学位课《弹性力学及有限元》教学改革创新性研究

付泽民 吴力杰

摘   要：当今各学科之间相互渗透和融合，传统高校的教学模式已经无法满足实际需求，如何进行传统学科课程的改革，培养当代研究生在学习和工作中的创新能力、提升其综合素质已成为新教育理念下急需探索的重要课题。《弹性力学及有限元》作为工科研究生一门重要的学位课程，有着理论性强、概念抽象、逻辑严密等特点，传统的教学模式不能很好应对。本文从教学内容、教学方法以及教学手段三个方面进行创新式探索，将现代教学手段融入其中，同时将专业知识和工程实例融合进理论教学，将抽象枯燥难懂的理论通过实例生动的展现出来，从而大幅提高教学质量。

关键词：弹性力学及有限元  教学改革  创新探索

中图分类号：O343-4;G643                      文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）10（b）-0188-03

Abstract： Nowadays， various disciplines have penetrated and merged with each other， The traditional teaching mode of colleges and universities can no longer meet the actual needs. How to reform the teaching mode， cultivate the innovative ability of contemporary graduate students， and improve their comprehensive quality has become an important topic that needs to be explored under the new educational concept. As an important degree course for engineering graduate students， "Elasticity and Finite Element" is theoretically strong， abstract in concept and logically rigorous， which poses great challenges to the traditional teaching mode. This paper explores the three aspects of teaching content， teaching methods and teaching methods， and integrates modern teaching methods into it. At the same time， it integrates professional knowledge and engineering examples into theoretical teaching， and vividly reveals the abstract and boring theory through examples. Greatly improve the quality of teaching in colleges and universities.

Key Words： Elastic mechanics finite element; Teaching reform; Innovation exploration

1  引言

科學技术的飞速发展使得工业制造技术迅速崛起，国家对于高素质科技制造人才的需求越来越高。各大高校作为研究生的重要培养基地，对人才质量的影响深远。但是通过对高校毕业的研究生在企业中并不突出的表现来看，高校的教育模式可能已经无法在满足社会对于人才的需求。事实上，我国对人才学历的重视程度过高，可能导致学生能力培养上出现失衡，工作中的创新能力是企业对人才的普遍期望，但事实表明，各大高校培育出的人才在这方面的表现无法满足社会需求。可见，研究生创新能力的培养已经成为当前高校进行教学改革的主要方向[1]。

有限元分析作为工程技术人员必须掌握的一项专业技能，在机械制造与建筑设计等领域有着非常广泛的应用，它可以帮助工程师在产品设计与设备制造过程中精确评估设计对象的精确性，检验材料或设备的技术性能。随着技术的发展，弹性力学与有限元分析在解决实际工程问题的实践中将发挥越来越重要的作用[1]。另外，软件开发的加速使得有限元分析的效率大幅提升，有限元分析在科学技术领域以及工程技术领域中有了更加广阔的应用前景。基于此，对于将来可能从事相关行业研究生就需要重视《弹性力学及有限元》这门课程。而高校关于该课程的理论教材存在不足，基础概念与知识点晦涩难懂，而且逻辑性强，对教师授课与学生理解造成了较大障碍。更多情况下，学生只能通过老师的理论授课暂时掌握理论知识，对于自主学习能力的培养以及工程案例的处理上存在明显缺陷。这显然无法满足社会对于相关行业人才的需求，因此对高校研究生学位课《弹性力学及有限元》的改革势在必行。

2  基于《弹性力学及有限元》课程对当前研究生课程教学模式的分析

2.1 课程教学内容与模式存在问题

在机械工程专业的研究生的课程中，弹性力学与有限元分析地位突出，该课程集弹性力学理论、数值计算、矩阵分析等知识于一体，想让学生通过学校有限的课时掌握基本不可能。经过多年的发展，该课程已经形成相对完善的体系，科技的进步也逐渐模糊了传统课程体系之间的界限[1]，这就要求课程与实际生产生活之间的关系也更加密切，然而该课程的内容却长时间无法得到更新，造成其与需求之间产生明显的脱节。

该课程作为研究生学位课程，在教材内容上来讲和本科材教材的重复率过高，很多内容已经沿用许久[2]。目前主要的教学模式是理论知识的教学和上机实践，前者的理论教学基本以老师授课为主要形式，而后者的实践则基本是学生按照指导书进行简单的实例分析、上机模拟等。这些实践内容比较简单且没有代表性，学生往往在不求甚解的过程中就完成此过程，甚至在课程结束之后学生都不知道自己所学为何、软件如何操作。这样一来，根本无法发掘学生的实践创新能力，反而会适得其反，让学生产生厌倦心理。

2.2 教学实验平台应用不足影响教学实践

优质的教学不仅需要完善的课程体系为支撑，基础的教学实验平台也不能忽视。基于这点考虑，高校增设课程所需的实验教学平台非常有必要，在有限元分析课程中，板材成形设备、高性能工作站以及Abaqus等在内的仿真软件是最为基础的软硬件平台。而目前高校在这方面表现仍存在不足，一方面是这些教学基础实验平台的缺失或者不完善，另一方面是硬件基础到位但是又无法很好的投入实际教学中。为了真正的发挥实验平台的作用，需要强化校企联合，加强高校与企业的合作，应由企业提供一些技术指导来帮助高校、帮助学生更好的使用这些平台，理解和巩固所学理论知识，为以后的学习做好准备。

