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摘 要：培养具有工程思维和实践能力的应用型创新人才已经成为当前专业学位硕士研究生教育的重点，案例教学法通过多个案例的学习可以使得研究生在分析方法和分析思路上有较为全面的认识，从而有利于专业学位硕士研究生培养模式的改革创新，同时专业学位硕士研究生的实践应用能力也会得到真正提高。本文结合机械工程专业学位硕士研究生人才培养目标和培养要求，以《失效分析》案例库为基础，从案例库建设基本原则、案例库建设内容和案例库教学实施三个方面进行总结与思考，相关案例库的建设将为机械工程专业学位硕士研究生工程实践创新能力的培养提供帮助，并为相关专业研究生失效分析课程的建设提供借鉴。
关键词：案例库；失效分析；专业学位；教学设计；实践
本文引用格式： 高吉成，李大玉，刘澄 . 基于案例库建设的失效分析课程教学设计与实践 [J]. 教育现代化 ,2021,8(36):176-179.
Teaching Design and Practice of Failure Analysis Course Based on Case Base ConstructionGAO Jicheng, LI Dayu, LIU Cheng（College of Mechanical engineering, Yangzhou University, Yangzhou Jiangsu）
Abstract: Cultivating application-oriented and innovative talents with engineering thinking and practical ability has become the focus of current professional master degree education. It enables graduate students to have a comprehensive understanding of analytical methods and ideas through studying multiple cases in case teaching method. And it is beneficial to the reform andinnovation of the training mode of professional master degree. Meanwhile, the practical application ability of professional degree postgraduate students is really improved. In this paper, the case base construction of failure analysis involves the fundamental principles, teaching content and implementation based on the object and request of talent training of the master degree in mechanical engineering. The construction of relevant case base will provide help for the cultivation of engineering practice and innovation ability of master degree in mechanical engineering, and also provide reference for failure analysis courses for graduate students.
Keywords: case base; failure analysis; professional degree; teaching design; practice
一 引言
2009 年 3 月 19 日，《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”[1]。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 [2]。”
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”[3]。2017 年 1 月 17 日， 教育部在《学位与研究生教育发展“十三五”规划》中关于专业学位研究生实践能力培养方面指出“依据特定学科背景和职业领域的任职资格要求，分类改革课程体系、教学方式、实践教学，强化与职业相关的实践能力培养。”同时在研究生教材和课程建设方面指出“改革授课方式和考核办法，构建研究生课程学习支持体系，满足个性化发展需求 [4]。
”可以看出，我国研究生教育的培养模式正在从单纯的学术型向着学术与应用并重型转变，对于专业学位研究生而言，其培养目标更加侧重于解决复杂工程问题的实践能力，因此工程思维和实践能力的培养在研究生教育中更为重要。对此，在相关课程的讲授过程中要改变传统教学模式，将专业知识与工程实践相结合，而案例作为理论知识与工程实践相融合的载体成为专业学位硕士研究生课程教学改革的有效途径之一。
