沈曉輝，章曉峰，閆 軍

（安徽工業(yè)大學(xué) 冶金工程學(xué)院，安徽 馬鞍山243002）

塑性成形力學(xué)是塑性成形理論的重要內(nèi)容之一，是材料成型及控制工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，也是很多高校材料加工工程專業(yè)的研究生入學(xué)考試科目。該課程主要內(nèi)容是塑性力學(xué)基本理論及其在金屬塑性形成中的應(yīng)用方法。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能夠掌握塑性成形力學(xué)基本理論，更為重要的是掌握塑性成形問(wèn)題的分析方法，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。塑性成形力學(xué)還是材料成型及控制工程專業(yè)的相關(guān)專業(yè)課程如塑性成形計(jì)算機(jī)模擬、軋制理論、沖壓工藝學(xué)的基礎(chǔ)，塑性成形力學(xué)課程的教學(xué)效果的改進(jìn)對(duì)本專業(yè)學(xué)生夯實(shí)學(xué)科基礎(chǔ)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力具有重要作用。塑性成形力學(xué)理論比較抽象，該課程的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、工程力學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)要求較高，而目前采用的雙語(yǔ)教學(xué)模式，客觀上增加了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度；加之大班授課、課時(shí)壓縮以及部分學(xué)生尚未養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，以致該課程的教學(xué)難以取得滿意的效果。我們結(jié)合塑性成形力學(xué)課程組多年教學(xué)實(shí)踐，探討教學(xué)過(guò)程中的具體改進(jìn)措施。

一、正確處理教與學(xué)的關(guān)系

教學(xué)關(guān)系中，主體是學(xué)生、主導(dǎo)是教師。［1］傳統(tǒng)的教學(xué)方式中主要突出“教”，習(xí)慣于把學(xué)生置于被動(dòng)學(xué)習(xí)地位，忽視學(xué)生學(xué)習(xí)積極性的培養(yǎng)。事實(shí)上學(xué)生是教學(xué)過(guò)程中信息加工的主體。教師的主導(dǎo)作用體現(xiàn)在教師的引導(dǎo)和指導(dǎo)上。教師應(yīng)該創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)教學(xué)各環(huán)節(jié)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，以生動(dòng)活潑的教學(xué)方式抓住學(xué)生的注意力，以簡(jiǎn)潔明快的節(jié)奏調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，使其勤于思考，主動(dòng)投入精力去消化、理解和掌握知識(shí)。

教師的引導(dǎo)過(guò)程實(shí)質(zhì)是師生的互動(dòng)過(guò)程。如何引導(dǎo)學(xué)生是教師在教學(xué)過(guò)程中需要精心設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。授課過(guò)程中，應(yīng)合理安排重點(diǎn)、難點(diǎn)的講解方式，分層次設(shè)問(wèn)、討論交流，并時(shí)刻關(guān)注學(xué)生反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自己的思考發(fā)現(xiàn)規(guī)律，糾正認(rèn)識(shí)偏差，得出結(jié)論；鼓勵(lì)學(xué)生積極思考并勇于表達(dá)自己的觀點(diǎn)，強(qiáng)化他們探索新知識(shí)、新理論的積極性。比如在介紹“等效應(yīng)力”概念時(shí)，先從簡(jiǎn)單受力狀態(tài)下的軸向應(yīng)力是否達(dá)到屈服應(yīng)力作為判斷材料是否屈服依據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生考慮在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下是否發(fā)生屈服，學(xué)生自然想到用屈服條件。接著設(shè)問(wèn)，復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下是否可以定義一個(gè)應(yīng)力指標(biāo)來(lái)判斷材料是否屈服，引導(dǎo)學(xué)生考慮用屈服函數(shù)的表達(dá)式來(lái)定義這一指標(biāo)，然后指出這一指標(biāo)就是等效應(yīng)力。針對(duì)教材上選用Mises屈服函數(shù)來(lái)定義等效應(yīng)力，啟發(fā)學(xué)生考慮可否采用其他屈服函數(shù)來(lái)定義。通過(guò)引導(dǎo)思維，讓學(xué)生自己理解“等效應(yīng)力”的意義以及“等效”的方法。

二、重視理論概念的邏輯聯(lián)系

人們對(duì)理論的認(rèn)知過(guò)程是對(duì)問(wèn)題的抽象及理解過(guò)程，清晰概念的掌握和扎實(shí)的基本功是提高創(chuàng)新能力的重要前提。塑性成形力學(xué)中概念、公式多，理論抽象，容易產(chǎn)生枯燥感。為使學(xué)生對(duì)課程的知識(shí)理論體系有清晰的把握，需要學(xué)生理解每個(gè)知識(shí)點(diǎn)在知識(shí)結(jié)構(gòu)中的地位、作用以及和其他知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系。因此，在教案和課件編排時(shí)注重理論知識(shí)體系的邏輯結(jié)構(gòu)、重點(diǎn)及難點(diǎn)的安排，教學(xué)過(guò)程中適時(shí)給出該章內(nèi)容知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，幫助學(xué)生理解知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系，有助于分析問(wèn)題時(shí)思路的厘清。比如，在第一章關(guān)于“應(yīng)力分析”的講授時(shí)，給出圖1所示的知識(shí)結(jié)構(gòu)，使知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系一目了然，抓住核心環(huán)節(jié)，便于理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解。

