一流课程建设背景下塑性力学与轧制原理课程教学改革与实践

2024-05-21杨霞马立峰刘光明牛勇李华英

高教学刊 2024年14期

杨霞　马立峰　刘光明　牛勇　李华英

摘要：在“双万计划”一流课程建设背景下，该文从塑性力学与轧制原理的课程特点和教学现状出发，提出两向贯通、三位一体、四维联动、五步递进和多元融合的教学理念。即以学生为主体，将塑性力学与轧制原理两部分知识内容进行融会贯通，并依据教学目标定位，进行课程教学内容重构，促进教学方法创新，完善教学评价体系。通过四个维度的相互支撑，将知识传授、能力培养和价值塑造三个教学目标融为一体，在教学实践过程中采用五步递进式的教学方法，实行政教融合、科教融合、产教融合及赛教融合，形成教育合力，实现对学生各项能力的培养。新的教学模式实践表明，教学效果明显提高，可以为塑性力学与轧制原理课程教学改革提供新思路。

关键词：一流课程；塑性力学与轧制原理；教学理念；教学改革；教学实践

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2024）14-0027-05

Abstract： Under the background of the first-class curriculum construction of "Double thousand Plan"， starting from the curriculum characteristics and teaching status of Plastic Mechanics and Rolling Principle， the teaching concept of two directions， trinity， four-dimensional linkage， five steps forward and multiple elements integration is put forward. With students as the main body， the two parts of knowledge content of Plastic Mechanics and Rolling Principle are integrated; according to the teaching target orientation， the course teaching content is reconstructed， the innovation of teaching methods is promoted， the teaching evaluation system is improved; through the mutual support of the four dimensions， the three teaching objectives of knowledge imparting， ability training and value shaping are integrated; in the process of teaching practice， the five-step progressive teaching method is used， the integration of politics and education， science and education， industry and education， and competition and education are implemented to form an educational joint force and the cultivation of students'various abilities is realized. The new teaching mode practice showed that the teaching effect was significantly improved， which can provide new ideas for the teaching reform of Plastic Plastic Mechanics and Rolling Principle.

Keywords： first-class curriculum; Plastic Plastic Mechanics and Rolling Principle; teaching philosophy; teaching reformation; teaching practice

根據2018年教育部发布的《教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》，目前我国本科教育改革紧紧围绕全面提高人才培养能力这个核心点，着力推进一流专业和一流课程的“双万计划”建设[1-2]。课程是专业的基础，是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量，为了推动我国本科教育质量整体提升，深化教育教学改革，必须把教学改革成果精准地落实到课程建设上[3]。

塑性力学与轧制原理课程作为机械设计制造及其自动化专业（冶金机械方向）和材料加工类专业一门重要的核心专业课程，是理论力学和材料力学的延伸，也是分析和解决轧制工程技术问题的理论基础和依据。塑性力学与轧制原理课程主要包含塑性力学基础和轧制基本原理两部分内容，即应力分析、应变分析、本构方程、屈服准则、滑移线理论、塑性变形抗力、工程计算方法、轧制过程基本概念、轧制过程的建立和轧制力能参数计算等。塑性力学与轧制原理课程内容理论性和工程实践性强、解析计算复杂，学生难以理解掌握塑性力学知识并将其有效地应用到轧制实践中。对标一流课程建设要求，在教学过程中亟需解决的主要问题：①挖掘塑性力学和轧制原理两部分内容的关联知识点，拓展课程教学资源和教学平台，构建多维度融合的高阶性知识体系，满足学生主体的知识应用、新工科与一流专业建设以及高质量人才培养的需求。②“以学生为主体，以能力为导向”，通过递进式、混合式有效衔接的教学方法和多元融合的教学设计，促进学生主体对课程理论知识与实践应用的融会贯通，提升学生实践能力和创新能力。③深挖课程内容蕴含的经典思想与思政元素，并将思政元素有机融入到教学过程中，构建课程思政元素资源与知识体系进行精细化对接，实现学生的价值塑造。④建立全程数据可回溯的多元化闭环考核评价体系，提升对学生主体能力考核评价的精准度和全面性，为课程的持续改进提供依据。

