基于“混合式教學”的“金屬材料塑性加工原理”課程教學模式研究

摘"要：金屬材料塑性加工對國家裝備制造業具有重要意義，然而塑性加工本科課程屬于機械、材料、冶金等多個學科的交匯，如何教好這門課程以實現創新型人才培養至關重要。本文基于“混合式教學”的重要性，從線上預習課程準備、線下課程教學、課后作業、考核方式、課程持續改進五個方面系統闡述了“混合式教學”在“金屬材料塑性加工原理”課程教學中的具體實施方法和方案，通過“混合式教學”的方法完成專業知識傳授，提升教學效果，有效培養學生創新思維和應用能力，提升高校人才培養質量。

關鍵詞：混合式教學；塑性加工原理；本科教學；創新教育

中圖分類號：G642.41""文獻標識碼：A

Abstract：Forming"processes"of"metal"materials"is"of"great"significance"to"the"national"equipment"manufacturing"industry.However，the"undergraduate"course"of"forming"processes"belongs"to"the"interdisciplinary"intersection"such"as"mechanics，materials，metallurgy，etc.It"is"crucial"to"teach"this"course"well"to"achieve"the"cultivation"of"innovative"talents.Based"on"the"importance"of"blended"teaching"and"learning，this"article"systematically"elaborates"on"the"specific"implementation"methods"and"plans"of"\"blendednbsp;learning\""in"the"teaching"of"\"Principles"of"metal"forming"Processes\""from"five"aspects：online"preview"course"preparation，offline"course"teaching，homework，assessment"methods，and"continuous"course"improvement.Through"the"method"of"\"blended"teaching"and"learning\"，professional"knowledge"is"imparted，teaching"effectiveness"is"improved，students'"innovative"thinking"and"application"abilities"are"effectively"cultivated，and"the"quality"of"talent"cultivation"in"universities"is"enhanced.

Keywords：Blended"teaching"and"learning;Principles"of"forming"processes;Undergraduate"teaching;Innovative"education

一、概述

當前的高等教育要求高校教師要不斷提升自身的教育水平和教學能力，用好課堂教學這個主渠道，打造課程育人“先鋒隊”，成為學生的“大先生”［1］。工科類專業課程的目標是培養學生精益求精的大國工匠精神，激發學生科技報國的家國情懷和使命擔當，滿足學生成長發展的需求和期待［2］。對于同樣的課程或者同樣的內容，采用不同的教學手段或方法產生的效果有可能天壤之別，因此教學方法至關重要。好的課堂要求教師一方面要在自身知識層面上的能力有所提升，另一方面要應用恰當的方式將知識傳授給學生，達到讓學生消化吸收的效果［34］。

“混合式教學”的基本特征是在教學過程中將超越時空限制的在線教學與面對面交流互動的傳統教學有機結合起來的一種“線上+線下”教學方式，能夠把學習者由被動、感性學習逐漸引向主動、深度學習［5］。線上資源是開展“混合式教學”的必要條件，這是因為將傳統的課堂講授通過微視頻上線的形式進行前移，能夠給予學生靈活和充分的學習時間，最大程度地保證每個學生都帶著較好的知識基礎走進教室。這樣也可以使教師在課堂上只針對重點、難點，或者學生們課前在線預習過程中反饋回來的共性問題進行講解，從而有效保障課堂的教學質量。課后，學生可以通過上傳的微視頻課件在線學習鞏固基本知識點和查缺補漏，并將所學到的基礎知識靈活應用，實現線下課堂教學更加高級的教學目標。因此，“混合式教學”發展了傳統的課堂教學，突破了傳統“教”和“學”在同一時間、同一地點發生的束縛，拓展了教和學的時間和空間，有效提升了學生學習的主動性和認知參與度，縮小了不同學生的學習結果差異性。