圖1 應(yīng)力分析中的理論結(jié)構(gòu)

為提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，授課過(guò)程中還注意強(qiáng)調(diào)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)與其它課程的聯(lián)系，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)點(diǎn)或?qū)嵗臋M向擴(kuò)展討論，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)專業(yè)理論橫向聯(lián)系的思維和習(xí)慣。比如將“主應(yīng)力、主方向”與線性代數(shù)中矩陣的“特征值、特征向量”相聯(lián)系，從數(shù)學(xué)角度加深對(duì)物理概念的理解；講解偏應(yīng)變張量的第三不變量時(shí)，將其取值的情況（正、負(fù)或零）與塑性加工金屬學(xué)中的變形圖示相聯(lián)系（本專業(yè)把變形圖示納入塑性加工金屬學(xué)課程中的塑性加工熱力學(xué)條件中介紹）；講解靜水壓力對(duì)塑性變形不產(chǎn)生影響時(shí)，交代清楚靜水壓力與金屬塑性的關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系塑性加工金屬學(xué)中關(guān)于金屬塑性的相關(guān)知識(shí)，利于學(xué)生對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)理論整體把握；講解“主應(yīng)力法”時(shí)，與軋制理論中關(guān)于軋制壓力、沖壓工藝學(xué)中的沖壓力理論計(jì)算相聯(lián)系；上界法中關(guān)于圓環(huán)鐓粗分析的結(jié)果在摩擦系數(shù)測(cè)定中的應(yīng)用與“摩擦與潤(rùn)滑”課程中的相關(guān)內(nèi)容相聯(lián)系。通過(guò)橫向聯(lián)系也更突出塑性成形力學(xué)的基礎(chǔ)作用。

此外，為引導(dǎo)學(xué)生在平時(shí)學(xué)習(xí)中對(duì)基本概念的理解充分重視，我們?cè)诳己藘?nèi)容上加大基本概念題的分量，增加了選擇題、判斷題，考察學(xué)生平時(shí)對(duì)理論概念的理解程度，尤其強(qiáng)調(diào)塑性成形力學(xué)中的數(shù)學(xué)公式所反映的物理概念。

三、加強(qiáng)理論與工程實(shí)際的聯(lián)系

塑性成形力學(xué)基本理論主要由一系列力學(xué)基本方程構(gòu)成，如圖2所示，每一個(gè)方程都定量描述了塑性成形理論中的關(guān)鍵問(wèn)題。如果僅從方程的推導(dǎo)來(lái)講解，必然會(huì)容易使學(xué)生陷入繁瑣的數(shù)學(xué)公式演算中。因此，在講解力學(xué)方程時(shí)，結(jié)合教師的研究背景，使用問(wèn)題（可以是工程實(shí)踐中的問(wèn)題，也可是學(xué)科理論中問(wèn)題）引入的方式。通過(guò)提出問(wèn)題（工程實(shí)例）、抽象問(wèn)題、闡述理論、再回到工程問(wèn)題的解決上來(lái)。

圖2 塑性成形力學(xué)中的基本方程

問(wèn)題的引入，必然會(huì)引起學(xué)生的主動(dòng)思考。通過(guò)分析工程實(shí)際問(wèn)題中涉及的相關(guān)理論要素，突出理論在解決實(shí)際問(wèn)題中的重要應(yīng)用，不僅可以吸引學(xué)生注意力，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研潛能和創(chuàng)新意識(shí)。［2］再通過(guò)條件假設(shè)、問(wèn)題抽象，引導(dǎo)學(xué)生的思維向力學(xué)方程逼近，不但加深學(xué)生對(duì)理論的認(rèn)識(shí)，還能突出每個(gè)方程的物理意義并理解其應(yīng)用要點(diǎn)。

