摘要：案例教学在组织形式、获取知识与提高能力的途径以及评价方式诸多方面与传统课堂教学不同，它是在教师指导下，学生集体研究实景问题，完成解决方案，并通过评估，达到知识的应用、积累和能力的提高。该教学中，既有对所学知识的应用过程，又有对知识的再构建过程，这对应用性与创新性人才的培养具有现实意义。本文不做过多的理念性探讨，而是在实践层面上做总结性介绍，并呈现部分案例形式。

关键词：案例；教学；模式；实践；选题

东南大学“大学物理”案例教学是在2002年秋季起始的。9年来，我们付出了很多，收获也很丰富。本文从案例教学的定义、选题、实施、考评到收获做一简单介绍，为培养高素质理工人才献微薄之力。

一、案例教学的定义、意义和选题分析

1．定义和意义

物理教学案例中的案例是指物理内涵丰富、教学可实施的一切实景呈现，包括生活、自然、社会和科学研究等的现实问题。其中，“教学可实施”是核心定义，它要求案例具有“凝练性”、“研究性”、“讨论性”和“可解性”的特点。以案例为主线，在解决案例问题的过程中学习物理基本知识和技能的教学形式称“案例教学”。

案例教学主要包括三个工作：选题、组织和评估。选题就是符合上述定义、蕴含上述特点的案例选择；组织就是实施课程的程序和管理；评估就是评价课程的成效，其中包括对选题的评价、组织的评价和学生受益的评价三方面。

在大学物理课程中引入“案例式”教学有其必要性和有效性，对当前教育部制定的“卓越工程师计划”具有现实意义。首先，案例教学是对实景问题的模拟与解答，这在物理教学中非常重要。现有教科书中的物理学都是高度抽象好了的模型，而如何从现实问题中提炼出模型并解决问题恰恰是物理教学应该重视的问题。其次，物理课程对工程专业的目标就是应用物理知识解决实际问题，从实际问题中获取物理知识，这只是“逻辑链”上的一环，因而在物理课上实施案例教学是有效的。再者，“卓越工程师计划”的核心是工程创新人才的培养，创新人才的最大特质是“能从未知中获取已知”的能力，案例教学正是从一个个活生生的事例中获取知识并解决问题的一种方式，这符合培养创新人才路径设计的理念，因而案例教学具有现实意义。

2．部分选题及其题设结构的呈现和分析

以下是我们课程中曾经使用并产生良好效果的选题及完整的题设结构：

（1）运动类：①足球中的“香蕉球”技术。课题理论基础：运动学、动力学、伯努利定律。引言：那美妙绝伦的弧线球令多少疯狂的球迷目眩，你知道弧线球是如何产生的吗？

（例解）目标：

（a）只有重力的抛体运动。

（b）有阻力的抛体运动。

（c）旋转效应的抛体运动。

（d）旋速与质心速度对轨迹的影响。

②单杠的旋转加速。

课题理论基础：内力做功。

引言：运动员在单杠上的旋转可以越来越快，重力显然达不到此效果，那么是什么力迫使转动能量越来越大的？

目标：

（a）旋转中的动力学。

（b）功能原理。

（c）旋转机械能的获取。

（d）动作分析。

(2)日常生活类：

①室温20，人体冷暖感在夏天、冬天的差异。课题理论基础：热平衡、热辐射。引言：为什么相同的温度，辐射情况会不同？

目标：

（a）热辐射理论内容。

（b）夏天与冬天的室内辐射差异。

（c）人体对温度的感觉。

②手机“掉线”及“盲区”出现的成因。课题理论基础：电磁波反射、折射和衍射。引言：手机常常会发生“掉线”及“盲区”现象，使用者往往会怪罪电信部门信号不好，你知道手机“掉线”及“盲区”是出自什么原因吗？

目标：

（a）无线（基站）辐射覆盖面的计算（粗略）。

（b）电磁屏蔽效应（讨论频率相关作用）。

（c）频段和功率的影响。

（d）环境影响——建筑物

天体辐射

气象

飞行器。

（3）工程运用

①水坝的墙体设计。课题理论基础：力矩、积分。引言：水坝的墙体厚度和迎水面的形状与蓄水量有关，水坝的排沙也是另一大问题，你能给出一个物理上的模型设计吗？

目标：

（a）水深对坝体底部力矩的计算。

（b）在水量一定的情况下，坝体迎水面的形状对坝体底部的力矩影响是什么？

（c）如何减少来自上游的流沙量？

②船舶的减振水舱设计。课题理论基础：耦合振动。引言：当波浪以船的共振频率冲击船体时，船的摇晃将达到共振状态，此时可能很危险。那么，如何才能减少这种情况的出现呢？

目标：

（a）受迫振动的条件。

（b）策动力与受迫体相位关系对共振的影响。

（c）减振水船的固有频率设计。

（4）社会生活类

①金融社会秩序与物理原理。课题理论基础：热力学第二定律、耗散结构理论。引言：“熵”的物理概念在耗散结构理论中被发挥到极致，也为其在社会学层面上的运用提供了可行性。如何用“熵”的原理看待社会的金融竞争，你得出的理论结论与现行的金融行为吻合吗？

目标：

（a）热力学第二定律及其熵的概念。

（b）秩序与熵的关系。

（c）金融负熵是什么。

（d）金融竞争的最终行为将是什么？

②人类物质分配的原则。课题理论基础：能量最低原则的外延。引言：最低能量原则是物理学领域中稳定状态的条件，那么，似乎与人类社会的物质最大利益原则矛盾。你能用物理学中的能量分配原则来说明激烈震荡的社会冲突根源吗？

