淺談能力導向體系下的工科有限元教學

周劍 王華畢 李德寶 張兵 王紅州 張騫 祖磊

[摘 要] 有限元方法已經成為現代工程研發和設計的重要工具，大部分高等院校的工科專業都將有限元方法列為本科生專業必修或選修課程。針對有限元方法理論復雜、內容廣泛與教學課時有限的矛盾，如何提高其教學效果成為一個亟待解決的問題。本文從優化理論教學內容、強調實踐環節和綜合考查教學效果等方面探索有限元課程的教學方法。首先要凝練有限元課程的主干內容，將核心思想和關鍵概念貫穿于整個課程，注意應用有限元方法的規范統一性。強調有限元軟件的實踐應用，讓學生掌握軟件的基本使用方法、培養分析簡化實際工程問題的能力，是實踐教學的主要目標。最后，從理論和實踐應用兩方面合理考查教學效果，是實現學生掌握有限元方法核心思想、基本理論和實際應用多重目標的必要手段。

[關鍵詞] 有限元;教學方法;理論和實踐;核心思想;規范統一

一、引言

有限元是以變分原理為基礎，吸取差分格式的思想而發展起來的一種有效的數值解法[1]。有限元方法作為數值解法，把求解無限自由度的待定函數轉化為求解有限自由度的待定值問題。依托有限元方法，計算力學發展成為龐大的計算機輔助工程分析（CAE）產業，有力推動了諸多工程領域的快速發展。目前，有限元方法及其軟件已廣泛用于機械、土木、航空航天、冶金、電氣等領域復雜工程的計算求解，是現代工程設計和分析的重要工具。……