張 寧

（西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑學(xué)院，陜西 楊凌712100）

近年來，隨著我國水利、交通運輸、航天航空及機械工業(yè)的崛起，有限元法已成為現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計的主要方法，廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的靜力分析、動態(tài)分析與結(jié)構(gòu)優(yōu)化中。 現(xiàn)代工程科學(xué)技術(shù)的發(fā)展要求人才具備完整的知識結(jié)構(gòu)，即為工程實踐、理論修養(yǎng)與計算能力三個方面具有高水平的訓(xùn)練，三者缺一不可，否則在今后的競爭中會變得十分被動。理論修養(yǎng)在日常的基礎(chǔ)課與專業(yè)課中積累，計算能力的提高有多種途徑，應(yīng)用大型商業(yè)通用程序就是其中之一。 ANSYS、ADINA、ABAQUS、MSC 等大型通用商業(yè)軟件的出現(xiàn)， 大大促進了有限元技術(shù)在工業(yè)中中的發(fā)展。由于ANSYS 功能強大，簡便易學(xué)，是首選的通用程序，我?；谟邢拊碚摻Y(jié)合ANSYS 程序開設(shè)面向本科生的選修課程。然而，由于有限元法的理論知識抽象性大，涵蓋內(nèi)容廣，學(xué)生要在有限時間內(nèi)掌握有限元法比較困難，對于如何提高有限元法教學(xué)效果成為一個急需解決的問題，對此，本文提出針對有限元法課程教學(xué)改革的一些嘗試。

1 合理針對性的安排教學(xué)內(nèi)容

本課程的學(xué)習(xí)目的是拓展本科階段工程力學(xué)中的求解方法，培養(yǎng)學(xué)生運用離散化思想分析問題和利用計算機程序解決各種實際工程問題，求出問題的有限元解的能力，為以后學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ)[1]。但是有限元法的運用領(lǐng)域非常廣泛，雖然運用時所依據(jù)的基本理論與原理都是一樣的，但是在細節(jié)上的里還是有專業(yè)的區(qū)別。 例如在有限元的機械領(lǐng)域和水利領(lǐng)域上有很大的區(qū)別：后者有限元模型一般要比前者復(fù)雜的多，由于前者的材料一般是金屬的，性質(zhì)是線性穩(wěn)定的，而對于水利領(lǐng)域中的材料一般是非線性的。 而且兩者的各自的計算結(jié)果的判定和可靠性評估也不同。因此在教學(xué)過程中根據(jù)專業(yè)的不同合理安排教學(xué)內(nèi)容，突出教學(xué)重點。合理選用優(yōu)秀的教材，編寫針對不同專業(yè)的教學(xué)方案，是提高教學(xué)質(zhì)量不可或缺的手段。 由于目前各版本教材比較多，適用范圍也比較廣，一本不適合的教材誤導(dǎo)學(xué)生的自我定位，挫傷學(xué)習(xí)積極性，影響教師的講課，降低學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量[2]。我校選用王新敏的《ANSYS 工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析》，人民交通出版社出版的作為參考教材。

2 采用啟發(fā)式的教學(xué)方法

有限元的內(nèi)容主要包括有限元分析、原理、編程及軟件應(yīng)用。對于有限元編程來說，面對大量通用軟件（ANSYS），我們能做的只是二次開發(fā)，增加新的單元、本構(gòu)方程等。 啟發(fā)式教學(xué)在教學(xué)目標上，注重知識，但更強調(diào)培養(yǎng)思維能力，實現(xiàn)人的全面發(fā)展[2]。 啟發(fā)式的教學(xué)方法是符合“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”這種現(xiàn)代教學(xué)思想。 在有限元課堂上進行啟發(fā)式教育，更好的發(fā)揮了學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的作用，從而全方位提高學(xué)生的能力，分為如下幾個方面：

2.1 增加課程內(nèi)容的趣味生動性以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，是以學(xué)生為主體的現(xiàn)代教學(xué)理念的落腳點[3]，對于有限元這門課程主要通過緒論講解關(guān)于有限元法的歷史資料來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。由于對歷史資料的分析，可以使學(xué)生了解有限元法的發(fā)展軌跡，通過前人在有限元研究中的輝煌歷史激勵學(xué)生學(xué)習(xí)激情，還可以介紹國外有限元在現(xiàn)實生產(chǎn)中的典型應(yīng)用來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過有限元法在實際工程上的典型應(yīng)用來說明學(xué)習(xí)有限元法的重要意義和價值，以此來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

