学生为中心的通专融合“塑性成形”教学体系构建

韩奇钢，梁 策，李 义

（吉林大学 材料科学与工程学院，吉林 长春 130022）

引言

高等教育已由大众化向普及化转变，提高高等教育质量已成为世界各国关注的焦点。重视人才培养的中心地位，重视本科教育改革是世界发达国家高等教育改革的共同经验［1-2］。为主动应对新一轮科技革命与产业变革，支撑服务“中国制造2025”等一系列国家战略，新工科应运而生。建设与发展新工科已成为当前社会产业升级与发展的必然要求。系统推进新工科教育是一项教育治理命题，应尽快建立中国特色的工程教育理论体系以及工科教育模式，全面深化新工科教育的发展和变革［3-4］。清华大学基于“产品工程化设计实践”核心课程，开展了校内外协同育人模式的构建与实践［5］。上海交通大学整合导师团队，发挥第二课堂育人优势，构建了“四位一体”育人体系［6］。天津大学在理论教育的基础上加入合理的工程实践内容，培养具有创新精神和实践能力的卓越人才［7］。

吉林大学材料科学与工程学院为适应新时代国家发展对人才培养的新需求，深入开展新工科背景下材料加工工程学科教学改革研究。吉林大学“塑性成形”课程主动聚焦国家需求，全力探索创新人才培养新模式，本文将对以学生自我成长为中心的通专混合式塑性成形课程闭环教学体系构建进行研究。

一、“塑性成形”课程教学体系改革需求

“塑性成形”课程是普通高等学校本科专业材料成型及控制工程的专业类课程，本课程旨在让学生系统掌握“塑性成形”专业基础理论及应用知识，培养具有国际视野的、能适应社会经济发展需求的高素质创新型复合型人才。目前，“塑性成形”课程的教学理念过于传统，仍是以教为主的教学模式，没有形成以学生自我成长为中心的教学模式。课程教学模式僵化，教学方式千篇一律，无法调动学生的积极性。教学内容陈旧、复杂，教学内容拘泥于教材，与现代社会技术脱节，缺乏对最新领域的介绍，难以激发学生的思考与创新意识。考核方式简单，题库式考核及客观题考核无法激发学生的思考，缺乏对学生主观接受情况的掌握。

结合现阶段国家工科院校材料加工专业课程教学改革现状，围绕课程存在的没有明确课程目标定位、课程内容丰富度不足、课程实施缺少灵活性等问题，提出制定明确的课程目标、优化课程结构的改革策略。从教学方法、教学内容等方面进行改革与探索，提出教学方法多样化、优化统一课程内容、加强实践教学与理论教学的同步性的改革策略。当前课程改革的首要任务是构建以培养材料类专业创新型人才为目标的教学模式。

二、“塑性成形”专业课程的教学实践改革

为深化新工科专业建设和改革，推动新工科教育的思想创新、理念创新、方法技术创新和模式创新，着力构建新工科人培养体系，提升教师教育教学能力。吉林大学启动了“塑性成形”课程闭环教学体系改革研究，本阶段涉及“有限元法B”“塑性成型模具数字化设计”“材料成型原理”和“先进材料塑性成型方法及设备”4门课程，课程年总学时为144学时，课程内容包括塑性成形工艺设计与塑性成形实践两部分。教学体系改革针对性策略在塑性成形工艺设计过程中，重点培养学生的自主学习能力，提升学生的自主思考能力与创新能力。在塑性成形实践过程中，突出培养学生的动手实践能力及团队合作能力，拓宽学生对现代技术认知的视野。增加企业导师“走进来”环节，将学科知识与社会应用有效衔接。最终，实践以学生自我成长为中心的教学理念，并借助“通识教育”与“专业教育”的高效整合，实现教育理念与教育模式的创新。

（一）提出以学生自我成长为中心的教学理念

教育理念指导教育行为并保证教育质量，教育理念是教学改革的前提。美国高等教育在20世纪80年代出现了教育质量下滑的问题，究其原因是“以教师为中心”的教学理念取代了“以学生为中心”的教育理念。因此，美国高等教育界提出了以学生发展为中心、以学生学习为中心、以学习效果为中心的新型教学理念。在这种理念的引导之下，美国高等教育逐渐成为世界上最具竞争力的产业之一。

