湖北汽車工業學院  馬  迅
                  
                 

“有限元法基礎”是一門為我院機械汽車專業本科生開設的介紹先進的計算機輔助設計技術的技術基礎課。隨著我國機械和汽車行業的迅速發展，有限元法已成為一種通用的分析手段，廣泛應用于結構的靜力分析、模態分析和動態分析中。但是有限元方法的理論體系和內容自本世紀三、四十年代以來已相對完善和成熟，如何在新的形勢下按照新的教育思想進行改革，是我們所面臨的一個重要問題。我們將“教學與工程實踐相結合”確定為教改的主要目標。注重使學生在有限元的理論基礎方面有較深刻的理解，著重于理論方法的融匯貫通，通過介紹一些相關的有限元分析的最新研究成果，使同學能夠基本掌握現代有限元分析軟件的使用，并能解決一些實際的工程問題。教學改革內容主要包括以下幾個方面：

（一）教學內容與教學方法
                   
1、更新教學內容
                   
    結合學生的專業，將講課的理論部分的重點放在工程實際中大量應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問題的有限元法應用的介紹。通過查閱大量國內外近期文獻資料，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，使同學了解該方法在工程中的最新應用。
                   
2、改進教學方法
                   
    授課不僅僅是知識的傳授，還要注重對學生的能力的培養，這是教學的關鍵。實踐中我們改變了傳統的教師單向教學的模式，采用啟發式教學，充分調動學生的積極性。根據工科院校學生的特點，在講課方法上突出概念、深入淺出、避開煩瑣的公式推導，重點強調理論在實際中的應用。并且加大講課的信息量，增加趣味性，豐富授課內容，擴充學生的知識面。
                   
3、改革課程考核方式
                   
    有限元理論在工程實際中應用作為考核的重點。從實際問題中精選出具有代表性的習題，要求學生上機計算后將結果按有限元報告規范格式編寫。此外，課程考核中包括要求學生根據所學專業，選擇一個工程實際問題，寫出有限元分析技術路線的報告。這樣可以引導學生將所學理論用于解決實際問題。在知識更新越來越快的時代，只有很好地引導學生去多看一些其他書籍，才有可能使學生養成獨立學習的習慣，培養學生查閱資料、收集處理信息的能力，使其學會自己去獲取知識和更新知識。
                   
（二）教材建設
                   
1、開展了教材改革和教材建設工作
                   
    通過閱讀國內外大量的與本課程相關的資料，組織編寫了《有限元基礎與應用》院內教材。本教材以講清基本理論、指導實際應用為目的，介紹了平面問題、軸對稱和空間問題、桿梁結構、薄板彎曲問題和結構動力學問題的有限元法的基本理論；同時收錄了有限元法在機械和汽車結構分析中的應用和一些新的發展及研究成果。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術水平。
                   
2、編寫上機指南
                 

通過建立與美國MSC/NASTRAN公司和ANSYS公司的聯系，獲得了有限元分析教學版軟件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,能迅速準確地進行靜態、模態、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和上機實習，能夠增強學生利用所學的理論知識解決實際問題的能力。課程組老師通過學習消化這兩套軟件，編寫了兩套上機指南。其中一套已用于實踐性教學環節。
                   
（三）教學條件建設
                   
1、教學條件的改善 
                   

以往的教學中，由于各種原因，主要以講課為主。沒有輔助的教學軟件。學生覺得內容抽象、理論復雜深奧，對有限元分析如何在工程實際中應用知之甚少。現在我們利用MSC/NASTRAN FOR WINDOWS和ANSYS教學版軟件，能將工程有限元分析的建模、求解及后處理直觀、形象地展現在同學面前,增強學生利用所學的理論知識解決實際問題的能力。
                   
2、教學手段的改善
                   
    我們花費較多時間、精力來制作投影膠片及計算機演示幻燈片，充分利用現代化的教學手段，增加本課程的信息量，提高學生的學習積極性。
                   
3、教師自身能力的培養與提高
                   
    只有教學與科研相結合才能提高教師的自身能力。課程組老師結合具體的科研課題，搜集整理了有限元分析在機械和汽車方面應用的多篇學術論文，掌握了本課程應用的一些較新的發展及科研成果，從而進一步豐富教學內容和教學經驗，促進了教學水平的提高。
                    

（四）初步效果及評價
                   
    為了保證課程學習的連貫性，將有限元分析方法用于汽車或機械等專業的畢業設計中。在99級本科的畢業設計課題(2003年)中直接應用有限元分析方法的學生有10名，其中獲得學院優秀論文的有3名。通過畢業設計階段的學習，可以使學生進一步系統地掌握該方法在工程實際中的應用。為了對該課程教改的效果進行評估，由教學管理部門于2003年6月在汽車工程系本科畢業生中對該課程的效果進行了調查。調查結果表明，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，我們在“有限元法基礎”課程教學改革方面有以下幾點體會：
                   
    （1）課程內容應反映工程領域的最新成果。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）教學與科研相結合。高水平的教學與高水平的科研是相互促進的，教師應不斷提高自身的素質，積極參加科研，這在技術基礎課和專業課的教學中尤為重要。
                   
    （3）充分發揮計算機平臺與先進軟件的作用。在教學中充分應用計算機平臺與先進的軟件是對傳統教學方法的重要改進，在培養學生的素質和動手能力方面起到了非常重要的作用。
                   
    （4）教學與工程實踐的結合。從工程實踐中精選出具有代表性的實例，在課程學習和畢業設計中指導學生進行建模、計算和分析，最終實現該課程“教學與工程實踐相結合”的目標。