“新工科”背景下《有限元法原理與應用》課程開放式教學模式探究

楊帆 劉百來 鳳濤

【摘? ?要】? 《有限元法原理與應用》是工程類研究生一門重要的專業(yè)課，使學生理解有限元法并提高學生建模和分析的能力。文章以“新工科”背景下培養(yǎng)創(chuàng)新型人才為目標，針對課程目前的現狀和存在的問題，提出開放式教學模式。通過課堂教學實踐，驗證開放式教學模式對培養(yǎng)滿足新工科建設要求的綜合性工程專業(yè)人才具有重要意義。

【關鍵詞】? 新工科;工程專業(yè);研究生培養(yǎng);有限元法原理與應用

“新工科”建設強調工程教育教學改革要適應未來產業(yè)發(fā)展，培養(yǎng)有創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、動態(tài)適應能力的交叉復合型人才。“新工科”的提出為工程教育的理論和實踐探索提供了一個全新的視角，為工程專業(yè)人才培養(yǎng)提供了一個新機遇。

《有限元法原理與應用》作為工程類專業(yè)研究生的一門專業(yè)課程，主要講授有限元的原理及計算機建模與分析等方面的基本理論與方法。如何培養(yǎng)符合“新工科”要求的高素質創(chuàng)新型人才，成為當前教育改革急需解決的問題。要提高它的教學質量，必須轉變教學方法，建立知識傳授、能力培養(yǎng)與素質提高三位一體全面發(fā)展的教育理念。

一、有限元法原理與應用課程的現狀及存在問題

1.課程難度大，涵蓋內容多，課時少。《有限元法原理及應用》涉及教學內容包括：彈性力學、變分原理、解線性方程組的基礎理論，以及ANSYS程序在具體問題中的應用等。可以看出該課程教學內容多、涉及知識面廣、理論性和實踐性強，導致該課程教學難度大，但課時又偏少。

2.授課方式大多是以課堂講授為主。目前教學模式還是以教師主導、學生被動學習的“填鴨式”教學為主，弱化學生自身的思考和動手能力，不能全面啟發(fā)學生的思維和提高學生解決問題的能力，難以培養(yǎng)出動手能力強并具有創(chuàng)新能力的土木工程專業(yè)人才。

3.教學實踐環(huán)節(jié)薄弱。學生實踐能力不強，缺乏將所學知識運用到實際工作中的能力。有限元課程的學習僅限于基礎模型的建立，沒有與本專業(yè)的專業(yè)知識相結合，不利于學生后期科研能力的培養(yǎng)。

4.考核方式片面。對學生的考核還停留在期末考試，大多是紙上談兵，注重考查理論知識。本課程的特點是為了提高研究生的建模能力和分析問題的能力，這樣的考試導致學生創(chuàng)新能力下降，不利于學生綜合能力的培養(yǎng)。

二、基于新工科背景的課程改革實踐

教學模式作為一個開放的和不斷更新的動態(tài)系統(tǒng)，是在一定環(huán)境下展開的教學活動進程的結構形式。教學模式涉及到教學理論、目標、策略、方法、評價、支持條件的有機整合。各要素既有區(qū)別，又相互蘊含。針對目前《有限元法原理及應用》教學存在的現實問題，結合課程的特點，使學生高效掌握知識，學習如何查閱文獻以及思考問題的方法。鑒于此，本項目基于新工科背景進行教育教學改革的舉措如下：

1.教學內容開放性。《有限元法原理及應用》課程的特點是教學內容繁多，由于課時的限制，不能只圍繞教材展開教學，根據專業(yè)要求的不同篩選教學內容，分教師主講內容、學生自學內容、學生主講內容、師生探討內容等不同的模塊。當然要注重教學內容的基礎性和前沿性，教學與科研成果相結合。

2.教學方式開放性。開放式、混合式的教學模式不同于傳統(tǒng)的教學模式，教育教學從以教師為中心向以學生為中心轉變，以提高學生的綜合素質能力為主要方向，將學術探討貫穿于整個教學過程中。學生充分利用在線學習資源，基礎的知識可以在線上進行學習，然后在課堂進行討論。

3.教學實踐開放性。《有限元法原理及應用》課程注重學生建模能力的培養(yǎng)，給不同專業(yè)的學生不同的課題，結合本專業(yè)的特點進行教學實踐，分組建立模型，培養(yǎng)學生的團隊意識和提高研究生解決問題的能力。

4.考核方法開放性。考核方法采用書面考試、有限元建模、課堂提問等環(huán)節(jié)組成，利用不同的環(huán)節(jié)綜合評價學生的學習效果。

三、總結

《有限元法原理及應用》課程是不斷發(fā)展和動態(tài)變化的，為了適應發(fā)展的新要求，需要對課程內容不斷更新。基于“新工科”背景下，人才培養(yǎng)應該從教學理念上真正突出創(chuàng)新，注重培養(yǎng)研究生的科研能力與本專業(yè)的學科前沿相結合，使教學改革與實踐真正服務于專業(yè)人才的培養(yǎng)，實現提高研究生能力的目的。

【參考文獻】

[1]陳娟，肖宗志.文科碩士研究生專業(yè)課開放式教學模式探討[J].中國電力教育，2009（133）：55-56.

[2]沈嶸楓，紀敏，謝詩妍，周新年，張正雄，鄭麗鳳，巫志龍，周成軍. 新工科背景下“人工智能+林業(yè)機械”研究生課程教學改革[J].高等教育，2018（11）：135-137.

【教改項目：西安工業(yè)大學研究生教育教學改革研究項目（XAGDYJ190220）】