材料成型原理教學(xué)改革和探索

蘇鈺 翟建廣 吳日銘 蕫萬鵬

摘要：文章針對(duì)材料成型原理教學(xué)中內(nèi)容過深、教學(xué)課時(shí)壓縮等存在的現(xiàn)象進(jìn)行分析。在教學(xué)活動(dòng)采取一系列的方法對(duì)課件、教學(xué)安排、學(xué)生互動(dòng)等內(nèi)容重新構(gòu)建。實(shí)踐證明，這些改革激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，從授課過程中學(xué)生課堂反映、作業(yè)質(zhì)量來看，還是具有較好效果。

關(guān)鍵詞：材料成型原理;教學(xué)實(shí)踐;改革和探索

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ?文章編號(hào)：1674-9324（2019）40-0097-02

材料成型原理是我校材料成型及控制工程專業(yè)的必修課之一。它是一門理論性較強(qiáng)的專業(yè)基礎(chǔ)課[1]，一般開設(shè)在大學(xué)三年級(jí)第一學(xué)期。該課程知識(shí)點(diǎn)多、需要很好地理解各知識(shí)點(diǎn)并融會(huì)貫通，才能形成系統(tǒng)的知識(shí)體系，為后續(xù)《沖壓工藝學(xué)》、《擠壓工藝學(xué)》等課程打下理論基礎(chǔ)。然而，隨著新技術(shù)、新工藝的不斷出現(xiàn)，如何協(xié)調(diào)知識(shí)量增加與課時(shí)量減少之間的矛盾[2];如何滿足學(xué)生短期學(xué)習(xí)和長(zhǎng)期發(fā)展目標(biāo)的一致性。本課程進(jìn)行了教學(xué)方法的革新和探索。

一、精練教學(xué)內(nèi)容

本課程主要分為塑性成型物理基礎(chǔ)、塑性成型力學(xué)基礎(chǔ)和塑性成型力學(xué)的工程應(yīng)用三部分?！八苄猿尚臀锢砘A(chǔ)”一章主要介紹塑性變形過程中金屬位錯(cuò)、滑移、孿生等變形機(jī)制、以及再結(jié)晶、蠕變等現(xiàn)象。這部分內(nèi)容在二年級(jí)下學(xué)期的《材料科學(xué)》課程中有較為詳細(xì)的講解。而本課程中“塑性成形件質(zhì)量的定性分析”一章會(huì)在后續(xù)《沖壓工藝學(xué)》、《擠壓工藝學(xué)》等課程中，也有更為詳細(xì)的說明和論述。因此，本課程減少了這兩章節(jié)內(nèi)容的授課。

在“塑性力學(xué)基礎(chǔ)”一章中，建立起應(yīng)力、應(yīng)變、屈服準(zhǔn)則、本構(gòu)方程的思維導(dǎo)圖（見圖1），幫助學(xué)生建立起該章節(jié)各知識(shí)點(diǎn)之間的架構(gòu)體系，便于理解和記憶。

在“主應(yīng)力法及其應(yīng)用”這一章中，針對(duì)學(xué)生結(jié)題過程中的迷茫，以長(zhǎng)矩形板鐓粗為例，建立解題思路導(dǎo)圖（見圖2），幫助學(xué)生理解、掌握知識(shí)點(diǎn)，以便理清解題思路，更好地理解應(yīng)力平衡微分方程、屈服準(zhǔn)則、邊界條件的原理在解決工程問題中的應(yīng)用。

“滑移線法”這章中重點(diǎn)學(xué)會(huì)滑移線場(chǎng)的判定，最大主應(yīng)力和最小主應(yīng)力的判定，以及如果針對(duì)不同部位選擇不同滑移線漢基方程計(jì)算平均作用力。例如平?jīng)_頭壓入半無限高坯料時(shí)（圖3），如果采用左邊的滑移線場(chǎng)分析，要用漢基方程中關(guān)于β滑移線的漢基方程求解平均作用力;如果用右邊滑移線場(chǎng)分析，要用關(guān)于α滑移線的漢基方程求解平均作用力。

