新型教学理念及其在“弹塑性力学基础”教学上的实践
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）32-0137-02
一、引言
伴随着国内外工程教育模式不断发展和转变，形成了以下四种主流的工程教育教学理念。CDIO工程教育理念是近年来国际工程教育改革的最新成果，主要包括构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）、运作（Operate）四个组成成分，强调产品的研发和生命周期，要求学生主动思考，将课程和实践相结合的工程问题教育理念。OBE（Outcomes-based Education），即产出驱动教育，是以预期学习产出成果为中心来组织、实施和评价教育的结构模式，强调清晰地聚焦和组织教育系统，关注学生学到了什么、是否成功，寻求和设计适宜的教育结构，以保证学生达到预期目标。欧林工学院模式强调欧林三角：卓越的工程学知识、艺术人文等社会学科以及企业管理精神，我国的卓越工程师计划就是与欧林工学院模式接轨的体现。渥太华大学模式强调亲验互动式教学，是一种全过程体验和全方位渗透的教学系统。以上四种教学模式均强调工程基础知识、工程实践能力、个人能力和团队协作能力的培养。
弹塑性力学是研究变形体在力、位移、温度和压电等外界载荷作用下的变形规律的一门学科，属于固体力学的一个分支学科。与理论力学、材料力学和结构力学等，在研究对象、内容、方法和结果上都有一定的差异。弹塑性力学主要研究变形体的应力和应变的分布规律，直接相关的基本概念是弹性模量、泊松比、不可逆性、屈服、损伤和断裂等。弹塑性力学课程需要对基本的解题方法有深刻的理解，才能通过严密的逻辑推理列出基本方程，并求解偏微分方程组，理论性和抽象性较强，计算难度大。学生们普遍对知识掌握不透彻，分析问题无从下手，无法灵活地解决问题，考核合格率一直在75%以下，并且大部分学生不了解这门学科的应用范围，造成了学而无用的困惑，兴趣不高，主动性较差。
燕山大学一直致力于工程教育改革的发展与创新，入选了首批“卓越工程师培养计划”。本人长期在“弹塑性力学基础”教学一线工作，通过对新的工程教育模式的学习、思考、尝试和探讨，以及实际的教学、教改经验，得到了一些感悟分享给大家。
二、教学改革中的几点建议
1.理论教学侧重点。在理论教学方面，侧重于讲解要点。如通过表1弹性变形与塑性变形对比，讲解二者之间的区别与联系。同时在理论教学中注意给学生渗透本质问题，如在变形机理方面，整体变形中包含弹性变形和塑性变形，塑性变形的发生必先经历弹性变形；在工程实际应用方面，材料加工过程中，工件的塑性变形与工模具的弹性变形是共存的。通过教师对知识的长期研究和理解，抓住知识的核心，让学生能最快时间的把核心知识点吃透。
2.强调现代设计工具与弹塑性力学教学的结合。在教学过程中，采用数值分析软件MATLAB、Mathematica或Maple等，完成各种塑性力学基本理论公式的程序化，方便计算在不同参数下变形体的应力应变状态。采用Deform、Forge等锻造成形软件模拟锻造过程，分析锻件在加工过程中的应力应变状态、温度场、微观组织等性能。把理论和数值计算结果进行对比，完成二者的相互验证，以便于学生对知识有更好的把握。
3.高度注重实践环节。基于CDIO工程教育理念，在实践教学过程中，让学生主动思考弹塑性力学基本原理如何在礅粗、拔长、拉拔、旋压等工艺上的应用，提高学生的自主能动意识，培养学生的兴趣。将生产实习和专业课程设计相结合，让学生在应用中学习，在团队中交流；同时教师和同学们一起，积极参与学校改革项目和毕业设计等实践教学环节，通过实际项目锻炼，扩展知识面，全面掌握项目实施的流程，让每一个参与者都能做到学以致用。
4.多媒体技术在教学中的应用。充分利用多媒体教学的优势，调动学生的学习兴趣，启发学生的想象力。同时，扩大学生的信息容量，满足学生的求知欲，也弥补了教师自身的不足，完善了课堂教学结构。依据教学目标和教学对象的特点，通过详尽的教学设计，在PPT中加入实际加工过程的照片和视频以及学科发展最前言的动态分析，使课堂教学由静态变为动态，学生耳闻其声，目睹其形，能够愉悦地接受新的知识点，通过声音、图像、文字、颜色、动画等，多渠道、多方位地讲解内容。
5.重视预习与复习。在课堂教学环节中，反复强调预习和复习的重要性。在课堂上，课前带领大家复习前一节内容中的重点和难点，同时对于本堂课程内比较重要的知识点，要尽量放慢语速，调整音调，使同学们能够快速有效地掌握。例如在讲解应变与位移关系方程时，应首先复习应力与点的应力状态、点的应力状态分析、应力张量的分解与几何表示以及应力平衡微分方程等知识点。通过复习，使同学们快速进入弹塑性力学的课堂学习状态。同时，每一节课课后布置有针对性的习题，使同学们对课堂上的讲解内容有更深入的理解。
6.注重科研与教学的结合。将教师所在科研团队的科研成果转化为教学资源，在教学过程中渗透新的研究成果，使其与经典理论相结合，丰富了教学内容。在实际教学过程中，结合本人研究的固体颗粒介质成形工艺及其在板材上的应用方向，介绍了相比于传统工艺，该方法具有模具成本低、零件尺寸精度高和无污染等优点，并通过结合具体视频和图片，对上述内容进行讲解。通过实际的教学过程发现，该方式可明显提高学生的兴趣，活跃教学气氛，改善教学质量。
7.转变考核机制。“弹塑性力学基础”长期采用传统单一的卷面考核方式，试卷的难易程度很难把握，学生学习的主动性很差，合格率较低。为改变这一现状，采用了多方面、综合性的考察方式，即：课堂出勤0.1，平时作业0.1，实验成绩0.1，专业课程设计0.1，考试卷面成绩0.6。实践证明，课程改革后的考核机制更加公平、合理，学生的学习积极性和兴趣有明显提高，同时克服了学生对卷面考试的依赖，做到了学以致用，加强了团队的沟通与合作。统计近2年的课程合格率数据，由改革前的低于75%，稳步增长并保持在85%以上。这种考核机制达到了这门课程的学习目的，也获得了学生的广泛认可。
三、结语
目前发达国家主流的工程教育体系并不完全符合我国的教育情况和社会背景，结合学科特点、教师能力与学校现有的教学资源，更好地实施教学改革，是摆在高校一线教师面前的一道难题。通过几年来对“弹塑性力学基础”教学的体会，以及对取得的一些改革成果进行分析，可以得出很多宝贵的经验。作为应用型本科院校的一线教师，必须克服改革过程困难，以学生的知识和能力为核心目标，踏实、合理、认真地将改革进行下去，只有这样才能培养出符合当代社会发展需要的工程型人才。
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