梁文宏 王冠偉 張 洋

（西安工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，陜西 西安 710021）

0 引言

近年來，國家大力鼓勵高等學(xué)校進(jìn)行各本科專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證工作，其目的是在與國際高等教育接軌的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升本科教育質(zhì)量。在認(rèn)證報(bào)告中，各高校不約而同地把培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力列為專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，從理論、實(shí)踐等多個方面進(jìn)行重點(diǎn)考察或考核。

究其根本，目前全國高等學(xué)校本科生仍然采用普遍采取理論教學(xué)為主，實(shí)踐教學(xué)為輔的方式，平常也很少直接接觸實(shí)際工程問題，面對具體問題難以與理論進(jìn)行聯(lián)想或總結(jié)。 在學(xué)習(xí)方式方法上，我們也注意到了，學(xué)生自身在如何學(xué)習(xí)、不懂或不知道如何提升自身能力等方面存在思想上的迷茫。因此非常有必要針對學(xué)生自主解決復(fù)雜工程問題的能力進(jìn)行訓(xùn)練和提高。

高校教學(xué)過程中常采用的案例教學(xué)，通常是選擇案例介紹某個知識點(diǎn)，或驗(yàn)證某種公式。 案例教學(xué)法來源于國外，最早可以追溯到古希臘、羅馬時代，但它真正作為一種教學(xué)方法的形成和運(yùn)用， 卻發(fā)生在1910 年美國哈佛大學(xué)的法學(xué)院和醫(yī)學(xué)院。 哈佛商學(xué)院的MBA 課堂強(qiáng)調(diào)“以參與者為中心”的學(xué)習(xí)，所有課程都采用案例教學(xué)方式。案例教學(xué)強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)， 認(rèn)為教師在課堂上的角色并不是講授知識，而是通過選擇案例、提出問題、推進(jìn)討論來引導(dǎo)學(xué)生思考[1]。

在我國，也有案例教學(xué)相關(guān)的論文總結(jié)。 劉曉玲嘗試在課程教學(xué)中引入工程項(xiàng)目和教學(xué)案例。通過課堂講解和案例教學(xué)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了探究學(xué)習(xí)能力和解決問題能力培養(yǎng)[2]。

李從德[3]、張伯陽[4]等認(rèn)為采用多元化教學(xué)方法，才能更好地調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，達(dá)到活躍課堂氣氛，讓知識的火花在相互撞擊中得以升華，促進(jìn)課堂教學(xué)效率穩(wěn)步提升。

周萍等嘗試了基于醫(yī)學(xué)院校大數(shù)據(jù)庫課程教育對學(xué)生學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)的視角，分析案例教學(xué)在醫(yī)科大學(xué)數(shù)據(jù)庫教學(xué)改革中的重要性，并采用調(diào)查問卷方式調(diào)研學(xué)習(xí)的效果[5]。

針對工科類教學(xué)特點(diǎn)，測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)教研室進(jìn)行了教學(xué)改革研究，這次教改提出了一個案例針對多個教學(xué)目標(biāo)、一個案例對應(yīng)整本教科書的思路，進(jìn)一步利用案例法、引入其優(yōu)秀因素，從而培養(yǎng)學(xué)生解決復(fù)雜工程問題的能力。

1 啟發(fā)探究型綜合案例教學(xué)法設(shè)計(jì)

測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程是我校機(jī)械電子工程專業(yè)、機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化專業(yè)機(jī)電方向?qū)W生在四年級第一學(xué)期開設(shè)的專業(yè)選修課， 其主要教學(xué)目的是使學(xué)生在面對復(fù)雜的實(shí)際工程問題時， 學(xué)會如何剝繭抽絲找到系統(tǒng)的核心問題并使用合理的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行解決。

該課程既具備普通工科課程的特點(diǎn)，還在實(shí)際應(yīng)用中有其獨(dú)特的屬性，即：（1）課程知識面涵蓋廣泛；（2）課程知識發(fā)展迅速，新知識、新技術(shù)層出不窮；（3）課程知識與其他課程聯(lián)系度廣泛，具有承前啟后的特點(diǎn)；（4）課程工程應(yīng)用背景突出。

