“有限元分析”網絡教學課程改革的探索與實踐

武和全 胡宏偉 薛盈盈

摘 要 文章以“有限元分析”網絡教學課程為例，對課程資源建設、教學方法、考核方法等方面的教學改革實踐情況進行了詳細分析，結果表明“有限元分析”網絡教學的效果良好。

關鍵詞 有限元 網絡課程 教學改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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 課程資源建設情況

“有限元分析”課程的理論性和實踐性較強。授課教師結合自己在“有限元分析”方面多年的教學和科研工作經歷，在學校網絡教學平臺先后上傳了大量與該課程有關的教學資料，包括教學大綱、教學日歷、教學課件、電子教材、教學案例、教學視頻、英文教材習題庫、課程試卷及參考資料等。其中教學案例包含超靜定桁架結構的有限元分析程序、受內壓作用球體的應力與變形有限元分析程序、壩體的有限元受力分析程序、軸承座應力分析ANSYS程序、工程車受載荷應力分析ANSYS程序等。建設了一個習題庫，習題形式有填空、選擇、問答、判斷、計算等；同時給出了參考答案，供學生自學；給出了課程的模擬試卷庫，目前已有二套模擬試卷并附有參考答案，可供學生自我測驗。在答疑與交流區(qū)，針對各章節(jié)的重點與難點，分別羅列了一些常見問題，引導、激發(fā)學生的自主學習能力；有了這個網絡教學平臺，學生除了當面提問之外，還可以在討論區(qū)跟老師提問與交流。

課程資源的豐富性、多樣性和條理性極大地方便了學生的自主學習。

2 網絡課程教學方法改革情況

2.1 采取課堂講授、多媒體與網絡教學相結合的現代化教學方法

“有限元分析”課程涉及力學、數學和計算機學的相關知識，是多學科交叉的典型代表。而由于受到課程學時量的限制，傳統(tǒng)的教學方法難以在較短的時間內提供足夠的教學信息量。將傳統(tǒng)教學方法與現代的多媒體、網絡課程教學及實踐教學等密切結合，綜合發(fā)揮各種教學手段的優(yōu)點，改善教學效果，提高教學水平，激發(fā)學生學習興趣。在教學過程中，充分利用視頻、圖片、動畫、PPT等來豐富多媒體教學素材，節(jié)省了大量的時間，并使學生從簡單的文字公式的使用到如何結合具體結構進行分析都有了清晰的、直觀的、生動的認識，收到了良好的教學效果。

2.2 開放式教學與互動式教學相結合

教學活動以學生為中心來展開，充分調動學生的積極性。靈活選用教材，在授課過程中充分考慮學生的基礎知識，做到有的放矢。課堂教學過程中給學生留有思考的余地，在課堂上或網絡平臺的答疑討論區(qū)設置問題留給學生思考，通過自主學習的方法培養(yǎng)學生的自學能力、聯想能力和綜合運用知識能力，啟發(fā)學生的創(chuàng)造性思維。盡可能加強討論式教學，首先引出問題，讓學生思考討論尋求答案后，老師再對此問題進行總結并指出注意事項。這種不斷討論問題、解決問題的過程，有利于激發(fā)學生參與到教學中，培養(yǎng)獨立思考能力，提高基礎知識的靈活、綜合運用能力，使學生由被動型學習轉向主動型學習。

2.3 理論聯系實際，強調工程應用

“有限元分析”課程是一門實踐性較強的課程，課堂教學應當與工程實踐問題結合起來。針對有限元算法求解的復雜性，教學過程結合大量的設計案例來進行。比如超靜定桁架結構的有限元求解、軸承座應力分析、盤式制動器溫度場分析、工程車受載荷應力分析等等。理論聯系實際，使學生加強感性認識，掌握有限元分析的理論和基本方法。利用開放實驗室，讓學生自主設計相關的有限元程序，并與傳統(tǒng)計算方法進行比較，檢驗自己設計的準確性。鼓勵學生參加“有限元分析”相關的設計大賽，并應用于工程實踐中，比如運用有限元方法對“大學生方程式賽車”的結構件進行強度分析，提高了學生的綜合素質。

2.4 課程作業(yè)

課程作業(yè)分為理論課程作業(yè)及實驗課程作業(yè)。理論課程作業(yè)主要考察學生對有限元理論知識的理解和掌握情況。理論課程作業(yè)根據不同題型的特點，采用網絡電子版作業(yè)與紙質版作業(yè)相結合的方式。對于問答、判斷等題型，采用網絡提交作業(yè)，對于計算題，則采用紙質版形式上交作業(yè)。實驗課程作業(yè)主要是考查學生對有限元知識靈活運用的能力。在網絡教學平臺中提供一些有限元ANSYS運用實例供學生參考。鼓勵學生利用網絡資源，查找和了解國內外有限元技術的發(fā)展情況，并通過獨立思考，解決一些實際的工程問題。

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、實驗動手能力與實驗報告完成情況考核、網絡教學平臺的使用以及期終考試等五部分。上課及網絡教學平臺的使用情況的考核成績占總成績的30%，實驗動手能力與實驗報告完成情況占總成績30%，期終考試成績占總成績的40%，平時上課出勤率在90%以上方能參加期終考試。

3 網絡課程應用效果

通過一個學期的網絡課程建設與教學實踐，本課程取得了一定的應用效果。該課程累計點擊次數超過1000次，課程資料平均下載次數達到8次。通過網絡布置作業(yè)5次，討論區(qū)提問數達12個，且均為針對重點難點的啟發(fā)式問題，在學生中引起了一定反響，很好地引導學生產生自學的濃厚興趣。

同時還在網絡教學平臺中設置了問卷調查，對學生的反饋意見進行收集整理。對主要章節(jié)，建立了對應的習題庫，包括填空、選擇、判斷、計算等常規(guī)題型，學生在課后時間，可以很方便地從習題庫中選擇自己薄弱的環(huán)節(jié)，來鞏固上課所學知識點。

在教學材料中共享了ANSYS有限元分析的實例9個以及2套有限元仿真練習題，供學生參考。在網絡教學平臺里面共享了“有限元分析”的英文版教材，為學有余力的學生查閱相關的英文文獻資料提供了方便。

在教學過程中，致力于激發(fā)學生的興趣，提高學生的工程應用能力，本課程受到了學生的廣泛好評。通過師生之間的互動交流，也發(fā)現了網絡教學中存在一些問題。比如“在線測試”欄目利用率不高；一些學生希望提供更多的例題等等。這些問題都將在以后的教學過程中進一步完善。

4 小結

網絡教學平臺實現了多學科預備知識的共享。將課堂中難以一一展示的相關知識通過網絡教學平臺來展示，極大地節(jié)省了教師的講授時間。師生之間的網絡互動，促成了一種新的溝通渠道，有利于教學相長。研究表明，在本科生的教學過程中，對一些基礎課程（如“有限元分析”）使用網絡教學是十分有效的。

基金項目：湖南省特色專業(yè)資助項目；湖南省普通高校教學改革研究項目；長沙理工大學校級教改項目

參考文獻

[1] 趙慧臣.網絡課程群知識建構研究：促進跨課程的網絡學習[J].現代遠程教育研究，2014（2）.

[2] 孔繁博，王書慧，馮健欣.網絡課程的功能及教學模式初探[J].科技情報開發(fā)與經濟，2006（17）.