机械类专业有限元法和应用课程教学改革和,本文是教学改革类本科论文开题报告范文和有限元法和教学改革和机械类有关在职研究生论文范文.
教学改革论文参考文献：
中图分类号：G642 文献标识码：A DOI：10.16871/j.cnki.kjwha.2018.08.031
摘 要“有限元法与应用”课程对提高机械类大学生的综合素质,培养复合型、应用型的工程技术人才具有非常重要的作用.如何增强学生有限元分析的兴趣与积极性、提高教学效果是该课程教学改革工作的重点方向.本文就“有限元法与应用”这一课程的教学特点展开论述,针对这一课程的教学内容、方法和考核形式等问题做了深入探究,在教学过程中对课程内容进行有机整合,将实际工程案例引入日常教学内容中,借住启发式、讨论式、项目式这些吸引人参与其中的有效形式,最大限度地提高学生的学习兴趣和积极性,改善教学效果,提高学生的工程实践和创新能力.
关键词机械类专业有限元法与应用教学改革
1 前言
现今,以有限元数值模拟技术为核心的计算机辅助工程（CAE）技术已成为解决工程实际问题必不可少的工具,广泛应用于机械、土建、桥梁、冶金、电磁学等众多大型科学和工程计算,有限元的计算结果已逐渐变成各类工业产品在进行设计和性能分析时经常采用的方法.基于CAE 技术,我们能够在很短时间里做完那些靠人工计算要浪费几周时间才可以做完的计算量,这样一来极大地节省了计算时间和设计周期[1].在欧美地区,在那些掌握核心制造工艺的发达国家,CAE 技术已成为很流行的方法,未经过CAE 有限元计算的产品将无达通过合格检验.有限元方法是CAE 中应用最为广泛的数值模拟方法[2].因此,掌握“有限元法”的计算方法,学会如何熟练使用该种高度有效的计算方法和公式,现在已逐渐变成各学校机械类专业的必修课程和学生必备技能.近年来,国内许多高校面向工科专业开设了“有限元法与应用”课程,该课程已成为机械类专业的一门主要的专业课,它的重要作用在于将一些理论基础学科和更深层的难度更大的专业课程衔接起来,更容易让学生学习理解,并且为将来的专业课做设计和毕业论文做设计做好铺垫.“有限元法与应用”课程对提高大学生的全面素质,培养复合型、应用型的工程技术人才具有非常重要的作用.
2 教学过程存在的问题
“有限元法与应用”课程具有非常鲜明的工程应用背景,其课程要求既有一般抽象的有限元理论和方法,又要与工程实际相结合,解决具体问题.目前,在传统的“有限元法与应用”课程教学存在以下几个方面问题[3-4]：
（1）未能很好地掌握有限元法这门课程的基础理论知识.现有的“有限元法与应用”课程在授课时主要将时间花在讲解有限元法和各种单元的力学原理这些课程内容上去了.老师将过多的教学时间放在向学生演示如何进行数学力学推导而非知识的实践应用上.事实显示,这种教学方法的成效不佳,无法让学生达到对知识的深入浅出的理解.
（2）没有做到熟练掌握拟分析对象的工程背景.“有限元法与应用”这门课程拟达到的教学的效果是：指引学生“广泛了解工程学科的应用对象,切实提升自身分析、剖析并且解决实际问题的能力”.其中,让学生动手实践才是达到这一目标的有效方法.现有的“有限元法与应用”在动手实践方面主要借助三种教学方式：1）一是在课堂上剖析实际案例；2）二是让学生上机操作；3）三是参与到课外工程实践中去.但是实际上都是采用指导书让学生依照指导书完成上述实践活动,未能调动学生自主参与和探究分析能力.
因为学生缺乏自主性,导致很多学生不清楚所要分析的工程对象的工程背景,不熟悉怎样去简化研究对象的复杂模型,结果造成了分析时设置的工程参数缺乏合理性,并且想不到有效方法去很好地处理分析工作中碰到的问题或者自己也解释不了自己的分析结论,这样显然达不到培养和提升学生运用有限元法法去解决实际工作中的工程难题的能力这一目标.
（3）没有熟练掌握对软件功能模块应用的分析方法.每当碰到的实践问题过于复杂,学生一般都没有能力直接利用编程对工程结构进行分析.当前的“有限元法与应用”课程中对于实践教学方面已经提出了让学生掌握借助商业软件完成有限元分析的过程并且学会编程软件等工具的教学任务.然而实际上,当前在教学实践中存在着学生上机操作机会少等问题,再加上学习的工程问题都是比较简单易分析的,更加导致学生没有用心去掌握软件功能模块,以致于一旦碰到实际问题就不知道分析步骤以及如何合理设置工程参数,最终造成了无法解决问题或者解决的结果错误等后果,极大阻碍了学生分析与解决实际问题能力的提升.
3 教学改革的理念与方案
我们分析和借鉴国内外相关课程的成功经验、丰富的教学资源以及学科前沿发展成果,根据应用型本科建设需求,从教学内容、项目实践、考核方式等方面进行一体化的教学建设,从企业实际工程项目的导入和展开、优化课程内容与教材引进、考核方式改革等方面进行教学方法改革,提升教学质量,培养学生创新实践能力,具体实施方案如图1所示.
