“有限元分析”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程改革的探索與實(shí)踐

武和全 胡宏偉 薛盈盈

摘 要 文章以“有限元分析”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程為例，對(duì)課程資源建設(shè)、教學(xué)方法、考核方法等方面的教學(xué)改革實(shí)踐情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)果表明“有限元分析”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的效果良好。

關(guān)鍵詞 有限元 網(wǎng)絡(luò)課程 教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research and Practice of Teaching Reform about the

Online Course of Finite Element Analysis

WU Hequan， HU Hongwei， XUE Yingying

（College of Automotive and Mechanical Engineering，

Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hu'nan 410114）

Abstract Take the online teaching courses of "Finite Element Analysis" as an example， this paper carried out a detailed analysis on the teaching reform about curriculum resources， teaching methods and examination methods. The results show that the effect of teaching reform is good.

Key words Finite element method； online courses； teaching reform

1 課程資源建設(shè)情況

“有限元分析”課程的理論性和實(shí)踐性較強(qiáng)。授課教師結(jié)合自己在“有限元分析”方面多年的教學(xué)和科研工作經(jīng)歷，在學(xué)校網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)先后上傳了大量與該課程有關(guān)的教學(xué)資料，包括教學(xué)大綱、教學(xué)日歷、教學(xué)課件、電子教材、教學(xué)案例、教學(xué)視頻、英文教材習(xí)題庫(kù)、課程試卷及參考資料等。其中教學(xué)案例包含超靜定桁架結(jié)構(gòu)的有限元分析程序、受內(nèi)壓作用球體的應(yīng)力與變形有限元分析程序、壩體的有限元受力分析程序、軸承座應(yīng)力分析ANSYS程序、工程車(chē)受載荷應(yīng)力分析ANSYS程序等。建設(shè)了一個(gè)習(xí)題庫(kù)，習(xí)題形式有填空、選擇、問(wèn)答、判斷、計(jì)算等；同時(shí)給出了參考答案，供學(xué)生自學(xué)；給出了課程的模擬試卷庫(kù)，目前已有二套模擬試卷并附有參考答案，可供學(xué)生自我測(cè)驗(yàn)。在答疑與交流區(qū)，針對(duì)各章節(jié)的重點(diǎn)與難點(diǎn)，分別羅列了一些常見(jiàn)問(wèn)題，引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力；有了這個(gè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，學(xué)生除了當(dāng)面提問(wèn)之外，還可以在討論區(qū)跟老師提問(wèn)與交流。

課程資源的豐富性、多樣性和條理性極大地方便了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。

2 網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)方法改革情況

2.1 采取課堂講授、多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)相結(jié)合的現(xiàn)代化教學(xué)方法

“有限元分析”課程涉及力學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，是多學(xué)科交叉的典型代表。而由于受到課程學(xué)時(shí)量的限制，傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以在較短的時(shí)間內(nèi)提供足夠的教學(xué)信息量。將傳統(tǒng)教學(xué)方法與現(xiàn)代的多媒體、網(wǎng)絡(luò)課程教學(xué)及實(shí)踐教學(xué)等密切結(jié)合，綜合發(fā)揮各種教學(xué)手段的優(yōu)點(diǎn)，改善教學(xué)效果，提高教學(xué)水平，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)過(guò)程中，充分利用視頻、圖片、動(dòng)畫(huà)、PPT等來(lái)豐富多媒體教學(xué)素材，節(jié)省了大量的時(shí)間，并使學(xué)生從簡(jiǎn)單的文字公式的使用到如何結(jié)合具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析都有了清晰的、直觀的、生動(dòng)的認(rèn)識(shí)，收到了良好的教學(xué)效果。

2.2 開(kāi)放式教學(xué)與互動(dòng)式教學(xué)相結(jié)合

教學(xué)活動(dòng)以學(xué)生為中心來(lái)展開(kāi)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。靈活選用教材，在授課過(guò)程中充分考慮學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)，做到有的放矢。課堂教學(xué)過(guò)程中給學(xué)生留有思考的余地，在課堂上或網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的答疑討論區(qū)設(shè)置問(wèn)題留給學(xué)生思考，通過(guò)自主學(xué)習(xí)的方法培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力、聯(lián)想能力和綜合運(yùn)用知識(shí)能力，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。盡可能加強(qiáng)討論式教學(xué)，首先引出問(wèn)題，讓學(xué)生思考討論尋求答案后，老師再對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)并指出注意事項(xiàng)。這種不斷討論問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程，有利于激發(fā)學(xué)生參與到教學(xué)中，培養(yǎng)獨(dú)立思考能力，提高基礎(chǔ)知識(shí)的靈活、綜合運(yùn)用能力，使學(xué)生由被動(dòng)型學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向主動(dòng)型學(xué)習(xí)。

