學位課《彈性力學及有限元》教學改革創新性研究

付澤民 吳力杰

摘 ? 要：當今各學科之間相互滲透和融合，傳統高校的教學模式已經無法滿足實際需求，如何進行傳統學科課程的改革，培養當代研究生在學習和工作中的創新能力、提升其綜合素質已成為新教育理念下急需探索的重要課題。《彈性力學及有限元》作為工科研究生一門重要的學位課程，有著理論性強、概念抽象、邏輯嚴密等特點，傳統的教學模式不能很好應對。本文從教學內容、教學方法以及教學手段三個方面進行創新式探索，將現代教學手段融入其中，同時將專業知識和工程實例融合進理論教學，將抽象枯燥難懂的理論通過實例生動的展現出來，從而大幅提高教學質量。

關鍵詞：彈性力學及有限元 ?教學改革 ?創新探索

中圖分類號：O343-4;G643 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）10（b）-0188-03

Abstract： Nowadays， various disciplines have penetrated and merged with each other， The traditional teaching mode of colleges and universities can no longer meet the actual needs. How to reform the teaching mode， cultivate the innovative ability of contemporary graduate students， and improve their comprehensive quality has become an important topic that needs to be explored under the new educational concept. As an important degree course for engineering graduate students， "Elasticity and Finite Element" is theoretically strong， abstract in concept and logically rigorous， which poses great challenges to the traditional teaching mode. This paper explores the three aspects of teaching content， teaching methods and teaching methods， and integrates modern teaching methods into it. At the same time， it integrates professional knowledge and engineering examples into theoretical teaching， and vividly reveals the abstract and boring theory through examples. Greatly improve the quality of teaching in colleges and universities.

Key Words： Elastic mechanics finite element; Teaching reform; Innovation exploration

1 ?引言

科學技術的飛速發展使得工業制造技術迅速崛起，國家對于高素質科技制造人才的需求越來越高。各大高校作為研究生的重要培養基地，對人才質量的影響深遠。但是通過對高校畢業的研究生在企業中并不突出的表現來看，高校的教育模式可能已經無法在滿足社會對于人才的需求。事實上，我國對人才學歷的重視程度過高，可能導致學生能力培養上出現失衡，工作中的創新能力是企業對人才的普遍期望，但事實表明，各大高校培育出的人才在這方面的表現無法滿足社會需求。可見，研究生創新能力的培養已經成為當前高校進行教學改革的主要方向[1]。

有限元分析作為工程技術人員必須掌握的一項專業技能，在機械制造與建筑設計等領域有著非常廣泛的應用，它可以幫助工程師在產品設計與設備制造過程中精確評估設計對象的精確性，檢驗材料或設備的技術性能。隨著技術的發展，彈性力學與有限元分析在解決實際工程問題的實踐中將發揮越來越重要的作用[1]。另外，軟件開發的加速使得有限元分析的效率大幅提升，有限元分析在科學技術領域以及工程技術領域中有了更加廣闊的應用前景。基于此，對于將來可能從事相關行業研究生就需要重視《彈性力學及有限元》這門課程。而高校關于該課程的理論教材存在不足，基礎概念與知識點晦澀難懂，而且邏輯性強，對教師授課與學生理解造成了較大障礙。更多情況下，學生只能通過老師的理論授課暫時掌握理論知識，對于自主學習能力的培養以及工程案例的處理上存在明顯缺陷。這顯然無法滿足社會對于相關行業人才的需求，因此對高校研究生學位課《彈性力學及有限元》的改革勢在必行。

2 ?基于《彈性力學及有限元》課程對當前研究生課程教學模式的分析

2.1 課程教學內容與模式存在問題

在機械工程專業的研究生的課程中，彈性力學與有限元分析地位突出，該課程集彈性力學理論、數值計算、矩陣分析等知識于一體，想讓學生通過學校有限的課時掌握基本不可能。經過多年的發展，該課程已經形成相對完善的體系，科技的進步也逐漸模糊了傳統課程體系之間的界限[1]，這就要求課程與實際生產生活之間的關系也更加密切，然而該課程的內容卻長時間無法得到更新，造成其與需求之間產生明顯的脫節。

該課程作為研究生學位課程，在教材內容上來講和本科材教材的重復率過高，很多內容已經沿用許久[2]。目前主要的教學模式是理論知識的教學和上機實踐，前者的理論教學基本以老師授課為主要形式，而后者的實踐則基本是學生按照指導書進行簡單的實例分析、上機模擬等。這些實踐內容比較簡單且沒有代表性，學生往往在不求甚解的過程中就完成此過程，甚至在課程結束之后學生都不知道自己所學為何、軟件如何操作。這樣一來，根本無法發掘學生的實踐創新能力，反而會適得其反，讓學生產生厭倦心理。

2.2 教學實驗平臺應用不足影響教學實踐

優質的教學不僅需要完善的課程體系為支撐，基礎的教學實驗平臺也不能忽視。基于這點考慮，高校增設課程所需的實驗教學平臺非常有必要，在有限元分析課程中，板材成形設備、高性能工作站以及Abaqus等在內的仿真軟件是最為基礎的軟硬件平臺。而目前高校在這方面表現仍存在不足，一方面是這些教學基礎實驗平臺的缺失或者不完善，另一方面是硬件基礎到位但是又無法很好的投入實際教學中。為了真正的發揮實驗平臺的作用，需要強化校企聯合，加強高校與企業的合作，應由企業提供一些技術指導來幫助高校、幫助學生更好的使用這些平臺，理解和鞏固所學理論知識，為以后的學習做好準備。

