塑性力學(xué)課程“四位一體”教學(xué)研究與探索

■東北石油大學(xué) 彭惠芬 吳澤民

塑性力學(xué)作為基礎(chǔ)力學(xué)的后續(xù)課程，是采油工程、土木工程、工程力學(xué)等專業(yè)高年級學(xué)生的重要課程，是分析和解決許多工程技術(shù)問題的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。然而，由于塑性力學(xué)教學(xué)具有基本概念繁多、抽象，公式推導(dǎo)過程冗長、難理解、教學(xué)難度大的特點，采用傳統(tǒng)板書的教學(xué)方法，將導(dǎo)致教師課堂上花大量的時間進行畫圖、煩瑣公式的推導(dǎo)，使原本32學(xué)時的教學(xué)內(nèi)容難以完成，學(xué)生沒有練習(xí)和消化吸收的時間，降低了學(xué)習(xí)效率，學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新的能力得不到充分發(fā)揮。同時，塑性力學(xué)課程要求學(xué)生具有很強的邏輯思維和想象能力，具備扎實的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)，而我校工程力學(xué)專業(yè)是冷門專業(yè)，許多學(xué)生是從其他專業(yè)調(diào)劑過來的，絕大部分學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)薄弱，采用傳統(tǒng)教學(xué)方式會使學(xué)生喪失信心，一事無成。

針對該課程教師難講授、學(xué)生難學(xué)習(xí)的特點，如何以“兩性一度”為標(biāo)準(zhǔn)，將信息技術(shù)融入課堂改革，更好地實現(xiàn)“學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)”，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和解決工程實際問題的能力，本文從塑性力學(xué)課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和實踐教學(xué)等幾個方面入手，進行塑性力學(xué)課程教學(xué)改革探索。

一、“四位一體”塑性力學(xué)課程模式的構(gòu)建

塑性力學(xué)課程共有8章、32學(xué)時、8周，是力學(xué)專業(yè)學(xué)生的深度研究課程，是應(yīng)用力學(xué)基本理論解決工程實際問題的關(guān)鍵課程?！八奈弧敝刚n程的4 個組成模塊（見圖1），包括基于SPOC的自主學(xué)習(xí)、基于翻轉(zhuǎn)課堂的合作學(xué)習(xí)、基于手機APP 的拓展學(xué)習(xí)和基于實踐的體驗學(xué)習(xí)；“一體”指課程的最終目標(biāo)是“立德樹人”。課程團隊經(jīng)過數(shù)年的探索實踐，將理想信念教育融入了專業(yè)技能課堂。

圖1“四位一體”課程模式

（一）基于SPOC平臺自主學(xué)習(xí)

隨著MOOC(Massive Open Online Courses)在全球范圍的廣泛興起，國內(nèi)許多院校意識到SPOC（Small Private Online Course）教學(xué)平臺的重要性，本文針對目前塑性力學(xué)“教與學(xué)”的困難，開展塑性力學(xué)SPOC自主學(xué)習(xí)平臺的建設(shè)（見圖2）。

通過SPOC教學(xué)平臺，教師不但可以了解學(xué)生完成作業(yè)情況、學(xué)生問題以及論壇中的討論等信息，還可以了解到學(xué)員通過課前自習(xí)，了解和掌握該課程基本知識點的情況等。

圖2 塑性力學(xué)SPOC自主學(xué)習(xí)平臺

SPOC 課程資源是指與課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的資源，包含了課程大綱所要求的知識點及講授視頻，還有教學(xué)過程中積累的大量素材，如課件、視頻、圖片、動畫、試題和標(biāo)準(zhǔn)等。利用該模塊可將碎片化學(xué)習(xí)時間集中起來，實現(xiàn)自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率。在線評估是用來檢驗學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和存在的問題，在線評估是任課教師對提供的線上資源，提供給學(xué)生相應(yīng)的混合試題庫，包括單選、多選、判斷正誤、填空和簡答題型等，教師可根據(jù)反饋結(jié)果進行在線評估。知識的在線評估可減少學(xué)生作業(yè)的抄襲率，更加及時了解學(xué)生對知識點的掌握情況，具有針對性地設(shè)計下一步的教學(xué)計劃。交流與討論模塊可掌握學(xué)生預(yù)習(xí)與測試后存在的學(xué)習(xí)難點；充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、知識點的掌握情況，以便教師對課程內(nèi)容進行更合理的改進。

（二）基于SPOC平臺合作學(xué)習(xí)

