塑性成形力學課程課堂教學探討

柳美玲 王萍 黃貞益

摘 要：塑性成形力學課程是材料成形及控制專業的專業基礎必修課，是一門專業性很強的力學課程。本文根據課堂教學經驗，從教學內容和教學方法上開展教學改革，特別是互聯網+的平臺引入，有效打通課內外。實踐表明，理論聯系實際，在課堂教學過程中引入與本學科相關的實例，可以激發學生的積極性，使教學效果得到明顯提高，而互聯網+也使得課堂教學氣氛更為融洽。

關鍵詞：塑性成形力學；課堂教學；教學改革；互聯網+

基金項目：2018年度安徽省質量工程項目（項目編號：2018zhkt154）。

塑性成形力學課程是材料成形及控制工程專業本科生必修的重點專業基礎課程，也是金屬塑性成形技術的基礎理論[1-3]，我院根據教學體系的安排，將此課程開設在第7學期。其先修課程有大學物理、高等數學、材料力學、機械設計基礎等。通過該課程的學習，能夠讓學生掌握金屬塑性成形過程中基本力學知識，并運用相關力學知識去解決一些實際工程問題，為從事金屬材料加工與研究打下堅實的基礎。同時，塑性成形力學也是后續專業課程學習的橋梁紐帶，如沖壓磨具設計、模具加工與制造、孔型設計、課程設計等課程。

本人結合本課程的教學和學生學習情況，就金屬塑性成形力學的教學內容和教學方法提出一些心得，從教學內容上進行教學改革探討，以期和從事相關教育教學的各位同仁分享。

1 課堂教學內容探討

1.1 強調基礎，突出重點

我校選用的教材是由冶金工業出版社出版，趙志業主編的《金屬塑性變形與軋制理論》，授課內容為本書的10-13章節，該教材是高等院校本科類教學相關專業學生教材，同時也可為從事軋鋼專業的工程技術人員作參考。

塑性成形力學主要運用塑性力學的基本理論分析金屬塑性成形時的應力應變關系，建立變形程度與外加載荷的定量關系，計算塑性成形所需的變形力。由于該課程理論性較強，力學部分又相對抽象，公式繁多，課堂教學上必須抓住主干，突出重點，才能化繁為簡。作為初次接觸專業基礎課的大三學生，面對大量的抽象的力學概念及公式推導，往往將注意力集中在對復雜力學概念的理解及公式推導的技巧上，而忽略了專業課程的結構，使得不少學生認為塑形成形力學是另一門“數學課”。通過本人和所在教學團隊的多年授課實踐，發現先用五分鐘時間對即將授課內容提干，每章節結束后進行歸納總結具有重要作用。在塑性成形力學的授課過程中，只保留基本力學公式推導，注重講清公式推導思路，推導過程則不是重點；講解塑性變形的求解方法時，強調該方法的基本原理、解題步驟等。對有些涉及較多數學及力學知識的內容，只在關鍵地方作必要提示，便于學生理解。如教學內容的第一部分為應力和應變的關系，其中對3個主應力的求解實際就是解矩陣，這時候可以幫助學生回顧下行列式求解及特征值的定義，然后再告知學生主應力的物理意義，促進對課堂授課內容的消化[4]。

1.2 適當補充內容

塑形成形力學課程是專業基礎課，是為專業課服務的，因此可以將授課內容適當補充延伸，拓展一些工程實例。如在講解屈服條件時，可以以強度校核為實例，并和材料力學中的強度理論相互結合起來，理順和明白屈服準則與強度之間的聯系，使得學生的學習內容得到升華。學生只有徹底搞清楚概念，才能掌握該課程的精髓。再比如講解彈塑性的本構關系方程時，可以補充一下ANSYS、SUPERFORM等軟件的學習，給學生演示利用有限元軟件如何正確建立模型，完成力學計算，這也為學生將來的研究生學習做了一些鋪墊。

2 課堂教學方法探討

2.1 多媒體與板書相結合

在教學過程中，充分利用先進的計算機多媒體教學，建立塑性加工過程數值模擬平臺，結合板書等多種教學手段講解基本概念及其應用，由淺入深，啟發學生自主思考，激發學生的學習興趣。

在教學方法上，一方面將講授法和擺設問題的啟發式教學法有機結合起來，并適當指導學生課外自學，改變單一的課堂灌輸模式，豐富學生的想象力，活躍課堂氣氛。另一方面，將傳統的教學與多媒體教學有機結合起來，各取所長，優化教學過程。例如每章節開始，結合圖片、視頻，對本章節主要內容作生動地介紹，是學生目的明確，科學地提出學習方法，樹立良好的學習氣氛。再如在講授“屈服準則”這部分內容時，首先利用Marc有限元模擬軟件模擬了材料發生屈服的應力—應變關系，讓學生對金屬材料發生塑性屈服有一個直觀的印象。再回顧“屈服準側”被提出的歷史背景，從而引入屈服的概念。根據屈服準則的定義，設置問題，引導學生思考，鼓勵學生自行推導兩種屈服準則。最后，對兩種屈服準則進行對比分析，并指出使用的條件和局限性。這樣便于學生建立一個較清晰的理論脈絡。授課過程不僅僅是傳授知識的過程，它更重要的是一個培養能力的過程。從這個角度來說，理解一種新理論和新概念的提出過程，往往比只知道理論和概念的內容本身要更為重要。

