一流課程建設(shè)背景下塑性力學(xué)與軋制原理課程教學(xué)改革與實踐

楊霞　馬立峰　劉光明　牛勇　李華英

摘? 要：在“雙萬計劃”一流課程建設(shè)背景下，該文從塑性力學(xué)與軋制原理的課程特點(diǎn)和教學(xué)現(xiàn)狀出發(fā)，提出兩向貫通、三位一體、四維聯(lián)動、五步遞進(jìn)和多元融合的教學(xué)理念。即以學(xué)生為主體，將塑性力學(xué)與軋制原理兩部分知識內(nèi)容進(jìn)行融會貫通，并依據(jù)教學(xué)目標(biāo)定位，進(jìn)行課程教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)，促進(jìn)教學(xué)方法創(chuàng)新，完善教學(xué)評價體系。通過四個維度的相互支撐，將知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造三個教學(xué)目標(biāo)融為一體，在教學(xué)實踐過程中采用五步遞進(jìn)式的教學(xué)方法，實行政教融合、科教融合、產(chǎn)教融合及賽教融合，形成教育合力，實現(xiàn)對學(xué)生各項能力的培養(yǎng)。新的教學(xué)模式實踐表明，教學(xué)效果明顯提高，可以為塑性力學(xué)與軋制原理課程教學(xué)改革提供新思路。

關(guān)鍵詞：一流課程；塑性力學(xué)與軋制原理；教學(xué)理念；教學(xué)改革；教學(xué)實踐

中圖分類號：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）14-0027-05

Abstract： Under the background of the first-class curriculum construction of "Double thousand Plan"， starting from the curriculum characteristics and teaching status of Plastic Mechanics and Rolling Principle， the teaching concept of two directions， trinity， four-dimensional linkage， five steps forward and multiple elements integration is put forward. With students as the main body， the two parts of knowledge content of Plastic Mechanics and Rolling Principle are integrated; according to the teaching target orientation， the course teaching content is reconstructed， the innovation of teaching methods is promoted， the teaching evaluation system is improved; through the mutual support of the four dimensions， the three teaching objectives of knowledge imparting， ability training and value shaping are integrated; in the process of teaching practice， the five-step progressive teaching method is used， the integration of politics and education， science and education， industry and education， and competition and education are implemented to form an educational joint force and the cultivation of students'various abilities is realized. The new teaching mode practice showed that the teaching effect was significantly improved， which can provide new ideas for the teaching reform of Plastic Plastic Mechanics and Rolling Principle.

Keywords： first-class curriculum; Plastic Plastic Mechanics and Rolling Principle; teaching philosophy; teaching reformation; teaching practice

根據(jù)2018年教育部發(fā)布的《教育部關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》，目前我國本科教育改革緊緊圍繞全面提高人才培養(yǎng)能力這個核心點(diǎn)，著力推進(jìn)一流專業(yè)和一流課程的“雙萬計劃”建設(shè)[1-2]。課程是專業(yè)的基礎(chǔ)，是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才培養(yǎng)質(zhì)量，為了推動我國本科教育質(zhì)量整體提升，深化教育教學(xué)改革，必須把教學(xué)改革成果精準(zhǔn)地落實到課程建設(shè)上[3]。

塑性力學(xué)與軋制原理課程作為機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（冶金機(jī)械方向）和材料加工類專業(yè)一門重要的核心專業(yè)課程，是理論力學(xué)和材料力學(xué)的延伸，也是分析和解決軋制工程技術(shù)問題的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。塑性力學(xué)與軋制原理課程主要包含塑性力學(xué)基礎(chǔ)和軋制基本原理兩部分內(nèi)容，即應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、本構(gòu)方程、屈服準(zhǔn)則、滑移線理論、塑性變形抗力、工程計算方法、軋制過程基本概念、軋制過程的建立和軋制力能參數(shù)計算等。塑性力學(xué)與軋制原理課程內(nèi)容理論性和工程實踐性強(qiáng)、解析計算復(fù)雜，學(xué)生難以理解掌握塑性力學(xué)知識并將其有效地應(yīng)用到軋制實踐中。對標(biāo)一流課程建設(shè)要求，在教學(xué)過程中亟需解決的主要問題：①挖掘塑性力學(xué)和軋制原理兩部分內(nèi)容的關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)，拓展課程教學(xué)資源和教學(xué)平臺，構(gòu)建多維度融合的高階性知識體系，滿足學(xué)生主體的知識應(yīng)用、新工科與一流專業(yè)建設(shè)以及高質(zhì)量人才培養(yǎng)的需求。②“以學(xué)生為主體，以能力為導(dǎo)向”，通過遞進(jìn)式、混合式有效銜接的教學(xué)方法和多元融合的教學(xué)設(shè)計，促進(jìn)學(xué)生主體對課程理論知識與實踐應(yīng)用的融會貫通，提升學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新能力。③深挖課程內(nèi)容蘊(yùn)含的經(jīng)典思想與思政元素，并將思政元素有機(jī)融入到教學(xué)過程中，構(gòu)建課程思政元素資源與知識體系進(jìn)行精細(xì)化對接，實現(xiàn)學(xué)生的價值塑造。④建立全程數(shù)據(jù)可回溯的多元化閉環(huán)考核評價體系，提升對學(xué)生主體能力考核評價的精準(zhǔn)度和全面性，為課程的持續(xù)改進(jìn)提供依據(jù)。

