“有限元分析”网络教学课程改革的探索与实践

　　中图分类号：G424 文献标识码：A

　　Research and Practice of Teaching Reform about the

　　Online Course of Finite Element Analysis

　　WU Hequan， HU Hongwei， XUE Yingying

　　（College of Automotive and Mechanical Engineering，

　　Changsha University of Science and Technology， Changsha， Hu'nan 410114）

　　Abstract Take the online teaching courses of "Finite Element Analysis" as an example， this paper carried out a detailed analysis on the teaching reform about curriculum resources， teaching methods and examination methods. The results show that the effect of teaching reform is good.

　　Key words Finite element method； online courses； teaching reform

　　1 课程资源建设情况

　　“有限元分析”课程的理论性和实践性较强。授课教师结合自己在“有限元分析”方面多年的教学和科研工作经历，在学校网络教学平台先后上传了大量与该课程有关的教学资料，包括教学大纲、教学日历、教学课件、电子教材、教学案例、教学视频、英文教材习题库、课程试卷及参考资料等。其中教学案例包含超静定桁架结构的有限元分析程序、受内压作用球体的应力与变形有限元分析程序、坝体的有限元受力分析程序、轴承座应力分析ANSYS程序、工程车受载荷应力分析ANSYS程序等。建设了一个习题库，习题形式有填空、选择、问答、判断、计算等；同时给出了参考答案，供学生自学；给出了课程的模拟试卷库，目前已有二套模拟试卷并附有参考答案，可供学生自我测验。在答疑与交流区，针对各章节的重点与难点，分别罗列了一些常见问题，引导、激发学生的自主学习能力；有了这个网络教学平台，学生除了当面提问之外，还可以在讨论区跟老师提问与交流。

　　课程资源的丰富性、多样性和条理性极大地方便了学生的自主学习。

　　2 网络课程教学方法改革情况

　　2.1 采取课堂讲授、多媒体与网络教学相结合的现代化教学方法

　　“有限元分析”课程涉及力学、数学和计算机学的相关知识，是多学科交叉的典型代表。而由于受到课程学时量的限制，传统的教学方法难以在较短的时间内提供足够的教学信息量。将传统教学方法与现代的多媒体、网络课程教学及实践教学等密切结合，综合发挥各种教学手段的优点，改善教学效果，提高教学水平，激发学生学习兴趣。在教学过程中，充分利用视频、图片、动画、PPT等来丰富多媒体教学素材，节省了大量的时间，并使学生从简单的文字公式的使用到如何结合具体结构进行分析都有了清晰的、直观的、生动的认识，收到了良好的教学效果。

　　2.2 开放式教学与互动式教学相结合

　　教学活动以学生为中心来展开，充分调动学生的积极性。灵活选用教材，在授课过程中充分考虑学生的基础知识，做到有的放矢。课堂教学过程中给学生留有思考的余地，在课堂上或网络平台的答疑讨论区设置问题留给学生思考，通过自主学习的方法培养学生的自学能力、联想能力和综合运用知识能力，启发学生的创造性思维。尽可能加强讨论式教学，首先引出问题，让学生思考讨论寻求答案后，老师再对此问题进行总结并指出注意事项。这种不断讨论问题、解决问题的过程，有利于激发学生参与到教学中，培养独立思考能力，提高基础知识的灵活、综合运用能力，使学生由被动型学习转向主动型学习。

　　2.3 理论联系实际，强调工程应用

　　“有限元分析”课程是一门实践性较强的课程，课堂教学应当与工程实践问题结合起来。针对有限元算法求解的复杂性，教学过程结合大量的设计案例来进行。比如超静定桁架结构的有限元求解、轴承座应力分析、盘式制动器温度场分析、工程车受载荷应力分析等等。理论联系实际，使学生加强感性认识，掌握有限元分析的理论和基本方法。利用开放实验室，让学生自主设计相关的有限元程序，并与传统计算方法进行比较，检验自己设计的准确性。鼓励学生参加“有限元分析”相关的设计大赛，并应用于工程实践中，比如运用有限元方法对“大学生方程式赛车”的结构件进行强度分析，提高了学生的综合素质。

　　2.4 课程作业

　　课程作业分为理论课程作业及实验课程作业。理论课程作业主要考察学生对有限元理论知识的理解和掌握情况。理论课程作业根据不同题型的特点，采用网络电子版作业与纸质版作业相结合的方式。对于问答、判断等题型，采用网络提交作业，对于计算题，则采用纸质版形式上交作业。实验课程作业主要是考查学生对有限元知识灵活运用的能力。在网络教学平台中提供一些有限元ANSYS运用实例供学生参考。鼓励学生利用网络资源，查找和了解国内外有限元技术的发展情况，并通过独立思考，解决一些实际的工程问题。

　　2.5 考核方式改革

　　本课程采用多种立体式考核方式，考核形式包括上课考勤、实验动手能力与实验报告完成情况考核、网络教学平台的使用以及期终考试等五部分。上课及网络教学平台的使用情况的考核成绩占总成绩的30%，实验动手能力与实验报告完成情况占总成绩30%，期终考试成绩占总成绩的40%，平时上课出勤率在90%以上方能参加期终考试。

　　3 网络课程应用效果

　　通过一个学期的网络课程建设与教学实践，本课程取得了一定的应用效果。该课程累计点击次数超过1000次，课程资料平均下载次数达到8次。通过网络布置作业5次，讨论区提问数达12个，且均为针对重点难点的启发式问题，在学生中引起了一定反响，很好地引导学生产生自学的浓厚兴趣。

　　同时还在网络教学平台中设置了问卷调查，对学生的反馈意见进行收集整理。对主要章节，建立了对应的习题库，包括填空、选择、判断、计算等常规题型，学生在课后时间，可以很方便地从习题库中选择自己薄弱的环节，来巩固上课所学知识点。

　　在教学材料中共享了ANSYS有限元分析的实例9个以及2套有限元仿真练习题，供学生参考。在网络教学平台里面共享了“有限元分析”的英文版教材，为学有余力的学生查阅相关的英文文献资料提供了方便。

　　在教学过程中，致力于激发学生的兴趣，提高学生的工程应用能力，本课程受到了学生的广泛好评。通过师生之间的互动交流，也发现了网络教学中存在一些问题。比如“在线测试”栏目利用率不高；一些学生希望提供更多的例题等等。这些问题都将在以后的教学过程中进一步完善。

　　4 小结

　　网络教学平台实现了多学科预备知识的共享。将课堂中难以一一展示的相关知识通过网络教学平台来展示，极大地节省了教师的讲授时间。师生之间的网络互动，促成了一种新的沟通渠道，有利于教学相长。研究表明，在本科生的教学过程中，对一些基础课程（如“有限元分析”）使用网络教学是十分有效的。

　　基金项目：湖南省特色专业资助项目；湖南省普通高校教学改革研究项目；长沙理工大学校级教改项目

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