2.3 理論聯(lián)系實(shí)際，強(qiáng)調(diào)工程應(yīng)用

“有限元分析”課程是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，課堂教學(xué)應(yīng)當(dāng)與工程實(shí)踐問(wèn)題結(jié)合起來(lái)。針對(duì)有限元算法求解的復(fù)雜性，教學(xué)過(guò)程結(jié)合大量的設(shè)計(jì)案例來(lái)進(jìn)行。比如超靜定桁架結(jié)構(gòu)的有限元求解、軸承座應(yīng)力分析、盤(pán)式制動(dòng)器溫度場(chǎng)分析、工程車(chē)受載荷應(yīng)力分析等等。理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生加強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，掌握有限元分析的理論和基本方法。利用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)相關(guān)的有限元程序，并與傳統(tǒng)計(jì)算方法進(jìn)行比較，檢驗(yàn)自己設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。鼓勵(lì)學(xué)生參加“有限元分析”相關(guān)的設(shè)計(jì)大賽，并應(yīng)用于工程實(shí)踐中，比如運(yùn)用有限元方法對(duì)“大學(xué)生方程式賽車(chē)”的結(jié)構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度分析，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。

2.4 課程作業(yè)

課程作業(yè)分為理論課程作業(yè)及實(shí)驗(yàn)課程作業(yè)。理論課程作業(yè)主要考察學(xué)生對(duì)有限元理論知識(shí)的理解和掌握情況。理論課程作業(yè)根據(jù)不同題型的特點(diǎn)，采用網(wǎng)絡(luò)電子版作業(yè)與紙質(zhì)版作業(yè)相結(jié)合的方式。對(duì)于問(wèn)答、判斷等題型，采用網(wǎng)絡(luò)提交作業(yè)，對(duì)于計(jì)算題，則采用紙質(zhì)版形式上交作業(yè)。實(shí)驗(yàn)課程作業(yè)主要是考查學(xué)生對(duì)有限元知識(shí)靈活運(yùn)用的能力。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中提供一些有限元ANSYS運(yùn)用實(shí)例供學(xué)生參考。鼓勵(lì)學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)資源，查找和了解國(guó)內(nèi)外有限元技術(shù)的發(fā)展情況，并通過(guò)獨(dú)立思考，解決一些實(shí)際的工程問(wèn)題。

2.5 考核方式改革

本課程采用多種立體式考核方式，考核形式包括上課考勤、實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力與實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況考核、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的使用以及期終考試等五部分。上課及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的使用情況的考核成績(jī)占總成績(jī)的30%，實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力與實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況占總成績(jī)30%，期終考試成績(jī)占總成績(jī)的40%，平時(shí)上課出勤率在90%以上方能參加期終考試。

3 網(wǎng)絡(luò)課程應(yīng)用效果

通過(guò)一個(gè)學(xué)期的網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)與教學(xué)實(shí)踐，本課程取得了一定的應(yīng)用效果。該課程累計(jì)點(diǎn)擊次數(shù)超過(guò)1000次，課程資料平均下載次數(shù)達(dá)到8次。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)布置作業(yè)5次，討論區(qū)提問(wèn)數(shù)達(dá)12個(gè)，且均為針對(duì)重點(diǎn)難點(diǎn)的啟發(fā)式問(wèn)題，在學(xué)生中引起了一定反響，很好地引導(dǎo)學(xué)生產(chǎn)生自學(xué)的濃厚興趣。

同時(shí)還在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中設(shè)置了問(wèn)卷調(diào)查，對(duì)學(xué)生的反饋意見(jiàn)進(jìn)行收集整理。對(duì)主要章節(jié)，建立了對(duì)應(yīng)的習(xí)題庫(kù)，包括填空、選擇、判斷、計(jì)算等常規(guī)題型，學(xué)生在課后時(shí)間，可以很方便地從習(xí)題庫(kù)中選擇自己薄弱的環(huán)節(jié)，來(lái)鞏固上課所學(xué)知識(shí)點(diǎn)。

在教學(xué)材料中共享了ANSYS有限元分析的實(shí)例9個(gè)以及2套有限元仿真練習(xí)題，供學(xué)生參考。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)里面共享了“有限元分析”的英文版教材，為學(xué)有余力的學(xué)生查閱相關(guān)的英文文獻(xiàn)資料提供了方便。

在教學(xué)過(guò)程中，致力于激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生的工程應(yīng)用能力，本課程受到了學(xué)生的廣泛好評(píng)。通過(guò)師生之間的互動(dòng)交流，也發(fā)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中存在一些問(wèn)題。比如“在線(xiàn)測(cè)試”欄目利用率不高；一些學(xué)生希望提供更多的例題等等。這些問(wèn)題都將在以后的教學(xué)過(guò)程中進(jìn)一步完善。

4 小結(jié)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了多學(xué)科預(yù)備知識(shí)的共享。將課堂中難以一一展示的相關(guān)知識(shí)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)來(lái)展示，極大地節(jié)省了教師的講授時(shí)間。師生之間的網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)，促成了一種新的溝通渠道，有利于教學(xué)相長(zhǎng)。研究表明，在本科生的教學(xué)過(guò)程中，對(duì)一些基礎(chǔ)課程（如“有限元分析”）使用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是十分有效的。

基金項(xiàng)目：湖南省特色專(zhuān)業(yè)資助項(xiàng)目；湖南省普通高校教學(xué)改革研究項(xiàng)目；長(zhǎng)沙理工大學(xué)校級(jí)教改項(xiàng)目

參考文獻(xiàn)

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[2] 孔繁博，王書(shū)慧，馮健欣.網(wǎng)絡(luò)課程的功能及教學(xué)模式初探[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2006（17）.