基于SPOC的合作學(xué)習(xí)不再是傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，而是基于翻轉(zhuǎn)課堂，以“學(xué)生為中心”，體現(xiàn)以“學(xué)”為主，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考及創(chuàng)新意識。該部分包括實際演練、重難點分析和集中討論三部分（見圖3）。實踐演練是指學(xué)生在在線學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，教師指導(dǎo)學(xué)生將已學(xué)的知識轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q實際問題的能力；重難點分析指教師利用翻轉(zhuǎn)課堂，強調(diào)重難點問題。例如塑性力學(xué)中的屈服準(zhǔn)則，本構(gòu)方程等重點及德魯克公設(shè)中的難點問題，與學(xué)生線上學(xué)習(xí)構(gòu)成的知識體系互補，提高教學(xué)質(zhì)量；集中討論是學(xué)生依據(jù)線上和翻轉(zhuǎn)課堂所學(xué)知識，對最終結(jié)果、結(jié)論提出相應(yīng)的問題，鼓勵學(xué)生思考，教師進行最終的總結(jié)與評價。

圖3 基于SPOC合作學(xué)習(xí)平臺

圖4 金屬的鍛壓成型數(shù)值模擬展示

（三）拓展學(xué)習(xí)和基于實踐的體驗學(xué)習(xí)

拓展學(xué)習(xí)是個性化學(xué)習(xí)，是獨立思考后學(xué)生能力的展示，為實現(xiàn)人才培養(yǎng)方式的多樣化，促進每一位學(xué)生個性發(fā)展，教師通過自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)對學(xué)生學(xué)習(xí)過程進行分析和指導(dǎo)，以“學(xué)生為中心”，進行個性化指導(dǎo)和成績評定，營造有利于學(xué)生個性化發(fā)展的學(xué)習(xí)氛圍。

基于實踐的體驗學(xué)習(xí)是為了使學(xué)生了解力學(xué)發(fā)展趨勢，將塑性力學(xué)理論應(yīng)用于工程實際，開展校內(nèi)校外實踐教學(xué)，熟練應(yīng)用力學(xué)計算軟件ABAQUS、ANSYS等進行厚壁圓筒、球殼的彈塑性分析，金屬的鍛壓成型工藝等的數(shù)值模擬過程（見圖4），使抽象理論更直觀、形象。該模塊的訓(xùn)練使學(xué)生更好地將理論應(yīng)用于實踐，培養(yǎng)學(xué)生工程實踐和創(chuàng)新意識，更好地服務(wù)于社會。

二、“四位一體”課程模式的教學(xué)效果

由于塑性力學(xué)課程難點多、內(nèi)容抽象，學(xué)生需要具有扎實的數(shù)學(xué)、力學(xué)基礎(chǔ)。因此，在教學(xué)過程中，學(xué)生普遍存在壓力大、學(xué)習(xí)興趣不高的狀況?！八奈灰惑w”教學(xué)模式通過線上知識的傳授，學(xué)生可自主選擇適合自己的時間和方式獲得知識，實現(xiàn)個性化自主學(xué)習(xí)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，節(jié)省了“填鴨式”傳統(tǒng)課堂學(xué)時。線下通過課堂教師提問、師生討論、生生討論和案例分析等多種形式的翻轉(zhuǎn)課堂，實現(xiàn)知識的內(nèi)化，通過拓展和實踐學(xué)習(xí)使知識得以升華。

“四位一體”教學(xué)顛覆了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，真正意義上實現(xiàn)以學(xué)生為主導(dǎo)，注重能力培養(yǎng)，科學(xué)地編排整個教學(xué)過程，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)思路，使學(xué)生在整個教學(xué)改革中得到真正意義的“實惠”，獨立思考、創(chuàng)新意識得到了很大提高。

三、結(jié)語

本文是在塑性力學(xué)課程教學(xué)改革中構(gòu)建“四位一體”教學(xué)模式，該模式打破了傳統(tǒng)枯燥抽象的理論模式的禁錮，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果，對教師的教學(xué)觀念、學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣及高校專業(yè)課程的改革起到了積極的推進作用。當(dāng)代信息技術(shù)在教育教學(xué)中的應(yīng)用、案例分析、翻轉(zhuǎn)課堂及基于實踐的體驗學(xué)習(xí)，使學(xué)生對塑性力學(xué)分析的原理、分析過程有了比較系統(tǒng)的認識，培養(yǎng)了獨立思考、解決實際工程問題的創(chuàng)新性應(yīng)用型人才。