采用案例教学法提升研究生科研能力的实践与思考

曾 真，王为国，马飞燕，师 俊，何家胜

（1.武汉工程大学机电工程学院 湖北 武汉 430205；2.武汉工程大学化工与制药学院 湖北 武汉 430205)

自1978年恢复研究生教育以来，我国研究生教育经历了由弱到强的跨越式发展，有效支撑了以科技为基础的综合国力的提升。科研能力是研究生教育本质的体现，是提高研究生教育质量的关键，也是我国硕士研究生教育阶段的主要培养目标之一。提高研究生科研能力，一直是高校教育改革的热点问题[1-2]。

目前，我国研究生课程教育仍普遍存在理论教学与科研能力培养脱节的现象，造成部分研究生学完基础知识和专业知识后，难以进入后期科学研究阶段。如：查阅文献，很难站在前人知识积累的基础上发现具有学术价值和实践意义的科学问题；在撰写学术论文时，不知道如何分析现象，找出现象的本质和规律，学术论文缺乏深度等。为解决教学促进科研能力培养问题，2009年3月19日，教育部发布的《教育部关于做好全日制硕士专业学位研究生培养工作的若干意见》中指出 “教学内容要强调理论性与应用性课程的有机结合，突出案例分析和实践研究”[3]。2013年3月29日，教育部、国家发改委、财政部在《关于深化研究生教育改革的意见》中指出 “构建符合专业学位特点的课程体系，改革教学内容和方式，加强案例教学，探索不同形式的实践教学”[4]。2015年5月7日，教育部在《关于加强专业学位研究生案例教学和联合培养基地建设的意见》中指出 “培养单位要根据培养目标及教指委制定的指导性培养方案，明确案例教学的具体要求，规范案例教学程序，提高案例教学质量，强化案例教学效果”[5]。这些文件的颁发，充分说明案例教学可作为促进研究生科研创新能力培养的一种有效手段。

案例教学法起源于20世纪初，早期在法学、管理学中应用较多，随着案例教学的研究发展，其科学性已得到教育界的认同，目前已在开发分析、综合及评估能力等领域得到广泛应用。案例教学作为一种先进、新型的教学方式，值得在高层次人才培养，比如专业学位研究生教育中进一步探究。

案例教学法的优势在于其实践性强，理论联系实际紧密，教学方法灵活多样，注重学生能力的培养，强调互动、参与，有助于学生理解问题的复杂性和多样性。经过几年教学实践，案例教学在培养研究生的创新实践能力方面取得了一定成效，但也暴露了一些不足，主要表现有：①案例教学的应用效果与预期目标尚有距离，多流于形式，教学模式单一，讲授多，互动讨论少，归纳法多，发现法少，其优势得到未充分发挥；②典型案例供应有限，来源渠道有待扩展，亟需创建有专业特色的案例库及共享平台；③案例教学的效果评价及对学生的案例考核评价较难把握，缺乏准确性和可操作性的方法。因此，现阶段研究生课堂案例教学仍需不断地发展和完善，使其真正成为高校教学改革的一种有效手段。

本文以动力工程专业 “工程材料及失效分析” 课程为例，采取案例教学方式探究如何通过课程学习，提高研究生的科研能力。并总结案例教学法的经验，为同行进行案例教学提供借鉴。

1 采用案例教学法提升研究生科研能力的教学实践

研究生科研能力是一系列从事科学研究需要的多方面能力的综合，包括发现问题、查阅文献、总结归纳、试验设计、组织实施五个方面的能力。

“工程材料及失效分析” 以工程材料的组成、微观结构、力学性能和环境对材料的影响为主线，介绍了过程装备常用材料微观结构的形成及其随环境而发生的变化，探讨工程设备常用材料的失效机理，并结合微观组织的变化进行工程材料失效分析[6]。通过本课程的学习，学生能在微观与宏观相结合的基础上对工程材料的各种性能进行分析，动态掌握材料性能的变化，掌握失效分析的基本知识和分析方法，培养分析解决失效实例的能力，以便提出预防和改进的措施，为有效开展工程材料失效分析工作做准备。该课程是一门多学科交叉的学科，材料学、热处理、测试技术、力学、数值分析等多学科知识融合其中，理论与实际联系紧密，与科研联系广泛。该课程教学过程中引入了大量实际案例进行分析，并将先进的分析方法和技术手段穿插在案例分析过程中，使学生对多门学科知识的理解的同时，提高运用理论知识和先进技术手段分析和解决实际问题的能力。因此，在该课程的教学过程中采用案例教学法，对培养研究生的综合科研能力具有典型意义。