案例教学法源于哈佛大学，20 世纪 80 年代开始引入中国，案例教学法以案例为基础，以学生为中心 [5]。案例教学作为一种开放式的教学理念，将传统的教师主导变为以学生为中心，将专业理论知识融于实际工程案例中，引导学生从工程实践到科学理论，从工程现象到科学本质，将理论知识与实践相结合，发散学生的思维，提高学生发现问题、分析问题并解决问题的能力。近年来，作为专业学位研究生教学改革方向之一，案例教学法在各学科研究领域应用型人才培养中受到越来越多的重视和应用 [6-7]。
机械工程专业培养的是能够解决机械工程实际问题能力的高层次应用型专门人才，而机械工程的发展离不开对零件失效分析的理论研究和工程实践。航空航天、机械电子、交通运输等工业领域所使用的机械零件、电子元器件及各种构件分别承载着各种各样的任务和功能，当这些元器件失去其应有的功能时便会失效。而失效分析则是为寻找零件失效原因及采取相应的预防措施所开展的一切活动。
作为机械类专业学位硕士研究生专业课程之一，《失效分析》知识点零散、概念多且专业理论抽象， 学生通过对该课程的学习可以掌握静载荷作用下的断裂、疲劳断裂、磨损与腐蚀等失效的基本理论并对其有较为清晰的认识，但是在实际工程实践中对于如何构建失效分析基本理论与复杂工程问题之间的深入联系以及如何运用失效分析基本原理解决机械零部件失效问题方面的能力存在较大的欠缺，尤其是随着工业技术的迅速发展，更多新的、复杂的失效形式陆续出现，这更增加了学生运用失效分析基本原理解决工程问题的难度。
因此在《失效分析》课程中引入工程实际案例，将理论知识融入工程实际案例中，通过案例促进学生积极参与教学活动， 让学生在整个课程学习过程中不断提高发现问题、分析问题、解决问题的能力很有必要。本文以扬州大学机械工程专业学位研究生《失效分析》案例库建设为例，从案例库建设基本原则、案例库内容和案例库教学法实施三个方面进行分析与总结，探讨《失效分析》课程案例教学的设计与实践。
二 《失效分析》案例库建设基本原则
案例库可以将教学与科研进行有机整合，以案例来实施失效分析的教学工作，对于研究生而言一方面可以快速地了解相关领域产品和零件的基本失效形式，另一方面通过多个工程案例的学习可以使得研究生在分析方法和分析思路上有较为全面的认识，从而有利于专业学位研究生培养模式的改革创新，同时专业学位研究生的实践应用能力也会得到真正提高。
基于此，案例库的建设应遵循以下原则。首先，《失效分析》案例库建设应坚持以研究
生为本。所选的案例既要符合专业学位研究生的培养方案，又要使学生感兴趣，从而有利于培养研究生的自主学习和解决问题的能力。通过《失效分析》案例库建设可以让学生对其所从事的专业有着更进一步的认识，可以让学生提前适应未来工作中可能面临的各种复杂工程零件失效问题并提出解决这些问题的方案，可以帮助研究生更加深入地理解失效分析理论知识并将其应用到工程实践中去。
其次，《失效分析》的授课对象是专业学位硕士研究生，相关案例的选择应该关注工业生产实际需求，应该是相关工程领域的重点和难题。本课程的案例素材主要来自两个方面，一是校企合作的横向课题，二是相关专家学者科研工作中的实际问题。而且，现代工程问题不仅仅是科学与技术问题，更是包含人文、社会、道德、伦理和法律等内容的面向工程实际的大工程问题。因此案例库的建设，不仅仅要考虑科学技术问题，也要思考其背后所引发的社会问题。
最后，《失效分析》是一门综合性很强的课程， 随着科技的进步和社会的发展，更多的工程领域会出现失效分析的问题。而且，《失效分析》案例背后往往是复杂工程问题的缩影，其中所包含的不仅仅是所涉及的材料、结构和性能，更包含着材料失效背后的问题，而解决问题的方法可能会为另一种失效分析提供思路 [8]。因此案例的选择应该具有创新性和综合性，所选取的案例应该包括科技前沿问题， 其所涉及的问题应该是多个原理的综合，解决问题过程中应该涉及到学科交叉 [9]。
三 《失效分析》案例库的内容
基于以上基本原则，《失效分析》案例库选取了10 个具有代表性的案例用于专业学位硕士研究生的课程教学，表 1 为案例清单及所适用的课程。
案例格式应该统一完整，条理清晰，以“聚酰亚胺搅拌摩擦焊接头失效分析”案例为例，案例教学应该包括以下几方面内容。
案例标题：聚酰亚胺搅拌摩擦焊接头失效分析。适用课程：先进材料连接技术。
适用对象：机械工程专业学位硕士研究生。
教学目的：明确聚酰亚胺搅拌摩擦焊接头失效的原因。
案例背景与内容：聚酰亚胺作为一种具有耐高温（能长时间在 330℃条件下使用）、高强度、高模量的新型高分子材料已经被广泛地应用于航空、航天、汽车、机械、电子等领域。聚酰亚胺主要包括热固性聚酰亚胺和热塑性聚酰亚胺两大类。其中，热塑性聚酰亚胺具有较好的热成型性和较高的机械性能， 其产品已经被应用于发动机外壳、轴承、叶片等机械零部件。聚酰亚胺的加工方法多样，焊接是实现热塑性聚酰亚胺工程化应用的重要手段之一，但是在聚酰亚胺搅拌摩擦焊接过程中发现接头强度较低。
案例呈现：宏观结构分析、微观结构分析、抗拉强度测试。
案例解答：聚酰亚胺搅拌摩擦焊接头拉伸断口表面孔洞产生的原因，显微组织再确定和分析，最终的失效分析结果和验证以及采取的相应措施。
教学总结与讨论：专业方面，学生应该对聚酰亚胺搅拌摩擦焊接头断裂失效形式进行总结并分析产生的原因；工程方面，学生应对该问题所产生的焊接工程影响进行总结与讨论，举一反三；社会方面， 学生应该总结相关工程问题对经济、环境和可持续发展等的影响。