目标：

（a）能量最低与稳定态。

（b）激发态能量与辐射场跃迁。

（c）社会平均分配原则和物质最大利益原则的社会根源。

（d）物质利益最大原则导致什么社会结构的变化（穷——穷，富——富）。

（e）社会冲突来源于物质分配不公，如何解决社会矛盾？

在上述选题中，一方面，既包括用已学理论解决实际问题，又包括从实际解决问题的过程中获取知识（理论），比如，“香蕉球”技术选题中，正是在研究弧线运动过程中，学生通过自我研究学习掌握“伯努利定律”（一般大学物理教材不涉及流体力学知识（1））；另一方面，选题符合案例选题的基本定义（特定），比如“人体在单杠上的旋转加速”，该案例可以凝练成“多段刚体连接模型”，研究其“能量的转化”，讨论“连接部分的塑性变化”，可解得“加速旋转的原因”。选题符合“物理内涵丰富”、“教学可行”的案例定义。作为“选题评估”来说，这些选题就是符合案例教学标准的好案例。此外，我们所选的案例及其解答具有一定的开放性，需要学生选定某个案例后，经过调研最后选定目标解决的具体方向。

二、案例教学的实施

案例教学的实施比选题要难。通过九年的实践，总结得失，我们建立了一种相对可行的五过程教学模式，即，教师配题，学生组队选题，集体分工完成，师生共同讨论，教师评估的教学模式。课程在每学期的全部业余时间完成，在期中和期末前后两个时间节点上提交，并完成最终评估（演讲）。

1．教师配题

教师根据学期教学内容（力、电或力、热等不同组合）、案例原则（定义）和班级人数，配置案例类型和数量，在学期开始的第一节课公布选题，选题含“课题理论基础”、“引言”和“目标”结构，如“一”中的选题呈现所示。明确提出案例课程形式是业余时间、小组形式、共同讨论（小组内、师生间）、教师评估的。选题提交形式为文字（电子或纸质）和演讲。

2．学生组队并选题

我们要求学生以8～10人的小组组队完成选题和解答，这既是案例解决的需要，又是为了培养合作精神。在班长统一协调下，学生以自愿合作形式组队，班长仅在人员搭配上起协调作用，如核心人员（相对素质优秀）和男女比例协调等，使各队之间的人员能力相对均衡。小组在核心人员带领下进行选题，要根据所选题型决定时间节点的选择（期中节点为学期前段教学内容的选题，期末为后段教学内容的选题），并完成选题工作。

3．分工与合作

根据选题的内容，小组成员要做如下分工与合作：搜采查找参考文献、理论准备、综合、讨论、执笔、设问。其中“理论准备”中有些是教学过程中正在进行的内容，有些是需要自学的，比如上文提到的“伯努利定律”等；“设问”是指在解答方案中可能的问题，这是为“演讲”环节中的教师提问而做的准备。

4．共同讨论

这是案例课程中重要的一个环节，这个环节决定了该选题完成的质量和小组成员的参与度。讨论主要发生在小组内的同学之间，教师要适时参与。教师的参与主要体现在对各小组的检查、督促和解惑过程中。

5．评估

教师的评估在两个环节中进行。第一环节，小组提供（电子或纸质）案例解决方案（又可称“课程论文”），以下简称“方案”，这一环节以“方案”解决的优化程度赋50分，其中分别以“理论使用得当”、“解决主体问题突出”、“逻辑清楚”、“语言准确”、“结果合理”5个指标各赋10分。第二环节，小组答辩，即演讲，这一环节以考察团队合作、参与程度赋50分，其中“演讲”以“要点清晰”、“语言流畅”、“演讲稿（PPT）美观”3个指标各赋10分共30分，然后回答教师两问题20分。在第二环节中，如何考察合作、参与程度呢？代表小组演讲的人是在“演讲”开始时，由教师随机抽取的，如果组员没有做到每人都熟悉选题及其解决方案，他（她）就不可能在演讲和回答问题的过程中从容自如，这在不完全的统计意义上可以说体现了参与工作的程度。

三、案例教学收获

学生如是说：案例的完成很辛苦，给分也不尽合理，但我们感到与枯燥的课堂相比，我们快乐并有成就感。教师如是说：案例课程让我不再疏忽身边发生的点点滴滴事件，不经意间身边的事就有可能成为一个好的案例题。“船舶的减振水舱设计”、“跳水运动员入水姿态的研究”等课题被入选“江苏省物理科技论文及制作竞赛”，并获得好的奖项。

没有大道理，也没有大成就，但我们实实在在感到这种教学的不同与收获。

四、案例教学的困难与坚持

客观地说，案例教学难度很大。第一，教学对象的选择很窄，因为这种教学需要学生有良好的基础、自学能力和解决问题的能力，我们的实施对象是健雄学院（强化班）学生。第二，选题不是一件容易的事，选择一些试题性的题目，充其量只是习题课而已，要创立大量的符合案例定义（特点）的选题是要花费很大精力的。第三，在现有的大班教学状态下，其工作量是可想而知的。第四，实施案例教学的评估环节中还有没能解决的问题，比如，各个小组之间的选题难度的平衡性没有太好的解决方法，这直接影响到组与组之间分值的不合理性；小组成员分值相同，也不尽合理等。然而，收获是实实在在的，在困难与收获之间，我们选择坚持。我们坚持案例教学，坚持选题积累，坚持探索改革。今天，我们已拥有各类案例50余个，完全能适应一届学生（120人）选择不同案例的需求，我们还将积累更多的案例，完善案例教学的各个环节，将案例教学向更多人群推广。

参考文献：

[1] 马文蔚. 物理学(第五版)[M]. 北京：高等教育出版社，2006.

[2] 卢德馨. 研究型教学20年[M]. 北京：清华大学出版社，2008.

[责任编辑：文和平]