機(jī)械專業(yè)有限元方法及應(yīng)用類課程教學(xué)模式探討

陳松　丁軍　楊鄂川

摘 要 針對(duì)應(yīng)用型本科院校有限元方法及應(yīng)用類課程教學(xué)過程中缺少上機(jī)實(shí)踐以及實(shí)踐環(huán)節(jié)中存在的問題，為了使學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)即掌握理論知識(shí)又能將理論知識(shí)應(yīng)用于工程實(shí)際中，通過軟件應(yīng)用來加深對(duì)理論的理解和掌握。對(duì)該類課程的教學(xué)模式進(jìn)行研究，對(duì)教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)方法與考核評(píng)分方式進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 有限元方法 上機(jī)實(shí)踐 教學(xué)模式

中圖分類號(hào)：G642.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1有限元類課程開設(shè)上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)的必要性分析

為了適應(yīng)企業(yè)對(duì)人才的需求，越來越多的應(yīng)用型本科院校機(jī)械工程類專業(yè)開設(shè)有限元方法及應(yīng)用類課程，這類課程的學(xué)習(xí)在學(xué)生參與校外科研、畢業(yè)設(shè)計(jì)、課程設(shè)計(jì)中有積極的作用。特別是對(duì)于設(shè)計(jì)專業(yè)的學(xué)生，有限元方法及應(yīng)用成為大多數(shù)高校機(jī)械設(shè)計(jì)類專業(yè)廣泛開設(shè)的一門課程，該類課程的開設(shè)在優(yōu)化設(shè)計(jì)、改進(jìn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越多。但多數(shù)應(yīng)用型本科院校在這類課程的教學(xué)過程中仍然采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式，還是以理論教學(xué)為主、以老師的課堂講解為主，學(xué)生幾乎沒有參與的機(jī)會(huì)，面對(duì)枯燥、難學(xué)的理論知識(shí)，學(xué)生即使課堂上聽懂了，但課后練習(xí)和課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中應(yīng)用的時(shí)候又會(huì)無從下手，理論還是僅停留在理論，所以在有限元方法及應(yīng)用類課程中必須加入上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)，并通過軟件應(yīng)用來加深對(duì)理論的理解和掌握。為了改變這種狀況，提高教學(xué)效果，有限元方法及應(yīng)用類課程很有必要開設(shè)上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)。

2實(shí)踐環(huán)節(jié)存在的問題分析

針對(duì)應(yīng)用型本科院校有限元方法及應(yīng)用類課程的教學(xué)改革，已經(jīng)有一些院校進(jìn)行了相關(guān)的嘗試和探索，很多高校也都逐漸重視上機(jī)實(shí)踐教學(xué)，增加了有限元方法及應(yīng)用類課程上機(jī)的環(huán)節(jié)，并在上機(jī)實(shí)踐過程中采用了不同的實(shí)踐教學(xué)方法。但實(shí)踐教學(xué)中學(xué)生還只是“依葫蘆畫瓢”，雖然完成了例題和練習(xí)，但一知半解或者完全不知所以然，理論和實(shí)踐脫節(jié)。在上機(jī)實(shí)驗(yàn)中教師演示和學(xué)生跟蹤練習(xí)、反復(fù)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(xué)生從未考慮過。導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)的課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)、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(qiáng)的應(yīng)用軟件，對(duì)使用者的力學(xué)知識(shí)和工程知識(shí)有較高的要求，有限元課程上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)中多數(shù)學(xué)生還不能很好地將專業(yè)理論知識(shí)與軟件操作結(jié)合、造成理論學(xué)習(xí)和實(shí)踐環(huán)節(jié)脫節(jié)、對(duì)理論知識(shí)的靈活運(yùn)用不夠、創(chuàng)造性不強(qiáng)等問題。在課程教學(xué)中以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性、創(chuàng)造性和自學(xué)能力為主要目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生面對(duì)問題、分析問題、解決問題的能力，使學(xué)生真正達(dá)到即理解了理論知識(shí)又能夠靈活運(yùn)用理論知識(shí)來解決工作和學(xué)習(xí)中的各種問題。

理論與實(shí)踐有機(jī)結(jié)合是軟件應(yīng)用類課程教學(xué)的終極目標(biāo)，學(xué)生即鞏固和加深了理論又對(duì)軟件的操作進(jìn)行了深入了解，相互促進(jìn)。針對(duì)上述問題，采用理論與實(shí)踐同步的教學(xué)方式，理論在實(shí)踐中理解、鞏固，由于理解了理論，在實(shí)踐中明白了然和所以然，記憶效果更好。同時(shí)采用項(xiàng)目分析教學(xué)法、培訓(xùn)式教學(xué)法，不僅提高了課堂的教學(xué)效果，而且學(xué)生既學(xué)習(xí)了軟件和理論知識(shí)、同時(shí)能夠與工程實(shí)際有機(jī)的結(jié)合起來，提高了教學(xué)效果，達(dá)到了培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。

