基于科教融合的“材料成形力學”教學課程體系建設與教學模式改進

丁敬國 邸洪雙 駱宗安 李長生

摘要為解決“材料成形力學”授課過程中，學生自主學習的選擇性不夠和獲得感不強的問題，文章對教學課程體系采用科教融合的方法進行改進。在教學過程中，突出以“教師為主導，學生為主體”的教學原則，讓學生以聽課為主變為自主學習，提高學生主動學習的意識。基于授課教師的科研成果，對教學內容持續進行更新，通過課程體系的創新，將科研成果融入科研教學，使教學內容保持先進性和前沿性，培養學生解決復雜工程問題的能力以及創新精神、實踐能力和終身學習的能力。

關鍵詞科教融合；教學質量；能力評價；課程思政

中圖分類號：G424? ??????????????????????????文獻標識碼：A??? DOI：10.16400/j.cnki.kjdk.2023.21.030

The Construction of Curriculum System and Improvement of Teaching Mode of "Material Forming Mechanics" Based on the Integration of Science and Education

DING Jingguo， DI Hongshuang， LUO Zongan， LI Changsheng

（State Key Laboratory of Rolling and Automation， Northeastern University， Shenyang， Liaoning 110819）

AbstractIn order to solve the problem of insufficient selectivity and weak sense of achievement in students' autonomous learning during the teaching process of "Material Forming Mechanics"， the article improves the teaching curriculum system and adopts the method of integrating science and education. In the teaching process， the teaching principle of "teacher led and student centered" should be emphasized， allowing students to focus on listening and become autonomous learners， and improving their awareness of active learning. Based on the scientific research achievements of the teachers， the teaching content is continuously updated. Through the innovation of the curriculum system， the scientific research achievements are integrated into the scientific research teaching， so that the teaching content remains progressiveness and cutting-edge， and students' ability to solve complex engineering problems， as well as their innovative spirit， practical ability and lifelong learning ability are cultivated.

Keywordsintegration of science and education; teaching quality; ability evaluation; curriculum ideology and politics

本文根據一流專業建設標準和工程教育認證標準，以工程教育專業認證、卓越工程師培養計劃、本科教學審核評估和國家一流專業建設為契機[1]，探索東北大學材料成型及控制工程專業內涵建設的新思路，進行新工科背景下多元化、個性化人才培養模式、人才培養方案的探索與實踐[2]。金屬材料的成形方式主要包括軋制、擠壓、拉拔、鍛造等，這些成形方式的控制過程均離不開材料成形力學的相關知識和理論。因此，本課程采用雙語教學模式，從應力與應變的基本概念入手，建立求解材料成形過程的基本方程，結合材料成形實際，講述主要解析方法，包括工程法、滑移線法和上界法，并給出很多具體的解析實例。

材料成形力學是材料成型及控制工程專業的主干課程之一，根據本專業的畢業要求，本課程的目標是針對材料成形過程的力學問題，讓學生掌握材料成形過程的基本力學理論和力能工藝參數的求解方法，能夠運用所學的力學知識和數學模型建模方法分析專業的復雜工程問題，并進行比較和綜合。同時還要能夠掌握成形力學問題的基本解法并具備解決平面變形、軸對稱變形等復雜工程問題的能力。

1? 課程建設發展歷程

東北大學金屬壓力加工專業是我國最早的金屬壓力加工專業，材料成形力學是主要的專業課程之一，課程中涵蓋了應力與應變、變形力學方程、工程法、滑移線場理論、上界理論等多項關鍵專業知識點。王國棟院士于1985年秋季學期開始使用英文原版教材為1983級本科生講授材料成形力學雙語課程，1998年邸洪雙教授從王院士手里接過接力棒。開設雙語課的目的是使學生在學習專業基礎知識的同時，掌握必要的專業詞匯，提高專業英語的閱讀能力和翻譯技巧。材料成形力學課程于2001年率先采用多媒體教學，于2004年被評為東北大學精品課和雙語教學示范課，當年獲得東北大學教學成果二等獎。

