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湖北汽車工業(yè)學(xué)院 馬 迅
“有限元法基礎(chǔ)”是一門為我院機(jī)械汽車專業(yè)本科生開設(shè)的介紹先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)課。隨著我國(guó)機(jī)械和汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，有限元法已成為一種通用的分析手段，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的靜力分析、模態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析中。但是有限元方法的理論體系和內(nèi)容自本世紀(jì)三、四十年代以來已相對(duì)完善和成熟，如何在新的形勢(shì)下按照新的教育思想進(jìn)行改革，是我們所面臨的一個(gè)重要問題。我們將“教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合”確定為教改的主要目標(biāo)。注重使學(xué)生在有限元的理論基礎(chǔ)方面有較深刻的理解，著重于理論方法的融匯貫通，通過介紹一些相關(guān)的有限元分析的最新研究成果，使同學(xué)能夠基本掌握現(xiàn)代有限元分析軟件的使用，并能解決一些實(shí)際的工程問題。教學(xué)改革內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：
（一）教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法
1、更新教學(xué)內(nèi)容
結(jié)合學(xué)生的專業(yè)，將講課的理論部分的重點(diǎn)放在工程實(shí)際中大量應(yīng)用的平面問題的有限元法的介紹上，并突出空間問題、薄板彎曲問題及振動(dòng)問題的有限元法應(yīng)用的介紹。通過查閱大量國(guó)內(nèi)外近期文獻(xiàn)資料，精心組織并力求反映出一些較成熟的具有普遍性的最新理論成果，使同學(xué)了解該方法在工程中的最新應(yīng)用。
2、改進(jìn)教學(xué)方法
授課不僅僅是知識(shí)的傳授，還要注重對(duì)學(xué)生的能力的培養(yǎng)，這是教學(xué)的關(guān)鍵。實(shí)踐中我們改變了傳統(tǒng)的教師單向教學(xué)的模式，采用啟發(fā)式教學(xué)，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。根據(jù)工科院校學(xué)生的特點(diǎn)，在講課方法上突出概念、深入淺出、避開煩瑣的公式推導(dǎo)，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)理論在實(shí)際中的應(yīng)用。并且加大講課的信息量，增加趣味性，豐富授課內(nèi)容，擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)面。
3、改革課程考核方式
有限元理論在工程實(shí)際中應(yīng)用作為考核的重點(diǎn)。從實(shí)際問題中精選出具有代表性的習(xí)題，要求學(xué)生上機(jī)計(jì)算后將結(jié)果按有限元報(bào)告規(guī)范格式編寫。此外，課程考核中包括要求學(xué)生根據(jù)所學(xué)專業(yè)，選擇一個(gè)工程實(shí)際問題，寫出有限元分析技術(shù)路線的報(bào)告。這樣可以引導(dǎo)學(xué)生將所學(xué)理論用于解決實(shí)際問題。在知識(shí)更新越來越快的時(shí)代，只有很好地引導(dǎo)學(xué)生去多看一些其他書籍，才有可能使學(xué)生養(yǎng)成獨(dú)立學(xué)習(xí)的習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、收集處理信息的能力，使其學(xué)會(huì)自己去獲取知識(shí)和更新知識(shí)。
（二）教材建設(shè)
1、開展了教材改革和教材建設(shè)工作
通過閱讀國(guó)內(nèi)外大量的與本課程相關(guān)的資料，組織編寫了《有限元基礎(chǔ)與應(yīng)用》院內(nèi)教材。本教材以講清基本理論、指導(dǎo)實(shí)際應(yīng)用為目的，介紹了平面問題、軸對(duì)稱和空間問題、桿梁結(jié)構(gòu)、薄板彎曲問題和結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)問題的有限元法的基本理論；同時(shí)收錄了有限元法在機(jī)械和汽車結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用和一些新的發(fā)展及研究成果。通過教材的編寫，提高了教師自身的能力和課程組的整體學(xué)術(shù)水平。
2、編寫上機(jī)指南
