推進(jìn)課程教學(xué)改革，培養(yǎng)工程應(yīng)用創(chuàng)新人才

[摘 要]培養(yǎng)工程創(chuàng)新人才是當(dāng)前應(yīng)用型大學(xué)工程專業(yè)教育改革的根本目標(biāo)。針對材料加工專業(yè)學(xué)科基礎(chǔ)理論課“材料加工工程中的物理場”課程理論性強、涉及的學(xué)科基礎(chǔ)理論課程多等特點，探討了推進(jìn)該課程教學(xué)改革所采取的措施，取得了良好的教學(xué)效果。

[關(guān)鍵詞]教學(xué)改革 教材建設(shè) 教學(xué)方式 實踐教學(xué) 評價指標(biāo)

[中圖分類號] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）16-0076-02

創(chuàng)新教育是一種全新的教育理念，主要是樹立以學(xué)生為中心的觀念，通過調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，教給學(xué)生創(chuàng)造性的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力。“材料加工過程中的物理場”是材料加工專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)理論課，該課程理論性強，且涉及的學(xué)科基礎(chǔ)理論課程多，曾經(jīng)是該專業(yè)本科生和碩士研究生比較頭疼的課程之一。但由于該專業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)及工藝設(shè)計階段普遍采用計算機仿真技術(shù)，該課程作為計算機仿真的理論基礎(chǔ)對提高仿真的技術(shù)水平具有重要的價值，開展該課程的教學(xué)和研究又是非常必要的。下面就推進(jìn)該課程的教學(xué)改革，提高培養(yǎng)工程應(yīng)用創(chuàng)新人才的質(zhì)量談一些體會。

一、因材施教，抓好教材建設(shè)是推進(jìn)課程教學(xué)改革的突破口

“材料加工過程中的物理場”是材料成形計算機仿真的基礎(chǔ)理論課程，教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生學(xué)習(xí)材料成形的數(shù)值分析理論基礎(chǔ)，預(yù)先需要開設(shè)的課程有高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)理論基礎(chǔ)及金屬塑性成形原理等，是一門教學(xué)起點高、理論性很強的課程。雖然國內(nèi)已經(jīng)有不少通用數(shù)值分析理論書籍及材料成形數(shù)值分析教材，但多數(shù)教材太注重自身理論體系的嚴(yán)密性和完整性，不太注重學(xué)生的知識基礎(chǔ)及認(rèn)知規(guī)律，因而往往起點太高并不適合作為我校本科生及碩士研究生的教材。鑒于此，我們結(jié)合當(dāng)前應(yīng)用型大學(xué)材料加工工程專業(yè)本科及碩士研究生教育專業(yè)知識背景的實際情況，并著眼于未來市場對工程創(chuàng)新人才的需要，編寫了《材料成形的數(shù)值分析理論基礎(chǔ)及軟件應(yīng)用講義》供內(nèi)部使用，作為推進(jìn)該課程教學(xué)改革的突破口，取得了良好效果。在課程教材建設(shè)的過程中，主要基于以下思考：

1.教材內(nèi)容及課程設(shè)置一定要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。

對于本科生，考慮到對預(yù)先開設(shè)的理論課程的要求，該課程應(yīng)設(shè)置在專業(yè)基礎(chǔ)課講授完成以后為好。在教材內(nèi)容上，要做到循序漸進(jìn)、由淺入深、量體裁衣、因材施教。

2.教材內(nèi)容總體把握分為兩大部分，即線性有限元分析理論基礎(chǔ)和非線性有限元及其在金屬塑性加工中的應(yīng)用。

第一部分側(cè)重于基本概念、基本知識、基本理論的學(xué)習(xí)，第二部分在線性有限元分析理論的基礎(chǔ)上，側(cè)重于金屬塑性加工非線性有限元理論體系的構(gòu)建，并理論聯(lián)系實際落實到應(yīng)用實例。

3.在具體章節(jié)內(nèi)容的安排上，不追求理論體系的嚴(yán)密性和完整性，但要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，由淺入深、循序漸進(jìn)、量體裁衣，并在一定程度上注重知識的系統(tǒng)性。

