新型教學(xué)理念及其在“彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)”教學(xué)上的實(shí)踐

杜冰 王超

摘要：介紹了國(guó)外四種主要的工程教育教學(xué)理念，針對(duì)彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)課程的課程特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際多年的一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從理論教學(xué)、現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具與彈塑性力學(xué)教學(xué)的結(jié)合、實(shí)踐環(huán)節(jié)、多媒體教學(xué)、預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)、科研與教學(xué)結(jié)合和轉(zhuǎn)變考核機(jī)制七個(gè)方面，探討了教改過(guò)程中收獲的經(jīng)驗(yàn)和存在的問(wèn)題，同時(shí)也對(duì)其他課程的教學(xué)改革具有參考意義。

關(guān)鍵詞：工程教育模式；彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2016）32-0137-02

一、引言

伴隨著國(guó)內(nèi)外工程教育模式不斷發(fā)展和轉(zhuǎn)變，形成了以下四種主流的工程教育教學(xué)理念。CDIO工程教育理念是近年來(lái)國(guó)際工程教育改革的最新成果，主要包括構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)施（Implement）、運(yùn)作（Operate）四個(gè)組成成分，強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的研發(fā)和生命周期，要求學(xué)生主動(dòng)思考，將課程和實(shí)踐相結(jié)合的工程問(wèn)題教育理念。OBE（Outcomes-based Education），即產(chǎn)出驅(qū)動(dòng)教育，是以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出成果為中心來(lái)組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)教育的結(jié)構(gòu)模式，強(qiáng)調(diào)清晰地聚焦和組織教育系統(tǒng)，關(guān)注學(xué)生學(xué)到了什么、是否成功，尋求和設(shè)計(jì)適宜的教育結(jié)構(gòu)，以保證學(xué)生達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。歐林工學(xué)院模式強(qiáng)調(diào)歐林三角：卓越的工程學(xué)知識(shí)、藝術(shù)人文等社會(huì)學(xué)科以及企業(yè)管理精神，我國(guó)的卓越工程師計(jì)劃就是與歐林工學(xué)院模式接軌的體現(xiàn)。渥太華大學(xué)模式強(qiáng)調(diào)親驗(yàn)互動(dòng)式教學(xué)，是一種全過(guò)程體驗(yàn)和全方位滲透的教學(xué)系統(tǒng)。以上四種教學(xué)模式均強(qiáng)調(diào)工程基礎(chǔ)知識(shí)、工程實(shí)踐能力、個(gè)人能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力的培養(yǎng)。

彈塑性力學(xué)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(guī)律的一門(mén)學(xué)科，屬于固體力學(xué)的一個(gè)分支學(xué)科。與理論力學(xué)、材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)等，在研究對(duì)象、內(nèi)容、方法和結(jié)果上都有一定的差異。彈塑性力學(xué)主要研究變形體的應(yīng)力和應(yīng)變的分布規(guī)律，直接相關(guān)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(xué)課程需要對(duì)基本的解題方法有深刻的理解，才能通過(guò)嚴(yán)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(qiáng)，計(jì)算難度大。學(xué)生們普遍對(duì)知識(shí)掌握不透徹，分析問(wèn)題無(wú)從下手，無(wú)法靈活地解決問(wèn)題，考核合格率一直在75%以下，并且大部分學(xué)生不了解這門(mén)學(xué)科的應(yīng)用范圍，造成了學(xué)而無(wú)用的困惑，興趣不高，主動(dòng)性較差。

燕山大學(xué)一直致力于工程教育改革的發(fā)展與創(chuàng)新，入選了首批“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”。本人長(zhǎng)期在“彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)”教學(xué)一線工作，通過(guò)對(duì)新的工程教育模式的學(xué)習(xí)、思考、嘗試和探討，以及實(shí)際的教學(xué)、教改經(jīng)驗(yàn)，得到了一些感悟分享給大家。

二、教學(xué)改革中的幾點(diǎn)建議

1.理論教學(xué)側(cè)重點(diǎn)。在理論教學(xué)方面，側(cè)重于講解要點(diǎn)。如通過(guò)表1彈性變形與塑性變形對(duì)比，講解二者之間的區(qū)別與聯(lián)系。同時(shí)在理論教學(xué)中注意給學(xué)生滲透本質(zhì)問(wèn)題，如在變形機(jī)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(fā)生必先經(jīng)歷彈性變形；在工程實(shí)際應(yīng)用方面，材料加工過(guò)程中，工件的塑性變形與工模具的彈性變形是共存的。通過(guò)教師對(duì)知識(shí)的長(zhǎng)期研究和理解，抓住知識(shí)的核心，讓學(xué)生能最快時(shí)間的把核心知識(shí)點(diǎn)吃透。

2.強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代設(shè)計(jì)工具與彈塑性力學(xué)教學(xué)的結(jié)合。在教學(xué)過(guò)程中，采用數(shù)值分析軟件MATLAB、Mathematica或Maple等，完成各種塑性力學(xué)基本理論公式的程序化，方便計(jì)算在不同參數(shù)下變形體的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)。采用Deform、Forge等鍛造成形軟件模擬鍛造過(guò)程，分析鍛件在加工過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)、溫度場(chǎng)、微觀組織等性能。把理論和數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，完成二者的相互驗(yàn)證，以便于學(xué)生對(duì)知識(shí)有更好的把握。