“金屬材料塑性加工原理”是材料學科專業本科生的重點專業基礎課程，是金屬材料塑性加工技術的基礎理論，是工程領域中非常重要的理論基礎課、技術基礎課。這門課程融合了金屬塑性加工力學、塑性變形材料學和塑性加工摩擦學內容［6］。材料塑性加工屬于機械、材料、冶金等多個學科的交匯，通過該課程的學習，可以掌握材料塑性成形的方法和工藝、材料塑性成形的力學基礎以及材料塑性成形的物理學基礎。學生通過該課程的學習，需要理解和掌握金屬塑性加工的基本概念、塑性變形的微觀機制與宏觀規律、金屬材料的組織結構和性能變化規律，了解工件尺寸精度、表面質量及性能控制的基本原理和技術途徑，從而起到培養學生正確選擇生產工藝的初步能力，對金屬材料學專業學生拓寬知識面具有很重要的價值。由于先修課程如工程力學、材料力學性能等很少涉及相似的內容介紹，導致學生一時難以理解這些新接觸的知識點。此外，不同知識點之間缺乏系統性，涉及的公式很多，許多假定和模型互不相關，導致學生難以一下子理解相關的知識點。再者，本課程的核心內容是屈服準則，其從基本假定到具體的推導過程與彈性本構關系的建立都有質的不同，初學者一般很難理解掌握，進而影響了學習積極性和學習態度。

基于以上教學難點，傳統課堂教學方式很難將“金屬材料塑性加工原理”這門課程上好，這在一定程度上阻礙了我國對工科類大學生綜合素質的培養和技能鍛煉，并進而對先進金屬材料塑變產品的研發產生一定影響。本文針對我國多數大學金屬材料塑性加工課堂教學過程中存在的難點，圍繞“混合式教學”的核心理念以提高大學生綜合素質能力為目標，提出根據不同教學內容開展線上線下有機結合的教學模式改革思路。

二、“混合式教學”方法實施方案

（一）線上預習課程

對“金屬材料塑性加工原理”這門課程而言，很多章節都包含了大量的理論知識及公式推導。不經過預習的聽課，對基礎薄弱的學生來說只能是走馬觀花，分不清難點和重點，失去了聽課的目的性和選擇性。課前預習后可以讓學生帶著問題上課，在聽課的過程中把注意力集中在難以理解的知識上，加強聽課的目的性，變被動學習為主動學習，提高聽課的效率，因此課前預習非常重要。本門課程課前預習主要采用相關知識點視頻和動畫的線上課程方式進行，因為動畫和視頻可以讓學生在視覺和聽覺上得到更好的體驗，生動地將抽象的知識形象化，從而使教學內容更易于記憶和理解。此外，動畫和視頻還起到促進學生的思維發展，增強學生的記憶和理解能力，以及拓寬學生的視野與知識領域，讓他們更主動地參與學習，提高學習效果。總的來說，引入動畫和視頻為學生呈現教學內容能夠吸引學生的注意力，激發他們對課堂的興趣，以一個比較放松的方式主動預習。值得一提的是，線上課程使用的軟件應該能夠自動識別學生是否主動預習、預習的完成度，這主要是為了方便將學生是否進行課前預習納入平時成績。

具體來說，緒論部分涉及的主要塑性加工方法提供鍛造、軋制、擠壓、拉拔、沖壓、彎曲和剪切等相關動畫。應力應變分析部分，提供金屬拉伸變形過程中應力應變曲線的視頻，引出金屬材料的彈性、屈服、塑性、損傷和斷裂行為；一點的應力應變狀態中涉及很多公式及推導，選取比較優秀的線上課程供學生預習。金屬塑性變形的物性方程部分，提供金屬塑性變形過程、力學特點以及塑性條件方程的線上視頻。塑性加工時金屬的流動與變形部分，提供最小阻力定律以及相對抽象的影響金屬塑性流動和變形的因素相關視頻。金屬塑性加工的摩擦與潤滑部分，提供摩擦的定義、分類、機理以及摩擦的有利和有害方面的相關視頻。塑性變形材料學基礎部分，提供塑性指標測量方法以及多晶體變形特點的相關視頻。塑性加工過程的組織變化與溫度—速度條件部分，提供冷變形時金屬顯微組織的變化以及熱變形過程中的回復與再結晶的相關視頻。塑性加工成形力學問題解析與應用部分，提供工程法解析以及滑移線理論的相關教學視頻。

值得注意的是，就本門課程而言，線上資源建設并非想象中的煩瑣復雜，簡單的屏幕錄制加講授、適當的硬件投入，再加上兩三個小時的編輯軟件學習基本上都能夠勝任線上課程的錄制和編輯。