本文以太原科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院的塑性力學(xué)與軋制原理課程教學(xué)改革探索為例，立足機(jī)械設(shè)計制造及其自動化一流本科專業(yè)和高質(zhì)量人才培養(yǎng)的根本目標(biāo)，介紹兩向貫通、三位一體、四維聯(lián)動、五步遞進(jìn)及多元融合的塑性力學(xué)與軋制原理課程教學(xué)改革及實踐。

一? 教學(xué)理念

教育部2019年發(fā)布的《教育部關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見》中提出了一流課程建設(shè)的指導(dǎo)思想：樹立課程建設(shè)新理念，推進(jìn)課程改革創(chuàng)新，實施科學(xué)課程評價，嚴(yán)格課程管理，立起教授上課、消滅“水課”，取消“清考”等硬規(guī)矩，夯實基層教學(xué)組織，提高教師教學(xué)能力，完善以質(zhì)量為導(dǎo)向的課程建設(shè)激勵機(jī)制，形成多類型、多樣化的教學(xué)內(nèi)容與課程體系[3]。因此，課程建設(shè)要以學(xué)生為中心，成果產(chǎn)出為導(dǎo)向，立足人才培養(yǎng)目標(biāo)，聚焦新工科建設(shè)，體現(xiàn)產(chǎn)業(yè)技術(shù)與學(xué)科理論融合，優(yōu)化重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容與課程體系，堅持“兩性一度”即提升高階性、突出創(chuàng)新性、增加挑戰(zhàn)度的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)理念。

塑性力學(xué)與軋制原理課程作為機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（冶金機(jī)械方向）和材料加工類專業(yè)一門核心專業(yè)課程，塑性力學(xué)基礎(chǔ)部分的課程理論性強(qiáng)、內(nèi)容抽象、公式繁多，需要深厚的數(shù)學(xué)及力學(xué)基礎(chǔ)，軋制原理部分的概念多、各個工藝參數(shù)的影響機(jī)制復(fù)雜，教學(xué)過程中需要挖掘梳理兩部分內(nèi)容的關(guān)聯(lián)點(diǎn)，并開展課程實驗增加認(rèn)知，使學(xué)生能夠有效地將塑性力學(xué)的知識應(yīng)用到軋制實踐中，因此，極易引起教師難教、學(xué)生難學(xué)、教學(xué)效果不理想的現(xiàn)象發(fā)生[4]。在以成果為導(dǎo)向的OBE[5]教育理念、布魯姆教學(xué)目標(biāo)和BOPPPS教學(xué)模型[6]的基礎(chǔ)上，以一流課程建設(shè)為目標(biāo)，結(jié)合國際工程教育專業(yè)認(rèn)證、新工科和一流專業(yè)建設(shè)要求[7-8]，塑性力學(xué)與軋制原理課程教學(xué)團(tuán)隊立足太原科技大學(xué)一流本科專業(yè)建設(shè)和新工科專業(yè)建設(shè)的高質(zhì)量人才培養(yǎng)目標(biāo)[9]，經(jīng)過多年的教學(xué)改革與實踐，形成了兩向貫通、三位一體、四維聯(lián)動、五步遞進(jìn)及多元融合的塑性力學(xué)與軋制原理課程教學(xué)理念，其架構(gòu)如圖1所示。

兩向貫通：立足一流課程建設(shè)目標(biāo)，挖掘關(guān)聯(lián)知識點(diǎn)，將塑性力學(xué)與軋制原理兩部分內(nèi)容進(jìn)行融會貫通，完成兩向貫通的知識體系構(gòu)建。