課堂上補(bǔ)充實(shí)例分析有助于學(xué)生對(duì)關(guān)鍵內(nèi)容的理解。例題的選擇，一方面要體現(xiàn)理論重點(diǎn)，另一方面需聯(lián)系工程實(shí)際，以此來(lái)培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。解題實(shí)質(zhì)是對(duì)已有知識(shí)的檢索、分析、組合、應(yīng)用的過(guò)程，理出正確的思路是解題的關(guān)鍵所在。解決問(wèn)題的能力很大程度上取決于將實(shí)際問(wèn)題抽象為力學(xué)模型的能力。塑性成形力學(xué)教學(xué)過(guò)程中，在介紹各種工程方法時(shí)，應(yīng)注意強(qiáng)調(diào)問(wèn)題的抽象過(guò)程和方法，而不只是對(duì)簡(jiǎn)單例題的解決。問(wèn)題解決后，還要進(jìn)行結(jié)果分析及延伸討論，提高學(xué)生的綜合分析能力以及創(chuàng)新思維能力。比如，當(dāng)前異步軋制在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界又得到了廣泛的重視和研究，可以就異步軋制時(shí)軋制力的顯著降低現(xiàn)象引導(dǎo)學(xué)生用屈服條件解釋其原因。

塑性成形力學(xué)關(guān)于工程中的應(yīng)用介紹了三種方法：主應(yīng)力法、滑移線法及上界法。這部分內(nèi)容主要是通過(guò)工程實(shí)例分析，重點(diǎn)介紹每種方法的思路、解題步驟和特點(diǎn)及應(yīng)用條件。對(duì)同一實(shí)例，嘗試用不同方法求解，突出每種方法的要點(diǎn)，并比較求解的結(jié)果；對(duì)同一問(wèn)題，通過(guò)變化邊界條件或假設(shè)前提，還可衍生不同的問(wèn)題，從而加深學(xué)生對(duì)每種方法的理解。

四、注意激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

為了激發(fā)學(xué)生求知欲望，在緒論課中結(jié)合學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)發(fā)展，以讓學(xué)生明確該門課程在教學(xué)計(jì)劃中的地位、作用，該課程的理論知識(shí)能夠解決哪些專業(yè)問(wèn)題，學(xué)習(xí)之后能夠在哪些方面的能力得到提升。讓學(xué)生帶著清晰的目標(biāo)去學(xué)習(xí)。當(dāng)然這些刺激需要在整個(gè)課程教學(xué)過(guò)程中結(jié)合每一章節(jié)的內(nèi)容，適時(shí)不斷強(qiáng)化，不斷提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。此外，教學(xué)過(guò)程中適當(dāng)加入塑性力學(xué)科學(xué)史及科學(xué)家的智力活動(dòng)介紹，介紹問(wèn)題的來(lái)龍去脈和理論的發(fā)展過(guò)程，這一方面能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，另外一方面有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)方法和科學(xué)精神。

注意多媒體與板書推演的結(jié)合。多媒體演示通過(guò)視頻、圖片、文字及生動(dòng)交互的方式，使原本單一靠文字表達(dá)的概念變得生動(dòng)具體。通過(guò)課件的精心準(zhǔn)備，不但增大了授課信息量，還節(jié)省了板書或講解的時(shí)間。但需要注意的是，多媒體教學(xué)的信息量過(guò)大、速度較快，容易使學(xué)生產(chǎn)生疲勞，難以長(zhǎng)時(shí)間注意力集中；屏幕切換過(guò)快，不利于學(xué)生對(duì)知識(shí)的深化理解。為此，需要教師自如掌握授課節(jié)奏，洞察學(xué)生反應(yīng)，要留足夠的時(shí)間用于啟發(fā)、引導(dǎo)學(xué)生思考。傳統(tǒng)的板書推演在力學(xué)理論講授時(shí)有時(shí)比多媒體演示有優(yōu)勢(shì)，板書推演更容易將學(xué)生思維和教師的授課思想融為一體。因此在關(guān)鍵方程推演時(shí)，在幻燈屏幕上給出大致思路，拋開(kāi)教材采用板書形式，板書過(guò)程中帶動(dòng)學(xué)生一起思考，更能使學(xué)生感到貼心，拉近教與學(xué)的距離。

五、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)塑性成形力學(xué)課程教學(xué)中現(xiàn)階段存在的主要問(wèn)題，我們從教與學(xué)的關(guān)系、理論概念邏輯關(guān)系、理論與工程實(shí)際的聯(lián)系、學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)幾個(gè)方面展開(kāi)教學(xué)方法的探討和改革，取得較為理想的效果。今后，為進(jìn)一步突出培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，抓住塑性成形力學(xué)教學(xué)過(guò)程中的主要矛盾，要繼續(xù)強(qiáng)調(diào)教師的主導(dǎo)作用，提高自身教學(xué)認(rèn)識(shí)和素養(yǎng)，不斷改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量。

［1］ 劉放鳴．對(duì)“教為主導(dǎo)，學(xué)為主體”理論的哲學(xué)反思［J］．湖南社會(huì)科學(xué)，2005（4）：138－140．

［2］ 石志飛．對(duì)力學(xué)課程研究型教學(xué)中幾個(gè)基本問(wèn)題的思考［J］．力學(xué)與實(shí)踐，2009，31（6）：78－79．