推進課程教學改革，培養工程應用創新人才

[摘 要]培養工程創新人才是當前應用型大學工程專業教育改革的根本目標。針對材料加工專業學科基礎理論課“材料加工工程中的物理場”課程理論性強、涉及的學科基礎理論課程多等特點，探討了推進該課程教學改革所采取的措施，取得了良好的教學效果。

[關鍵詞]教學改革 教材建設 教學方式 實踐教學 評價指標

[中圖分類號] G642 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2013）16-0076-02

創新教育是一種全新的教育理念，主要是樹立以學生為中心的觀念，通過調動學生的學習積極性，教給學生創造性的思維方式，培養學生的創新精神和創造能力?！安牧霞庸み^程中的物理場”是材料加工專業的學科基礎理論課，該課程理論性強，且涉及的學科基礎理論課程多，曾經是該專業本科生和碩士研究生比較頭疼的課程之一。但由于該專業在產品開發及工藝設計階段普遍采用計算機仿真技術，該課程作為計算機仿真的理論基礎對提高仿真的技術水平具有重要的價值，開展該課程的教學和研究又是非常必要的。下面就推進該課程的教學改革，提高培養工程應用創新人才的質量談一些體會。

一、因材施教，抓好教材建設是推進課程教學改革的突破口

“材料加工過程中的物理場”是材料成形計算機仿真的基礎理論課程，教學目標是讓學生學習材料成形的數值分析理論基礎，預先需要開設的課程有高等數學、線性代數、材料力學、彈性力學理論基礎及金屬塑性成形原理等，是一門教學起點高、理論性很強的課程。雖然國內已經有不少通用數值分析理論書籍及材料成形數值分析教材，但多數教材太注重自身理論體系的嚴密性和完整性，不太注重學生的知識基礎及認知規律，因而往往起點太高并不適合作為我校本科生及碩士研究生的教材。鑒于此，我們結合當前應用型大學材料加工工程專業本科及碩士研究生教育專業知識背景的實際情況，并著眼于未來市場對工程創新人才的需要，編寫了《材料成形的數值分析理論基礎及軟件應用講義》供內部使用，作為推進該課程教學改革的突破口，取得了良好效果。在課程教材建設的過程中，主要基于以下思考：

1.教材內容及課程設置一定要符合學生的認知規律。

對于本科生，考慮到對預先開設的理論課程的要求，該課程應設置在專業基礎課講授完成以后為好。在教材內容上，要做到循序漸進、由淺入深、量體裁衣、因材施教。

2.教材內容總體把握分為兩大部分，即線性有限元分析理論基礎和非線性有限元及其在金屬塑性加工中的應用。

第一部分側重于基本概念、基本知識、基本理論的學習，第二部分在線性有限元分析理論的基礎上，側重于金屬塑性加工非線性有限元理論體系的構建，并理論聯系實際落實到應用實例。

3.在具體章節內容的安排上，不追求理論體系的嚴密性和完整性，但要符合學生的認知規律，由淺入深、循序漸進、量體裁衣，并在一定程度上注重知識的系統性。

譬如，第一章緒論主要介紹了工程上常用的幾種數值分析方法及其適用的應用領域，有限元法作為最重要的一種數值分析方法做了詳細介紹，并介紹了工程上常用的通用有限元分析軟件及材料成形專用有限元分析軟件。使學生對開設該課程的背景有一個直觀的認識，該課程離現實并不遙遠，對于將來的工程應用或理論研究都具有重要價值。

考慮到我校材料加工專業及多數高校工程專業在本科課程中并未開設彈性力學理論課程，而彈性力學的基礎理論及變分原理又是學習數值分析理論必須要掌握的內容，因此在教材的第二章對彈性力學的基本方程及變分原理做了系統介紹。第三章介紹了桿梁系結構有限元分析的一般過程，以桿單元分析為主，并簡要介紹梁單元的概念。桿單元是有限元分析中最簡單的一種單元，但桿系結構的有限元分析卻能反映有限元分析的一般流程和有限元法最本質的東西，并且學生容易接受，所以本章安排了一個一般桿系結構的有限元分析實例，使學生對有限元分析的整個過程有一個清晰的認識。第四章介紹了連續體結構有限元分析的基礎理論，重點介紹二維平面問題、軸對稱問題及三維連續體問題單元模型的構造方法，并簡要介紹板殼單元的基本理論。第五章介紹等參元的概念及計算、二維及三維連續體等參元的構造方法、三維一般殼體單元的構造方法，并介紹數值積分的概念及計算方法。