三位一體：以學(xué)生為主體，根據(jù)專業(yè)要求，將知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造融為一體，實現(xiàn)課程三位一體的教學(xué)目標(biāo)。

四維聯(lián)動：依據(jù)教學(xué)目標(biāo)定位，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)，促進(jìn)教學(xué)方法創(chuàng)新，完善教學(xué)評價體系，通過四個維度的相互支撐，構(gòu)建四維聯(lián)動的一體化教學(xué)體系。

五步遞進(jìn)：以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，構(gòu)建課前自學(xué)、課端檢測、課中提升、課內(nèi)實踐和課外拓展的五步遞進(jìn)式教學(xué)方法。

多元融合：以人才培養(yǎng)為目標(biāo)，實行政教融合、科教融合、產(chǎn)教融合和賽教融合，進(jìn)行教、政、科、產(chǎn)及賽的多元融合的多元化教學(xué)設(shè)計，形成教育合力，助力學(xué)生各項能力的培養(yǎng)。

二? 教學(xué)實踐

塑性力學(xué)與軋制原理作為軋鋼機(jī)械設(shè)計、軋制過程分析、軋制工藝規(guī)程計算的理論基礎(chǔ)，其課程的教學(xué)目標(biāo)是以軋制過程中金屬塑性變形力學(xué)知識為主線，使學(xué)生掌握塑性力學(xué)與軋制理論的基本知識、分析軋制過程的主要方法，并具備完成一般軋制過程的變形與力能參數(shù)計算的能力。立足重型機(jī)械行業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生軋制過程分析中的思辨能力、創(chuàng)新意識及良好的道德品質(zhì)和社會責(zé)任感，使其成為有使命擔(dān)當(dāng)?shù)闹匦蜋C(jī)械工程技術(shù)人才。

塑性力學(xué)與軋制原理課程是機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（冶金機(jī)械方向）和材料加工類專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，為后續(xù)的軋鋼工藝學(xué)、軋鋼機(jī)械設(shè)計、軋制過程控制、軋制數(shù)學(xué)模型、孔型設(shè)計和軋鋼廠車間設(shè)計等課程提供理論基礎(chǔ)。立足一流本科專業(yè)建設(shè)和新工科專業(yè)建設(shè)的高質(zhì)量人才的培養(yǎng)目標(biāo)，對塑性力學(xué)與軋制原理課程進(jìn)行了以下方面的教學(xué)實踐。

（一）? 兩向貫通的知識體系

塑性力學(xué)基礎(chǔ)部分主要內(nèi)容包含應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、本構(gòu)方程、屈服準(zhǔn)則和滑移線理論等；軋制原理部分主要內(nèi)容包含工程計算方法、塑性變形抗力、金屬塑性成形中的摩擦與潤滑、軋制過程的基本概念、軋制過程的建立和軋制過程力能參數(shù)的計算等。在理論和實踐教學(xué)過程中，課程教學(xué)團(tuán)隊緊密圍繞鋼鐵產(chǎn)業(yè)需求、融入鋼鐵企業(yè)技術(shù)需求和科技發(fā)展前沿成果，挖掘并梳理兩部分內(nèi)容的知識關(guān)聯(lián)點(diǎn)，不斷優(yōu)化設(shè)計兩部分內(nèi)容的知識銜接，實現(xiàn)課程內(nèi)容的多點(diǎn)聯(lián)合，融會貫通，完成兩向貫通的知識體系構(gòu)建，見表1。使學(xué)生能夠熟練掌握課程知識，并有效地將塑性力學(xué)的知識應(yīng)用到軋制實踐中，具備完成一般軋制過程的變形與力能參數(shù)計算的能力。

（二）? 三位一體的教學(xué)目標(biāo)

塑性力學(xué)與軋制原理課程在教學(xué)實踐過程中，根據(jù)專業(yè)建設(shè)要求，以核心知識點(diǎn)為主體，縱向深挖知識內(nèi)容蘊(yùn)含的經(jīng)典思想與思政元素，并將思政元素有機(jī)融入到教學(xué)過程中，與知識體系進(jìn)行精細(xì)化對接[10-11]。通過梳理本課程知識點(diǎn)，挖掘出家國情懷、大國重器、工程倫理和思辨精神4個階次12個思政元素，見表2。思政教學(xué)結(jié)合知識點(diǎn)，用潛移默化的方式將知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造融為一體，落實立德樹人的根本任務(wù)，從而實現(xiàn)三位一體的教學(xué)目標(biāo)。