譬如，第一章緒論主要介紹了工程上常用的幾種數(shù)值分析方法及其適用的應(yīng)用領(lǐng)域，有限元法作為最重要的一種數(shù)值分析方法做了詳細(xì)介紹，并介紹了工程上常用的通用有限元分析軟件及材料成形專用有限元分析軟件。使學(xué)生對開設(shè)該課程的背景有一個直觀的認(rèn)識，該課程離現(xiàn)實并不遙遠(yuǎn)，對于將來的工程應(yīng)用或理論研究都具有重要價值。

考慮到我校材料加工專業(yè)及多數(shù)高校工程專業(yè)在本科課程中并未開設(shè)彈性力學(xué)理論課程，而彈性力學(xué)的基礎(chǔ)理論及變分原理又是學(xué)習(xí)數(shù)值分析理論必須要掌握的內(nèi)容，因此在教材的第二章對彈性力學(xué)的基本方程及變分原理做了系統(tǒng)介紹。第三章介紹了桿梁系結(jié)構(gòu)有限元分析的一般過程，以桿單元分析為主，并簡要介紹梁單元的概念。桿單元是有限元分析中最簡單的一種單元，但桿系結(jié)構(gòu)的有限元分析卻能反映有限元分析的一般流程和有限元法最本質(zhì)的東西，并且學(xué)生容易接受，所以本章安排了一個一般桿系結(jié)構(gòu)的有限元分析實例，使學(xué)生對有限元分析的整個過程有一個清晰的認(rèn)識。第四章介紹了連續(xù)體結(jié)構(gòu)有限元分析的基礎(chǔ)理論，重點介紹二維平面問題、軸對稱問題及三維連續(xù)體問題單元模型的構(gòu)造方法，并簡要介紹板殼單元的基本理論。第五章介紹等參元的概念及計算、二維及三維連續(xù)體等參元的構(gòu)造方法、三維一般殼體單元的構(gòu)造方法，并介紹數(shù)值積分的概念及計算方法。

金屬的塑性成形主要是通過鍛造、擠壓、拉拔、軋制、沖壓等工藝把金屬加工成所需零件形狀的一種方法，反映金屬塑性加工的有限元法主要是指剛（粘）塑性有限元理論及大變形彈塑性有限元理論。所以第二部分針對鍛造、擠壓等工藝著重介紹指剛（粘）塑性有限元理論體系及應(yīng)用，而針對沖壓工藝著重介紹大變形彈塑性有限元理論體系及應(yīng)用。

4.教材力求語言精辟、通俗易懂，并把知識的系統(tǒng)性和應(yīng)用性相結(jié)合。

教材在編寫過程中，要注意把握知識理論的邏輯性，并用精辟和通俗易懂的語言敘述出來。由于該課程最后要體現(xiàn)為金屬塑性加工數(shù)值仿真的基礎(chǔ)理論課，在第一部分線性有限元理論內(nèi)容的設(shè)置上，要注意把握知識的系統(tǒng)性和應(yīng)用性的結(jié)合，譬如軸對稱體單元及三維一般殼單元等理論知識的介紹。

5.教材建設(shè)要在實踐中不斷充實、完善和提高。

針對每次的教學(xué)實踐，都應(yīng)該和學(xué)生和有關(guān)專家及時進(jìn)行溝通交流，了解哪些地方需要補充，哪些地方需要改進(jìn)，力求教材在教學(xué)實踐中不斷完善和提高，更好地為我校和其他高等院校工程專業(yè)提供服務(wù)。

二、更新教育理念，改革課堂教學(xué)方式是推進(jìn)課程教學(xué)改革的重要內(nèi)容

1.積極推進(jìn)主動式學(xué)習(xí)方式，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的創(chuàng)造性。

