塑性成形力學(xué)課程課堂教學(xué)探討

柳美玲 王萍 黃貞益

摘 要：塑性成形力學(xué)課程是材料成形及控制專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)必修課，是一門專業(yè)性很強(qiáng)的力學(xué)課程。本文根據(jù)課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法上開展教學(xué)改革，特別是互聯(lián)網(wǎng)+的平臺(tái)引入，有效打通課內(nèi)外。實(shí)踐表明，理論聯(lián)系實(shí)際，在課堂教學(xué)過程中引入與本學(xué)科相關(guān)的實(shí)例，可以激發(fā)學(xué)生的積極性，使教學(xué)效果得到明顯提高，而互聯(lián)網(wǎng)+也使得課堂教學(xué)氣氛更為融洽。

關(guān)鍵詞：塑性成形力學(xué)；課堂教學(xué)；教學(xué)改革；互聯(lián)網(wǎng)+

基金項(xiàng)目：2018年度安徽省質(zhì)量工程項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2018zhkt154）。

塑性成形力學(xué)課程是材料成形及控制工程專業(yè)本科生必修的重點(diǎn)專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是金屬塑性成形技術(shù)的基礎(chǔ)理論[1-3]，我院根據(jù)教學(xué)體系的安排，將此課程開設(shè)在第7學(xué)期。其先修課程有大學(xué)物理、高等數(shù)學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)等。通過該課程的學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生掌握金屬塑性成形過程中基本力學(xué)知識(shí)，并運(yùn)用相關(guān)力學(xué)知識(shí)去解決一些實(shí)際工程問題，為從事金屬材料加工與研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。同時(shí)，塑性成形力學(xué)也是后續(xù)專業(yè)課程學(xué)習(xí)的橋梁紐帶，如沖壓磨具設(shè)計(jì)、模具加工與制造、孔型設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)等課程。

本人結(jié)合本課程的教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)情況，就金屬塑性成形力學(xué)的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法提出一些心得，從教學(xué)內(nèi)容上進(jìn)行教學(xué)改革探討，以期和從事相關(guān)教育教學(xué)的各位同仁分享。

1 課堂教學(xué)內(nèi)容探討

1.1 強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)，突出重點(diǎn)

我校選用的教材是由冶金工業(yè)出版社出版，趙志業(yè)主編的《金屬塑性變形與軋制理論》，授課內(nèi)容為本書的10-13章節(jié)，該教材是高等院校本科類教學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生教材，同時(shí)也可為從事軋鋼專業(yè)的工程技術(shù)人員作參考。

塑性成形力學(xué)主要運(yùn)用塑性力學(xué)的基本理論分析金屬塑性成形時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，建立變形程度與外加載荷的定量關(guān)系，計(jì)算塑性成形所需的變形力。由于該課程理論性較強(qiáng)，力學(xué)部分又相對(duì)抽象，公式繁多，課堂教學(xué)上必須抓住主干，突出重點(diǎn)，才能化繁為簡(jiǎn)。作為初次接觸專業(yè)基礎(chǔ)課的大三學(xué)生，面對(duì)大量的抽象的力學(xué)概念及公式推導(dǎo)，往往將注意力集中在對(duì)復(fù)雜力學(xué)概念的理解及公式推導(dǎo)的技巧上，而忽略了專業(yè)課程的結(jié)構(gòu)，使得不少學(xué)生認(rèn)為塑形成形力學(xué)是另一門“數(shù)學(xué)課”。通過本人和所在教學(xué)團(tuán)隊(duì)的多年授課實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)先用五分鐘時(shí)間對(duì)即將授課內(nèi)容提干，每章節(jié)結(jié)束后進(jìn)行歸納總結(jié)具有重要作用。在塑性成形力學(xué)的授課過程中，只保留基本力學(xué)公式推導(dǎo)，注重講清公式推導(dǎo)思路，推導(dǎo)過程則不是重點(diǎn)；講解塑性變形的求解方法時(shí)，強(qiáng)調(diào)該方法的基本原理、解題步驟等。對(duì)有些涉及較多數(shù)學(xué)及力學(xué)知識(shí)的內(nèi)容，只在關(guān)鍵地方作必要提示，便于學(xué)生理解。如教學(xué)內(nèi)容的第一部分為應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系，其中對(duì)3個(gè)主應(yīng)力的求解實(shí)際就是解矩陣，這時(shí)候可以幫助學(xué)生回顧下行列式求解及特征值的定義，然后再告知學(xué)生主應(yīng)力的物理意義，促進(jìn)對(duì)課堂授課內(nèi)容的消化[4]。

