样既保证了教学内容的讲授，又合理地融入了案例教学。按照《仪器分析》课程不同的分析方法，具体的课时规划见表1。每一个仪器方法，都可以配套1~3 个应用案例。另外，课时规划可根据总课时以及专业需求不同进行适当调整。

表1 结合案例教学法的《仪器分析》课时规划

（四） 考核评价

案例教学与传统教学相结合是为了让学生真正地学习知识、理解原理并具备一定的应用能力。传统的理论试题考试，无法体现案例教学的部分，不足以满足本文中提出的教学模式。采取过程考核与期末考核相结合方式，注重学生平时成绩，可以更好的调动学生参与案例教学的积极性。因此，教学改革后的《仪器分析》课程评估包括三个方面：一是考察学生案例汇报的情况（PPT 制作、讲解等）、问题回答的表现等，偏重于知识的应用，占总成绩的30%。 二是考察核心的理论知识和主要内容，偏重知识的掌握和理解，占总成绩的60%。三是平时表现，比如出勤率、案例书面报告等，占总成绩的10%。

因此，选择和编写具有代表性的仪器分析方法案例，把案例教学有效地融入传统教学中，设计互动的课堂教学模式，合理规划课时和制定考核制度，可以大大提高《仪器分析》课程的教学效果和质量。通过案例教学与传统教学的有机结合的教学模式，提高学生对抽象原理的理解和分析仪器的应用能力，解决工科课程理论与实践相脱节的问题，并极大提高学生的学习能动性。在《仪器分析》课程中探索的教学模式，可为其他具有实用性特点的理工科的课程，提供参考，具有一定的推广价值。

五 结语

本文提出的传统教学与案例教学有机结合的教学模式体现了理论与实践、教与学、学生与教师、课堂与课下，以及科研与教学的统一。通过事实案例提供教学内容与实际应用之间的内在关联性，进而搭建起知识和实际应用的桥梁，提高学生驾驭和应用理论知识的能力。案例教学法是以案例引入，激发学生思考问题、主动探寻解决方法，以学生为主体的讨论式教学方式。该方法一定程度上解决了学生被动学习和缺乏动力等问题。同时，案例教学法要求教师对前沿技术有较高的引导能力，有助于促进教师教学科研工作的创新。本文的教学模式探索，在工科课程中具有普适性，在一定程度上可以促进了实践教学改革，对培养学生成为应用性、技能型人才，适应社会、经济发展需求，有着重要意义。