本文以太原科技大学机械工程学院的塑性力学与轧制原理课程教学改革探索为例，立足机械设计制造及其自动化一流本科专业和高质量人才培养的根本目标，介绍两向贯通、三位一体、四维联动、五步递进及多元融合的塑性力学与轧制原理课程教学改革及实践。

一教学理念

教育部2019年发布的《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》中提出了一流课程建设的指导思想：树立课程建设新理念，推进课程改革创新，实施科学课程评价，严格课程管理，立起教授上课、消灭“水课”，取消“清考”等硬规矩，夯实基层教学组织，提高教师教学能力，完善以质量为导向的课程建设激励机制，形成多类型、多样化的教学内容与课程体系[3]。因此，课程建设要以学生为中心，成果产出为导向，立足人才培养目标，聚焦新工科建设，体现产业技术与学科理论融合，优化重构教学内容与课程体系，坚持“两性一度”即提升高阶性、突出创新性、增加挑战度的建设标准和持续改进的教学理念。

塑性力学与轧制原理课程作为机械设计制造及其自动化专业（冶金机械方向）和材料加工类专业一门核心专业课程，塑性力学基础部分的课程理论性强、内容抽象、公式繁多，需要深厚的数学及力学基础，轧制原理部分的概念多、各个工艺参数的影响机制复杂，教学过程中需要挖掘梳理两部分内容的关联点，并开展课程实验增加认知，使学生能够有效地将塑性力学的知识应用到轧制实践中，因此，极易引起教师难教、学生难学、教学效果不理想的现象发生[4]。在以成果为导向的OBE[5]教育理念、布鲁姆教学目标和BOPPPS教学模型[6]的基础上，以一流课程建设为目标，结合国际工程教育专业认证、新工科和一流专业建设要求[7-8]，塑性力学与轧制原理课程教学团队立足太原科技大学一流本科专业建设和新工科专业建设的高质量人才培养目标[9]，经过多年的教学改革与实践，形成了两向贯通、三位一体、四维联动、五步递进及多元融合的塑性力学与轧制原理课程教学理念，其架构如图1所示。

两向贯通：立足一流课程建设目标，挖掘关联知识点，将塑性力学与轧制原理两部分内容进行融会贯通，完成两向贯通的知识体系构建。

三位一体：以学生为主体，根据专业要求，将知识传授、能力培养和价值塑造融为一体，实现课程三位一体的教学目标。

四维联动：依据教学目标定位，进行教学内容重构，促进教学方法创新，完善教学评价体系，通过四个维度的相互支撑，构建四维联动的一体化教学体系。

五步递进：以学生能力培养为导向，构建课前自学、课端检测、课中提升、课内实践和课外拓展的五步递进式教学方法。

多元融合：以人才培养为目标，实行政教融合、科教融合、产教融合和赛教融合，进行教、政、科、产及赛的多元融合的多元化教学设计，形成教育合力，助力学生各项能力的培养。

二教学实践

塑性力学与轧制原理作为轧钢机械设计、轧制过程分析、轧制工艺规程计算的理论基础，其课程的教学目标是以轧制过程中金属塑性变形力学知识为主线，使学生掌握塑性力学与轧制理论的基本知识、分析轧制过程的主要方法，并具备完成一般轧制过程的变形与力能参数计算的能力。立足重型机械行业，培养学生轧制过程分析中的思辨能力、创新意识及良好的道德品质和社会责任感，使其成为有使命担当的重型机械工程技术人才。

塑性力学与轧制原理课程是机械设计制造及其自动化专业（冶金机械方向）和材料加工类专业一门重要的专业基础课，为后续的轧钢工艺学、轧钢机械设计、轧制过程控制、轧制数学模型、孔型设计和轧钢厂车间设计等课程提供理论基础。立足一流本科专业建设和新工科专业建设的高质量人才的培养目标，对塑性力学与轧制原理课程进行了以下方面的教学实践。