（三）? 四維聯(lián)動的教學(xué)體系

課程教學(xué)團(tuán)隊一直秉承一流課程建設(shè)持續(xù)改進(jìn)的理念，依據(jù)塑性力學(xué)與軋制原理課程的知識傳授、能力培養(yǎng)和價值塑造三位一體的教學(xué)目標(biāo)定位，在教學(xué)實踐過程中，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行動態(tài)重構(gòu)，促進(jìn)教學(xué)方法創(chuàng)新，進(jìn)而完善教學(xué)評價體系，通過教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和教學(xué)評價四個維度的相互支撐，構(gòu)建四維聯(lián)動的一體化教學(xué)體系，如圖2所示。

1? 教學(xué)資源建設(shè)

強(qiáng)化學(xué)生主體地位，充分考慮學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和接受特點(diǎn)，借助教育信息化技術(shù)，進(jìn)行線上和線下教學(xué)資源建設(shè)：上傳教材、參考資料和生產(chǎn)視頻資料，設(shè)置章節(jié)測驗、作業(yè)題庫，補(bǔ)充自建微課資源。使學(xué)生可以隨時隨地學(xué)習(xí)，同時實現(xiàn)線上測試、檢測學(xué)習(xí)效果。制作完整的與遞進(jìn)式教學(xué)過程相匹配的課程多媒體課件作為線下教學(xué)資源，以達(dá)到鞏固深化重點(diǎn)知識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)的目的。

2? 教學(xué)平臺建設(shè)

構(gòu)建了“3+2”融合的教學(xué)平臺（“3”指傳統(tǒng)課堂、雨課堂和翻轉(zhuǎn)課堂，“2”指學(xué)習(xí)通線上學(xué)習(xí)平臺和冶金機(jī)械虛擬仿真實踐平臺）；將4個階次精準(zhǔn)課程思政資源融入到教學(xué)過程中，構(gòu)建課程知識體系、鋼鐵企業(yè)技術(shù)需求、課程思政、前沿工程實例和現(xiàn)代信息技術(shù)多維度融合的高階性教學(xué)內(nèi)容體系，以“呈現(xiàn)—內(nèi)化—踐行”的模式，實現(xiàn)“顯性專業(yè)—隱性思政”協(xié)同育人。

3? 教學(xué)評價體系構(gòu)建

以國際工程教育專業(yè)認(rèn)證和新工科專業(yè)建設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)，對課程進(jìn)行考核標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，將形成性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合，建立完善的能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力和專業(yè)志愿為著力點(diǎn)的課程閉環(huán)考核體系。五步遞進(jìn)式教學(xué)過程作為形成性評價方式，量化過程性學(xué)習(xí)效果；期末測試作為總結(jié)性評價方式，基于全程數(shù)據(jù)可追溯的多元化評價指標(biāo)，實現(xiàn)對學(xué)生的高級思維能力、反思能力、合作能力、信息搜集能力、處理能力和創(chuàng)造能力等進(jìn)行評價，最終形成對課程目標(biāo)達(dá)成情況的直接評價。

（四）? 五步遞進(jìn)式的教學(xué)方法

以能力為導(dǎo)向，構(gòu)建五步遞進(jìn)式教學(xué)模式。①課前自學(xué)。明確教學(xué)目標(biāo)，在“2平臺”上，設(shè)置前置任務(wù)，敦促學(xué)生學(xué)習(xí)。②課端檢測。進(jìn)行預(yù)習(xí)反饋，調(diào)動學(xué)習(xí)興趣，明確問題所在。③課中提升。以問題為導(dǎo)向，在“3課堂”中，針對教學(xué)內(nèi)容，教師進(jìn)行引導(dǎo)，融合“4個階次精準(zhǔn)課程思政資源”，實現(xiàn)學(xué)生對知識的深度理解。④課內(nèi)實踐。依據(jù)課程知識，進(jìn)行動手實操，鞏固深化重點(diǎn)知識。⑤課外拓展。在“2平臺”上，布置課后作業(yè)，鼓勵學(xué)生分享成果并進(jìn)行實踐拓展。在實施過程中，記錄教學(xué)過程中的反饋，適時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和方法，進(jìn)行教學(xué)效果分析和學(xué)生反饋分析，修改教學(xué)體系。

