陳昌宏++黃鶯+朱彥飛++曹剛+姚堯

【摘要】結(jié)合校級探究式課程教學改革的研究成果，開展了“有限單元法”課程的“公眾號”微課模式體系與實施策略研究，提出并建設了包括課程理論的案課程例、程序編寫、程序視頻教學資源等立體化教學公眾號。實踐表明，“有限單元法”課程所實施的“微課”教學模式改革能夠提高學生學習的興趣，增強學生的工程實踐能力，具有推廣和應用價值。

【關鍵詞】有限單元法 ； 公眾號 ； 微課 ； 教學改革

【中圖分類號】G434；TP3-4 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）04-0103-02

1.引言

與傳統(tǒng)的教學相比，大規(guī)模開放在線課程慕課教育在網(wǎng)絡上融合了現(xiàn)實課堂的情境和元素，實現(xiàn)了混合化的教學活動。 “互聯(lián)網(wǎng)+”在教育領域的應用正在激勵著各種新型的教學模式和手段涌現(xiàn)。本教改項目基于“微信公眾號”下微課模式，重構(gòu)了課程的教學體系、教學載體與教育教學模式，設計和創(chuàng)建了“公眾號” 教育模式下的課程教學平臺，較好地整合了課程資源，起到了激發(fā)學生學習的興趣，符合當代教育改革趨勢和先進教育理念；研究成果帶來了課程教學、討論、輔導、作業(yè)、考試等方面的全新改變，對提高課程教學質(zhì)量起到了促進作用；研究成果也可以為其他課程教學改革提供方法論和理論依據(jù)，具有較高的理論意義和現(xiàn)實意義，并具有廣泛借鑒和指導作用。

2.傳統(tǒng)教學模式存在的問題

目前，土木工程專業(yè)本科生對于本專業(yè)為什么要學習《有限單元法》這門課程是理解的，但在本科階段究竟應該學習到什么程度可能就不太知曉了。主要有如下兩個原因：1）與學校的應試教育體制有關，考什么就學什么；2）當前不斷縮減本科課程教學課時，導致學生對有限元方法的學習是一知半解。這些造成了如研究生階段學習與應用有限元方法脫節(jié)等一系列問題。由于教學時間限制，有限元理論講解完畢后，有限元程序的編制部分多數(shù)教師只是一筆帶過，很少有在工科專業(yè)真正要求學生分析或者編制較為通用的有限元程序的。當然，由于各方面的限制，這樣的做法也缺乏現(xiàn)實性。在這一傳統(tǒng)的教學模式中，主要有以下特點：

（1）強調(diào)基礎知識、基本技能的學習。然而，這一精神在實際教學中是很難貫徹的，很多情況下，最后變成了“簡單知識的學習”，即往往只介紹了有限元非常淺顯的概念。

（2）偏重于已有知識的灌輸，學生不需經(jīng)歷創(chuàng)新的過程，像“問題提出過程”、“形成數(shù)學模型”這些重要的環(huán)節(jié)在教學中也被“理所當然”地忽略了，至少沒有能夠引起學生的充分重視。

（3）學生很難從本質(zhì)上理解有限元。一些學生各門專業(yè)課學得并不十分扎實，各門知識在頭腦中的印象還是孤立的，尚未融會貫通。

盡管工科專業(yè)研究生很少需要專門從事深入的有限元數(shù)學理論的研究，但是在他們的專業(yè)研究中，通常需要用有限元方法作為數(shù)值計算的工具，而且很多時候商業(yè)有限元軟件包提供的算法或者本構(gòu)模型不能滿足研究者的需要。這時候就需要研究者重新編寫或者修改前人的有限元代碼。特別是有許多工科專業(yè)的研究生也專門從事與本專業(yè)相關的有限元理論研究和程序開發(fā)。這時候，就需要研究者具有較為深厚的有限元理論和程序開發(fā)知識。

然而，總的來說，當前工科專業(yè)有限元法及程序設計的教學效果并不理想，我們需要結(jié)合當前新的教學模式及其特點進行相應的改革。因此，如何統(tǒng)籌本科階段的有限元課程安排，提高本科階段工科有限元法及程序設計課程的教學效果，對于人才培養(yǎng)是極其重要的。對于教師，應該統(tǒng)籌研究生階段的應用來講解本科階段的課程；對于學生，應該結(jié)合自身的定位和研究生階段有限元的應用模式來安排自己的學習。總之，教師和教學培養(yǎng)方案起著至關重要和責無旁貸的引導作用。

3.“有限單元法”課程“公眾號”教學模式支持體系的構(gòu)建

“有限單元法”課程是一門理論聯(lián)系實際的應用型課程，課程最終目標是要求學生借助有限元軟件，運用有限元的基本原理和方法解決工程實際問題。本課程體系采用工程實際應用廣泛的SAP2000軟件作為該課程學習的應用軟件。本教學模式針對課程教學內(nèi)容和實施過程的特點，重點探討了各教學過程實施的最佳形式，確立和構(gòu)建了如圖1 所示的本課程“公眾號”模式的教學支持體系。

圖1 教學模式體系的構(gòu)建圖

考慮目前“公眾號”的界面特征，本教學模式的改革體系基于“桿系結(jié)構(gòu)”—“板殼結(jié)構(gòu)”—“程序視頻”三個模塊進行（圖1）。其中：“桿系結(jié)構(gòu)”模塊包括課程講義，課程案例和桿系單元MATLAB程序三個子塊；“板殼模塊”包括課程講義，課程案例，三角形單元和四邊形單元MATLAB程序三個子塊；“程序視頻”模塊包括SAP2000，Cable（索單元），P-Delta（大位移）及API二次開發(fā)四個子塊。

在程序單元子塊中，重點突出采用通用的MATLAB程序進行桿系單元，板殼單元的編寫，以此加強對“有限單元法”課程的深度理解。課程案例子塊中包括了本科生階段的“桿系結(jié)構(gòu)”和“板殼結(jié)構(gòu)”所有常見的案例，按照“難度指數(shù)”進行分類。

4.結(jié)論

基于互聯(lián)網(wǎng)的教學模式改革是一次教育革命，本教學模式將“公眾號”的“微課”模式融入到“有限單元法”課程的傳統(tǒng)教學模式中，研究和設計了“有限單元法”課程的“微課”模式，完整地展現(xiàn)了教學內(nèi)容，這將對“有限元單元法”課程的教學模式產(chǎn)生新的挑戰(zhàn)，也帶來新的機遇，一定會激發(fā)學生的學習興趣，從而提高本課程的教學效果。然而，在如何保證學生學習的真實性、教學結(jié)果評價的公平性等方面還需要進一步開展研究和探索，如何建立該教育模式下有效的管理體系也有待進一步開展相關研究和探索。

參考文獻

[1]尹飛鴻，劉春節(jié)，何亞峰.“有限元法與軟件應用”精品課程立體化教學研究與實踐[J]，常州工學院學報，2014（4）：66-69

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