新型教學理念及其在“彈塑性力學基礎”教學上的實踐

杜冰 王超

摘要：介紹了國外四種主要的工程教育教學理念，針對彈塑性力學基礎課程的課程特點，結合實際多年的一線教學經驗，從理論教學、現代設計工具與彈塑性力學教學的結合、實踐環節、多媒體教學、預習與復習、科研與教學結合和轉變考核機制七個方面，探討了教改過程中收獲的經驗和存在的問題，同時也對其他課程的教學改革具有參考意義。

關鍵詞：工程教育模式；彈塑性力學基礎；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）32-0137-02

一、引言

伴隨著國內外工程教育模式不斷發展和轉變，形成了以下四種主流的工程教育教學理念。CDIO工程教育理念是近年來國際工程教育改革的最新成果，主要包括構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）、運作（Operate）四個組成成分，強調產品的研發和生命周期，要求學生主動思考，將課程和實踐相結合的工程問題教育理念。OBE（Outcomes-based Education），即產出驅動教育，是以預期學習產出成果為中心來組織、實施和評價教育的結構模式，強調清晰地聚焦和組織教育系統，關注學生學到了什么、是否成功，尋求和設計適宜的教育結構，以保證學生達到預期目標。歐林工學院模式強調歐林三角：卓越的工程學知識、藝術人文等社會學科以及企業管理精神，我國的卓越工程師計劃就是與歐林工學院模式接軌的體現。渥太華大學模式強調親驗互動式教學，是一種全過程體驗和全方位滲透的教學系統。以上四種教學模式均強調工程基礎知識、工程實踐能力、個人能力和團隊協作能力的培養。

彈塑性力學是研究變形體在力、位移、溫度和壓電等外界載荷作用下的變形規律的一門學科，屬于固體力學的一個分支學科。與理論力學、材料力學和結構力學等，在研究對象、內容、方法和結果上都有一定的差異。彈塑性力學主要研究變形體的應力和應變的分布規律，直接相關的基本概念是彈性模量、泊松比、不可逆性、屈服、損傷和斷裂等。彈塑性力學課程需要對基本的解題方法有深刻的理解，才能通過嚴密的邏輯推理列出基本方程，并求解偏微分方程組，理論性和抽象性較強，計算難度大。學生們普遍對知識掌握不透徹，分析問題無從下手，無法靈活地解決問題，考核合格率一直在75%以下，并且大部分學生不了解這門學科的應用范圍，造成了學而無用的困惑，興趣不高，主動性較差。

燕山大學一直致力于工程教育改革的發展與創新，入選了首批“卓越工程師培養計劃”。本人長期在“彈塑性力學基礎”教學一線工作，通過對新的工程教育模式的學習、思考、嘗試和探討，以及實際的教學、教改經驗，得到了一些感悟分享給大家。

二、教學改革中的幾點建議

1.理論教學側重點。在理論教學方面，側重于講解要點。如通過表1彈性變形與塑性變形對比，講解二者之間的區別與聯系。同時在理論教學中注意給學生滲透本質問題，如在變形機理方面，整體變形中包含彈性變形和塑性變形，塑性變形的發生必先經歷彈性變形；在工程實際應用方面，材料加工過程中，工件的塑性變形與工模具的彈性變形是共存的。通過教師對知識的長期研究和理解，抓住知識的核心，讓學生能最快時間的把核心知識點吃透。

2.強調現代設計工具與彈塑性力學教學的結合。在教學過程中，采用數值分析軟件MATLAB、Mathematica或Maple等，完成各種塑性力學基本理論公式的程序化，方便計算在不同參數下變形體的應力應變狀態。采用Deform、Forge等鍛造成形軟件模擬鍛造過程，分析鍛件在加工過程中的應力應變狀態、溫度場、微觀組織等性能。把理論和數值計算結果進行對比，完成二者的相互驗證，以便于學生對知識有更好的把握。

3.高度注重實踐環節。基于CDIO工程教育理念，在實踐教學過程中，讓學生主動思考彈塑性力學基本原理如何在礅粗、拔長、拉拔、旋壓等工藝上的應用，提高學生的自主能動意識，培養學生的興趣。將生產實習和專業課程設計相結合，讓學生在應用中學習，在團隊中交流；同時教師和同學們一起，積極參與學校改革項目和畢業設計等實踐教學環節，通過實際項目鍛煉，擴展知識面，全面掌握項目實施的流程，讓每一個參與者都能做到學以致用。

4.多媒體技術在教學中的應用。充分利用多媒體教學的優勢，調動學生的學習興趣，啟發學生的想象力。同時，擴大學生的信息容量，滿足學生的求知欲，也彌補了教師自身的不足，完善了課堂教學結構。依據教學目標和教學對象的特點，通過詳盡的教學設計，在PPT中加入實際加工過程的照片和視頻以及學科發展最前言的動態分析，使課堂教學由靜態變為動態，學生耳聞其聲，目睹其形，能夠愉悅地接受新的知識點，通過聲音、圖像、文字、顏色、動畫等，多渠道、多方位地講解內容。

5.重視預習與復習。在課堂教學環節中，反復強調預習和復習的重要性。在課堂上，課前帶領大家復習前一節內容中的重點和難點，同時對于本堂課程內比較重要的知識點，要盡量放慢語速，調整音調，使同學們能夠快速有效地掌握。例如在講解應變與位移關系方程時，應首先復習應力與點的應力狀態、點的應力狀態分析、應力張量的分解與幾何表示以及應力平衡微分方程等知識點。通過復習，使同學們快速進入彈塑性力學的課堂學習狀態。同時，每一節課課后布置有針對性的習題，使同學們對課堂上的講解內容有更深入的理解。

6.注重科研與教學的結合。將教師所在科研團隊的科研成果轉化為教學資源，在教學過程中滲透新的研究成果，使其與經典理論相結合，豐富了教學內容。在實際教學過程中，結合本人研究的固體顆粒介質成形工藝及其在板材上的應用方向，介紹了相比于傳統工藝，該方法具有模具成本低、零件尺寸精度高和無污染等優點，并通過結合具體視頻和圖片，對上述內容進行講解。通過實際的教學過程發現，該方式可明顯提高學生的興趣，活躍教學氣氛，改善教學質量。

7.轉變考核機制。“彈塑性力學基礎”長期采用傳統單一的卷面考核方式，試卷的難易程度很難把握，學生學習的主動性很差，合格率較低。為改變這一現狀，采用了多方面、綜合性的考察方式，即：課堂出勤0.1，平時作業0.1，實驗成績0.1，專業課程設計0.1，考試卷面成績0.6。實踐證明，課程改革后的考核機制更加公平、合理，學生的學習積極性和興趣有明顯提高，同時克服了學生對卷面考試的依賴，做到了學以致用，加強了團隊的溝通與合作。統計近2年的課程合格率數據，由改革前的低于75%，穩步增長并保持在85%以上。這種考核機制達到了這門課程的學習目的，也獲得了學生的廣泛認可。

三、結語

目前發達國家主流的工程教育體系并不完全符合我國的教育情況和社會背景，結合學科特點、教師能力與學校現有的教學資源，更好地實施教學改革，是擺在高校一線教師面前的一道難題。通過幾年來對“彈塑性力學基礎”教學的體會，以及對取得的一些改革成果進行分析，可以得出很多寶貴的經驗。作為應用型本科院校的一線教師，必須克服改革過程困難，以學生的知識和能力為核心目標，踏實、合理、認真地將改革進行下去，只有這樣才能培養出符合當代社會發展需要的工程型人才。

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