材料成型原理教学改革和探索

苏钰 翟建广 吴日铭 蕫万鹏

摘要：文章针对材料成型原理教学中内容过深、教学课时压缩等存在的现象进行分析。在教学活动采取一系列的方法对课件、教学安排、学生互动等内容重新构建。实践证明，这些改革激发了学生的学习兴趣和积极性，从授课过程中学生课堂反映、作业质量来看，还是具有较好效果。

关键词：材料成型原理;教学实践;改革和探索

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2019）40-0097-02

材料成型原理是我校材料成型及控制工程专业的必修课之一。它是一门理论性较强的专业基础课[1]，一般开设在大学三年级第一学期。该课程知识点多、需要很好地理解各知识点并融会贯通，才能形成系统的知识体系，为后续《冲压工艺学》、《挤压工艺学》等课程打下理论基础。然而，随着新技术、新工艺的不断出现，如何协调知识量增加与课时量减少之间的矛盾[2];如何满足学生短期学习和长期发展目标的一致性。本课程进行了教学方法的革新和探索。

一、精练教学内容

本课程主要分為塑性成型物理基础、塑性成型力学基础和塑性成型力学的工程应用三部分。“塑性成型物理基础”一章主要介绍塑性变形过程中金属位错、滑移、孪生等变形机制、以及再结晶、蠕变等现象。这部分内容在二年级下学期的《材料科学》课程中有较为详细的讲解。而本课程中“塑性成形件质量的定性分析”一章会在后续《冲压工艺学》、《挤压工艺学》等课程中，也有更为详细的说明和论述。因此，本课程减少了这两章节内容的授课。

在“塑性力学基础”一章中，建立起应力、应变、屈服准则、本构方程的思维导图（见图1），帮助学生建立起该章节各知识点之间的架构体系，便于理解和记忆。

在“主应力法及其应用”这一章中，针对学生结题过程中的迷茫，以长矩形板镦粗为例，建立解题思路导图（见图2），帮助学生理解、掌握知识点，以便理清解题思路，更好地理解应力平衡微分方程、屈服准则、边界条件的原理在解决工程问题中的应用。

“滑移线法”这章中重点学会滑移线场的判定，最大主应力和最小主应力的判定，以及如果针对不同部位选择不同滑移线汉基方程计算平均作用力。例如平冲头压入半无限高坯料时（图3），如果采用左边的滑移线场分析，要用汉基方程中关于β滑移线的汉基方程求解平均作用力;如果用右边滑移线场分析，要用关于α滑移线的汉基方程求解平均作用力。

二、双语教学的尝试

如今，与国外专业人员进行沟通和相互学习已经变得越来越频繁、普遍。我校开设了《材料成型及控制工程专业英语》课程，该课程目的是为了让学生掌握一定的专业英语词汇、翻译技巧、阅读能力[3]，以便更好地学习和借鉴国外先进的专业技术和生产经验[4]。但用人单位反映我们的毕业生专业知识的英语交流能力也是其职场发展的主要瓶颈之一。这说明我们这方面教学和培养还有很大提升空间。然而，考虑到大三学生理解全英文教学内容还是有一定困难，因此在本次教学改革时尝试双语教学，采用英文PPT配部分中文注释。授课前将PPT发给学生复印，方便学生提前预习和记录课堂笔记。授课过程中先用英语讲授，有选择地使用汉语进行再解释和阐述。当面对挑战时，学生的积极性被调动起来，多数学生可以主动预习，紧跟老师上课思路，经过深层次思考后提出问题。

三、提高学生参与度的上课形式

由于本课程属于理论基础课，力学和数学推导较多，学生上课容易分心，因此通过多种丰富多样的上课形式来调动学生积极性。在《材料成型原理》课时由64学时压缩为48学时后，由于本课程是研究生入学考试科目，笔者曾试图尽可能不减少授课内容，通过比较密集的授课密度将原有内容仍然讲授给学生，但这会导致教师授课时间不停地说，而学生被动保持注意力的时间有限，会使授课结果很不理想。后来增加课堂提问、学生上黑板做题，学生注意力集中情况略有好转。笔者采用翻转课堂授课形式，将作业任务细化到每一个人，逐个上台讲解推导，教师和学生提问、补充、点评的方式，课堂气氛明显活跃。这样可以提高学生理解问题的深度，但在有限课时内，这会使授课的内容广度受到限制，这需要进一步协调各授课环节时间分配。另外在涉及难度较大的公式、计算过程时，教师可先阐述大致思路，由学生推导、计算，这样容易发现学生学习过程中的难点;然后，教师板书逐步引导进行推导。多媒体教学也有一定的弊端[5]，不能完全依赖。对于难度较大的公式、计算过程，不适用PPT这一多媒体形式呈现，否则教学效果不太理想。这一点从作业、试卷考核中可以明显看出。

四、丰富实验教学

本课程目前采用课内实验为金属板材的杯突实验[1，6]，主要了解金属板材成形性能表征，以及在杯突实验中金属板材发生涨形时，了解不同部位应变不一致，应力状态不同的情况。本实验测量的数值主要是杯突值和不同形变部位的应变，不能看出整个变形过程中金属流动情况、应力应变分布演变情况。后续实验拟加入Deform软件进行金属成型过程的CAE模拟。这样在模拟结果[6，7]中可以直观体现塑性变形时的金属流动规律、应力场、应变场等情况。也可以帮助学生了解本构方程、屈服准则、应力应变曲线等材料参数如何在CAE分析软件中得到应用，对所学知识在今后的应用有更明确的预期，更有动力学好这门课。

五、结语

本次对《材料成型原理》课程进行改革探索的过程中，虽然在教学效果上有一定的进步。但如何更好地提高学生的听课质量、作业质量;如果更好地激发学生学习的主动性、积极性，仍然任总而道远。

参考文献：

[1]张健，龙春光，华熳煜.《金属塑性成型原理与工艺》课程教学改革初探[J].装备制造技术，2010，（10）：198-199+208.

[2]张晗，张丽桃，王敏.《材料成型原理》教学模式探讨[J].北华航天工业学院学报，2014，24（04）：49-50.

[3]韩萍，朱万忠，魏红.转变教学理念，建立新的专业英语教学模式[J].外语界，2003，（02）：24-27+33.

[4]高枝青.专业英语的课程论定位[J].中国大学教学，2004，（10）：43-45.

[5]薛彩红.材料成型原理课程教学改革与探索[J].求知导刊，2014，（11）：12.

[6]GB/T4156-2007.金属材料薄板和薄带埃里克森杯突试验[Z].

[7]郑书华，占斐龙.基于Deform的飞边槽结构参数对曲轴平衡块模锻质量的影响[J].热加工工艺，2018，47（21）：187-200.