机械专业有限元方法及应用类课程教学模式探讨

陈松　丁军　杨鄂川

摘 要 针对应用型本科院校有限元方法及应用类课程教学过程中缺少上机实践以及实践环节中存在的问题，为了使学生在有限的时间内即掌握理论知识又能将理论知识应用于工程实际中，通过软件应用来加深对理论的理解和掌握。对该类课程的教学模式进行研究，对教学计划、教学内容、教学形式、教学方法与考核评分方式进行探讨。

关键词 有限元方法 上机实践 教學模式

中图分类号：G642.41 文献标识码：A

1有限元类课程开设上机实践环节的必要性分析

为了适应企业对人才的需求，越来越多的应用型本科院校机械工程类专业开设有限元方法及应用类课程，这类课程的学习在学生参与校外科研、毕业设计、课程设计中有积极的作用。特别是对于设计专业的学生，有限元方法及应用成为大多数高校机械设计类专业广泛开设的一门课程，该类课程的开设在优化设计、改进设计中的应用越来越多。但多数应用型本科院校在这类课程的教学过程中仍然采用传统的教学模式，还是以理论教学为主、以老师的课堂讲解为主，学生几乎没有参与的机会，面对枯燥、难学的理论知识，学生即使课堂上听懂了，但课后练习和课程设计、毕业设计中应用的时候又会无从下手，理论还是仅停留在理论，所以在有限元方法及应用类课程中必须加入上机实践环节，并通过软件应用来加深对理论的理解和掌握。为了改变这种状况，提高教学效果，有限元方法及应用类课程很有必要开设上机实践环节。

2实践环节存在的问题分析

针对应用型本科院校有限元方法及应用类课程的教学改革，已经有一些院校进行了相关的尝试和探索，很多高校也都逐渐重视上机实践教学，增加了有限元方法及应用类课程上机的环节，并在上机实践过程中采用了不同的实践教学方法。但实践教学中学生还只是“依葫芦画瓢”，虽然完成了例题和练习，但一知半解或者完全不知所以然，理论和实践脱节。在上机实验中教师演示和学生跟踪练习、反复操作，虽熟悉了软件的具体操作及软件分析的流程，但为什么这样做？还是否有其他的分析方法？学生从未考虑过。导致学生在后续的课程设计、毕业设计、参与科研中遇到类似的问题只能用同样的一种方式解决，思维受到无形的禁锢，创新就无从谈起。

此外，有限元软件是专业性极强的应用软件，对使用者的力学知识和工程知识有较高的要求，有限元课程上机实践环节中多数学生还不能很好地将专业理论知识与软件操作结合、造成理论学习和实践环节脱节、对理论知识的灵活运用不够、创造性不强等问题。在课程教学中以激发学生学习积极性、创造性和自学能力为主要目标，培养学生面对问题、分析问题、解决问题的能力，使学生真正达到即理解了理论知识又能够灵活运用理论知识来解决工作和学习中的各种问题。

理论与实践有机结合是软件应用类课程教学的终极目标，学生即巩固和加深了理论又对软件的操作进行了深入了解，相互促进。针对上述问题，采用理论与实践同步的教学方式，理论在实践中理解、巩固，由于理解了理论，在实践中明白了然和所以然，记忆效果更好。同时采用项目分析教学法、培训式教学法，不仅提高了课堂的教学效果，而且学生既学习了软件和理论知识、同时能够与工程实际有机的结合起来，提高了教学效果，达到了培养创新型人才的目的。

3具体的改进及应对办法

有限元法及应用有别于以理论讲授为主的其他课程，如果学生只是在课堂上被动地听讲，而没有具体的上机实践和练习，学好该门课程会相对费力，即使课堂上学会了也很难将所学内容具体应用到毕业设计甚至以后的工作中。

根据应用型本科院校对人才培养的需要，理论和实践同步教学讲授，学生在学理论的过程中进行软件操作练习，老师在讲授理论和实践教学中应将理论和教学结合起来，将理论融入与实践，反过来用实践来加深对理论的学习和理解，理论与实践合一。要达到这样的教学效果，需要将理论与实践同步教学，必须对教学计划、教学内容、教学形式、教学方法与考核评价方式进行改革和探索。

在教学计划制定过程中，应根据理论所学内容和软件操作的内容同步化，课时安排为理论教学和实践教学同步交替进行，理论和实践相得益彰，制定教学计划时在教学条件允许的情况下可以将理论和实践均安排在计算机机房进行。在教学内容上，要将培养目标、创新型人才培养要求、课程培养目标结合起来，重知识的理解应用、创新能力的形成。在教学形式上，突出理论教学和上机实践同步，甚至可以采用培训式教学，在上机实践中穿插理论知识的讲解。在考核评价方式上，采用实践过程中考核和课程论文考核相结合的方式，这种方式既能考察学生在实践环节对知识掌握的程度，又能对学生对概念的理解以及对具体应用的考察，有利于学生以后的毕业设计、工作和科研等。

通过对对学生的学习积极性和学习效果进行跟踪，发现学生对理论课上理解不太清楚的概念通过与软件的结合理解的更深入了，同时将理论课程中学习的内容与软件结合起来，熟悉了软件的计算原理，对更好、更深入地掌握软件应用有极大的促进作用，学生反映“理论学习好像不再枯燥，软件的计算过程也很有意思、软件的内容好像博大精深、对课程的兴趣也很大”。在后期的课程设计、专业实习、毕业设计中学生更容易上手，完成的效果和质量都有极大提高；同时，学生参与到校级和市级的创新设计大赛等活动的积极主动也得到了极大的提高。

4结束语

培养创新型人才，对有限元方法及应用类课程的要求越来越高，本文提出的教学模式注重理论知识与实践技能的结合以及解决实际问题能力的培养，理论知识围绕实践展开，减少了重复内容和环节以及不同教学方式间知识讲解的不连贯。使学生在学习软件操作技能的同时巩固了理论知识，达到解决工程问题的目的。

基金项目：重庆理工大学校级教研项目（2013YB05）。

作者简介：陈松（1979-），男，博士，副教授，主要从事结构动力学方面的教学和研究工作。

参考文献

[1] 陈松，丁军等.CAE软件应用类课程教学方法改革与实践[J].科教导刊，2015（03）：56-57.

[2] 戴启昌.理论与实践一体化教学改革[J].中国职业技术教育，2010（14）：14-16.