国外的教育理念是以学生为中心，但是，我们需要按照中国教育的发展现状，将教育理念本土化。为了明确培养目标，我们提出以学生自我成长为中心的教学理念，发挥教育的主动功能，使学生从自由成长转变为自主成长，再进一步转变为自我成长。“自我”在于突出学生学习过程中以学生为主体，对于改变传统的以教师为主体的“填鸭式”教学模式具有思想引导作用。在正确、先进的教学理念指导下，教学工作才不会出现偏移，才可以保持教师在学生学习中的指导作用与学生自主学习间的平衡。

1.“有限元法B”课程教学改革。将国外PBL（Problem-based Learning）模式本土化，提出塑性成形工艺设计典型问题，学生通过有限元法系列自主模拟设计试验，自主确定塑性成形优化工艺。教师在课程体系中引入塑性成形工艺设计领域最新进展及知识点，帮助学生建立完整的知识体系。除课程教学内容外，课程实践环节也应与时俱进，如开展汽车车身制件板材冲压成形的有限元分析等具体产品的成形过程分析实践，可将枯燥的理论知识转化为灵活的技术应用，提高学生理论联系实际的能力，激发学生的学习兴趣。

2.“塑性成型模具数字化设计”课程教学改革。在教学过程中鼓励并引导学生自主思考，充分激发学生自主学习能力及创新能力。为了提高学生独立分析问题、解决问题的能力，教学过程中增加了学生“输出”的环节。如引导学生开展新型合金用于模具制造的调研与独立分析，开展新型模具材料用于塑性成型模具的注意事项及设计要求等相关讨论等，这些环节不仅扩充了课程知识体系，而且提高了学生自主思考能力，有利于实现学生自我成长。

3.“材料成型原理”课程教学改革。避免“填鸭式”教学方法，坚持以学生自我成长为中心的教学理念。引导学生自主查阅文献、书籍等资料，广泛掌握材料成型原理知识。学生完成自主学习后，教师进行答疑及最新理论介绍等教学工作，帮助学生构建知识框架。由于本课程内容是多种金属材料成型技术的基础理论，课程难度较大，因此在授课环节，本课程将相关知识点与实际应用建立联动。如屈服准则部分讲授了Mises屈服准则、Hill屈服准则和Drucker Prager屈服准则等屈服条件定义原则，这部分内容公式繁多、内容抽象，因此在授课中增加ANSYS有限元模拟实践环节。ANSYS经典环境下可进行Mises、Hill和Drucker Prager屈服准则的选择，因此对同一个制件开展模拟对比，可使学生直观对比不同屈服准则带来的模拟结果。将抽象的理论内容转变为具体的应用结论，有助于学生更透彻地理解相关知识。

4.“先进材料塑性成型方法及设备”课程教学改革。根据学生对先进材料塑性成型方法及设备知识掌握程度，将课程化整为零并采用小班授课方式，以便于学生根据自身情况灵活选择课程。采用认知实践的教学方法，引导并鼓励学生亲自动手实验，这有利于培养学生的团队合作能力和动手能力。该课程实践环节增加了塑性成形设备模拟机拆装实验，有利于学生快速理解设备结构及原理，为后续从事生产相关工作提供了前期基础，也提升了学生的动手实操能力。

（二）构建通专混合式的塑性成形课程闭环教学体系

通识教育的目的在于构建知识体系，专业教育的目的在于学习专业知识。目前，大学教育专注于培养学生某一专业的知识而忽略拓宽学生广阔的视野，缺乏对学生跨学科思维的培养。因此，我们提出了通专混合式的教育，即通识教育与专业教育并重，以课程为载体，向学生介绍领域最新进展及相关跨学科知识，帮助学生建立知识体系。兼顾教育的深度与广度，注重知识整合及跨学科学习，从而培养学生的科学精神，增强学生的创新能力。