3  以创新能力培养为目标的教学改革措施的制定

3.1 更新教学内容，转变教学方式

（1）如前文所述，该课程的教材内容已经脱节，需要根据当前最新的研究热点进行更新。目前，伺服压力机的结构强度以及整体刚性的分析、机床变形的模拟、板材冲压成形以及回弹的动态过程的分析等都是该领域较为成熟的最新成果，都可以作为经典的工程实例要求学生掌握。学校可以基于这些素材，设计一些能够充分发掘学生创新能力的题目，作为学生平时的上机练习项目或者是考试的内容来锻炼学生的创新能力。

（2）鉴于高校教学长期以来采取的直输式教学方式不能很好的刺激学生的学习兴趣，甚至还会起到反作用，应该更加强调启发式的教学方式，对学生的要求不再局限于对理论知识的掌握，而是更加突出学生在对理论知识掌握的基础之上培养实践动手能力，利用有限元分析软件对实际工程问题进行动态仿真。

（3）互联网技术催生出多媒体教学，经过十几年的发展已一种重要的现代教学方法。但是这样的教学方法并不适合所有课程，尤其是对于弹性力学及有限元这类理论和实践性强的现代学科类型[3]。当然，此处并非否定，而是说完全依靠多媒体教学不是最佳方式。为了更好的帮助学生，我校在校园网上专门建立了该课程的改革主页，主要是借助网络教学方式，将教材的内容和CAD技术、FEA仿真以及CAI教学进行整合并放在网络上，学生可以随时通过访问网站获取这些教学资源，更好地研究与学习[2]。

3.2 突出教学目的，培养创新能力

学生在教学活动中应当处于主体地位，而教师则主要起引导作用，引导学生学习，开拓学生思路，创新教学方法，摆脱传统教学中单纯的案例讲解模式，调选一些具有代表性的具有工程背景的有限元实例，划分难度等级，由学生自行完成建模、数值计算、数据分析等过程，更好的促进学生在解决实际问题的过程中熟练的掌握解决问题的方法。而为了更好的实现该目的，在上机练习中也要选择兼具综合性和开放性的练习项目，激励学生不断思考，发挥想象力与创新能力。

3.3 改革考试方式，丰富考核途径

考试是检验课堂教学质量的一种最直接有效的途径，但是现代教学对于考试本身含义的理解上似乎出现了偏差，导致学生认为学习的目的就是为了最后的考试，这种认识显然是错误的。考试可以帮助学生及时的认清自己学习中存在的薄弱环节，纠正自己的学习状态，而且对于学校而言也可以很好的评估学生的学习状态和学校的教学质量。但是在今天这样的时代，必须做出改变，变革現有的考核方式，不能把闭卷考试作为唯一的方式[6]。在该课程中，采取闭卷方式的方式会使学生在复习过程中消耗大量的时间在公式的记忆等方面，完全无法帮助学生拓展思维、提高创新能力。因此，在考试方式上，要采取复合考核的方式，在考察的内容上要体现综合性与灵活多样性。

3.4 结合工程实践，加强科教融合

一方面，高水平的教学和科研是分不开的，高质量的教学可以促进科研的进步，而科研又可以不断充实教学，所以应该促进两者之间形成一种良心互动的态势[4]。针对该课程，可以在现有的国家自然科学基金等科研平台上，注重基础理论与实际工程问题的结合，推动教学改革，培育出社会需要的创新型人才[2]。

另一方面，正确认识课程教学和工程实践之间的关系，对该课程而言，单纯的理论教学毫无意义，需要联系工程实践才能更好的提升学生的能力，而这需要高校加强与企业的合作，从中整理出一些具有代表性的有限元分析的典型实例作为学生的培训素材。通过这样的方式，可以很好实现专业知识与工程实例在该课程教学中的有效融合，形成多元化的教学模式，大幅提升教学质量。

4  结语

研究生人才的培养在我国的人才培养中占据非常重要的地位，而当下社会对于人才创新能力的需求加剧迫使高校需要对研究生培养教育的方式做出改变，笔者通过自身多年的教学经验，结合机械工程专业的特点，指出《弹性力学及有限元》课程在传统教学模式中存在的不足：一是教学的内容陈旧且构成不合理;二是与课程配套的教学基础实验平台的缺陷。本着对学生创新能力进行开发的目的，提出优化教学内容与方式、突出教学理念、改革考试模式、注重科教联合等改革措施[7]，促进学生在研究与学习过程注重自身创新能力的培养。

参考文献

[1]于玉真，李伟亮，李励，等.《弹性力学与有限元分析》课程教学改革研究[J].教育教学论坛，2017（45）：102-103.

[2] 付泽民.研究生学位课《弹性力学及有限元》的创新教学研究[J].科技创新导报，2016，13（19）：151-152，154.

[3] 方子帆，覃琳，何孔德，等.工学研究生学位课《有限元法》的教学与改革实践[J].中国电力教育，2019（4）：60-62.

[4] 张元祥，倪成员.机械类专业有限元法与应用课程教学改革的研究与探索[J].科教文汇（上旬刊），2018（8）：76-79.

[5] 刘淑芬，李卫民，黄海龙.“弹性力学及有限元”课程教学改革研究与创新——以辽宁工业大学为例[J].科教文汇（中旬刊），2019（4）：81-83.

[6] 徐杰，樊宇，王延庆.有限元分析基础课程教学改革研究与实践[J].科教文汇（下旬刊），2015（2）：67-69.

[7] 智晋宁.有限元方法课程教+学改革与实践[J].安徽工业大学学报：社会科学版，2010，27（5）：117-118.