《有限元分析及应用》课程的教学改革与探索

钱茹，李永梅，王石莉

（东南大学成贤学院机械工程系，江苏南京210088）

《有限元分析及应用》课程的教学改革与探索

钱茹，李永梅，王石莉

（东南大学成贤学院机械工程系，江苏南京210088）

在应用型本科学生《有限元分析及应用》课程的教学中，笔者根据多年的教学实践经验，结合该课程理论和实践性强的特点，对教学内容、教学方法、实践环节、考核方法的改革进行了探讨。实践证明：通过教学改革，对学生理论基础与实际操作能力的提高起到了积极的作用。

应用型人才；有限元；教学改革

随着生产技术的发展，有限元分析以及在企业产品设计和生产过程发挥越来越重要的地位［1］。因此有限元分析也列入了应用型本科学生的教学课程，成为机械专业学生进行机械设计、解决工程实际问题必不可少的工具之一。而有限元法具有庞大而又复杂的理论体系，这对于学生在一定时间内掌握有限元法还是比较困难的。故如何提高有限元法的教学效果成为一个急需解决的问题。

1　教学内容

许多机械类非力学专业均开设有限元法课程，但是其教学组织和教学内容一般直接沿用力学专业的模式，即使有少量改动，也是主体不变，仅在内容和课时上稍有改动［2］。各高校的有限元分析课程所使用的教材，大多也是大篇幅介绍有限元的力学原理，课堂花了大量时间进行力学的推导。对于培养研究型人才，教学偏重理论学习能够进一步加强学生对力学知识的理解。应用型本科教学偏重工程应用，是以培养工程技术人才为目标。因此，针对应用型本科学生的有限元课程教学，其内容应该偏重有限元模型的建立、单元的选择、网格的划分、边界条件的处理以及数值计算方法的选择。而有限元软件的具备，实验室条件的改善，为该课程的教学改革提供了可能。

2　教学方法

首先，单纯讲有限元理论有可能会因为繁琐的力学计算而对有限元产生望而生畏的感觉，而通过实践环节解决工程实际问题也能加深对理论的理解。因此加强实践教学，不仅可以使学生切身体会有限元解决实际问题的能力，也能激发学生的兴趣，培养学生利用有限元分析解决具体问题的能力。其次在教学过程中，采用多媒体演示和软件操作相结合的方法可以提高教学效果。

其次，从深层次上说有限元的理论学习和软件学习是相辅相成的。掌握了有限元理论，可以加快软件应用的学习；而使用软件解决工程实际问题，也反过来可以加深理论的理解。对于我校机械专业的学生来说，理论内容不必讲得过深，把重点放在软件的应用上，让学生解决一些实际的问题，自然能够加深对基本理论的理解。给予现有教学模式存在的弊端，本文提出培养应用有限元分析软件解决实际工程问题能力的教学模式。在具体的教学过程中，根据每一章节的理论内容尽可能挑选一些实际工程案例，在教师的指导下由学生自己动手完成，最大限度地提供学生使用软件解决实际工程问题的能力。

第三，在授课过程中，采用互动式教学，教师可以有意识选择一些章节，让学生通过看书，检索资料，将学生在课堂讨论有限元课程的看法和体会，教师正确引导，启发学生开拓思维，充分发挥学生的学习积极性和主动性。课后教师根据学生的学习情况针对性安排习题，做到能够对所学知识及时理解、消化。

3　实践环节

有限元课程本身是一门实践性很强的课程，实验内容本身就是教学内容的重要组成部分［3］。实践环节分两个方面。第一，上机环节。上机环节应该针对每一章节的内容设置相应的上机习题，以求学生能够理解并掌握有限元建模和分析的一般过程。第二，零部件静强度试验。在有限元教学课程教学过程中，根据学校现有的实验室条件，开设减速器箱体的静强度试验，并通过ANSYS软件进行静强度分析，并对比试验数据，锻炼学生分析问题、解决问题的能力。

有限元方法课程的目标是让学生掌握和应用有限元方法，为今后用该方法分析和解决工程实际问题打下一个良好的基础。显然，该课程的教学与实际工程是紧密相关的。为此，笔者设计了模拟减速器箱体静载作用的实验装置，对箱体施加位移载荷以以求结构的抗压能力。该实给定不同的输入载荷，可以测得不同的响应，且材料在弹性变形范围内多次实验都不会破坏，适合教学实验。

4　考核方式

该课程属于应用技术类课程，起内容涉及面较广，既有基本理论又有大量的计算环节，且计算必须借助于计算机来完成。多年来均采用闭卷考试和上机考试相结合的考核方式［4］。但由于受到考试时间的限制，这种考核方式很难全面考核学生的学习情况。而采用大作业的考核方法是适合该课程特点的一种较好的考试方法。它可以促进学生掌握有限元法的基本内容，增强学生解决实际工程问题的能力。具体方法有：（1）在开始讲课时，首先讲清楚该课程的学习要求以及考试方法。（2）给学生提供一些题目或者学生自拟题目。（3）学生根据确定的题目进行建模与计算分析，并整体一份详尽的计算说明书。（4）完成作业后，经口试答辩，再最终评定考试成绩。

5　结束语

综上所述，通过几年的教学实践，在《有限元分析及应用》课程的教学过程中，学生通过掌握工程分析软件ANSYS使用，具备了独立分析、解决问题的能力，培养了具有良好力学基础知识、面向工程、全面发展的高素质创造性人才，为走上工作岗位从事机械结构设计与分析相关工作打好基础。

［1］曹建树.应用型本科“CAD/CAM”课程的教学改革与实践［J］.实验室研究与探索，2010，29（5）：105-107.

［2］张治勇，杨丽红，李鸿.非力学专业“有限元法”课程教学改革研究［J］科教文化，2011，（36）：257.

［3］高广军.车辆强度有限单元法课程的教学改革［J］科技信息，2009，（16）：45.

［4］向家伟.“有限元方法及程序设计”课程教学实践［J］重庆工学院学报，2007，7（21）：171-173.

Teaching Reform and Exploration of Finite Element Analysis and Application Courese

QIAN Ru，LI Yong-mei，WANG Shi-li
（Southeast University Chengxian College，Nanjing Jiangsu 210088，China）

During the teaching practice on the course of Finite Element Analysis and Application for applicationoriented undergraduate，this paper combines the characteristics of the strong theorization and practicality with teaching practice experience for many years，and discusses innovation in the teaching processes，including teaching contents，teaching methods，practical part and evaluation methods.

applied talents；FEM；teaching reform

G642.0

A

1672-545X（2016）08-0255-02

2016-05-20

东南大学成贤学院教学研究项目（1101300331）

钱茹（1980-），女，江苏常州人，讲师，硕士，研究方向：机械设计制造及其自动化，机械产品的数字化模拟与仿真。