四 《失效分析》案例教学法的实施
结合本课程教学实际实施过程，案例教学实施过程包括课前、课中和课后三个阶段，各阶段主要内容如图 1 所示。课前，教师要结合教学内容、教学目标、教学要求和重点难点选择合适的教学案例。本课程的案例主要来源于两个方面，一是校企合作中的工程问题，二是教师科研中的科学问题。案例的选取要结合所讲内容，如在讲授《材料化学》时可以选取教师科研过程中的“硅基片表面沉积光学薄膜材料的失效”和“二氧化钛基复合纳米颗粒光催化作用失效”；而在讲解《材料失效分析技术》时可以选取工程中的“新型 60Si2Mn 板簧压溃失效行为”。
完善的案例库需要智能化技术设施与数据库资源相互配合，同时互联网的出现也为案例库建设提供了更多的便利 [10]。因此在呈现形式上，教师可以利用微信、QQ、雨课堂、网络教学平台等电子渠道通过文字、图片和视频等形式将案例呈现给学生，使学生打破学习时间和空间的限制，引导学生去思考案例中的科学和工程问题。
课中，教师课前展示给学生的案例是一种简单描述，对学生而言，在理论知识讲解之前对案例的理解是浅显的，因此教师要对学生进行分组，结合课前的学习进行讨论并给出结果，在此基础上教师引导学生去思考更加深入的问题并从理论和实践层面对案例进行总结并给出最优解决方案。
如在讲解“聚酰亚胺搅拌摩擦焊接头失效分析”案例时，教师首先应该将其背景介绍清楚，如材料的结构、性能和焊接工艺等方面，同时提出能够引起讨论的问题， 如“该焊接结构失效的类型是什么？”“给出该失效类型判断的依据是什么？”“采取哪些措施可以避免该类问题的发生？”等。讲解过程中教师从材料结构、材料性能、焊接工艺三个方面来思考接头强度较低的原因。材料结构方面，可从材料本身内部的结构和缺陷来进行分析；材料性能方面，可以对原材料的力学性能进行测定并分析；焊接工艺方面，可结合所选焊接方案及参数进行分析。该案例分析过程中发现焊接工艺是合理的，对原材料力学性能进行测试时发现强度较低，进一步对其微观结构分析发现材料内部存在大量的孔洞，最终分析结果为原材料制备工艺不当导致材料内部缺陷引起的接头强度下降。
建立材料失效分析的知识架构仅靠课堂教学是不足的，因此课后教师要积极引导学生进行思考。该过程不仅仅要求学生从工程问题角度进行思考， 更要思考工程问题背后的社会问题，如经济问题、环境问题、可持续发展问题等，在专业课教学的同时引导学生用辩证思维的哲学观点去思考问题，达到举一反三的效果 [11]。
五 结语
案例库的建设和实施可以丰富教师的实践教学经验并提升教学效果，可以提高学生分析问题、解决问题、思考问题的能力，可以促进专业知识向相关产业的转化，从而培养专业学位硕士研究生的工程思维并提高其实践能力。同时，案例库教学改革不仅仅促进了学生学习模式的变革，同时也对教师教学能力的革新起到了至关重要的作用。教学改革过程中，教师可以将自己的教学理念和教学手段付诸实践，在教学过程中教师通过新知识和新理念的学习，将传统知识与现代理论相结合，提升了自身的教学能力。失效分析案例库的建设不仅能够明确教师的教学方向和教学行为，同时将切实为机械工程专业学位硕士研究生实践创新能力的培养提供帮助，并为相关专业研究生失效分析课程的建设提供借鉴。
参考文献
[1]教育部 . 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 [Z], 教研 [2009]1 号 , 2009-03-19.
[2]教育部 , 国家发展改革委 , 财政部 . 关于深化研究生教育改革的意见 [Z], 教研 [2013]1 号 , 2013-03-29.
[3]教育部 . 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 [Z], 教研 [2015]1 号 , 2015-05-07.
[4]教育部 . 国务院学位委员会 . 学位与研究生教育发展“十三五”规划 [Z], 教研 [2017]1 号 , 2017-01-17.
[5]詹友基 , 许永超 , 林志熙 . 基于专题案例的“机械制造技术基础” 课程案例教学研究 [J]. 教育教学论坛 , 2020, (39): 160- 162.
[6]王卫伟，李蛟，李秋红，等 . 案例教学在材料研究方法课程建设中的实践研究 [J]. 教育教学论坛 , 2020, (19): 262-263.
[7]李菊芬 , 唐斌 , 钟水蓉 , 等 . 以案例教学法为特色大学物理案例库建设 [J]. 教育现代化 , 2019, 6(38): 60-61.
[8]潘尧坤 , 崔红卫，冯锐 , 等 . 基于任务驱动与案例库建设相融合的专业学位研究生课程教学方法探索—以《金属热处理原理》为例 [J]. 教育现代化 ,2019,6(103): 133-134,138.
[9]李奎 , 王尧 , 张冠英 . 案例教学在电气工程专业学位研究生课程中的建设与实践 [J]. 教育现代化 , 2019, 6(20): 33-34.
[10]孟萍 . 土木工程专业案例库建设对课程教学改革的影响和意义 [J]. 教育现代化 , 2020, 7(55): 71-74,85.
[11]杨静宁，马连生，王鹏 . 基于案例库建设的材料力学互动教学设计与实施 [J]. 力学与实践 , 2020, 42(2): 237-241.
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