抽象描述采用案例教学法提升研究生科研能力较为困难，下文通过典型案例来具体描述。在工程实际中，大型搅拌设备运转时因多种原因发生共振是过程装备失效中较为典型的案例，为较详细地反映案例教学的教学思想及教学效果，本文引用某企业发生的搅拌机共振失效案例进行教学。此案例具体内容如表1。

表1 典型案例的分析及结果

该案例以该事故的经过、原始参数、直接原因、结论分析及预防措施五方面进行分析。教学过程以课前、课中、课后三个时间段开展，知识点包括失效模式、失效机理等基本概念、失效分析基本程序和方法、转子临界转速及共振因素等，课前给出案例预习方向，学生自主查阅文献，搜集资料，写读书笔记，培养学生发现问题、查阅资料的能力，养成发现问题的思维和习惯。课中，教师概要介绍该失效案例的工程背景及基本工艺参数，让学生根据已学专业知识和了解的文献初步学习与思考；然后，详细介绍该事故的直接原因及结论分析，使学生学会如何通过现象判断失效模式、辨别失效因素、从而论证失效机理，找出失效的根本原因。在该部分的分析过程中，学生不仅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，且要融入实验教学，深入实验室，进行转子偏摆量测试、转子振动频谱测试，转子临界转速测试，虽然操作的是实验室设备，但其原理与实际设备一致，学生通过这部分训练，掌握临界转速及共振的基本概念，且学会实验测试方法，锻炼其试验设计能力及组织实施能力；实验结束后，运用所学的有限元分析软件对实验室模型及实体设备进行模拟分析，本案例让学生运用该软件对三层搅拌桨的轴系进行了模态分析，得出坎贝尔图及各阶临界转速，仿真数据与实际设备数据基本一致，有限元流固耦合计算分析得出一阶固有频率480rpm，与故障频率接近，证实了学生的建模过程及边界条件设置正确。案例分析的最后，学生交流不同的看法和理解，一个案例的解决方案不是唯一的，案例教学中，教师可鼓励学生转换思路，尝试新的解决途径，比如：本案例的解决方法有改变轴径、改变支撑、改变转速等，学生们可采取不同方法进行分析，根据实际工况选出最优方案。课后要求学生再次查阅文献，补充资料、根据实验结果及有限元分析结果，纂写分析报告。

合理的考核方式是保证教学效果的必要手段，关于学生的案例学习考评，教师可根据报告质量、实验过程、课堂学习表现给出综合评分。

由上述所见，工科课程的典型案例分析过程实际上就是一个科学研究的过程，通过对案例教学过程合理的设计，可锻炼和培养学生的创新实践能力、逻辑思维能力、独立思考能力、学术交流能力及写作能力等，为后期科学研究做准备。

2 结论

科研能力的培养是我国硕士研究生教育阶段的主要培养目标之一，为了充分发挥课堂教学对提升研究生科研能力的作用，本文对 “工程材料及失效分析” 进行了案例教学实践。结论如下：

“工程材料及失效分析” 是一门多学科交叉的学科，与实际联系紧密，与科研联系广泛。在该课程的教学过程中采用案例教学法，对培养学生的综合科研能力具有典型意义。

选择典型案例，采用讨论、质疑、提问、实际操作（实验及仿真模拟）等多种教学手段及合理的考核方式，可使研究生在全面了解课程基本知识的同时，学会一些科研手段和研究方法，锻炼和培养其创新实践能力、逻辑思维能力、独立思考能力、学术交流能力及写作能力等综合科研能力，为后期科学研究做准备。