（一）两向贯通的知识体系

塑性力学基础部分主要内容包含应力分析、应变分析、本构方程、屈服准则和滑移线理论等；轧制原理部分主要内容包含工程计算方法、塑性变形抗力、金属塑性成形中的摩擦与润滑、轧制过程的基本概念、轧制过程的建立和轧制过程力能参数的计算等。在理论和实践教学过程中，课程教学团队紧密围绕钢铁产业需求、融入钢铁企业技术需求和科技发展前沿成果，挖掘并梳理两部分内容的知识关联点，不断优化设计两部分内容的知识衔接，实现课程内容的多点联合，融会贯通，完成两向贯通的知识体系构建，见表1。使学生能够熟练掌握课程知识，并有效地将塑性力学的知识应用到轧制实践中，具备完成一般轧制过程的变形与力能参数计算的能力。

（二）三位一体的教学目标

塑性力学与轧制原理课程在教学实践过程中，根据专业建设要求，以核心知識点为主体，纵向深挖知识内容蕴含的经典思想与思政元素，并将思政元素有机融入到教学过程中，与知识体系进行精细化对接[10-11]。通过梳理本课程知识点，挖掘出家国情怀、大国重器、工程伦理和思辨精神4个阶次12个思政元素，见表2。思政教学结合知识点，用潜移默化的方式将知识传授、能力培养和价值塑造融为一体，落实立德树人的根本任务，从而实现三位一体的教学目标。

（三）四维联动的教学体系

课程教学团队一直秉承一流课程建设持续改进的理念，依据塑性力学与轧制原理课程的知识传授、能力培养和价值塑造三位一体的教学目标定位，在教学实践过程中，对教学内容进行动态重构，促进教学方法创新，进而完善教学评价体系，通过教学目标、教学内容、教学方法和教学评价四个维度的相互支撑，构建四维联动的一体化教学体系，如图2所示。

1 教学资源建设

强化学生主体地位，充分考虑学生的认知规律和接受特点，借助教育信息化技术，进行线上和线下教学资源建设：上传教材、参考资料和生产视频资料，设置章节测验、作业题库，补充自建微课资源。使学生可以随时随地学习，同时实现线上测试、检测学习效果。制作完整的与递进式教学过程相匹配的课程多媒体课件作为线下教学资源，以达到巩固深化重点知识，激发学生学习动机的目的。

2 教学平台建设

构建了“3+2”融合的教学平台（“3”指传统课堂、雨课堂和翻转课堂，“2”指学习通线上学习平台和冶金机械虚拟仿真实践平台）；将4个阶次精准课程思政资源融入到教学过程中，构建课程知识体系、钢铁企业技术需求、课程思政、前沿工程实例和现代信息技术多维度融合的高阶性教学内容体系，以“呈现—内化—践行”的模式，实现“显性专业—隐性思政”协同育人。

3 教学评价体系构建

以国际工程教育专业认证和新工科专业建设为标准，对课程进行考核标准设计，将形成性评价与总结性评价相结合，建立完善的能够激发学生学习动力和专业志愿为着力点的课程闭环考核体系。五步递进式教学过程作为形成性评价方式，量化过程性学习效果；期末测试作为总结性评价方式，基于全程数据可追溯的多元化评价指标，实现对学生的高级思维能力、反思能力、合作能力、信息搜集能力、处理能力和创造能力等进行评价，最终形成对课程目标达成情况的直接评价。

（四）五步递进式的教学方法

以能力为导向，构建五步递进式教学模式。①课前自学。明确教学目标，在“2平台”上，设置前置任务，敦促学生学习。②课端检测。进行预习反馈，调动学习兴趣，明确问题所在。③课中提升。以问题为导向，在“3课堂”中，针对教学内容，教师进行引导，融合“4个阶次精准课程思政资源”，实现学生对知识的深度理解。④课内实践。依据课程知识，进行动手实操，巩固深化重点知识。⑤课外拓展。在“2平台”上，布置课后作业，鼓励学生分享成果并进行实践拓展。在实施过程中，记录教学过程中的反馈，适时调整教学内容和方法，进行教学效果分析和学生反馈分析，修改教学体系。