3 ?以創新能力培養為目標的教學改革措施的制定

3.1 更新教學內容，轉變教學方式

（1）如前文所述，該課程的教材內容已經脫節，需要根據當前最新的研究熱點進行更新。目前，伺服壓力機的結構強度以及整體剛性的分析、機床變形的模擬、板材沖壓成形以及回彈的動態過程的分析等都是該領域較為成熟的最新成果，都可以作為經典的工程實例要求學生掌握。學校可以基于這些素材，設計一些能夠充分發掘學生創新能力的題目，作為學生平時的上機練習項目或者是考試的內容來鍛煉學生的創新能力。

（2）鑒于高校教學長期以來采取的直輸式教學方式不能很好的刺激學生的學習興趣，甚至還會起到反作用，應該更加強調啟發式的教學方式，對學生的要求不再局限于對理論知識的掌握，而是更加突出學生在對理論知識掌握的基礎之上培養實踐動手能力，利用有限元分析軟件對實際工程問題進行動態仿真。

（3）互聯網技術催生出多媒體教學，經過十幾年的發展已一種重要的現代教學方法。但是這樣的教學方法并不適合所有課程，尤其是對于彈性力學及有限元這類理論和實踐性強的現代學科類型[3]。當然，此處并非否定，而是說完全依靠多媒體教學不是最佳方式。為了更好的幫助學生，我校在校園網上專門建立了該課程的改革主頁，主要是借助網絡教學方式，將教材的內容和CAD技術、FEA仿真以及CAI教學進行整合并放在網絡上，學生可以隨時通過訪問網站獲取這些教學資源，更好地研究與學習[2]。

3.2 突出教學目的，培養創新能力

學生在教學活動中應當處于主體地位，而教師則主要起引導作用，引導學生學習，開拓學生思路，創新教學方法，擺脫傳統教學中單純的案例講解模式，調選一些具有代表性的具有工程背景的有限元實例，劃分難度等級，由學生自行完成建模、數值計算、數據分析等過程，更好的促進學生在解決實際問題的過程中熟練的掌握解決問題的方法。而為了更好的實現該目的，在上機練習中也要選擇兼具綜合性和開放性的練習項目，激勵學生不斷思考，發揮想象力與創新能力。

3.3 改革考試方式，豐富考核途徑

考試是檢驗課堂教學質量的一種最直接有效的途徑，但是現代教學對于考試本身含義的理解上似乎出現了偏差，導致學生認為學習的目的就是為了最后的考試，這種認識顯然是錯誤的。考試可以幫助學生及時的認清自己學習中存在的薄弱環節，糾正自己的學習狀態，而且對于學校而言也可以很好的評估學生的學習狀態和學校的教學質量。但是在今天這樣的時代，必須做出改變，變革現有的考核方式，不能把閉卷考試作為唯一的方式[6]。在該課程中，采取閉卷方式的方式會使學生在復習過程中消耗大量的時間在公式的記憶等方面，完全無法幫助學生拓展思維、提高創新能力。因此，在考試方式上，要采取復合考核的方式，在考察的內容上要體現綜合性與靈活多樣性。

3.4 結合工程實踐，加強科教融合

一方面，高水平的教學和科研是分不開的，高質量的教學可以促進科研的進步，而科研又可以不斷充實教學，所以應該促進兩者之間形成一種良心互動的態勢[4]。針對該課程，可以在現有的國家自然科學基金等科研平臺上，注重基礎理論與實際工程問題的結合，推動教學改革，培育出社會需要的創新型人才[2]。

另一方面，正確認識課程教學和工程實踐之間的關系，對該課程而言，單純的理論教學毫無意義，需要聯系工程實踐才能更好的提升學生的能力，而這需要高校加強與企業的合作，從中整理出一些具有代表性的有限元分析的典型實例作為學生的培訓素材。通過這樣的方式，可以很好實現專業知識與工程實例在該課程教學中的有效融合，形成多元化的教學模式，大幅提升教學質量。

4 ?結語

研究生人才的培養在我國的人才培養中占據非常重要的地位，而當下社會對于人才創新能力的需求加劇迫使高校需要對研究生培養教育的方式做出改變，筆者通過自身多年的教學經驗，結合機械工程專業的特點，指出《彈性力學及有限元》課程在傳統教學模式中存在的不足：一是教學的內容陳舊且構成不合理;二是與課程配套的教學基礎實驗平臺的缺陷。本著對學生創新能力進行開發的目的，提出優化教學內容與方式、突出教學理念、改革考試模式、注重科教聯合等改革措施[7]，促進學生在研究與學習過程注重自身創新能力的培養。

參考文獻

[1]于玉真，李偉亮，李勵，等.《彈性力學與有限元分析》課程教學改革研究[J].教育教學論壇，2017（45）：102-103.

[2] 付澤民.研究生學位課《彈性力學及有限元》的創新教學研究[J].科技創新導報，2016，13（19）：151-152，154.

[3] 方子帆，覃琳，何孔德，等.工學研究生學位課《有限元法》的教學與改革實踐[J].中國電力教育，2019（4）：60-62.

[4] 張元祥，倪成員.機械類專業有限元法與應用課程教學改革的研究與探索[J].科教文匯（上旬刊），2018（8）：76-79.

[5] 劉淑芬，李衛民，黃海龍.“彈性力學及有限元”課程教學改革研究與創新——以遼寧工業大學為例[J].科教文匯（中旬刊），2019（4）：81-83.

[6] 徐杰，樊宇，王延慶.有限元分析基礎課程教學改革研究與實踐[J].科教文匯（下旬刊），2015（2）：67-69.

[7] 智晉寧.有限元方法課程教+學改革與實踐[J].安徽工業大學學報：社會科學版，2010，27（5）：117-118.