教研組采用案例教學(xué)為主體，引導(dǎo)、啟發(fā)和探究教學(xué)為輔[6]，開放性實(shí)驗(yàn)為依托，大作業(yè)考核為基本方法，配合課程中涉及的多種不同行業(yè)、不同技術(shù)難度的實(shí)際工程實(shí)例分析、討論，建立了一套完整的教學(xué)新思路，如圖1 所示。

圖1 綜合教學(xué)思路

1.1 案例精選

將具有代表性的科研項(xiàng)目歸納為案例，從項(xiàng)目調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工和項(xiàng)目總結(jié)五個層面增加學(xué)生的興趣、引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的步進(jìn)式學(xué)習(xí)，最終提升學(xué)生的綜合設(shè)計(jì)能力。

工程案例的選擇是課程綜合案例教學(xué)中重要的環(huán)節(jié)之一，優(yōu)秀成功的案例可以極大地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)和探究熱情，不成功案例的分析則可以促進(jìn)學(xué)生們揚(yáng)長弊端，成熟考慮項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求和設(shè)備的功能及傳感器的選擇等。

智能建筑在施工建設(shè)過程中，由于涉及的內(nèi)容和專業(yè)技術(shù)等范圍較廣，需進(jìn)行綜合控制管理。智能建筑進(jìn)度控制是指對建筑物施工過程中需要開展的不同工作內(nèi)容進(jìn)行有效的分配開展，使施工進(jìn)程達(dá)到施工計(jì)劃要求，避免受到各種施工因素的影響，造成工程建設(shè)周期過長，出現(xiàn)銜接不合理的問題。根據(jù)某政府辦公樓智能建造實(shí)踐來看，影響智能建筑進(jìn)度控制的因素有很多，主要有人為因素、環(huán)境因素、相關(guān)技術(shù)因素和施工單位因素等。因此，在智能建筑進(jìn)度控制的過程中，應(yīng)做好系統(tǒng)規(guī)劃，針對具體問題展開合理的安排施工，保證智能建筑按時完工。

根據(jù)時效性、技術(shù)復(fù)雜性，建議將案例分為三類進(jìn)行規(guī)劃和講述，即：基礎(chǔ)學(xué)習(xí)型、應(yīng)用進(jìn)階型、前沿創(chuàng)新型。 由于學(xué)生所學(xué)知識的局限性，三種類型的案例進(jìn)行分類和演示時可以按照5∶3∶2 的比例進(jìn)行規(guī)劃和穿插教學(xué)，具體的案例選擇要求如下。

（1）基礎(chǔ)學(xué)習(xí)型案例：這類案例通常選擇身邊常見的、能夠接觸到的、技術(shù)含量相對較低、容易考察和理解的項(xiàng)目。

基礎(chǔ)學(xué)習(xí)型案例要選擇廣泛， 此種案例相對功能、技術(shù)簡單，最好是學(xué)生課程中直接學(xué)習(xí)過或身邊常見的設(shè)備產(chǎn)品。 例如：我們在教學(xué)中選取了自己主持研發(fā)的工程項(xiàng)目中，以單片機(jī)為核心的溫室大棚溫濕度控制系統(tǒng)和熱帶魚缸養(yǎng)殖系統(tǒng)。 大棚蔬菜、水果一般學(xué)生都聽說過，大部分自主采摘過，個別學(xué)生家中還有溫室大棚，通常包括卷簾、通風(fēng)、澆灌、測溫環(huán)節(jié)，功能簡單，易于理解。

基礎(chǔ)學(xué)習(xí)型案例選擇的主要目的是與學(xué)生課程學(xué)習(xí)內(nèi)容密切相關(guān)，可以根據(jù)實(shí)際情況定期進(jìn)行案例更換。

（2）應(yīng)用進(jìn)階型案例：這類案例通常選擇學(xué)生學(xué)習(xí)過相關(guān)知識，可以進(jìn)行互動、討論式學(xué)習(xí)的項(xiàng)目。

這時，選擇的工程案例是學(xué)生日常生活中會接觸到的產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備， 課前安排學(xué)生觀看生產(chǎn)視頻、了解設(shè)備特點(diǎn)， 理解生產(chǎn)過程及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。我們選擇了自己主持研發(fā)的工程項(xiàng)目中的造紙?jiān)O(shè)備控制系統(tǒng)、手機(jī)揚(yáng)聲器測試控制系統(tǒng)等，其中采用了PLC 控制、觸摸屏控制等相對復(fù)雜的技術(shù)手段。