3.高度注重實(shí)踐環(huán)節(jié)?；贑DIO工程教育理念，在實(shí)踐教學(xué)過(guò)程中，讓學(xué)生主動(dòng)思考彈塑性力學(xué)基本原理如何在礅粗、拔長(zhǎng)、拉拔、旋壓等工藝上的應(yīng)用，提高學(xué)生的自主能動(dòng)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的興趣。將生產(chǎn)實(shí)習(xí)和專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)相結(jié)合，讓學(xué)生在應(yīng)用中學(xué)習(xí)，在團(tuán)隊(duì)中交流；同時(shí)教師和同學(xué)們一起，積極參與學(xué)校改革項(xiàng)目和畢業(yè)設(shè)計(jì)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)際項(xiàng)目鍛煉，擴(kuò)展知識(shí)面，全面掌握項(xiàng)目實(shí)施的流程，讓每一個(gè)參與者都能做到學(xué)以致用。

4.多媒體技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用。充分利用多媒體教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生的想象力。同時(shí)，擴(kuò)大學(xué)生的信息容量，滿足學(xué)生的求知欲，也彌補(bǔ)了教師自身的不足，完善了課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)。依據(jù)教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)對(duì)象的特點(diǎn)，通過(guò)詳盡的教學(xué)設(shè)計(jì)，在PPT中加入實(shí)際加工過(guò)程的照片和視頻以及學(xué)科發(fā)展最前言的動(dòng)態(tài)分析，使課堂教學(xué)由靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)，學(xué)生耳聞其聲，目睹其形，能夠愉悅地接受新的知識(shí)點(diǎn)，通過(guò)聲音、圖像、文字、顏色、動(dòng)畫(huà)等，多渠道、多方位地講解內(nèi)容。

5.重視預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)。在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，反復(fù)強(qiáng)調(diào)預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)的重要性。在課堂上，課前帶領(lǐng)大家復(fù)習(xí)前一節(jié)內(nèi)容中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，同時(shí)對(duì)于本堂課程內(nèi)比較重要的知識(shí)點(diǎn)，要盡量放慢語(yǔ)速，調(diào)整音調(diào)，使同學(xué)們能夠快速有效地掌握。例如在講解應(yīng)變與位移關(guān)系方程時(shí)，應(yīng)首先復(fù)習(xí)應(yīng)力與點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)、點(diǎn)的應(yīng)力狀態(tài)分析、應(yīng)力張量的分解與幾何表示以及應(yīng)力平衡微分方程等知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)復(fù)習(xí)，使同學(xué)們快速進(jìn)入彈塑性力學(xué)的課堂學(xué)習(xí)狀態(tài)。同時(shí)，每一節(jié)課課后布置有針對(duì)性的習(xí)題，使同學(xué)們對(duì)課堂上的講解內(nèi)容有更深入的理解。

6.注重科研與教學(xué)的結(jié)合。將教師所在科研團(tuán)隊(duì)的科研成果轉(zhuǎn)化為教學(xué)資源，在教學(xué)過(guò)程中滲透新的研究成果，使其與經(jīng)典理論相結(jié)合，豐富了教學(xué)內(nèi)容。在實(shí)際教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合本人研究的固體顆粒介質(zhì)成形工藝及其在板材上的應(yīng)用方向，介紹了相比于傳統(tǒng)工藝，該方法具有模具成本低、零件尺寸精度高和無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，并通過(guò)結(jié)合具體視頻和圖片，對(duì)上述內(nèi)容進(jìn)行講解。通過(guò)實(shí)際的教學(xué)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，該方式可明顯提高學(xué)生的興趣，活躍教學(xué)氣氛，改善教學(xué)質(zhì)量。

7.轉(zhuǎn)變考核機(jī)制?！皬椝苄粤W(xué)基礎(chǔ)”長(zhǎng)期采用傳統(tǒng)單一的卷面考核方式，試卷的難易程度很難把握，學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性很差，合格率較低。為改變這一現(xiàn)狀，采用了多方面、綜合性的考察方式，即：課堂出勤0.1，平時(shí)作業(yè)0.1，實(shí)驗(yàn)成績(jī)0.1，專(zhuān)業(yè)課程設(shè)計(jì)0.1，考試卷面成績(jī)0.6。實(shí)踐證明，課程改革后的考核機(jī)制更加公平、合理，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和興趣有明顯提高，同時(shí)克服了學(xué)生對(duì)卷面考試的依賴(lài)，做到了學(xué)以致用，加強(qiáng)了團(tuán)隊(duì)的溝通與合作。統(tǒng)計(jì)近2年的課程合格率數(shù)據(jù)，由改革前的低于75%，穩(wěn)步增長(zhǎng)并保持在85%以上。這種考核機(jī)制達(dá)到了這門(mén)課程的學(xué)習(xí)目的，也獲得了學(xué)生的廣泛認(rèn)可。

三、結(jié)語(yǔ)

目前發(fā)達(dá)國(guó)家主流的工程教育體系并不完全符合我國(guó)的教育情況和社會(huì)背景，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)、教師能力與學(xué)?，F(xiàn)有的教學(xué)資源，更好地實(shí)施教學(xué)改革，是擺在高校一線教師面前的一道難題。通過(guò)幾年來(lái)對(duì)“彈塑性力學(xué)基礎(chǔ)”教學(xué)的體會(huì)，以及對(duì)取得的一些改革成果進(jìn)行分析，可以得出很多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。作為應(yīng)用型本科院校的一線教師，必須克服改革過(guò)程困難，以學(xué)生的知識(shí)和能力為核心目標(biāo)，踏實(shí)、合理、認(rèn)真地將改革進(jìn)行下去，只有這樣才能培養(yǎng)出符合當(dāng)代社會(huì)發(fā)展需要的工程型人才。

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