塑性力學課程“四位一體”教學研究與探索

彭惠芬 吳澤民

[摘要]塑性力學課程作為工程力學專業的基本理論課程，是支撐整個專業學生深度學習、設計并指導工程實踐的重要載體，為貫徹新時代全國高等學校本科教育工作會議精神、淘汰“水課”、打造“金課”，從教學大綱和專業培養計劃著手，在教學內容、教學方法、考核方式和實踐教學等方面進行塑性力學課程改革，構建了自主學習、合作學習、拓展學習和實踐學習服務于“立德樹人”的“四位一體”塑性力學課程教學模式，對我國教師教育類課程建設具有指導意義。

[關鍵詞]“四位一體”;自主學習;拓展學習;塑性力學

塑性力學作為基礎力學的后續課程，是采油工程、土木工程、工程力學等專業高年級學生的重要課程，是分析和解決許多工程技術問題的理論基礎和依據。然而，由于塑性力學教學具有基本概念繁多、抽象，公式推導過程冗長、難理解、教學難度大的特點，采用傳統板書的教學方法，將導致教師課堂上花大量的時間進行畫圖、煩瑣公式的推導，使原本32學時的教學內容難以完成，學生沒有練習和消化吸收的時間，降低了學習效率，學生自主學習和創新的能力得不到充分發揮。同時，塑性力學課程要求學生具有很強的邏輯思維和想象能力，具備扎實的數學、力學基礎，而我校工程力學專業是冷門專業，許多學生是從其他專業調劑過來的，絕大部分學生學習基礎薄弱，采用傳統教學方式會使學生喪失信心，一事無成。

針對該課程教師難講授、學生難學習的特點，如何以“兩性一度”為標準，將信息技術融入課堂改革，更好地實現“學生為中心，教師為主導”，提高學生的學習興趣和解決工程實際問題的能力，本文從塑性力學課程體系、教學內容、教學方法和實踐教學等幾個方面入手，進行塑性力學課程教學改革探索。

一、“四位一體”塑性力學課程模式的構建

塑性力學課程共有8章、32學時、8周，是力學專業學生的深度研究課程，是應用力學基本理論解決工程實際問題的關鍵課程。“四位”指課程的4個組成模塊（見圖1），包括基于SPOC的自主學習、基于翻轉課堂的合作學習、基于手機APP的拓展學習和基于實踐的體驗學習;“一體”指課程的最終目標是“立德樹人”。課程團隊經過數年的探索實踐，將理想信念教育融入了專業技能課堂。

（一）基于SPOC平臺自主學習

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

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

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

（二）基于SPOC平臺合作學習

基于SPOC的合作學習不再是傳統的“填鴨式”教學，而是基于翻轉課堂，以“學生為中心”，體現以“學”為主，培養學生獨立思考及創新意識。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）。實踐演練是指學生在在線學習的基礎上，教師指導學生將已學的知識轉變為解決實際問題的能力;重難點分析指教師利用翻轉課堂，強調重難點問題。例如塑性力學中的屈服準則，本構方程等重點及德魯克公設中的難點問題，與學生線上學習構成的知識體系互補，提高教學質量;集中討論是學生依據線上和翻轉課堂所學知識，對最終結果、結論提出相應的問題，鼓勵學生思考，教師進行最終的總結與評價。

（三）拓展學習和基于實踐的體驗學習

拓展學習是個性化學習，是獨立思考后學生能力的展示，為實現人才培養方式的多樣化，促進每一位學生個性發展，教師通過自主學習和合作學習對學生學習過程進行分析和指導，以“學生為中心”，進行個性化指導和成績評定，營造有利于學生個性化發展的學習氛圍。

基于實踐的體驗學習是為了使學生了解力學發展趨勢，將塑性力學理論應用于工程實際，開展校內校外實踐教學，熟練應用力學計算軟件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值模擬過程（見圖4），使抽象理論更直觀、形象。該模塊的訓練使學生更好地將理論應用于實踐，培養學生工程實踐和創新意識，更好地服務于社會。

二、“四位一體”課程模式的教學效果

由于塑性力學課程難點多、內容抽象，學生需要具有扎實的數學、力學基礎。因此，在教學過程中，學生普遍存在壓力大、學習興趣不高的狀況。“四位一體”教學模式通過線上知識的傳授，學生可自主選擇適合自己的時間和方式獲得知識，實現個性化自主學習，激發了學生學習興趣，節省了“填鴨式”傳統課堂學時。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課堂，實現知識的內化，通過拓展和實踐學習使知識得以升華。

“四位一體”教學顛覆了傳統的教學模式，真正意義上實現以學生為主導，注重能力培養，科學地編排整個教學過程，拓展學生學習思路，使學生在整個教學改革中得到真正意義的“實惠”，獨立思考、創新意識得到了很大提高。

三、結語

本文是在塑性力學課程教學改革中構建“四位一體”教學模式，該模式打破了傳統枯燥抽象的理論模式的禁錮，提高了學生的學習效率和學習效果，對教師的教學觀念、學生的學習習慣及高校專業課程的改革起到了積極的推進作用。當代信息技術在教育教學中的應用、案例分析、翻轉課堂及基于實踐的體驗學習，使學生對塑性力學分析的原理、分析過程有了比較系統的認識，培養了獨立思考、解決實際工程問題的創新性應用型人才。