4 教学内容和方法及考核方法的改革
4.1 教学内容的改革
当前,企业一般多借助三维设计平台去设计机械产品,这种设计模式的主要方法是首先设计产品虚拟样机再进行有限元分析计算,该模式作为设计指导的方法之一,十分重视有限元分析在设计质量和设计效率上所起到的作用[5].所以,该模式要求本科学生必须具备初步的工程分析能力,而该能力恰恰是学生所欠缺的.我们借鉴了欧美高校和国内高校对于有限元课程的设置差别,再结合学生实际水平,在教学模式上更注重对于工程应用方面的教学,这样做的目的在于培育工程技术方面的应用型人才.教学课程由三个模块构成：有限元分析方法的基本原理、能进行有限元分析的软件以及有限元分析工程应用.这三个模块既是各自独立的但又是紧密结合的,前者为后者奠定基础,后者有助于推动前者发展,三大模块构成统一的整体,最终要达到解决实际工程问题的目的.
有限元分析基本原理模块主要对有限元方法的基本概念和原理进行讲授,让学生能够更加深刻地学习有限元方法的精髓、基本原理和求解方法,掌握典型的一维杆系结构、二维弹性力学平面问题等单元分析,从变分原理、矩阵位移法角度讨论有限元方法的单元离散和求解步骤.有限元分析软件介绍模块主要介绍ANSYSWorkbench 软件的操作和分析流程.有限元分析工程应用模块通过工程实际算例介绍如何采用ANSYS Workbench 进行有限元分析（如表1 所示）,主要包括静力学分析、模态分析、谐响应分析、热分析、热应力分析和优化设计等方面,在教学时更加注重如何建立并简化有限元分析时运用的模型、进行网格划分、进行材料定义、进行边界条件定义以及学会分析最终的结果,上述这些能力都是在等实际中经常用到的.
4.2 教学方法的改革
有限元方法的理论知识有其自身的工程应用背景,唯有学会了如何解决实际工程问题,有限元方法的实际价值才会得到很好发挥.“有限元法与应用”这门课程是一门实操性极强的课程,所以教学过程中将与企业合作,将合作企业实际工程算例引入课堂,把枯燥无趣的理论知识和项目教学紧密联系起来了,建立起“项目式教学”方法.该方法让学生有机会利用所学有限元分析软件解决实际问题,能够学会模型建立的基本方法、如何挑选材料和单元、怎样划分网格、学会如何添加约束和载荷以及如何分析数据结果等一系列具体的实操问题,进一步提高学生的工程分析能力.还要多激励学生借助开放实验室去学会自主设计一些有限元方面的程序,并通过对比传统计算方法的结果,有效验证自己的设计是否正确.“项目式教学”以培养学生的实践能力和创新能力为目标,以企业实际存在的问题为导向导入和展开同理论知识密切结合并能体现出创新性的算例；项目开展中,学生采用团队方式进行模块化项目和综合项目,授课教师进行指导、点评,项目成绩计入最后总成绩.
另外,针对当前学时较少的现状,通过建设网络课程开展翻转式教学方法的转变.多借助丰富的网络资源、多媒体器械以及先进的现代化教学软件手段,在教学中增加与学生互动、讨论的次数,激发学生们的学习热情,以此提升教学效率.老师们在展示实际实例时,也要注意同时辅以建模方法、建模技巧和分析中的常见注意事项等,允许学生有问题就随时发问,不但能够让学生尽快掌握知识,还能提高其实践能力.此外,老师还要注重让学生有更多机会参与到教学互动中来,比如可以邀请学生上讲台亲自阐述对某一问题的解决方法的看法或者让学生亲自展示如何操控有限元软件,进而能够发现并及时解决学生的疑问.老师还可考虑尽量增加讨论式教学模式,由老师提出问题让学生积极思考之后,老师再说出解决方法并指出一些注意事项.在这种不断讨论与提出解决方法的循环中,极大地建立起学生的积极参与性,培养学生学会独立思考,学会如何灵活运用基础知识去解决实际问题,让学生从原有的被动学习朝着主动学习转变.
4.3 考核方法改革
有限元方法作为一种设计技术,它始终是运用于设计上的,它是一种设计手段而非目的.作为一名设计工程师,其工作的最终目的就在于借助有限元技术设计出更好的工程产品.所以,在教授机械类专业的学生这门课时,应该把重心放在教会他们真正掌握有限元方法,学会使用有限元计算软件上.学会在实际工作中灵活运用有限元方法才应是课程考核的重点.老师应该从实际工程案例里总结提出难度适中的代表性问题,让学生据此借助有限元方法进行问题分析、上机操作、撰写标准格式的分析报告.这一系列过程能够引导学生将理论知识与实际问题相结合,有效做到理论紧密联系实际.我们改变传统一次性的期终考试制度,改为“上机考试+ 项目”的综合考试制度,通过设计4 个企业实际工程算例,每个项目成绩所占总成绩比例为15%.最后总成绩包括三次考试成绩、项目成绩、课堂出勤和表现等.
5 结语
本文针对“有限元法与应用”课程特点,以培养学生的综合素质为出发点,以提高学生的数值计算应用能力、培养应用型人才为目标,从本课程的教学内容、教学方法和考核形式这些方面做了分析与研究,搭建起了以学生为参与主体,教师为主导,以理论为经线、以工程实践为纬线的“有限元法与应用”课程立体教学体系.将具有代表性和实践性的企业实际项目引进课程教学,形成模块化和综合性项目,采用“项目式”教学方式,引导学生“面向问题、面向实践”进行有限元知识的学习和应用.改革现有考核方式,采用“上机考试+ 项目”的持续性、综合性考核方式,考核内容重视理论和实践的结合.经过这一系列教学改革与教学实践,“有限元法与应用”课程的教学结果显然取得了有效进步,达到了学习、研究与实践这三者的有效结合,进一步提升了学生的动手实践与创新能力,极大激发了学生的学习热情和主动性,为培养高素质应用型工程技术人才奠定了良好基础.
本文结束语:此文为一篇关于有限元法和教学改革和机械类方面的相关大学硕士和教学改革本科毕业论文以及相关教学改革论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
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