衛(wèi)生紙是生活中常見產(chǎn)品，生產(chǎn)衛(wèi)生紙的設(shè)備其控制方案要求多軸同速， 多軸負(fù)荷平均分配兩項(xiàng)功能，由此可以引申、啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行討論：在控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中， 如何實(shí)現(xiàn)多軸的同速及負(fù)荷平均分配要求、選取何種傳感器、增加學(xué)生知識面、開闊眼界，同時針對造紙這一特殊行業(yè)，探討其工作環(huán)境、環(huán)境污染等方面，綜合設(shè)計(jì)系統(tǒng)的控制方案。

進(jìn)階型案例是對學(xué)生最有益處的學(xué)習(xí)案例，它來源于實(shí)際工程、能夠解決當(dāng)前實(shí)際工程問題，比學(xué)生在校學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識多一些，學(xué)生可以很快融入實(shí)際設(shè)計(jì)中，受到技術(shù)發(fā)展和更新的影響，該類案例也需根據(jù)實(shí)際情況定期進(jìn)行案例更換。

選擇伺服閥測試試驗(yàn)臺作為案例。 該試驗(yàn)臺是測試伺服閥動靜態(tài)功能，測試系統(tǒng)、測量方案都很有特色。 創(chuàng)新型案例的選擇是針對本科生的知識結(jié)構(gòu)及學(xué)習(xí)興趣進(jìn)行的， 可以讓學(xué)生了解并熟悉本學(xué)科的前沿知識、 設(shè)備控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)和部分解決方案。

1.2 深入探究

啟發(fā)探究型綜合案例教學(xué)法要充分利用精選的工程案例，學(xué)生在每節(jié)課前，針對老師上節(jié)課末下發(fā)的視頻、圖片等資料，利用圖書館、互聯(lián)網(wǎng)完成案例調(diào)研作業(yè)；在教學(xué)過程中，教師帶領(lǐng)學(xué)生按照教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)針對精選的工程案例進(jìn)行深入研究；最終，實(shí)現(xiàn)學(xué)生對測控系統(tǒng)的綜合分析及設(shè)計(jì)能力的提升。

在初期的案例調(diào)研結(jié)束后，學(xué)生對案例僅處于初期好奇階段，想進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，就需要對案例進(jìn)行詳細(xì)的分析、比對、討論和探究[7]。 其中方案設(shè)計(jì)是項(xiàng)目的重中之重，也是課程的教學(xué)目標(biāo)。 注重方案設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生在案例的方案設(shè)計(jì)階段進(jìn)行選擇確認(rèn)不同產(chǎn)品的不同特點(diǎn)，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求、環(huán)保要求、運(yùn)營過程、售后服務(wù)等多個角度綜合比對設(shè)計(jì)方案，將理論與實(shí)踐充分接觸和融合，促使學(xué)生產(chǎn)生動手實(shí)踐的想法。

深入探究的另外一個層面是項(xiàng)目難度的由淺入深。 初期淺顯項(xiàng)目的調(diào)研即便學(xué)生少預(yù)習(xí)、不預(yù)習(xí)也能夠迅速深入地參與討論，隨著學(xué)生問題的深入和案例難度的提升，引導(dǎo)并督促學(xué)生完成課后自學(xué)和課前的預(yù)習(xí)。

深入探究的第三個層次是自由組合的大作業(yè)。大作業(yè)題目開放，例如：智慧家居產(chǎn)品、智慧小區(qū)等。 針對不同類型的題目， 學(xué)生自由結(jié)合成為不同小組，每組3～4 人，自選或選定老師提供的題目思路進(jìn)行測控系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)和選型，以答辯、說明書、討論視頻、調(diào)研視頻等的復(fù)合成績確定大作業(yè)成績評定依據(jù)。答辯時，小組成員每人介紹其中一部分內(nèi)容，回答其他小組成員的任意三個問題；成績評定由學(xué)生分值和教師分值兩部分組成，學(xué)生分值是由全部學(xué)生打分的平均分確定，教師分值占比40%～50%，并使大作業(yè)在考核中占據(jù)較大比重。

深入探究的最后一個層面是以開放性實(shí)驗(yàn)、機(jī)械設(shè)計(jì)創(chuàng)新大賽、電子設(shè)計(jì)大賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽等為平臺，引導(dǎo)、指導(dǎo)學(xué)生積極參與，以實(shí)際操作為依托，在項(xiàng)目中體現(xiàn)出案例教學(xué)的優(yōu)點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生的動手能力和團(tuán)隊(duì)合作能力提升。