1.2 適當(dāng)補(bǔ)充內(nèi)容

塑形成形力學(xué)課程是專業(yè)基礎(chǔ)課，是為專業(yè)課服務(wù)的，因此可以將授課內(nèi)容適當(dāng)補(bǔ)充延伸，拓展一些工程實(shí)例。如在講解屈服條件時(shí)，可以以強(qiáng)度校核為實(shí)例，并和材料力學(xué)中的強(qiáng)度理論相互結(jié)合起來，理順和明白屈服準(zhǔn)則與強(qiáng)度之間的聯(lián)系，使得學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容得到升華。學(xué)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(gòu)關(guān)系方程時(shí)，可以補(bǔ)充一下ANSYS、SUPERFORM等軟件的學(xué)習(xí)，給學(xué)生演示利用有限元軟件如何正確建立模型，完成力學(xué)計(jì)算，這也為學(xué)生將來的研究生學(xué)習(xí)做了一些鋪墊。

2 課堂教學(xué)方法探討

2.1 多媒體與板書相結(jié)合

在教學(xué)過程中，充分利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)多媒體教學(xué)，建立塑性加工過程數(shù)值模擬平臺(tái)，結(jié)合板書等多種教學(xué)手段講解基本概念及其應(yīng)用，由淺入深，啟發(fā)學(xué)生自主思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在教學(xué)方法上，一方面將講授法和擺設(shè)問題的啟發(fā)式教學(xué)法有機(jī)結(jié)合起來，并適當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生課外自學(xué)，改變單一的課堂灌輸模式，豐富學(xué)生的想象力，活躍課堂氣氛。另一方面，將傳統(tǒng)的教學(xué)與多媒體教學(xué)有機(jī)結(jié)合起來，各取所長(zhǎng)，優(yōu)化教學(xué)過程。例如每章節(jié)開始，結(jié)合圖片、視頻，對(duì)本章節(jié)主要內(nèi)容作生動(dòng)地介紹，是學(xué)生目的明確，科學(xué)地提出學(xué)習(xí)方法，樹立良好的學(xué)習(xí)氣氛。再如在講授“屈服準(zhǔn)則”這部分內(nèi)容時(shí)，首先利用Marc有限元模擬軟件模擬了材料發(fā)生屈服的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系，讓學(xué)生對(duì)金屬材料發(fā)生塑性屈服有一個(gè)直觀的印象。再回顧“屈服準(zhǔn)側(cè)”被提出的歷史背景，從而引入屈服的概念。根據(jù)屈服準(zhǔn)則的定義，設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，鼓勵(lì)學(xué)生自行推導(dǎo)兩種屈服準(zhǔn)則。最后，對(duì)兩種屈服準(zhǔn)則進(jìn)行對(duì)比分析，并指出使用的條件和局限性。這樣便于學(xué)生建立一個(gè)較清晰的理論脈絡(luò)。授課過程不僅僅是傳授知識(shí)的過程，它更重要的是一個(gè)培養(yǎng)能力的過程。從這個(gè)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(nèi)容本身要更為重要。

2.2 啟發(fā)式教學(xué)

大學(xué)教育不僅是簡(jiǎn)單的專業(yè)知識(shí)灌輸，還應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。針對(duì)塑性成形力學(xué)課程特點(diǎn)，在教學(xué)中不是要求學(xué)生死記公式和條文，而是注重循序漸進(jìn)，適當(dāng)引導(dǎo)，是學(xué)生既能進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)、計(jì)算，又能掌握基本概念、基本原理及其應(yīng)用，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。如講解增量理論時(shí)，如果只重?cái)?shù)學(xué)推導(dǎo)和力學(xué)知識(shí)，學(xué)生必然埋在復(fù)雜的公式堆中而茫然不知所措。數(shù)學(xué)和力學(xué)只是一個(gè)工具，教學(xué)目的應(yīng)該是要求學(xué)生分析應(yīng)變?cè)隽糠匠痰囊饬x。對(duì)于金屬塑性，則要求學(xué)生結(jié)合塑性流動(dòng)規(guī)律思考尋求改善金屬塑性的途徑。啟發(fā)式教學(xué)，要求任課教師要有目的的針對(duì)性的提出問題讓學(xué)生思考，把握好課堂教學(xué)節(jié)奏，給學(xué)生一些知識(shí)點(diǎn)理解與銜接的時(shí)間。

