塑性力学课程“四位一体”教学研究与探索

■东北石油大学 彭惠芬 吴泽民

塑性力学作为基础力学的后续课程，是采油工程、土木工程、工程力学等专业高年级学生的重要课程，是分析和解决许多工程技术问题的理论基础和依据。然而，由于塑性力学教学具有基本概念繁多、抽象，公式推导过程冗长、难理解、教学难度大的特点，采用传统板书的教学方法，将导致教师课堂上花大量的时间进行画图、烦琐公式的推导，使原本32学时的教学内容难以完成，学生没有练习和消化吸收的时间，降低了学习效率，学生自主学习和创新的能力得不到充分发挥。同时，塑性力学课程要求学生具有很强的逻辑思维和想象能力，具备扎实的数学、力学基础，而我校工程力学专业是冷门专业，许多学生是从其他专业调剂过来的，绝大部分学生学习基础薄弱，采用传统教学方式会使学生丧失信心，一事无成。

针对该课程教师难讲授、学生难学习的特点，如何以“两性一度”为标准，将信息技术融入课堂改革，更好地实现“学生为中心，教师为主导”，提高学生的学习兴趣和解决工程实际问题的能力，本文从塑性力学课程体系、教学内容、教学方法和实践教学等几个方面入手，进行塑性力学课程教学改革探索。

一、“四位一体”塑性力学课程模式的构建

塑性力学课程共有8章、32学时、8周，是力学专业学生的深度研究课程，是应用力学基本理论解决工程实际问题的关键课程。“四位”指课程的4 个组成模块（见图1），包括基于SPOC的自主学习、基于翻转课堂的合作学习、基于手机APP 的拓展学习和基于实践的体验学习；“一体”指课程的最终目标是“立德树人”。课程团队经过数年的探索实践，将理想信念教育融入了专业技能课堂。

图1“四位一体”课程模式

（一）基于SPOC平台自主学习

随着MOOC(Massive Open Online Courses)在全球范围的广泛兴起，国内许多院校意识到SPOC（Small Private Online Course）教学平台的重要性，本文针对目前塑性力学“教与学”的困难，开展塑性力学SPOC自主学习平台的建设（见图2）。

通过SPOC教学平台，教师不但可以了解学生完成作业情况、学生问题以及论坛中的讨论等信息，还可以了解到学员通过课前自习，了解和掌握该课程基本知识点的情况等。

图2 塑性力学SPOC自主学习平台

SPOC 课程资源是指与课堂学习内容相关的资源，包含了课程大纲所要求的知识点及讲授视频，还有教学过程中积累的大量素材，如课件、视频、图片、动画、试题和标准等。利用该模块可将碎片化学习时间集中起来，实现自主学习，提高学生学习效率。在线评估是用来检验学生的学习效果和存在的问题，在线评估是任课教师对提供的线上资源，提供给学生相应的混合试题库，包括单选、多选、判断正误、填空和简答题型等，教师可根据反馈结果进行在线评估。知识的在线评估可减少学生作业的抄袭率，更加及时了解学生对知识点的掌握情况，具有针对性地设计下一步的教学计划。交流与讨论模块可掌握学生预习与测试后存在的学习难点；充分调动学生学习的积极性，了解学生的学习过程、知识点的掌握情况，以便教师对课程内容进行更合理的改进。

（二）基于SPOC平台合作学习

基于SPOC的合作学习不再是传统的“填鸭式”教学，而是基于翻转课堂，以“学生为中心”，体现以“学”为主，培养学生独立思考及创新意识。该部分包括实际演练、重难点分析和集中讨论三部分（见图3）。实践演练是指学生在在线学习的基础上，教师指导学生将已学的知识转变为解决实际问题的能力；重难点分析指教师利用翻转课堂，强调重难点问题。例如塑性力学中的屈服准则，本构方程等重点及德鲁克公设中的难点问题，与学生线上学习构成的知识体系互补，提高教学质量；集中讨论是学生依据线上和翻转课堂所学知识，对最终结果、结论提出相应的问题，鼓励学生思考，教师进行最终的总结与评价。

图3 基于SPOC合作学习平台

图4 金属的锻压成型数值模拟展示

（三）拓展学习和基于实践的体验学习

拓展学习是个性化学习，是独立思考后学生能力的展示，为实现人才培养方式的多样化，促进每一位学生个性发展，教师通过自主学习和合作学习对学生学习过程进行分析和指导，以“学生为中心”，进行个性化指导和成绩评定，营造有利于学生个性化发展的学习氛围。

基于实践的体验学习是为了使学生了解力学发展趋势，将塑性力学理论应用于工程实际，开展校内校外实践教学，熟练应用力学计算软件ABAQUS、ANSYS等进行厚壁圆筒、球壳的弹塑性分析，金属的锻压成型工艺等的数值模拟过程（见图4），使抽象理论更直观、形象。该模块的训练使学生更好地将理论应用于实践，培养学生工程实践和创新意识，更好地服务于社会。

二、“四位一体”课程模式的教学效果

由于塑性力学课程难点多、内容抽象，学生需要具有扎实的数学、力学基础。因此，在教学过程中，学生普遍存在压力大、学习兴趣不高的状况。“四位一体”教学模式通过线上知识的传授，学生可自主选择适合自己的时间和方式获得知识，实现个性化自主学习，激发了学生学习兴趣，节省了“填鸭式”传统课堂学时。线下通过课堂教师提问、师生讨论、生生讨论和案例分析等多种形式的翻转课堂，实现知识的内化，通过拓展和实践学习使知识得以升华。

“四位一体”教学颠覆了传统的教学模式，真正意义上实现以学生为主导，注重能力培养，科学地编排整个教学过程，拓展学生学习思路，使学生在整个教学改革中得到真正意义的“实惠”，独立思考、创新意识得到了很大提高。

三、结语

本文是在塑性力学课程教学改革中构建“四位一体”教学模式，该模式打破了传统枯燥抽象的理论模式的禁锢，提高了学生的学习效率和学习效果，对教师的教学观念、学生的学习习惯及高校专业课程的改革起到了积极的推进作用。当代信息技术在教育教学中的应用、案例分析、翻转课堂及基于实践的体验学习，使学生对塑性力学分析的原理、分析过程有了比较系统的认识，培养了独立思考、解决实际工程问题的创新性应用型人才。