（二）線下課程準備及教學

（1）豐富教學內容：教學內容的豐富性直接影響課堂教學的效果和后學課程知識的理解。為了使線下課堂教學生動有趣，教學內容切記不要完全復制課本，講授內容的廣度一定要在原有課本的基礎上有所延伸，以免學生認為自學就可以完成。例如在緒論部分，教師可以介紹目前國內材料塑性加工學科建設非常全面，很多大學在鍛造、擠壓、軋制、旋壓、液壓成形等方向都建有相應團隊，但目前塑性加工領域依然有很多創新發展的空間，比如說超低溫塑性成形領域在國際上開展研究的時間并不長，因此在這個領域做出一些顛覆式創新成果的可能性非常大。首先，教師可以通過科研項目、文獻檢索、網絡報道等方法獲得與課程內容相關的前沿性研究方向或工程問題信息，對教學內容隨時進行補充；其次，教師還需要借助計算機（如塑性變形模擬軟件和三維制圖軟件等）對抽象內容進行可視化；最后，教師講授的內容要理論聯系實際，針對偏理論基礎的內容（如主應力、平面應變問題、最小周邊法則、應力集中等基本概念），教學過程中要充分利用好數值仿真模型，培養學生理論聯系實際的意識。針對偏工程應用的內容，應該適當補充些應用背后的理論知識，以便學生能夠體會到理論知識在解釋工程問題方面的重要性，發掘創造性的思維方式，提升專業知識及理論的認同感。例如，主應力法的工程應用可以從屈服準則、摩擦條件、平衡微分方程、邊界條件等方面闡述。

（2）教學內容講解：①將傳統板書教學手段和現代多媒體技術有機結合。針對基礎理論的邏輯推理優先采用板書進行展示，提升學生的關注度以引導學生理解基礎理論的來龍去脈；針對工程或實踐類的課程內容，要優先采用圖片、三維示意圖或視頻動畫的方式進行講解。②針對部分簡單且容易掌握的章節利用傳統課堂中的“翻轉課堂”，以增強課堂授課氛圍，提升學生們的學習興趣。例如，學生先前有一定知識儲備的金屬塑性和變形抗力以及塑性變形過程的組織性能變化與溫度速度條件。③教師可以借助計算機虛擬現實技術和現場視頻實施課堂教學和實踐教學的交叉授課，為理論學習的工程應用搭建橋梁，進而提高大學生對本門課程重要性的認知度。④在教學中融入思想政治教育，培養學生的工程師素養、核心價值觀、分析和解決復雜工程問題的能力以及家國情懷。例如，講述到變形不均勻引起的后果及防治措施時，引出理論與實踐相結合、工匠精神、工程師素養；講述到金屬塑性變形過程中的抗力概念時，順其自然地引導學生提高自身抗壓能力和抗挫折能力；講述到影響塑性的因素及增強塑性的辦法時，引導學生努力學習，全方位發展，實現未來設定的目標；講述到金屬塑性加工過程中出現的斷裂問題時，列舉幾個金屬零件斷裂引發的事故，引導學生理論與實踐相結合，增強學生嚴謹治學的態度和社會責任感、使命感，培養學生社會主義核心價值觀；講述到軋制相關知識點時，引導學生積極學習塑造自我，培養學生勇于創新、追求真理、實現自身價值的理念，提升專業認同感和社會責任感。⑤課堂提問和討論對提升學生聽課注意力、語言表達、邏輯思維方式、教學的互動性和效能至關重要。教師可以利用相關教學軟件，在課堂教學前設置一些相關知識點或熱點問題，通過學生討論、線上作答的形式完成。

（三）課后復習及作業

課后復習及作業能夠起到鞏固已學知識、查漏補缺、增強對知識的熟練度、提高運用知識分析問題和解決問題能力的作用。因此，每次課程結束后，教師要及時將與課程內容有關的電子書、PPT課件、課程動畫、講課視頻、企業生產視頻等課程學習資料以及課后作業上傳到線上網絡教學平臺，供學生課后回放、下載、復習和完成課后作業使用。課后復習部分，可以根據學生的要求針對某些知識難點進行線上或線下單獨講解，也可以根據課后作業反映出來的學生對某些掌握較差的重要知識點進行再次講解。課后作業可以布置一些需要掌握的概念和內容的習題，如塑性加工的外力有哪些類型？何謂主切應力、八面體應力和等效應力，它們在塑性加工上有何意義？鍛造、軋制、擠壓和拉拔的主力學圖屬何種類型？何謂屈服準則，常用屈服準則有哪兩種，試比較它們的同異點，影響金屬材料變形抗力的主要因素有哪些？

