湖北汽车工业学院  马  迅
                  
                 

“有限元法基础”是一门为我院机械汽车专业本科生开设的介绍先进的计算机辅助设计技术的技术基础课。随着我国机械和汽车行业的迅速发展，有限元法已成为一种通用的分析手段，广泛应用于结构的静力分析、模态分析和动态分析中。但是有限元方法的理论体系和内容自本世纪三、四十年代以来已相对完善和成熟，如何在新的形势下按照新的教育思想进行改革，是我们所面临的一个重要问题。我们将“教学与工程实践相结合”确定为教改的主要目标。注重使学生在有限元的理论基础方面有较深刻的理解，着重于理论方法的融汇贯通，通过介绍一些相关的有限元分析的最新研究成果，使同学能够基本掌握现代有限元分析软件的使用，并能解决一些实际的工程问题。教学改革内容主要包括以下几个方面：

（一）教学内容与教学方法
                   
1、更新教学内容
                   
    结合学生的专业，将讲课的理论部分的重点放在工程实际中大量应用的平面问题的有限元法的介绍上，并突出空间问题、薄板弯曲问题及振动问题的有限元法应用的介绍。通过查阅大量国内外近期文献资料，精心组织并力求反映出一些较成熟的具有普遍性的最新理论成果，使同学了解该方法在工程中的最新应用。
                   
2、改进教学方法
                   
    授课不仅仅是知识的传授，还要注重对学生的能力的培养，这是教学的关键。实践中我们改变了传统的教师单向教学的模式，采用启发式教学，充分调动学生的积极性。根据工科院校学生的特点，在讲课方法上突出概念、深入浅出、避开烦琐的公式推导，重点强调理论在实际中的应用。并且加大讲课的信息量，增加趣味性，丰富授课内容，扩充学生的知识面。
                   
3、改革课程考核方式
                   
    有限元理论在工程实际中应用作为考核的重点。从实际问题中精选出具有代表性的习题，要求学生上机计算后将结果按有限元报告规范格式编写。此外，课程考核中包括要求学生根据所学专业，选择一个工程实际问题，写出有限元分析技术路线的报告。这样可以引导学生将所学理论用于解决实际问题。在知识更新越来越快的时代，只有很好地引导学生去多看一些其他书籍，才有可能使学生养成独立学习的习惯，培养学生查阅资料、收集处理信息的能力，使其学会自己去获取知识和更新知识。
                   
（二）教材建设
                   
1、开展了教材改革和教材建设工作
                   
    通过阅读国内外大量的与本课程相关的资料，组织编写了《有限元基础与应用》院内教材。本教材以讲清基本理论、指导实际应用为目的，介绍了平面问题、轴对称和空间问题、杆梁结构、薄板弯曲问题和结构动力学问题的有限元法的基本理论；同时收录了有限元法在机械和汽车结构分析中的应用和一些新的发展及研究成果。通过教材的编写，提高了教师自身的能力和课程组的整体学术水平。
                   
2、编写上机指南
                 

通过建立与美国MSC/NASTRAN公司和ANSYS公司的联系，获得了有限元分析教学版软件MSC/NASTRAN for Windows和ANSYS。这些软件集有限元建模、分析及后处理为一体,能迅速准确地进行静态、模态、屈曲、接触和非线性等方面的有限元分析。将这些软件用于演示教学和上机实习，能够增强学生利用所学的理论知识解决实际问题的能力。课程组老师通过学习消化这两套软件，编写了两套上机指南。其中一套已用于实践性教学环节。
                   
（三）教学条件建设
                   
1、教学条件的改善 
                   

以往的教学中，由于各种原因，主要以讲课为主。没有辅助的教学软件。学生觉得内容抽象、理论复杂深奥，对有限元分析如何在工程实际中应用知之甚少。现在我们利用MSC/NASTRAN FOR WINDOWS和ANSYS教学版软件，能将工程有限元分析的建模、求解及后处理直观、形象地展现在同学面前,增强学生利用所学的理论知识解决实际问题的能力。
                   
2、教学手段的改善
                   
    我们花费较多时间、精力来制作投影胶片及计算机演示幻灯片，充分利用现代化的教学手段，增加本课程的信息量，提高学生的学习积极性。
                   
3、教师自身能力的培养与提高
                   
    只有教学与科研相结合才能提高教师的自身能力。课程组老师结合具体的科研课题，搜集整理了有限元分析在机械和汽车方面应用的多篇学术论文，掌握了本课程应用的一些较新的发展及科研成果，从而进一步丰富教学内容和教学经验，促进了教学水平的提高。
                    

（四）初步效果及评价
                   
    为了保证课程学习的连贯性，将有限元分析方法用于汽车或机械等专业的毕业设计中。在99级本科的毕业设计课题(2003年)中直接应用有限元分析方法的学生有10名，其中获得学院优秀论文的有3名。通过毕业设计阶段的学习，可以使学生进一步系统地掌握该方法在工程实际中的应用。为了对该课程教改的效果进行评估，由教学管理部门于2003年6月在汽车工程系本科毕业生中对该课程的效果进行了调查。调查结果表明，该课程的改革在各方面都收到较好的效果，教改是成功的。

                   
    综上所述，我们在“有限元法基础”课程教学改革方面有以下几点体会：
                   
    （1）课程内容应反映工程领域的最新成果。教师必须精心组织并力求反映出一些较成熟的具有普遍性的最新研究成果，特别是在工程中已得到广泛应用的那些成果，着重从理论方法和求解思路方面加以讲解。
                   

（2）教学与科研相结合。高水平的教学与高水平的科研是相互促进的，教师应不断提高自身的素质，积极参加科研，这在技术基础课和专业课的教学中尤为重要。
                   
    （3）充分发挥计算机平台与先进软件的作用。在教学中充分应用计算机平台与先进的软件是对传统教学方法的重要改进，在培养学生的素质和动手能力方面起到了非常重要的作用。
                   
    （4）教学与工程实践的结合。从工程实践中精选出具有代表性的实例，在课程学习和毕业设计中指导学生进行建模、计算和分析，最终实现该课程“教学与工程实践相结合”的目标。