大型通用有限元程序ANSYS课程教学探索

沈晓明　钟卫平

摘 要：大型通用有限元分析软件ANSYS是力学与土木工程专业的一门重要的专业课，积极地推进该课程的课程教学改革对提高学生分析、研究、解决工程问题能力，提升学生专业素养十分重要。针对该课程的特点及存在的问题，在教学改革过程中，对其教学内容进行重新整合，并采用灵活多变的教学方法，提高学生的兴趣，同时，完善了课程考核方法，提高了教学质量。

关键词：教学改革 课堂研讨式教学 有限元 ANSYS

中图分类号：G643 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）11（b）-0229-02

有限元法已成为现代工业设计的重要分析方法，广泛应用于结构的静力分析、动态分析和结构优化中。大型通用有限元程序ANSYS是工程力学专业高年级本科生以及土木工程专业研究生的一门重要专业课，在工程中有着广泛的应用，具有很强的实用性。

1 改变教学方法，培养学生兴趣，注重能力提高

兴趣是最好的导师，因此，课程的第一步，就是调动学生学习的积极性，激发学生的学习热情。由于课程改革的需要，课时相对减少，因此，对课程体系进行了整合，精选教学内容，提高教学起点，调动学生求知的欲望，结合专业特点增加部分内容，以配合其他专业课教学，扩大学生知识面；增加解决实际问题的比重，提出一些有挑战性、有一定深度的问题并展开讨论，留下思考空间，激发学生的积极性。课程中适时的选择工程中最新的研究成果，使学生了解有限元数值模拟方法在工程中最新进展，开拓学生的知识面，激发学生的求知欲望，让学生领略到从事科研与知识创新的乐趣，培养学生创新的意识和兴趣。

在课程讲授过程中，避免以往的“填鸭式”教学方法，把学生变成教学的主体，不仅要做到“授人以鱼”，更要做到“授人以渔”。为了加强学生的兴趣，所讲的内容都尽量选用工程实例，并进行必要的简化，采用多媒体的方式，在教师的引导下，通过研讨式的教学方法，启发学生科学的思维方法，激发学生的探索精神，提出各种解决问题的思路和途径，从而掌握自我摄取知识的方法。在引进多媒体和现代教学方法的基础上，在讲课方法上，注意深入浅出，运用一些视频资料、动画演示等直观手段，增加趣味性。尽量以学生为中心，在课堂上教师与学生要充分的互动起来，授课时考虑学生的反映，有针对性地按课程重点、难点分层次设问、引导、鼓励学生的创造性思维能力。教学中采用研讨式，启发式等生动活泼的教学方法，努力营造一种师生共同积极思维的课堂氛围，丰富课堂教学内容。

2 将课程学习与专业紧密结合起来

作为工程力学专业的高年级本科生以及土木工程专业的研究生学生，虽然力学理论知识学了很多，但对许多基本概念的理解许多人基本上是只停留于一个符号的认识上，理论认识不够，更没有太多的感性认识，比如：一开始学ANSYS时可能很多人都不知道钢材的弹性模量、泊松比、屈服应力一般是多少。因此，在学习ANSYS之前，复习一下《材料力学》《弹性力学》《塑性力学》等课程是非常有必要的。

在ANSYS的过程中，不要纯粹的把ANSYS当作一门功课来学，这样是不可能学好ANSYS的，而要针对问题来学，特别是遇到的新问题，首先，要看它涉及到那些理论知识，最好能作到有所了解；其次，与ANSYS相关设置结合起来，作到心中有数，不至于遇到某些参数设置时，没一点概念，不知道如何下手。工程力学专业更多的偏向于理论，往往觉得学了那么多的力学理论知识没什么用，不知道将来自己能作什么，而学ANSYS实际起到了沟通理论与实践的桥梁作用，使你能够感到所学的知识都能用上，从而激发出对该专业的热爱和了解。

3 加强上机辅导，增强学生实际操作能力

ANSYS课程是一门实践性很强的课程，单单指导原理是不够的，因此，上机操作是ANSYS学习中十分重要的一个环节，是课程不可分割的一部分。为了提高学生的上机效率、帮助学生更好地将理论知识运用于实践，通过对课程相关的资料的查阅和整理，编写了一套适合课程学习的上机指南，该指南包括了几类工程中常用的有限元分析问题，涵盖课程讲述的各个理论知识点，对所有的步骤做了认真的调试，保证教学质量。学生通过练习，对ANSYS的各个模块可以有一个基本的了解；并且对软件的操作有一个很好地掌握。为了培养学生举一反三的能力，在每个详细的操作过程之后，都提出几个相近的问题，让同学们自己发挥能动性，通过小组讨论的形式加以解决，并把各小组解决问题的过程在课堂上进行交流，根据完成情况给出平时成绩，作为最后课程考核的依据之一。

在上机过程中，注重培养学生多问多思考的习惯，只有经过思考了的东西才能成为自己的东西。学习ANSYS的过程实际上是一个不断地解决问题的过程，问题遇到的越多，解决的越多，实际运用ANNSYS的能力才会越高。对于刚学习ANSYS的同学，必然会遇到许许多多的问题，对遇到的问题最好能记下来，通过教师的辅导，认真思考，逐个解决，积累经验。只有这样才会印象深刻，避免以后犯类似的错误，即使遇到也能很快解决。

4 改变课程考核方法，培养学生发现问题、解决问题的能力

有限元方法在工程实际中的应用是考核的重点。因此，课程考试改变以往期末闭卷考试的方法，而是要求学生结合工程实际，根据自己的兴趣，到图书馆或者通过网络查阅相关的资料，从中发现并提炼出运用所学知识能够解决的问题，制定在ANSYS中的操作方法，上机计算并得到相应的结果，需要同学的所得的结果加以分析，判断结果是否合理，并且提交标准格式的分析报告，标准格式由教师统一规定，并给出范文。学生们也可以直接从《材料力学》《弹性力学》《塑性力学》《钢结构》《钢筋混凝土构件》等书上直接找些习题来做，将书上的习题用ANSYS来实现，可以将习题的理论结果和ANSYS计算的数值结果进行对比，验证ANSYS计算结果的正确性，比较两者结果的差异，分析产生差异的原因，加深对理论的理解。通过这种形式的考核，可以引导学生将所学理论用于解决实际问题，加强理论联系实际的能力。在几年的教学实践中，收到了良好的效果。在知识更新日新月异的时代，培养学生获取新知识的能力和创新性思维是教师刻不容缓的任务。

5 结语

通过对该课程的学习，学生们能够很好的把以往所学的力学以及土建课程与《大型结构分析程序ANSYS》教学有机结合起来。使得学生更易于理解和掌握相关课程中的基本概念。增强了学生的动手和思维能力，培养了学生的工程意识及创新精神，充分调动了学生学习的积极性，锻炼了学生理论联系实际的能力，增强了工程设计和计算的意识概念，提高了学生运用计算机进行数值模拟的能力，为以后的学习工作打下了坚实的基础。

参考文献

[1] 王文静.“有限元方法及软件应用”课程教学改革实践探索[J].中国科技信息，2005（22）：353.

[2] 隋允康.“以渔学渔论”及其对材料力学教改的应用[J].北京工业大学学报，2001（2）：80-84.