（四）課程考核

課程考核對評估學生學習本門課程后的知識點掌握情況和今后的發展起著重要的作用。本門課程教學活動開展過程中的考核方式不能僅限于考試，因為一張試卷并不能代表學生對知識的理解和掌握程度，因此課程成績包括平時成績（50%）和期末成績（50%）。平時成績由課前預習（10%）、出勤（10%）、翻轉課堂（10%）、課堂討論（10%）和課后作業（10%）組成。課前預習、出勤、課堂討論和課后作業都采取線上的方式完成。期末成績采取閉卷測試，既包括知識考核又包括能力考核，考試試卷的類型應該多樣化，包括填空題、選擇題、名詞解釋、判斷題、簡答題和計算/證明題等。試卷應該減少客觀題比例，增加主觀題比重以考查學生的學以致用能力，如圖中的研究結果對于軋制生產有何指導意義？鋁合金金屬棒、管、型材加工工藝的設計說明在生產過程中對于低塑性材料的開坯采用哪種方法最佳，為什么？為防止出現圖示縱向裂紋可以采用哪些措施？舉一例處于異號主應力狀態的實際加工方法。課程考試過程中應該規范課程考試行為，嚴肅課程考試紀律以提高課程考核質量。

（五）課程改進

首先，教師應該不斷補充、完善和更新線上教學資料，認真記錄并總結每一章節教學環節過程中PPT課件、授課呈現形式、翻轉課堂內容、課堂討論形式、翻轉課堂內容、課后作業以及期末考試試卷內容等的不妥之處進行及時改正；其次，課程結束后，教師應該根據學生考試試卷中體現出來的知識點掌握情況以及學生在線課程反饋認真評估課程混合式教學效果，并在原有線上線下課程教學內容進行新一輪的改進和完善，形成符合工科教育教學持續改進理念的閉環系統，完善課程建設；最后，教師要利用好網絡教學資源，不斷汲取金屬材料塑性加工原理方面的新知識和教學新經驗、新方法，拓展課堂教學的深度和廣度。學院層面，一方面要鼓勵符合條件的學生參與塑性加工類的學科競賽（如塑性工程創新創意大賽等），實現教學反哺科研、學以致用；另一方面要跟蹤好學生畢業后的工作和升學情況，特別要不定時地與從事金屬材料塑性加工方面的畢業生溝通，獲得他們對該門課程重要性的看法以及相關意見和建議，實現生產和工作反哺教學的作用。

結語

本文基于“混合式教學”的教學方法，從線上教學課程準備、線下教學內容設計、考核方式多樣化等方面探討了“金屬塑性加工原理”課程教學改革的實施方法。以多維度精細化的教學過程激發學生對該課程學習的主動性，提升學生學習效果。將課前自主預習，課堂教師講授、學生討論，課后線上線下話題討論相結合，實現教學目標。通過與道德培養、價值引領的融合，培養學生的創新思維能力，加強專業課程的育人作用，使該課程教學活動的有效開展起到事半功倍的效果。

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［5］張曉蕾，段文娣.什么因素影響教師開展混合式教學？——對混合式教學實施問題研究的述評［J］.天津大學學報（社會科學版），2024，26（03）：259269.

［6］彭大暑.金屬塑性加工原理［M］.2版.長沙：中南大學出版社，2014.

基金項目：2023年云南大學教育教學改革研究一般項目“基于‘混合式教學’的金屬材料塑性加工課程教學模式研究與實踐”（2023Y53）

作者簡介：王雙寶（1985—"），男，壯族，云南臨滄人，博士研究生，副教授，主要從事輕質高強鋁合金研究；胡萬彪（1985—"），男，漢族，云南會澤人，博士研究生，教授，主要從事電磁材料和儲能材料研究。