通過建立與美國(guó)MSC/NASTRAN公司和ANSYS公司的聯(lián)系，獲得了有限元分析教學(xué)版軟件MSC/NASTRAN for Windows和ANSYS。這些軟件集有限元建模、分析及后處理為一體,能迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行靜態(tài)、模態(tài)、屈曲、接觸和非線性等方面的有限元分析。將這些軟件用于演示教學(xué)和上機(jī)實(shí)習(xí)，能夠增強(qiáng)學(xué)生利用所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。課程組老師通過學(xué)習(xí)消化這兩套軟件，編寫了兩套上機(jī)指南。其中一套已用于實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。
（三）教學(xué)條件建設(shè)
1、教學(xué)條件的改善
以往的教學(xué)中，由于各種原因，主要以講課為主。沒有輔助的教學(xué)軟件。學(xué)生覺得內(nèi)容抽象、理論復(fù)雜深?yuàn)W，對(duì)有限元分析如何在工程實(shí)際中應(yīng)用知之甚少。現(xiàn)在我們利用MSC/NASTRAN FOR WINDOWS和ANSYS教學(xué)版軟件，能將工程有限元分析的建模、求解及后處理直觀、形象地展現(xiàn)在同學(xué)面前,增強(qiáng)學(xué)生利用所學(xué)的理論知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
2、教學(xué)手段的改善
我們花費(fèi)較多時(shí)間、精力來制作投影膠片及計(jì)算機(jī)演示幻燈片，充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，增加本課程的信息量，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
3、教師自身能力的培養(yǎng)與提高
只有教學(xué)與科研相結(jié)合才能提高教師的自身能力。課程組老師結(jié)合具體的科研課題，搜集整理了有限元分析在機(jī)械和汽車方面應(yīng)用的多篇學(xué)術(shù)論文，掌握了本課程應(yīng)用的一些較新的發(fā)展及科研成果，從而進(jìn)一步豐富教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)了教學(xué)水平的提高。
（四）初步效果及評(píng)價(jià)
為了保證課程學(xué)習(xí)的連貫性，將有限元分析方法用于汽車或機(jī)械等專業(yè)的畢業(yè)設(shè)計(jì)中。在99級(jí)本科的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題(2003年)中直接應(yīng)用有限元分析方法的學(xué)生有10名，其中獲得學(xué)院優(yōu)秀論文的有3名。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)階段的學(xué)習(xí)，可以使學(xué)生進(jìn)一步系統(tǒng)地掌握該方法在工程實(shí)際中的應(yīng)用。為了對(duì)該課程教改的效果進(jìn)行評(píng)估，由教學(xué)管理部門于2003年6月在汽車工程系本科畢業(yè)生中對(duì)該課程的效果進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明，該課程的改革在各方面都收到較好的效果，教改是成功的。
綜上所述，我們?cè)凇坝邢拊ɑA(chǔ)”課程教學(xué)改革方面有以下幾點(diǎn)體會(huì)：
（1）課程內(nèi)容應(yīng)反映工程領(lǐng)域的最新成果。教師必須精心組織并力求反映出一些較成熟的具有普遍性的最新研究成果，特別是在工程中已得到廣泛應(yīng)用的那些成果，著重從理論方法和求解思路方面加以講解。
（2）教學(xué)與科研相結(jié)合。高水平的教學(xué)與高水平的科研是相互促進(jìn)的，教師應(yīng)不斷提高自身的素質(zhì)，積極參加科研，這在技術(shù)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的教學(xué)中尤為重要。
（3）充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)平臺(tái)與先進(jìn)軟件的作用。在教學(xué)中充分應(yīng)用計(jì)算機(jī)平臺(tái)與先進(jìn)的軟件是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的重要改進(jìn)，在培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)和動(dòng)手能力方面起到了非常重要的作用。
（4）教學(xué)與工程實(shí)踐的結(jié)合。從工程實(shí)踐中精選出具有代表性的實(shí)例，在課程學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)中指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行建模、計(jì)算和分析，最終實(shí)現(xiàn)該課程“教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合”的目標(biāo)。