“有限元法B”课程中，在学生掌握塑性成形工艺设计专业知识并具备专业能力的基础上，通过讲授有限元求解电磁场、流体力学等连续性问题典型例，构建了“有限元法B”通专混合式课程教学体系，培养学生解决材料加工专业及电子电器、航空航天等不同研究领域实际问题的基础能力，从而实现通专混合式课程育人。“塑性成型模具数字化设计”课程教学过程中，基于学生掌握塑性成型模具数字化设计知识及能力的前提下，通过讲授数字化设计软件几何建模与分析扩展的应用实例，构建塑性成型模具数字化设计“通专混合式”课程教学体系。培养学生具备从事科学研究、设计制造、技术开发的基础能力，践行通专混合式课程育人。“材料成型原理”课程教学改革中，加强产业发展对塑性成形工程科技人才需求的调研，掌握机械、航空航天、轨道交通、汽车等相关行业人才需求以及技术发展动向等。打破传统材料成型及控制工程专业壁垒，积极调整课程培养目标以及课程结构体系，构建满足多行业发展需要的课程和教材资源，实现通专混合式课程育人。在“先进材料塑性成型方法及设备”课程教学改革中，通过调研先进材料塑性成型方法及设备的国内外前沿技术发展，积极利用校外资源，汇聚行业部门、科研院所、企业优势资源，通过“请进来”推进本科生参与学术交流活动，激发学生的创新意识。通过“走出去”促进学生了解世界科研动态，拓宽学生国际视野，从而构建先进材料塑性成型方法及设备“通专混合式”课程教学体系，实现通专混合式课程育人。

三、“塑性成形”课程改革取得的成果

吉林大学基于以学生自我成长为中心的教学理念，构建通专混合式“塑性成形”课程闭环教学体系，通过给予学生足够的自主学习时间，使其初步掌握“有限元法B”和“塑性成型模具数字化设计”的基础理论知识，然后通过教师引入最新领域的研究与跨学科思想来完善学生的知识体系，完成塑性成形工艺设计部分教学。在塑性成形实践部分教学过程中，通过鼓励并引导学生参与国际—国内—校内—院内“四位一体”教育实践，使学生掌握“材料成型原理”和“先进材料塑性成型方法及设备”的基础理论知识，完成塑性成形实践环节教学。通过两部分的教学，实现通识教育与专业教育的融合，实现以学生自我成长为中心的通专混合式“塑性成形”课程闭环教学体系构建。

吉林大学构建的以学生为中心的通专混合式“塑性成形”课程闭环教学体系，实现了塑性成形创新人才全链条闭环培养，即通过“有限元法B”和“塑性成型模具数字化设计”2门课程，培养学生塑性成形工艺设计能力。通过“材料成型原理”和“先进材料塑性成型方法及设备”2门课程，培养学生塑性成形实践能力。确立了课程闭环教学体系建设路径，即“预测塑性成形人才市场需求—改造升级塑性成形课程内容—调整完善塑性成形课题体系”。践行了新工科建设思想，即强调课程的实用性、交叉性与综合性，尤其注重计算机、软件设计、电子控制、信息通信等新技术与传统工业技术的紧密结合，培养了新产业和新经济社会需要的具备国际竞争力、创新与工程实践能力强的高素质复合型新工科人才，即“一专多能”，具备快速学习知识并将其用于解决问题的能力。

结语

为适应和引领塑性成形行业需求及工程科技应用与实践，吉林大学开展了以学生为中心的通专混合式塑性成形课程闭环教学体系的构建研究。基于“有限元法B”“塑性成型模具数字化设计”“材料成型原理”和“先进材料塑性成型方法及设备”4门塑性成形专业课程教学改革与实践，遵循培养高质量塑性成形创新人才的本体使命，提出以学生自我成长为中心的教学理念，充分发挥教育的主体功能，使学生从自由成长转变为自主成长，进一步转变为自我成长。学生掌握学科知识并了解行业发展需求，有助于规划个人发展。本项改革将“通识教育”的广度与“专业教育”的深度高效整合，构建了通专混合式塑性成形课程闭环教学体系，深化了知识体系。本研究实现了教育理念与教育模式的创新，为解决目前材料成型及控制工程专业本科教育存在的教学理念传统、教学模式僵化等问题提供了改革策略与方向。