最終引導(dǎo)幫助學(xué)生在面對復(fù)雜工程實(shí)際問題進(jìn)行解決時做到“三層”： 一層是傳授知識，包括理論、概念、分析框架與工具、技術(shù)，以及描述性的信息。 二層是幫助學(xué)生獲取技能，包括：發(fā)現(xiàn)機(jī)會或問題的能力；想象可替代的解決方案的能力；跨職能整合能力等。 三層是幫助學(xué)生樹立正確的工作態(tài)度和世界觀，包括：培養(yǎng)行動的勇氣、承擔(dān)責(zé)任、追求卓越、樹立倫理標(biāo)準(zhǔn)、承認(rèn)不完美、持續(xù)學(xué)習(xí)、理解他人；理解情境對企業(yè)決策的影響，關(guān)注企業(yè)目標(biāo)與企業(yè)責(zé)任，明確領(lǐng)導(dǎo)者的責(zé)任[8]。

2 啟發(fā)探究型綜合案例教學(xué)法實(shí)施與評測

針對案例教學(xué)法是否適應(yīng)工科教學(xué)，是否能夠被學(xué)生接受，教研組對本校機(jī)械電子工程專業(yè)本科生進(jìn)行了教學(xué)方法實(shí)施和評測。

2.1 教學(xué)實(shí)施

采用同級分組教學(xué)、 同級和隔級比較的方式進(jìn)行，具體情況如表1 所示。

通過2013～2015 級學(xué)生的成績分析，學(xué)生對考試的重視程度基本相同，同年級中采用講述和綜合教學(xué)法的方式成績沒有明顯區(qū)別，集中在70 分附近區(qū)域。另一方面，日常任務(wù)同樣為課堂測試、大作業(yè)、日常作業(yè)的內(nèi)容時，綜合案例法的授課學(xué)生由于參與了課前預(yù)習(xí)和討論環(huán)節(jié)，在課堂隨測中更能夠獲得一些關(guān)鍵知識，因此平時成績有提升。

表1 實(shí)施人數(shù)及比對項(xiàng)目

2.2 綜合教學(xué)效果評測

教學(xué)效果的評測包括多方面，前提當(dāng)然是以學(xué)生為中心，評測學(xué)生的知識積累情況。 教研組針對學(xué)生接受程度、教學(xué)效果和教學(xué)質(zhì)量設(shè)計(jì)了調(diào)查問卷[9]。學(xué)生為2014 級和2015 級合計(jì)6 個班， 發(fā)放169 份問卷，回收有效問卷152 份。

針對學(xué)生能夠接受的學(xué)習(xí)方式和方法，提出了兩種方式， 一種是學(xué)生選擇現(xiàn)在傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，45%的學(xué)生希望教師講述，突破重點(diǎn)；二是綜合教學(xué)方式，47%的學(xué)生希望通過通論、互動、多媒體錄像等方式進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過調(diào)研可知，盡管課程準(zhǔn)備了微課、慕課資源（外校），提供了大量資料和視頻，25%的學(xué)生選擇老師講， 學(xué)生聽的傳統(tǒng)教學(xué)法；66%的學(xué)生希望先看微課，教師先給學(xué)生提供資源，分組討論交流問題后進(jìn)行歸納和成果展示。傳統(tǒng)教學(xué)和綜合教學(xué)的選擇學(xué)生人數(shù)幾乎一樣多，學(xué)生學(xué)習(xí)知識的思路和方法還是普遍接受傳統(tǒng)講后再學(xué)的思維。 當(dāng)然，大部分的學(xué)生普遍接受利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、共享技術(shù)學(xué)習(xí)先進(jìn)的技術(shù)和知識。

對于教研組提出的利用案例進(jìn)行授課的問題，贊同采用案例授課的學(xué)生占總?cè)藬?shù)的90%，反對5%，無所謂5%，多數(shù)學(xué)生認(rèn)可使用案例進(jìn)行授課的模式。對于分組和組內(nèi)討論情況，60.5%的學(xué)生認(rèn)為參與度較高，34.2%的學(xué)生認(rèn)為有渾水摸魚的，5.3%的學(xué)生認(rèn)為參與度較低，從中也可以看到，超過半數(shù)的學(xué)生對案例有興趣，能夠主動或被動地參與討論環(huán)節(jié)。