2.2 啟發式教學

大學教育不僅是簡單的專業知識灌輸，還應該注重培養學生的綜合素質和能力。針對塑性成形力學課程特點，在教學中不是要求學生死記公式和條文，而是注重循序漸進，適當引導，是學生既能進行數學推導、計算，又能掌握基本概念、基本原理及其應用，從而培養學生獨立分析問題、解決問題的能力。如講解增量理論時，如果只重數學推導和力學知識，學生必然埋在復雜的公式堆中而茫然不知所措。數學和力學只是一個工具，教學目的應該是要求學生分析應變增量方程的意義。對于金屬塑性，則要求學生結合塑性流動規律思考尋求改善金屬塑性的途徑。啟發式教學，要求任課教師要有目的的針對性的提出問題讓學生思考，把握好課堂教學節奏，給學生一些知識點理解與銜接的時間。

2.3 “互聯網+”教學

由于課程理論性強，學生在有限的課時內難以消化課堂教學中的一些理論[5-6]，而“互聯網+”的智能化思維就可以很好的融入到課堂的教學與課后的實踐環節。優質的網絡學習資源也為該課程的教學方式注入新的血液。如任課教師可利用網絡的廣泛性和便利性，借助國家級、省級、校級等精品課程資源共享條件和網絡平臺APP的使用等，除了加強課堂教學的建設與優化，更加注重學生第二課堂即學生線下學習、知識的消化鞏固、課外閱讀的情況等。使得塑形成形理論的課堂教學不再是簡單傳統的知識學習的過程，“互聯網+”的智能教學模式不僅提升課堂教學的氛圍和教師自身的感染力，也是師生共同成長的經歷，更讓學生在課堂教學中更能感受過程，習得規律，發展智慧，提高了課程的綜合影響。例如我校教師引入北京超星爾雅教育科技有限公司的超星學習通軟件APP的在線線點名，課程任務的安排、教學視頻及圖片的傳遞、習題布置、留言簿等功能，有效打通課內課外，完成知識內化順應，重點難點提高，任課教師根據學生反饋信息可以對學習針對性指導。現在的學生大都是00后，“互聯網+”的教學方法的注入更適合他們對知識的獲取渠道，增加師生情感的建立。

2.4 增加習題課課時

本課程的特點是理論抽象，題目抽象。不少學生表示即使課堂認真聽講，課后也認真復習，拿到習題還是會有點無從下手的感覺。因此本人認為，適當增加該課程的習題課時也是很有必要的。每一章節結束后，都需要通過習題讓學生自己消化明白解題思路與該章節的重難點。如果是題目不理解，那就需要結合實例使學生理解；如果是解題過程中求解困難，那就需要課堂補充數學知識來解決。

2.5 考試內容和形式

考試是檢查學生全面掌握所學內容的一個重要途徑，也是改進教學的一個重要手段。因此，考試內容與形式也是本課程教學改革的重要方面。在考試內容上，注重覆蓋課程內容的各個主要部分，設計基本概念、基本原理、基本應用等方面，盡量避開復雜的數學計算，而重視知識點的理解與靈活應用。試卷內容注重題型的多樣性。在考試形式上，主要采取閉卷考試的形式，輔以簽到、習題和答疑、互動留言等作為等平時成績。其目的是正確引導學生全面掌握所學知識，培養學生積極向上的學習態度，為其他課程打下夯實的基礎，并增強對從事本專業相關工作的適應能力。

3 課堂教學實踐改革結果

以生為本，因材施教，本人和所在教研室自2012年起就對該課程的教學進行質量改革，從這幾年的積極探索和實際教學經驗來看，教改取得了良好的效果。課程結構的優化和教學內容，使學生對課程知識掌握更為牢固，分析問題、解決問題的能力均得到提高。而課堂教學方法的改革，培養了學生獨立思考，自主學習的能力，極大的調動了學生的學習興趣。尤其是“互聯網+”的智能教學模式引入，課堂氣氛活躍，課堂內容更豐富生動，結合優秀教育資源，滿足不同程度學生對課程知識的吸收和掌握。

參考文獻

[1]徐秉業，劉信聲.應用塑性力學[M].北京：清華大學出版社，1995.

[2]馬文亮.塑性力學課程教學及考核模式改革的探索[J].華北水利水電學院學報（社科版），2012（28）：176-178.

[3]林高用，楊立斌，陳明安，等.《彈塑性力學》課程教學的改革與實踐[J].湖南醫科大學學報（社會科學版），2006（8）：205-207.

[4]羅云，李鐵林.材料成型及控制專業人才培養目標和人才培養模式改革初探[J].湖南理工學院學報（自然科學版），2013（1）：93-94.

[5]李洪洋，李建輝.把握實踐教學內容及節奏—提高《塑形成形力學基礎》課堂教學初探[J].力學與實踐，2014（6）：795-797.

[6]汪冰峰，林高用，陳志永，等.材料專業課程SPOC開放式課堂教學方法創新研究—以“金屬塑性加工技術”課程為例[J].科教文匯，2017（4）：47-48.