機械專業(yè)有限元方法及應用類課程教學模式探討

陳松　丁軍　楊鄂川

摘 要 針對應用型本科院校有限元方法及應用類課程教學過程中缺少上機實踐以及實踐環(huán)節(jié)中存在的問題，為了使學生在有限的時間內即掌握理論知識又能將理論知識應用于工程實際中，通過軟件應用來加深對理論的理解和掌握。對該類課程的教學模式進行研究，對教學計劃、教學內容、教學形式、教學方法與考核評分方式進行探討。

關鍵詞 有限元方法 上機實踐 教學模式

中圖分類號：G642.41 文獻標識碼：A

1有限元類課程開設上機實踐環(huán)節(jié)的必要性分析

為了適應企業(yè)對人才的需求，越來越多的應用型本科院校機械工程類專業(yè)開設有限元方法及應用類課程，這類課程的學習在學生參與校外科研、畢業(yè)設計、課程設計中有積極的作用。特別是對于設計專業(yè)的學生，有限元方法及應用成為大多數(shù)高校機械設計類專業(yè)廣泛開設的一門課程，該類課程的開設在優(yōu)化設計、改進設計中的應用越來越多。但多數(shù)應用型本科院校在這類課程的教學過程中仍然采用傳統(tǒng)的教學模式，還是以理論教學為主、以老師的課堂講解為主，學生幾乎沒有參與的機會，面對枯燥、難學的理論知識，學生即使課堂上聽懂了，但課后練習和課程設計、畢業(yè)設計中應用的時候又會無從下手，理論還是僅停留在理論，所以在有限元方法及應用類課程中必須加入上機實踐環(huán)節(jié)，并通過軟件應用來加深對理論的理解和掌握。為了改變這種狀況，提高教學效果，有限元方法及應用類課程很有必要開設上機實踐環(huán)節(jié)。

2實踐環(huán)節(jié)存在的問題分析

針對應用型本科院校有限元方法及應用類課程的教學改革，已經(jīng)有一些院校進行了相關的嘗試和探索，很多高校也都逐漸重視上機實踐教學，增加了有限元方法及應用類課程上機的環(huán)節(jié)，并在上機實踐過程中采用了不同的實踐教學方法。但實踐教學中學生還只是“依葫蘆畫瓢”，雖然完成了例題和練習，但一知半解或者完全不知所以然，理論和實踐脫節(jié)。在上機實驗中教師演示和學生跟蹤練習、反復操作，雖熟悉了軟件的具體操作及軟件分析的流程，但為什么這樣做？還是否有其他的分析方法？學生從未考慮過。導致學生在后續(xù)的課程設計、畢業(yè)設計、參與科研中遇到類似的問題只能用同樣的一種方式解決，思維受到無形的禁錮，創(chuàng)新就無從談起。

此外，有限元軟件是專業(yè)性極強的應用軟件，對使用者的力學知識和工程知識有較高的要求，有限元課程上機實踐環(huán)節(jié)中多數(shù)學生還不能很好地將專業(yè)理論知識與軟件操作結合、造成理論學習和實踐環(huán)節(jié)脫節(jié)、對理論知識的靈活運用不夠、創(chuàng)造性不強等問題。在課程教學中以激發(fā)學生學習積極性、創(chuàng)造性和自學能力為主要目標，培養(yǎng)學生面對問題、分析問題、解決問題的能力，使學生真正達到即理解了理論知識又能夠靈活運用理論知識來解決工作和學習中的各種問題。

理論與實踐有機結合是軟件應用類課程教學的終極目標，學生即鞏固和加深了理論又對軟件的操作進行了深入了解，相互促進。針對上述問題，采用理論與實踐同步的教學方式，理論在實踐中理解、鞏固，由于理解了理論，在實踐中明白了然和所以然，記憶效果更好。同時采用項目分析教學法、培訓式教學法，不僅提高了課堂的教學效果，而且學生既學習了軟件和理論知識、同時能夠與工程實際有機的結合起來，提高了教學效果，達到了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。

3具體的改進及應對辦法

有限元法及應用有別于以理論講授為主的其他課程，如果學生只是在課堂上被動地聽講，而沒有具體的上機實踐和練習，學好該門課程會相對費力，即使課堂上學會了也很難將所學內容具體應用到畢業(yè)設計甚至以后的工作中。

根據(jù)應用型本科院校對人才培養(yǎng)的需要，理論和實踐同步教學講授，學生在學理論的過程中進行軟件操作練習，老師在講授理論和實踐教學中應將理論和教學結合起來，將理論融入與實踐，反過來用實踐來加深對理論的學習和理解，理論與實踐合一。要達到這樣的教學效果，需要將理論與實踐同步教學，必須對教學計劃、教學內容、教學形式、教學方法與考核評價方式進行改革和探索。

在教學計劃制定過程中，應根據(jù)理論所學內容和軟件操作的內容同步化，課時安排為理論教學和實踐教學同步交替進行，理論和實踐相得益彰，制定教學計劃時在教學條件允許的情況下可以將理論和實踐均安排在計算機機房進行。在教學內容上，要將培養(yǎng)目標、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求、課程培養(yǎng)目標結合起來，重知識的理解應用、創(chuàng)新能力的形成。在教學形式上，突出理論教學和上機實踐同步，甚至可以采用培訓式教學，在上機實踐中穿插理論知識的講解。在考核評價方式上，采用實踐過程中考核和課程論文考核相結合的方式，這種方式既能考察學生在實踐環(huán)節(jié)對知識掌握的程度，又能對學生對概念的理解以及對具體應用的考察，有利于學生以后的畢業(yè)設計、工作和科研等。

通過對對學生的學習積極性和學習效果進行跟蹤，發(fā)現(xiàn)學生對理論課上理解不太清楚的概念通過與軟件的結合理解的更深入了，同時將理論課程中學習的內容與軟件結合起來，熟悉了軟件的計算原理，對更好、更深入地掌握軟件應用有極大的促進作用，學生反映“理論學習好像不再枯燥，軟件的計算過程也很有意思、軟件的內容好像博大精深、對課程的興趣也很大”。在后期的課程設計、專業(yè)實習、畢業(yè)設計中學生更容易上手，完成的效果和質量都有極大提高；同時，學生參與到校級和市級的創(chuàng)新設計大賽等活動的積極主動也得到了極大的提高。

4結束語

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，對有限元方法及應用類課程的要求越來越高，本文提出的教學模式注重理論知識與實踐技能的結合以及解決實際問題能力的培養(yǎng)，理論知識圍繞實踐展開，減少了重復內容和環(huán)節(jié)以及不同教學方式間知識講解的不連貫。使學生在學習軟件操作技能的同時鞏固了理論知識，達到解決工程問題的目的。

基金項目：重慶理工大學校級教研項目（2013YB05）。

作者簡介：陳松（1979-），男，博士，副教授，主要從事結構動力學方面的教學和研究工作。

參考文獻

[1] 陳松，丁軍等.CAE軟件應用類課程教學方法改革與實踐[J].科教導刊，2015（03）：56-57.

[2] 戴啟昌.理論與實踐一體化教學改革[J].中國職業(yè)技術教育，2010（14）：14-16.