案例法想要獲得優(yōu)秀的效果，課前預(yù)習(xí)和課后復(fù)習(xí)非常重要。 針對“學(xué)在教前”問題，調(diào)研結(jié)果顯示：19%的學(xué)生課前不預(yù)習(xí)，45%的學(xué)生缺乏監(jiān)督的情況下不進(jìn)行預(yù)習(xí)，32%的學(xué)生進(jìn)行簡單預(yù)習(xí)，4%能根據(jù)課前任務(wù)進(jìn)行自主預(yù)習(xí)。 學(xué)生雖然對案例很感興趣，但沒有監(jiān)督預(yù)習(xí)機(jī)制時，慣性和惰性使多數(shù)學(xué)生不進(jìn)行課前預(yù)習(xí)工作，隨后的課堂展示、討論環(huán)節(jié)也反映出這種趨勢，預(yù)習(xí)過的學(xué)生互動良好，提出的問題針對性很強(qiáng)，自主討論時也很激烈。 沒有預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)的學(xué)生在上課期間才在網(wǎng)上隨意搜索、下載，效率較低。這些在授課中采用由淺入深的案例進(jìn)行引導(dǎo)，也在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺中進(jìn)行督促，甚至將預(yù)習(xí)問題納入課程考核指標(biāo)中，多方面促使學(xué)生有效進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，提高預(yù)習(xí)效果。

我們還對啟發(fā)探究型綜合案例教學(xué)會給學(xué)生造成更大的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)進(jìn)行了問卷調(diào)查，34%的學(xué)生認(rèn)為有負(fù)擔(dān)，61%的學(xué)生認(rèn)為負(fù)擔(dān)可以接受， 只有剩下的5%的學(xué)生認(rèn)為負(fù)擔(dān)太重，無法承受。同時，88%的學(xué)生認(rèn)為課程采用案例的方法進(jìn)行學(xué)習(xí)是合理的， 仍有8%的學(xué)生認(rèn)為不合理。

隨著課程的深入改變，主動參與后續(xù)實(shí)踐環(huán)節(jié)的學(xué)生有明顯增加，2014 年本科畢業(yè)設(shè)計(jì)競賽參加人數(shù)從4 人增加到10 人； 開設(shè)的開放性實(shí)驗(yàn)參加人數(shù)從2014 級5 人到2015 級爆滿，學(xué)生參與開放性實(shí)驗(yàn)的意愿明顯提高。

另外，還利用學(xué)校、學(xué)院教學(xué)督導(dǎo)環(huán)節(jié)和同行評價方式進(jìn)行了教師間溝通， 教研組人員被推薦參加校級課堂教學(xué)創(chuàng)新大賽， 教學(xué)方式也被選送參加陜西省首屆課堂創(chuàng)新大賽， 獲得了部分專家和教師的認(rèn)可。

3 結(jié)語

隨著本科教育的深入，招生比例的擴(kuò)大，本科教改成為熱點(diǎn)、重點(diǎn)話題。在教研組多年的教學(xué)工作中，也總結(jié)出了一些經(jīng)驗(yàn)。

（1）教不嚴(yán)、師之惰。 教學(xué)工作首先態(tài)度要嚴(yán)格、嚴(yán)謹(jǐn)，這樣能夠使一部分學(xué)生喪失混日子的土壤。

（2）教學(xué)方法上多種嘗試。 教研組提出了啟發(fā)探究型綜合案例教學(xué)法，即：案例+引導(dǎo)+探究的綜合方式教學(xué)，可以有效地利用工程案例的新穎性、對學(xué)生而言的神秘性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)及參與興趣，加上教師的引導(dǎo)，學(xué)生間的討論使其深入設(shè)計(jì)，進(jìn)一步探究，融會貫通所學(xué)知識。

（3）從考核方式看，保留傳統(tǒng)筆試考試的基礎(chǔ)上，還應(yīng)該增加課堂考核、大作業(yè)、答辯等綜合方式對學(xué)生進(jìn)行綜合型考核。

教研組在教學(xué)方法上取得了一定的進(jìn)展，獲得了一些心得，但每年仍存在一些盲點(diǎn)和疑難學(xué)生，教學(xué)改革仍任重而道遠(yuǎn)。