2.2 討論式教學(xué)引導(dǎo)學(xué)生主動思考

啟發(fā)式教學(xué)的主旨是引導(dǎo)學(xué)生主動探索積極思維，進而提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。在啟發(fā)式教學(xué)中，教師需要對課程內(nèi)容進行精要，由表及里的引導(dǎo)學(xué)生逐步接近知識結(jié)構(gòu)。教師在講授課程內(nèi)容的同時留意學(xué)生學(xué)習(xí)的障礙，并及時啟發(fā)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，在教師有效的引導(dǎo)下使學(xué)生自覺的發(fā)現(xiàn)掌握知識，從而調(diào)動他們潛在的能力。 在教學(xué)結(jié)構(gòu)上，教師和學(xué)生之間是一種合作關(guān)系，表現(xiàn)在師生之間的自由探討和對話[4]。 在探討問題過程中，教師可以在學(xué)生認證過程中設(shè)置疑問，讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，從而解決問題鞏固知識。

3 理論知識與實踐相結(jié)合

現(xiàn)在的大學(xué)生畢業(yè)后選擇工作，作為土木類專業(yè)的畢業(yè)生，大部分企業(yè)里，使用有限元通用軟件是應(yīng)聘的必要要求。 故而有限元課程重點在于教授學(xué)生如何掌握有限元方法， 如何靈活運用有限元軟件。在理論教學(xué)過程中，運用動畫和視頻展示有限元法在工程上取得的成果，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲[5]。目前實踐環(huán)節(jié)是大多數(shù)大學(xué)教育的一個普遍存在的薄弱環(huán)節(jié)。 有限元這門課程的理論比較枯燥，只有理論會讓課程學(xué)習(xí)變得空洞乏力，紙上談兵，缺乏動手能力，注重理論與實踐的結(jié)合是讓學(xué)生更好的掌握這門課程的重要手段。對于有限元的實踐主要指是在有限元軟件的使用上。對于大型通用有限元軟件（ANSYS）的使用本身就是一門學(xué)問[6]，這就要求教師增加平時上機實習(xí)的課時，對學(xué)生的疑問進行針對的指導(dǎo)。 上機實踐是學(xué)習(xí)有限元法的重要環(huán)節(jié)，通過學(xué)生自己的實踐，不僅可以加深對理論和方法的理解，而且可以加強對實際綜合能力的培養(yǎng)，激發(fā)進一步應(yīng)用和研究的興趣。另外，在上機實踐中要強調(diào)軟件實際工程上的應(yīng)用，因為在平時學(xué)習(xí)中接觸的都是單一的工況、約束問題，而在實際工程中，往往涉及的是整體結(jié)構(gòu)，多種復(fù)雜工況下的具體問題。

現(xiàn)在的設(shè)計工作已經(jīng)大量使用有限元軟件分析，故現(xiàn)在畢業(yè)生掌握一門有限元軟件使用技能，無疑是在面對畢業(yè)就業(yè)競爭時在同等學(xué)歷的情況下很有力的加分點。

4 考核方式的多樣化

為了調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)的積極性，克服應(yīng)試教育的弊端，使考試成績能更加真實的反應(yīng)學(xué)生的能力，我校采用中期課程設(shè)計考核制度和期末考試成績相結(jié)合的考核方式。中期的課程設(shè)計是教師準備的題目中挑選一個自己感興趣的題目，在規(guī)定期限內(nèi)獨立完成，上交報告。其評分標準依據(jù)創(chuàng)新性、實用性為主要標準，參考學(xué)生實際情況，給出客觀的評分。 在期末考核方面主要注重分析和設(shè)計為主，合理分配試題的難易度、深廣度。

對于教學(xué)方法和手段是多樣化的，也沒有固定模式，針對不同學(xué)生不同專業(yè)不斷進行調(diào)整、摸索，合理設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，才能更好的達到預(yù)期的教學(xué)效果。 通過上述的教學(xué)方法和手段的改革，我校的有限元教學(xué)取得了明顯的效果，學(xué)生的綜合能力得到了提高，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，促進了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性。 對于有限元課程的講授任重而道遠，教師應(yīng)不斷的學(xué)習(xí)與時俱進，探索更科學(xué)的教學(xué)方法和手段，解決在教學(xué)過程中遇到的問題，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才不懈努力。

［1］錢瑛,李成,趙華東.教研結(jié)合模式下的機械類專業(yè)有限元課程研究[J].中國科技信息,2010(14).

［2］葛藤.《有限元法》本科教學(xué)改革探討[J].科技信息,2010(13).

［3］吳翊.啟發(fā)式教學(xué)再認識[J].中國大學(xué)教育,2011(1).

［4］王文靜.有限元方法及軟件應(yīng)用課程教學(xué)改革實踐探索[J].科學(xué)教育論壇，2005(22).

［5］鮑四元.本科生有限元法課程教學(xué)的現(xiàn)狀與若干改革研究[J].課程教育研究，2014(1).

［6］王小榮,林順洪,丁劍平,陳小亮.有限元法課程的教學(xué)改革探討[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報：社會科學(xué)版，2011(6).