2.3 “互聯(lián)網(wǎng)+”教學(xué)

由于課程理論性強(qiáng)，學(xué)生在有限的課時(shí)內(nèi)難以消化課堂教學(xué)中的一些理論[5-6]，而“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能化思維就可以很好的融入到課堂的教學(xué)與課后的實(shí)踐環(huán)節(jié)。優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源也為該課程的教學(xué)方式注入新的血液。如任課教師可利用網(wǎng)絡(luò)的廣泛性和便利性，借助國(guó)家級(jí)、省級(jí)、校級(jí)等精品課程資源共享?xiàng)l件和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)APP的使用等，除了加強(qiáng)課堂教學(xué)的建設(shè)與優(yōu)化，更加注重學(xué)生第二課堂即學(xué)生線下學(xué)習(xí)、知識(shí)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(xué)不再是簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的知識(shí)學(xué)習(xí)的過程，“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能教學(xué)模式不僅提升課堂教學(xué)的氛圍和教師自身的感染力，也是師生共同成長(zhǎng)的經(jīng)歷，更讓學(xué)生在課堂教學(xué)中更能感受過程，習(xí)得規(guī)律，發(fā)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(xué)習(xí)通軟件APP的在線線點(diǎn)名，課程任務(wù)的安排、教學(xué)視頻及圖片的傳遞、習(xí)題布置、留言簿等功能，有效打通課內(nèi)課外，完成知識(shí)內(nèi)化順應(yīng)，重點(diǎn)難點(diǎn)提高，任課教師根據(jù)學(xué)生反饋信息可以對(duì)學(xué)習(xí)針對(duì)性指導(dǎo)?，F(xiàn)在的學(xué)生大都是00后，“互聯(lián)網(wǎng)+”的教學(xué)方法的注入更適合他們對(duì)知識(shí)的獲取渠道，增加師生情感的建立。

2.4 增加習(xí)題課課時(shí)

本課程的特點(diǎn)是理論抽象，題目抽象。不少學(xué)生表示即使課堂認(rèn)真聽講，課后也認(rèn)真復(fù)習(xí)，拿到習(xí)題還是會(huì)有點(diǎn)無從下手的感覺。因此本人認(rèn)為，適當(dāng)增加該課程的習(xí)題課時(shí)也是很有必要的。每一章節(jié)結(jié)束后，都需要通過習(xí)題讓學(xué)生自己消化明白解題思路與該章節(jié)的重難點(diǎn)。如果是題目不理解，那就需要結(jié)合實(shí)例使學(xué)生理解；如果是解題過程中求解困難，那就需要課堂補(bǔ)充數(shù)學(xué)知識(shí)來解決。

2.5 考試內(nèi)容和形式

考試是檢查學(xué)生全面掌握所學(xué)內(nèi)容的一個(gè)重要途徑，也是改進(jìn)教學(xué)的一個(gè)重要手段。因此，考試內(nèi)容與形式也是本課程教學(xué)改革的重要方面。在考試內(nèi)容上，注重覆蓋課程內(nèi)容的各個(gè)主要部分，設(shè)計(jì)基本概念、基本原理、基本應(yīng)用等方面，盡量避開復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算，而重視知識(shí)點(diǎn)的理解與靈活應(yīng)用。試卷內(nèi)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(xí)題和答疑、互動(dòng)留言等作為等平時(shí)成績(jī)。其目的是正確引導(dǎo)學(xué)生全面掌握所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生積極向上的學(xué)習(xí)態(tài)度，為其他課程打下夯實(shí)的基礎(chǔ)，并增強(qiáng)對(duì)從事本專業(yè)相關(guān)工作的適應(yīng)能力。

3 課堂教學(xué)實(shí)踐改革結(jié)果

以生為本，因材施教，本人和所在教研室自2012年起就對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行質(zhì)量改革，從這幾年的積極探索和實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來看，教改取得了良好的效果。課程結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)課程知識(shí)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(xué)方法的改革，培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考，自主學(xué)習(xí)的能力，極大的調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。尤其是“互聯(lián)網(wǎng)+”的智能教學(xué)模式引入，課堂氣氛活躍，課堂內(nèi)容更豐富生動(dòng)，結(jié)合優(yōu)秀教育資源，滿足不同程度學(xué)生對(duì)課程知識(shí)的吸收和掌握。

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