（五）多元融合的教学设计

针对塑性力学与轧制原理课程的一流课程建设目标，按照教学内容和教学方法，实行政教融合、科教融合、产教融合和赛教融合的多元化教学设计。政教融合，将思政元素融入教学，将塑性力学与轧制原理的理论知识在钢铁轧制方面的应用作为案例教学，引导学生掌握并运用本课程所学知识进行轧制工艺计算，学以致用，成为有使命担当的重型机械工程技术人才；科教融合，将钢铁产业科技前沿成果融入教学，结合轧制理论的基本知识，融合科技成果的前沿性，以专题研讨的方式，引导学生通过探究和辩论深入理解课程内容，提升专业认同感；产教融合，将钢厂生产实践融入教学，讲解现役轧制生产线的设备组成、工艺和力能参数、轧制生产流程、换辊流程及特殊工况应对措施等，将相关国家、行业标准和专业技能培训融入教学，提升学生的工程实践能力；赛教融合，将模拟轧钢大赛融入教学，围绕课程知识点，结合首钢1 580 mm热连轧生产线的工艺路线和仿真操作，深入讲解轧制力能参数计算过程，通过指导学生参加模拟炼钢-轧钢大赛，提升知识应用能力，培养学生的创新思维和创新意识。

三实践效果

塑性力学与轧制原理课程的教学改革已在机械设计制造及其自动化专业（冶金机械方向）进行了多轮本科教学探索应用，课程教学团队在教学过程中，不断优化设计塑性力学与轧制原理两部分内容的知识衔接，实现课程内容的多点联合，融会贯通，使学生加深对理论知识的学习与理解；引入工程实例、钢铁产业科技前沿成果、模拟轧钢大赛和钢厂生产实践，培养学生的应用实践能力和创新能力；将思政元素有机融入到教学过程中，与教学内容进行精细化对接，实现学生的价值塑造，提升学生的专业认同感。课程的教学改革实践取得了明显成效，为后续的轧钢工艺学、轧钢机械设计和轧制过程控制等专业课程的学习奠定了良好理论基础。

四结束语

塑性力学与轧制原理课程作为机械设计制造及其自动化专业（冶金机械方向）和材料加工类专业一门核心专业课程，课程内容理论性和工程实践性强、解析计算复杂，学生难以熟练理解和掌握塑性力学知识并将其有效地应用到軋制实践中。课程教学团队经过多年的教学改革与实践，立足新工科、机械设计制造及其自动化一流本科专业建设和高质量人才培养的根本目标，形成了两向贯通、三位一体、四维联动、五步递进和多元融合的教学理念。教学改革实践表明，学生能够在教学过程中掌握塑性力学与轧制原理的理论知识，提升实践能力和创新能力，实现个人价值塑造，提升专业认同感。

参考文献：

[1] 中华人民共和国教育部.教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见（教高〔2018〕2号）[Z].2018.

[2] 中华人民共和国教育部.教育部关于实施一流本科专业建设“双万计划”的通知（教高厅函〔2019〕18号）[Z].2019.

[3] 中华人民共和国教育部.教育部关于一流本科课程建设的实施意见（教高〔2019〕8号）[Z].2019.

[4] 潘成刚，常庆明，周家林，等.项目教学法在轧制原理及工艺教学中的应用[J].中国冶金教育，2015（5）：33-34，38.

[5] 杨丽，于为，李晓红.BOPPPS模型在数据结构课程教学中的应用与实践[J].大学教育.2017（4）：15-17.

[6] 顾佩华，胡文龙，林鹏，等.基于“学习产出”（OBE）的工程教育模式：汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究，2014（1）：27-37.

[7] 潘公宇，周海超，雷利利.一流专业建设中的《汽车运用工程》课程教学改革与实践[J].教育现代化，2020（26）：59-61.

[8] 王树文.电气信息类“一流课程”新模式的改革与实践[J].高教学刊，2022（20）：42-45.

[9] 张涛，王传杰，朱强，等.弹塑性力学一流课程建设的探索与实践[J].大学教育，2021（4）：65-67.

[10] 谢春丽，刘永阔，阎春利.“新工科”背景下专业课程思政建设[J].中国冶金教育，2022（1）：95-97.

[11] 梅瑞斌，包立，王晓强，等.塑性力学类课程思政改革与实践[J].机械设计，2020，37（S2）：281-285.