2004年金屬壓力加工專業變更為材料成型及控制工程專業，課程體系和教學方法也進行了相應的調整，課程將企業生產過程中涉及的材料成形力學現象制作成視頻并展現在課堂上，促進學生對材料成型及控制工程專業的學習和理解，便于他們運用所學的專業知識解決軋制、擠壓、拉拔、鍛造等成形過程的力學問題。2011年本專業進入卓越工程師培養計劃、工程教育認證工作。基于以學生為中心，以成果為導向的工程認證教育理念，本課程對課程體系、考核方式等進行了改革。2019年開展一流課程建設，課程教學團隊在材料成形力學理論教學中將力學知識與企業工程實踐相結合，深入挖掘材料成形力學基礎理論與企業工程應用實踐相結合過程中的思政教育元素，將課堂中的理論知識傳授、企業應用案例詳解與學生的價值觀塑造緊密聯系。

2? 課程體系建設

針對“材料成形力學”課程的中英文雙語教學特點，課程組設定了4個課程目標，支撐3個畢業要求指標點，通過該課程的學習，學生能掌握材料軋制成形過程所需的成形力學基本概念，能用相關知識和數學模型方法分析專業的復雜工程問題，并進行比較和綜合。能夠根據文獻查閱與分析探索復雜工程問題的解決方案，應用工程科學的基本原理對與材料成型過程相關的復雜工程問題進行提煉、定義、建模、分析和評價。能夠綜合運用所學知識解決實際問題，在團隊合作中，承擔團隊成員和負責組長的角色，具有團隊合作精神。同時具有自主學習和終身學習的知識基礎，掌握自主學習的方法，具有跟蹤材料加工學科領域發展的能力和適應發展的能力。課程目標與畢業要求指標點如表1 所示。

在雙語教學條件下，知識目標還要求學生能夠熟練掌握材料成形力學的國外技術進展、塑性加工技術關鍵詞匯、工程法的應用方式、極限原理的求解新方法等，了解軋制、擠壓、拉拔、鍛造等主流成形力學模型的工程應用場景。對于能力目標，確保學生能夠在雙語教學條件下，掌握各類材料成形工藝的力學邊界條件和簡化步驟，能夠在軋制、鍛造、擠壓和拉拔等變形實踐中學會多種類型的模型建立、簡化和優化方法。對于素質目標，通過雙語學習，提升個人的價值導向[3]，將“材料成形力學”課程的學習狀態應用于個人素質的培養和提升。在鋼鐵行業轉型和升級過程中，專業外語的需求非常大，這也是建立雙語課程體系的目的。通過課程建設，以提高學生主動學習能力為主，增強專業英語能力為輔，構建出滿足工程專業認證的課程標準體系，形成具有專業特色的雙語教學模式。使學生在學習專業基礎知識的同時，掌握必要的材料成形過程與力學知識相關的專業詞匯，提高專業英語的閱讀能力和翻譯技巧。同時，在雙語教學中，引入國外教學案例，提高學生對于材料成形過程的力學分析、建模和求解能力[4-5]。

3? 教學模式改進

3.1? 教學方法改進

突出以“教師為主導，學生為主體”的教學原則，通過因材施教和一人一策的教學模式，充分發揮學生的主體作用，讓學生在學中練、練中學，讓學生在獲得職業技能的同時，培養學生的合作意識、團隊精神和創新思維能力。在充分利用原版教材中的科研實例和工程應用的同時，建設多種融入思政元素的教學資源，包括教師撰寫與課程隨筆、任課教師科研視頻和現場視頻，編制圖文并茂的“科學與工程―材料成形力學”教學案例。

在使用多媒體課件的同時，深入挖掘數字化教學和智能化教學的潛力，將更加先進新穎的方法（如有限元法、MATLAB仿真、人工智能算法等）制作成材料成形過程仿真動畫，直觀地展示材料成形過程中這些方法的有效性及其作用過程。加強電子課件建設，力爭多圖解少文字，用圖形去解釋材料成形過程中力學知識點的演變過程，讓學生既知其然又其所以然，激發學生的學習熱情，輕松接受材料成形過程中的力學方程推導和模型建立，增強工程應用能力和創新意識。

3.2? 教學內容改進

注重將科研與教學相融合，寓教于研。根據教學團隊在國內各大企業的工程應用實踐和授課過程中取得的科研成果，持續更新教學內容。在課程中為學生介紹國防、軍工、交通、能源和基礎建設等領域中所涉及的材料成形力學相關的應用實例。