金屬的塑性成形主要是通過鍛造、擠壓、拉拔、軋制、沖壓等工藝把金屬加工成所需零件形狀的一種方法，反映金屬塑性加工的有限元法主要是指剛（粘）塑性有限元理論及大變形彈塑性有限元理論。所以第二部分針對鍛造、擠壓等工藝著重介紹指剛（粘）塑性有限元理論體系及應用，而針對沖壓工藝著重介紹大變形彈塑性有限元理論體系及應用。

4.教材力求語言精辟、通俗易懂，并把知識的系統性和應用性相結合。

教材在編寫過程中，要注意把握知識理論的邏輯性，并用精辟和通俗易懂的語言敘述出來。由于該課程最后要體現為金屬塑性加工數值仿真的基礎理論課，在第一部分線性有限元理論內容的設置上，要注意把握知識的系統性和應用性的結合，譬如軸對稱體單元及三維一般殼單元等理論知識的介紹。

5.教材建設要在實踐中不斷充實、完善和提高。

針對每次的教學實踐，都應該和學生和有關專家及時進行溝通交流，了解哪些地方需要補充，哪些地方需要改進，力求教材在教學實踐中不斷完善和提高，更好地為我校和其他高等院校工程專業提供服務。

二、更新教育理念，改革課堂教學方式是推進課程教學改革的重要內容

1.積極推進主動式學習方式，發揮學生學習的創造性。

在研究生該課程的課堂教學中，針對非線性有限元理論的學習，由于該部分內容多且理論深度較深，總學時有限，以前采用灌輸式的教學方式并沒有取得好的教學效果。我們采用了以下教學改革方式，結合筆者在非線性有限元理論以往豐富的研究經驗，首先從總體上概括性地分別向學生講授剛塑性及大變形彈塑性有限元理論體系，然后針對每一部分分別推薦有效的參考資料，并布置若干研究專題。學生在分組獲得一個研究專題后，到圖書館或通過網絡主動查閱資料，首先對每一部分進行系統學習，然后針對自己的研究專題深入研究，撰寫研究論文和PPT。在以后的課堂教學中，各個同學分別用PPT講解自己的研究內容，并在課堂交流中和老師、同學一起討論，共同促進研究專題的學習。

2.采用多媒體教學方式，改進課堂教學效果。

事實證明，采用多媒體教學并和板書方式相結合，能夠做到言簡意賅，重點突出，科學知識的邏輯性和結果的形象性相結合，改進了教學效果，提高了工作效率。

三、加強課堂實踐教學，是推進課程教學改革的重要環節

理論學習和軟件應用相結合，一方面可以加深對理論學習抽象概念和嚴密知識的理解，對金屬塑性成形仿真過程有一個比較直觀的認識，是課堂教學知識性和趣味性一個比較好的結合；另一方面，軟件應用本身不單純是對學生一門操作技能的訓練，更重要的是通過實踐教學對學生創新能力的一種培養。我們采取了以下方式加強了課堂實踐教學：

1.優選出一種金屬塑性加工仿真軟件，拿出一定的學時上機講授該軟件的具體操作方法。

2.精選出一個金屬塑性加工實例，應用該軟件向學生講授實例的建模、運算和后處理整個操作過程。結合已經學習的仿真基礎理論知識，詳細講授實例建模過程中一些技術參數、工藝參數的設置方法，并學會運用理論知識查閱軟件理論手冊，讓學生真正理解理論知識和軟件應用相結合，并終生受益。

3.讓學生獨立操作一個工程實例，作為培養其工程創新能力的一個訓練和該課程的一個考核指標。

四、改革課程評價指標，是推進課程教學改革的保障

課程教學效果科學的評價指標，不但是對課程教學效果的檢驗，而且是對推進課程教學改革的一個保障。由于該課程是由理論知識講授、師生互動學習及課堂實踐教學有機結合的整體，因此該課程的科學評價指標應反映這三方面的實際教學效果。學生該課程的最終考核成績是由三方面綜合確定的：一是理論考核筆試成績，二是平時作業及專題研究論文成績，三是工程實例仿真研究成績。

[ 參 考 文 獻 ]

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[2] 趙禮峰.數學實驗課程對大學生素質培養的重要作用[J].中國大學教學，2011，（12）：42-44.

[3] 朱恒夫.美國著名大學本科生創新教育述評[J].中國大學教學，2011，（10）：90-95.

[4] 阮嘯，傅方正.研究型大學新生研討課的探索與實踐[J].中國高教研究，2011，（11）：37-39.

[責任編輯：碧 瑤]