二、雙語教學(xué)的嘗試

如今，與國(guó)外專業(yè)人員進(jìn)行溝通和相互學(xué)習(xí)已經(jīng)變得越來越頻繁、普遍。我校開設(shè)了《材料成型及控制工程專業(yè)英語》課程，該課程目的是為了讓學(xué)生掌握一定的專業(yè)英語詞匯、翻譯技巧、閱讀能力[3]，以便更好地學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外先進(jìn)的專業(yè)技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)[4]。但用人單位反映我們的畢業(yè)生專業(yè)知識(shí)的英語交流能力也是其職場(chǎng)發(fā)展的主要瓶頸之一。這說明我們這方面教學(xué)和培養(yǎng)還有很大提升空間。然而，考慮到大三學(xué)生理解全英文教學(xué)內(nèi)容還是有一定困難，因此在本次教學(xué)改革時(shí)嘗試雙語教學(xué)，采用英文PPT配部分中文注釋。授課前將PPT發(fā)給學(xué)生復(fù)印，方便學(xué)生提前預(yù)習(xí)和記錄課堂筆記。授課過程中先用英語講授，有選擇地使用漢語進(jìn)行再解釋和闡述。當(dāng)面對(duì)挑戰(zhàn)時(shí)，學(xué)生的積極性被調(diào)動(dòng)起來，多數(shù)學(xué)生可以主動(dòng)預(yù)習(xí)，緊跟老師上課思路，經(jīng)過深層次思考后提出問題。

三、提高學(xué)生參與度的上課形式

由于本課程屬于理論基礎(chǔ)課，力學(xué)和數(shù)學(xué)推導(dǎo)較多，學(xué)生上課容易分心，因此通過多種豐富多樣的上課形式來調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性。在《材料成型原理》課時(shí)由64學(xué)時(shí)壓縮為48學(xué)時(shí)后，由于本課程是研究生入學(xué)考試科目，筆者曾試圖盡可能不減少授課內(nèi)容，通過比較密集的授課密度將原有內(nèi)容仍然講授給學(xué)生，但這會(huì)導(dǎo)致教師授課時(shí)間不停地說，而學(xué)生被動(dòng)保持注意力的時(shí)間有限，會(huì)使授課結(jié)果很不理想。后來增加課堂提問、學(xué)生上黑板做題，學(xué)生注意力集中情況略有好轉(zhuǎn)。筆者采用翻轉(zhuǎn)課堂授課形式，將作業(yè)任務(wù)細(xì)化到每一個(gè)人，逐個(gè)上臺(tái)講解推導(dǎo)，教師和學(xué)生提問、補(bǔ)充、點(diǎn)評(píng)的方式，課堂氣氛明顯活躍。這樣可以提高學(xué)生理解問題的深度，但在有限課時(shí)內(nèi)，這會(huì)使授課的內(nèi)容廣度受到限制，這需要進(jìn)一步協(xié)調(diào)各授課環(huán)節(jié)時(shí)間分配。另外在涉及難度較大的公式、計(jì)算過程時(shí)，教師可先闡述大致思路，由學(xué)生推導(dǎo)、計(jì)算，這樣容易發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn);然后，教師板書逐步引導(dǎo)進(jìn)行推導(dǎo)。多媒體教學(xué)也有一定的弊端[5]，不能完全依賴。對(duì)于難度較大的公式、計(jì)算過程，不適用PPT這一多媒體形式呈現(xiàn)，否則教學(xué)效果不太理想。這一點(diǎn)從作業(yè)、試卷考核中可以明顯看出。

四、豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)

本課程目前采用課內(nèi)實(shí)驗(yàn)為金屬板材的杯突實(shí)驗(yàn)[1，6]，主要了解金屬板材成形性能表征，以及在杯突實(shí)驗(yàn)中金屬板材發(fā)生漲形時(shí)，了解不同部位應(yīng)變不一致，應(yīng)力狀態(tài)不同的情況。本實(shí)驗(yàn)測(cè)量的數(shù)值主要是杯突值和不同形變部位的應(yīng)變，不能看出整個(gè)變形過程中金屬流動(dòng)情況、應(yīng)力應(yīng)變分布演變情況。后續(xù)實(shí)驗(yàn)擬加入Deform軟件進(jìn)行金屬成型過程的CAE模擬。這樣在模擬結(jié)果[6，7]中可以直觀體現(xiàn)塑性變形時(shí)的金屬流動(dòng)規(guī)律、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)等情況。也可以幫助學(xué)生了解本構(gòu)方程、屈服準(zhǔn)則、應(yīng)力應(yīng)變曲線等材料參數(shù)如何在CAE分析軟件中得到應(yīng)用，對(duì)所學(xué)知識(shí)在今后的應(yīng)用有更明確的預(yù)期，更有動(dòng)力學(xué)好這門課。

五、結(jié)語

本次對(duì)《材料成型原理》課程進(jìn)行改革探索的過程中，雖然在教學(xué)效果上有一定的進(jìn)步。但如何更好地提高學(xué)生的聽課質(zhì)量、作業(yè)質(zhì)量;如果更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，仍然任總而道遠(yuǎn)。

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