基于研討式教學的應力分析與Ansys應用課程的思考

丁宇奇　劉巨保　李偉　張穎　龍飛飛

摘要：研討式教學手段是實施卓越工程師教育培養計劃的重要組成部分，通過研討式教學手段可提高學生解決實際工程問題的能力，可以實現課程內容與實際工程問題更好的結合。本文通過對卓越工程師培養學生的目的、特點和手段進行了闡述，結合東北石油大學過程裝備與控制工程專業開展的應力分析與Ansys應用課程，參照卓越工程師教學計劃，開展了研討式教學，通過課前工程案例—課堂研討學習—課后總結報告，三種學習方式相互結合的教學手段進行本門課程的學習。本文所提出的基于卓越工程師培養模式的研討式教學手段，使學生對本門課程的理論和具體應用得到了掌握，學習內容與工程實際更加貼近，解決工程問題的能力更強，為培養高級技術人才和本專業的其他課程的建設具有重要的指導意義。

關鍵詞：卓越工程師；研討式教學；工程問題；Ansys

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）11-0222-02

2010年教育部的重點工作“卓越工程師培養計劃”是列入中國高等教育中長期發展規劃的一個重要計劃，是通過教育和行業、高校和企業的密切合作，以實際工程為背景，以工程技術為主線，著力提高學生的工程意識、工程素質和工程實踐能力，培養出一大批創新型工程師，為我國走新型工業化道路和建設創新型國家提供堅實的人才支撐和智力保證。培養學生使其具有卓越工程師的技能，是應用型本科院校所必須面對并重視的問題。而研討式教學是變“講授式”為“研討式”；在教學目標上，變“授人以魚”為“授人以漁”；在教學形式上，變“一言堂”為“群言堂”；在師生關系上，變“主—客”改造關系為“主—主”合作關系。因此在開展“應力分析與Ansys應用”課程當中應當緊緊圍繞卓越工程師培養的目標，建立具有卓越特色的課程體系，改變現有教學模式，開展“研討式”教學，達到卓越工程師培養計劃的要求。

在如今的教育教學過程中，我們的教師隊伍不單單是教授學生傳統的知識及現代的技術知識，更重要的是要把學生引導到現代技術的前沿，培養學生的實踐能力和創新意識，最大限度地挖掘學生的潛能。Ansys是大型通用有限元分析軟件，由于有限元法具有精度高、適應性強以及計算格式規范統一等優點，已成為現代機械產品設計中的一種重要工具。所以如何培養一批卓越的工程師，值得我們去思考與探討。

一、基于研討式教學方法的課程教學設計

研討式教學成功的關鍵在于充分的教學準備與學生積極性的調動，體現在良好的課程教學設計和良好的課堂氛圍上。

首先，從教師講授的教學觀念上、教學意識上的準備。在這種教學環境中，從教的角度看，教師是學生學習的伙伴，是他們學習過程的策劃者，工作的重點在于“導”，即引導、指導、誘導、教導等，而不是傳統意義上的“授”。教師要充分發揮教學中的主導作用，不僅使學生掌握并能運用知識，達到傳統教學中所規定的教學目的和要求，而且還要注重培養學生主動獲取知識去解決實際問題的綜合能力。更多地挖掘學生的潛能，積極的培養學生的學習興趣和求知欲望，鼓勵學生自我設計與研究。

其次，從學生學習的角度上，學生應由習慣性的被動思維轉變為積極的主動思維，勤奮求知、主動探究，而不能被動地等待接受。只有這樣，才能切實在教學過程中體現出主體地位，通過主動、自覺地去獵取知識、運用知識解決面臨的問題，來提高自身的綜合素質和能力。興趣是最好的老師，我們要通過引導使學生對所學內容產生足夠的興趣，這樣技能激發學生的主動學習意識，也能提高學生的創新意識。

最后，是對研討題目和內容的綜合考慮和設計。這是研討式課程教學設計中最重要的內容，題目和內容選擇得是否恰當、適宜，直接關系到學生主動學習的興趣，也直接影響著研討課進行的效果。在學習的過程中，教師要注意培養學生的表達能力，因為作為當代卓越的工程師，在擁有高的專業知識的同時，也要善于交流、溝通和表達。