（五）? 多元融合的教學(xué)設(shè)計

針對塑性力學(xué)與軋制原理課程的一流課程建設(shè)目標(biāo)，按照教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，實行政教融合、科教融合、產(chǎn)教融合和賽教融合的多元化教學(xué)設(shè)計。政教融合，將思政元素融入教學(xué)，將塑性力學(xué)與軋制原理的理論知識在鋼鐵軋制方面的應(yīng)用作為案例教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生掌握并運(yùn)用本課程所學(xué)知識進(jìn)行軋制工藝計算，學(xué)以致用，成為有使命擔(dān)當(dāng)?shù)闹匦蜋C(jī)械工程技術(shù)人才；科教融合，將鋼鐵產(chǎn)業(yè)科技前沿成果融入教學(xué)，結(jié)合軋制理論的基本知識，融合科技成果的前沿性，以專題研討的方式，引導(dǎo)學(xué)生通過探究和辯論深入理解課程內(nèi)容，提升專業(yè)認(rèn)同感；產(chǎn)教融合，將鋼廠生產(chǎn)實踐融入教學(xué)，講解現(xiàn)役軋制生產(chǎn)線的設(shè)備組成、工藝和力能參數(shù)、軋制生產(chǎn)流程、換輥流程及特殊工況應(yīng)對措施等，將相關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)技能培訓(xùn)融入教學(xué)，提升學(xué)生的工程實踐能力；賽教融合，將模擬軋鋼大賽融入教學(xué)，圍繞課程知識點(diǎn)，結(jié)合首鋼1 580 mm熱連軋生產(chǎn)線的工藝路線和仿真操作，深入講解軋制力能參數(shù)計算過程，通過指導(dǎo)學(xué)生參加模擬煉鋼-軋鋼大賽，提升知識應(yīng)用能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新意識。

三? 實踐效果

塑性力學(xué)與軋制原理課程的教學(xué)改革已在機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（冶金機(jī)械方向）進(jìn)行了多輪本科教學(xué)探索應(yīng)用，課程教學(xué)團(tuán)隊在教學(xué)過程中，不斷優(yōu)化設(shè)計塑性力學(xué)與軋制原理兩部分內(nèi)容的知識銜接，實現(xiàn)課程內(nèi)容的多點(diǎn)聯(lián)合，融會貫通，使學(xué)生加深對理論知識的學(xué)習(xí)與理解；引入工程實例、鋼鐵產(chǎn)業(yè)科技前沿成果、模擬軋鋼大賽和鋼廠生產(chǎn)實踐，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用實踐能力和創(chuàng)新能力；將思政元素有機(jī)融入到教學(xué)過程中，與教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行精細(xì)化對接，實現(xiàn)學(xué)生的價值塑造，提升學(xué)生的專業(yè)認(rèn)同感。課程的教學(xué)改革實踐取得了明顯成效，為后續(xù)的軋鋼工藝學(xué)、軋鋼機(jī)械設(shè)計和軋制過程控制等專業(yè)課程的學(xué)習(xí)奠定了良好理論基礎(chǔ)。

四? 結(jié)束語

塑性力學(xué)與軋制原理課程作為機(jī)械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（冶金機(jī)械方向）和材料加工類專業(yè)一門核心專業(yè)課程，課程內(nèi)容理論性和工程實踐性強(qiáng)、解析計算復(fù)雜，學(xué)生難以熟練理解和掌握塑性力學(xué)知識并將其有效地應(yīng)用到軋制實踐中。課程教學(xué)團(tuán)隊經(jīng)過多年的教學(xué)改革與實踐，立足新工科、機(jī)械設(shè)計制造及其自動化一流本科專業(yè)建設(shè)和高質(zhì)量人才培養(yǎng)的根本目標(biāo)，形成了兩向貫通、三位一體、四維聯(lián)動、五步遞進(jìn)和多元融合的教學(xué)理念。教學(xué)改革實踐表明，學(xué)生能夠在教學(xué)過程中掌握塑性力學(xué)與軋制原理的理論知識，提升實踐能力和創(chuàng)新能力，實現(xiàn)個人價值塑造，提升專業(yè)認(rèn)同感。

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基金項目：山西省教學(xué)研究項目“‘金課背景下的塑性力學(xué)與軋制原理課程建設(shè)與實踐”（J20220699）

第一作者簡介：楊霞（1981-），女，漢族，河北鹿泉人，博士，教授。研究方向為軋制生產(chǎn)工藝與設(shè)備。