在研究生該課程的課堂教學(xué)中，針對非線性有限元理論的學(xué)習(xí)，由于該部分內(nèi)容多且理論深度較深，總學(xué)時有限，以前采用灌輸式的教學(xué)方式并沒有取得好的教學(xué)效果。我們采用了以下教學(xué)改革方式，結(jié)合筆者在非線性有限元理論以往豐富的研究經(jīng)驗，首先從總體上概括性地分別向?qū)W生講授剛塑性及大變形彈塑性有限元理論體系，然后針對每一部分分別推薦有效的參考資料，并布置若干研究專題。學(xué)生在分組獲得一個研究專題后，到圖書館或通過網(wǎng)絡(luò)主動查閱資料，首先對每一部分進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，然后針對自己的研究專題深入研究，撰寫研究論文和PPT。在以后的課堂教學(xué)中，各個同學(xué)分別用PPT講解自己的研究內(nèi)容，并在課堂交流中和老師、同學(xué)一起討論，共同促進(jìn)研究專題的學(xué)習(xí)。

2.采用多媒體教學(xué)方式，改進(jìn)課堂教學(xué)效果。

事實證明，采用多媒體教學(xué)并和板書方式相結(jié)合，能夠做到言簡意賅，重點突出，科學(xué)知識的邏輯性和結(jié)果的形象性相結(jié)合，改進(jìn)了教學(xué)效果，提高了工作效率。

三、加強課堂實踐教學(xué)，是推進(jìn)課程教學(xué)改革的重要環(huán)節(jié)

理論學(xué)習(xí)和軟件應(yīng)用相結(jié)合，一方面可以加深對理論學(xué)習(xí)抽象概念和嚴(yán)密知識的理解，對金屬塑性成形仿真過程有一個比較直觀的認(rèn)識，是課堂教學(xué)知識性和趣味性一個比較好的結(jié)合；另一方面，軟件應(yīng)用本身不單純是對學(xué)生一門操作技能的訓(xùn)練，更重要的是通過實踐教學(xué)對學(xué)生創(chuàng)新能力的一種培養(yǎng)。我們采取了以下方式加強了課堂實踐教學(xué)：

1.優(yōu)選出一種金屬塑性加工仿真軟件，拿出一定的學(xué)時上機講授該軟件的具體操作方法。

2.精選出一個金屬塑性加工實例，應(yīng)用該軟件向?qū)W生講授實例的建模、運算和后處理整個操作過程。結(jié)合已經(jīng)學(xué)習(xí)的仿真基礎(chǔ)理論知識，詳細(xì)講授實例建模過程中一些技術(shù)參數(shù)、工藝參數(shù)的設(shè)置方法，并學(xué)會運用理論知識查閱軟件理論手冊，讓學(xué)生真正理解理論知識和軟件應(yīng)用相結(jié)合，并終生受益。

3.讓學(xué)生獨立操作一個工程實例，作為培養(yǎng)其工程創(chuàng)新能力的一個訓(xùn)練和該課程的一個考核指標(biāo)。

四、改革課程評價指標(biāo)，是推進(jìn)課程教學(xué)改革的保障

課程教學(xué)效果科學(xué)的評價指標(biāo)，不但是對課程教學(xué)效果的檢驗，而且是對推進(jìn)課程教學(xué)改革的一個保障。由于該課程是由理論知識講授、師生互動學(xué)習(xí)及課堂實踐教學(xué)有機結(jié)合的整體，因此該課程的科學(xué)評價指標(biāo)應(yīng)反映這三方面的實際教學(xué)效果。學(xué)生該課程的最終考核成績是由三方面綜合確定的：一是理論考核筆試成績，二是平時作業(yè)及專題研究論文成績，三是工程實例仿真研究成績。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 王祖源，嚴(yán)導(dǎo)淦.工科物理課程改革與教材建設(shè)[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011，（12）：36-38.

[2] 趙禮峰.數(shù)學(xué)實驗課程對大學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)的重要作用[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011，（12）：42-44.

[3] 朱恒夫.美國著名大學(xué)本科生創(chuàng)新教育述評[J].中國大學(xué)教學(xué)，2011，（10）：90-95.

[4] 阮嘯，傅方正.研究型大學(xué)新生研討課的探索與實踐[J].中國高教研究，2011，（11）：37-39.

[責(zé)任編輯：碧 瑤]