研發基于企業互動的學習方式，通過遠程控制技術，將企業實時生產控制數據和操作過程同步展現在課堂上，使課堂教學與實際應用銜接更加緊密。課程依據企業調研、文獻調研結果，將課程內容進行調整以更適應企業的用人需求。

教學過程中，將最新的科研成果、先進的材料成形力學技術和前沿知識融入教學內容，例如寬厚板軋制過程中的力學機理模型協同數字孿生技術構建寬厚板CPS系統技術，板形控制過程中的殘余應力精準控制技術等內容，保持教學內容的先進性，并與實際的工程案例緊密結合。課程教學采用多種多媒體教學方式，在使用多媒體課件的同時，增加企業在材料、試驗、工程案例等研發方面的知識，形成一套科教融合的教學體系。

3.3? 課程思政改進

黨的二十大報告明確指出：“育人的根本在于立德。”落實好立德樹人根本任務，回答好“培養什么人、怎樣培養人、為誰培養人”這個根本問題，是當前高校思想政治教育工作的使命與挑戰。全面推進課程思政就是提升新時代高校思想政治教育質量的關鍵一環，其與思政課程的協同互構既是教育生態的革新，也是育人智慧的升華。

本課程通過潤物細無聲的教學方式，將思政教育滲透到材料成形力學的教學中，使學生加深對材料成形力學理論和工程應用背景的理解，激發學生的愛國熱情和努力奮斗的精神，培養嚴謹的科研態度和文化自信。在充分利用原版教材中的科研實例和工程應用的同時，建設多種融入思政元素的教學資源，包括教師撰寫課程隨筆、任課教師科研視頻和現場視頻，編制圖文并茂的“科學與工程―材料成形力學”教學案例。將故事和案例引入課堂，例如，在學習上界定理開發熱軋過程軋制力數學模型時，引入了建國初期鞍鋼1780mm熱連軋生產線通過人工經驗估算軋制力和軋機彈跳來提高厚度控制精度的故事，讓學生體會到科學知識就是科技發展的堅強基礎和源泉。

3.4? 效果分析改進

“材料成形力學”課程的授課效果評估根據考核方式、考核內容、評分標準和考核結果，對課程目標進行達成度評價。任課教師在每個學期結束后進行教學效果評價，并對課程教學目標的評估狀況進行分析。某學生樣本的單項目標達成度評價值=該生各項考核成績（平時成績、工程案例課堂討論效果、大作業、期中考試成績、期末考試成績等）的加權平均值。通過教學持續改進，總體達到了預期的教學效果，課程目標1、2、3和4的平均達成度分別為0.99、0.81、0.91和0.84，如圖1（p100）所示。

4? 結語

材料成形力學課程的教學理念是實現知識、能力和素質三位一體式的有機融合。在知識方面，通過課程體系的創新，將科研成果融入科研教學，使教學內容保持先進性和前沿性。在能力培養方面，培養學生解決復雜工程問題的能力，培養創新精神、實踐能力和終身學習的能力。在價值塑造方面，培養學生的社會責任感，科學精神，團隊合作精神，責任意識。通過課程改革可以解決課程內容與學生知識、能力和素養塑造方面匹配的問題，以學生綜合能力的提升為重點，提高學生主動學習的意識；重塑課程內容，創新教學方法，打破課堂沉默狀態，發揮課堂教學主陣地的作用，解決學生自主學習的選擇性不夠，獲得感不強的問題。

參考文獻

[1]彭良貴，丁樺，趙憲明.基于能力要素評價的壓力加工車間設計課程教學持續改進[J].中國冶金教育，2020（6）：1-3.

[2]徐進友，穆浩志，李彬.基于成果導向教育的課程目標達成度評價方法研究及實踐[J].中國現代教育裝備，2020（5）：94-97.

[3]陳凱旋，王自東，余萬華.“材料成形過程質量性能控制”雙語教學實踐探索[J].教育教學論壇.2023（9）：100-103.

[4]閆娜.新工科背景下《液壓與氣動技術》中英文雙語教學改革研究[J].液壓氣動與密封，2023（3）：105-107.

[5]張虎，常永勤，強文江，等.材料專業課全英文教學改革[J].中國冶金教育，2016（4）：18-20.