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(xué)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(shí)施策略研究，提出并建設(shè)了包括課程理論的案課程例、程序編寫、程序視頻教學(xué)資源等立體化教學(xué)公眾號。實(shí)踐表明，“有限單元法”課程所實(shí)施的“微課”教學(xué)模式改革能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，具有推廣和應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】有限單元法 ； 公眾號 ； 微課 ； 教學(xué)改革

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

1.引言

與傳統(tǒng)的教學(xué)相比，大規(guī)模開放在線課程慕課教育在網(wǎng)絡(luò)上融合了現(xiàn)實(shí)課堂的情境和元素，實(shí)現(xiàn)了混合化的教學(xué)活動。 “互聯(lián)網(wǎng)+”在教育領(lǐng)域的應(yīng)用正在激勵著各種新型的教學(xué)模式和手段涌現(xiàn)。本教改項(xiàng)目基于“微信公眾號”下微課模式，重構(gòu)了課程的教學(xué)體系、教學(xué)載體與教育教學(xué)模式，設(shè)計(jì)和創(chuàng)建了“公眾號” 教育模式下的課程教學(xué)平臺，較好地整合了課程資源，起到了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，符合當(dāng)代教育改革趨勢和先進(jìn)教育理念；研究成果帶來了課程教學(xué)、討論、輔導(dǎo)、作業(yè)、考試等方面的全新改變，對提高課程教學(xué)質(zhì)量起到了促進(jìn)作用；研究成果也可以為其他課程教學(xué)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(shí)意義，并具有廣泛借鑒和指導(dǎo)作用。

2.傳統(tǒng)教學(xué)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(xué)習(xí)《有限單元法》這門課程是理解的，但在本科階段究竟應(yīng)該學(xué)習(xí)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(xué)校的應(yīng)試教育體制有關(guān)，考什么就學(xué)什么；2）當(dāng)前不斷縮減本科課程教學(xué)課時，導(dǎo)致學(xué)生對有限元方法的學(xué)習(xí)是一知半解。這些造成了如研究生階段學(xué)習(xí)與應(yīng)用有限元方法脫節(jié)等一系列問題。由于教學(xué)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(xué)生分析或者編制較為通用的有限元程序的。當(dāng)然，由于各方面的限制，這樣的做法也缺乏現(xiàn)實(shí)性。在這一傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，主要有以下特點(diǎn)：

（1）強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識、基本技能的學(xué)習(xí)。然而，這一精神在實(shí)際教學(xué)中是很難貫徹的，很多情況下，最后變成了“簡單知識的學(xué)習(xí)”，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(xué)生不需經(jīng)歷創(chuàng)新的過程，像“問題提出過程”、“形成數(shù)學(xué)模型”這些重要的環(huán)節(jié)在教學(xué)中也被“理所當(dāng)然”地忽略了，至少沒有能夠引起學(xué)生的充分重視。

（3）學(xué)生很難從本質(zhì)上理解有限元。一些學(xué)生各門專業(yè)課學(xué)得并不十分扎實(shí)，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(xué)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(jì)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(guān)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(dāng)前工科專業(yè)有限元法及程序設(shè)計(jì)的教學(xué)效果并不理想，我們需要結(jié)合當(dāng)前新的教學(xué)模式及其特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)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(shè)計(jì)課程的教學(xué)效果，對于人才培養(yǎng)是極其重要的。對于教師，應(yīng)該統(tǒng)籌研究生階段的應(yīng)用來講解本科階段的課程；對于學(xué)生，應(yīng)該結(jié)合自身的定位和研究生階段有限元的應(yīng)用模式來安排自己的學(xué)習(xí)?？傊?，教師和教學(xué)培養(yǎng)方案起著至關(guān)重要和責(zé)無旁貸的引導(dǎo)作用。

3.“有限單元法”課程“公眾號”教學(xué)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(shí)際的應(yīng)用型課程，課程最終目標(biāo)是要求學(xué)生借助有限元軟件，運(yùn)用有限元的基本原理和方法解決工程實(shí)際問題。本課程體系采用工程實(shí)際應(yīng)用廣泛的SAP2000軟件作為該課程學(xué)習(xí)的應(yīng)用軟件。本教學(xué)模式針對課程教學(xué)內(nèi)容和實(shí)施過程的特點(diǎn)，重點(diǎn)探討了各教學(xué)過程實(shí)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(xué)支持體系。

圖1 教學(xué)模式體系的構(gòu)建圖

考慮目前“公眾號”的界面特征，本教學(xué)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(jìn)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(diǎn)突出采用通用的MATLAB程序進(jìn)行桿系單元，板殼單元的編寫，以此加強(qiáng)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(jìn)行分類。

4.結(jié)論

基于互聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)模式改革是一次教育革命，本教學(xué)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(xué)模式中，研究和設(shè)計(jì)了“有限單元法”課程的“微課”模式，完整地展現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容，這將對“有限元單元法”課程的教學(xué)模式產(chǎn)生新的挑戰(zhàn)，也帶來新的機(jī)遇，一定會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而提高本課程的教學(xué)效果。然而，在如何保證學(xué)生學(xué)習(xí)的真實(shí)性、教學(xué)結(jié)果評價的公平性等方面還需要進(jìn)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(jìn)一步開展相關(guān)研究和探索。

參考文獻(xiàn)

[1]尹飛鴻，劉春節(jié)，何亞峰.“有限元法與軟件應(yīng)用”精品課程立體化教學(xué)研究與實(shí)踐[J]，常州工學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（4）：66-69

[2]呂中華.“慕課”（MOOC）對高校教育的影響和啟示[J]，長春工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（高教研究版），2014（6）：25-26