3具體的改進(jìn)及應(yīng)對(duì)辦法

有限元法及應(yīng)用有別于以理論講授為主的其他課程，如果學(xué)生只是在課堂上被動(dòng)地聽講，而沒有具體的上機(jī)實(shí)踐和練習(xí)，學(xué)好該門課程會(huì)相對(duì)費(fèi)力，即使課堂上學(xué)會(huì)了也很難將所學(xué)內(nèi)容具體應(yīng)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)甚至以后的工作中。

根據(jù)應(yīng)用型本科院校對(duì)人才培養(yǎng)的需要，理論和實(shí)踐同步教學(xué)講授，學(xué)生在學(xué)理論的過程中進(jìn)行軟件操作練習(xí)，老師在講授理論和實(shí)踐教學(xué)中應(yīng)將理論和教學(xué)結(jié)合起來，將理論融入與實(shí)踐，反過來用實(shí)踐來加深對(duì)理論的學(xué)習(xí)和理解，理論與實(shí)踐合一。要達(dá)到這樣的教學(xué)效果，需要將理論與實(shí)踐同步教學(xué)，必須對(duì)教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式、教學(xué)方法與考核評(píng)價(jià)方式進(jìn)行改革和探索。

在教學(xué)計(jì)劃制定過程中，應(yīng)根據(jù)理論所學(xué)內(nèi)容和軟件操作的內(nèi)容同步化，課時(shí)安排為理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)同步交替進(jìn)行，理論和實(shí)踐相得益彰，制定教學(xué)計(jì)劃時(shí)在教學(xué)條件允許的情況下可以將理論和實(shí)踐均安排在計(jì)算機(jī)機(jī)房進(jìn)行。在教學(xué)內(nèi)容上，要將培養(yǎng)目標(biāo)、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)要求、課程培養(yǎng)目標(biāo)結(jié)合起來，重知識(shí)的理解應(yīng)用、創(chuàng)新能力的形成。在教學(xué)形式上，突出理論教學(xué)和上機(jī)實(shí)踐同步，甚至可以采用培訓(xùn)式教學(xué)，在上機(jī)實(shí)踐中穿插理論知識(shí)的講解。在考核評(píng)價(jià)方式上，采用實(shí)踐過程中考核和課程論文考核相結(jié)合的方式，這種方式既能考察學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)知識(shí)掌握的程度，又能對(duì)學(xué)生對(duì)概念的理解以及對(duì)具體應(yīng)用的考察，有利于學(xué)生以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)、工作和科研等。

通過對(duì)對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)效果進(jìn)行跟蹤，發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)理論課上理解不太清楚的概念通過與軟件的結(jié)合理解的更深入了，同時(shí)將理論課程中學(xué)習(xí)的內(nèi)容與軟件結(jié)合起來，熟悉了軟件的計(jì)算原理，對(duì)更好、更深入地掌握軟件應(yīng)用有極大的促進(jìn)作用，學(xué)生反映“理論學(xué)習(xí)好像不再枯燥，軟件的計(jì)算過程也很有意思、軟件的內(nèi)容好像博大精深、對(duì)課程的興趣也很大”。在后期的課程設(shè)計(jì)、專業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)生更容易上手，完成的效果和質(zhì)量都有極大提高；同時(shí)，學(xué)生參與到校級(jí)和市級(jí)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽等活動(dòng)的積極主動(dòng)也得到了極大的提高。

4結(jié)束語

培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，對(duì)有限元方法及應(yīng)用類課程的要求越來越高，本文提出的教學(xué)模式注重理論知識(shí)與實(shí)踐技能的結(jié)合以及解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)，理論知識(shí)圍繞實(shí)踐展開，減少了重復(fù)內(nèi)容和環(huán)節(jié)以及不同教學(xué)方式間知識(shí)講解的不連貫。使學(xué)生在學(xué)習(xí)軟件操作技能的同時(shí)鞏固了理論知識(shí)，達(dá)到解決工程問題的目的。

基金項(xiàng)目：重慶理工大學(xué)校級(jí)教研項(xiàng)目（2013YB05）。

作者簡介：陳松（1979-），男，博士，副教授，主要從事結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面的教學(xué)和研究工作。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳松，丁軍等.CAE軟件應(yīng)用類課程教學(xué)方法改革與實(shí)踐[J].科教導(dǎo)刊，2015（03）：56-57.

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