二、基于研討式教學方法的課程教學實施

本文以“應力分析與Ansys應用”課程中，關于“塔體管道結構應力分析”為例開展課程研討式教學設計。

“應力分析與Ansys應用”課程設置為32學時（2學分），按照課程計劃“塔體管道結構應力分析”按以往卓越工程師教學計劃為4學時，采用研討式教學后，增加了2學時。其中課前工程案例2學時，課堂研討學習2學時，課后總結報告2學時。采用研討式教學后，達到了卓越工程師培養的教學目的，學生能夠結合企業實際結構，針對具體問題，提出解決方案。使培養出的學生不僅能夠學到課堂中的內容，更能結合具體問題，提出改進思想，使對于卓越工程師的培養真正達到教—學—用的目的。

（一）課前工程案例講解

此項教學計劃主要是布置題目及給出要求。按照題目大小將其進一步細化，把學生分成若干個小組，有針對性地布置題目，并給出必要的提示。對查閱文獻、資料的數量及有關內容，撰寫的研究報告或論文，研討用的提綱和課件，考核評定等給出基本的要求。例如，現有一化肥廠管線開裂分析實例，具體案例為：合成氨塔體與富液線連接處每年春季發生開裂，導致液體發生滲漏，但此設備設計結構經設計單位校核后并不存在設計缺陷，而管線與塔體連接處確實發生了滲漏。在進行研討式教學過程中，首先引導學生查閱文獻。針對研討題目涉及的文獻資料的獲取，可以采用介紹相關資料和指導學生自己查找相結合的方式進行，教師指定的資料針對性較強，可以使學生少走彎路，對所研究問題有一個基本的了解，在此基礎上學生再自己查找文獻，可以進一步拓寬和深化對研究問題的認識。其次，指導學生對資料進行消化、歸納和研究。這一步工作是整個研討課中最重要的內容，學生精力投入的多少、方法是否得當、研究結果如何直接關系到研討課進行的效果。

（二）課堂研討學習

組織報告、討論、交流及講評、總結。課堂研討過程中，主要針對：

1.如何仿真塔體與管道的模型。通過對實際結構的分析可以知道，塔體與管道都屬于薄壁結構，因此，有限元模型可以采用pipe單元進行模擬。

2.分析開裂原因。通過對有限元模型的加載可知，管道與塔體屬于細長結構，在常規設計過程當中管道與塔體的設計沒有問題，都滿足強度要求。但在實際操作與工作過程中，由于塔體相對管道剛度較大，因此在工作過程中，塔體與管道連接處相對變形不協調。導致塔體與管道連接處發生疲勞開裂。

3.塔體與管道連接處優化設計。通過上述分析可知，若想解決連接處開裂問題，則首先要解決塔體與管道連接處的變形不協調問題。因此，可采用增加支撐方式，使塔體與管道連接處近似剛體連接，達到變形協調的目的。最終可通過有限元仿真方法，在電腦上完成優化設計，最后施工。

學生通過以上三個問題的研討，在小組或全班進行報告，未講解的學生針對所聽的研討課題進行討論，給出自己的想法和觀點等。通過上述的具體問題，培養學生了解工程實際中出現的問題，并結合課堂學習的理論知識，分析并解決工程實際問題。通過此類的教學方法，既能使學生鞏固課堂理論知識，又能達到學以致用。

（四）課后總結報告

針對課堂研討結果，每個學生對研討、交流的情況進行歸納、總結，對自己的研究報告做進一步的修改、整理和完善。同時，教師可根據每一個學生的發言給出評價，并作為考核的一部分依據。

實踐是檢驗真理的唯一標準，所以在學到理論的同時要更多的參與到實踐中區，從而進一步深化理論內容，對于卓越工程師而言，僅僅具備專業理論功底是不夠的，更多的要有時間能力和經驗。

三、結論

通過開展“應力分析與Ansys應用”課程的研討式教學，針對課程特點選擇適合的教學內容開展研討式教學可以培養和提高學生多方面的能力，如自學能力、思維能力、寫作能力、口頭表達能力、教學能力、研究與創新能力等，從而提高學生的綜合素質。

培養卓越的工程師是一個復雜的過程，所以，要培養出一名卓越的工程師，就是要理論與實踐相結合，更多地應用到實際生產生活當中去。在當今發展的時代，社會各行各業都需要工程師，因此，我們要從創造性、創新性等各方面去培養卓越的工程師。

總之，通過開展研討式教學，能在理論上大幅度提升學生的水平、通過企業工程項目實例分析使學生脫離書本知識，真正地能夠學以致用，用所學習的理論知識解決實際問題，為本專業卓越工程師的培養提供可靠的手段。

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