基于《有限元分析》課程的微課教學(xué)方法研究

孫穎 黃月芹 秦臻

摘要：《有限元分析》這門課程是高等教育中機(jī)械類課程體系里比較重要的一門專業(yè)課。本文首先介紹了該課程在本校的教學(xué)現(xiàn)狀，進(jìn)而分析了該課程在教學(xué)中存在的一些具體問題，剖析了在該課程中引入微課教學(xué)方法的必要性，并給出了具體的實(shí)施方案。該方法有望提高《有限元分析》這門課程的教學(xué)質(zhì)量，并對(duì)同類型的課程教學(xué)改革提供了一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：有限元;微課;教學(xué)方法

1.引言

《有限元分析》是我校機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)大三學(xué)生的一門專業(yè)課，這門課程對(duì)理論基礎(chǔ)要求比較高。而我校是剛剛轉(zhuǎn)設(shè)完成的二本民辦院校，授課對(duì)象仍是三本獨(dú)立院校的招生，學(xué)生的基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，對(duì)于這門課程學(xué)習(xí)中需要的數(shù)學(xué)、力學(xué)、機(jī)械基礎(chǔ)等方面的理論知識(shí)比較匱乏，所以在以往的講課過程中會(huì)出現(xiàn)學(xué)生不理解的情況、對(duì)于有些上機(jī)操作死板照做的情況。而本門課只有40個(gè)學(xué)時(shí)，如何在有限的學(xué)時(shí)里讓同學(xué)們對(duì)這門比較難的專業(yè)課達(dá)到入門效果，是授課時(shí)著重考慮的問題。

2.微課的概念及特點(diǎn)

“微課”是以授課對(duì)象為主題，使用多媒體技術(shù)，將課程中的部分重點(diǎn)和難點(diǎn)按照一定的教學(xué)設(shè)計(jì)制作成的短視頻。它的主要特點(diǎn)有：

1）教學(xué)時(shí)間短，與傳統(tǒng)的課堂相比，微課的時(shí)長(zhǎng)在10分鐘左右，并且觀看地點(diǎn)相對(duì)自由，使學(xué)生不會(huì)有太大的壓力，從而比較有耐心和信心學(xué)習(xí)微課上的知識(shí);

2）教學(xué)內(nèi)容少，一個(gè)微課只包含一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，通常是教學(xué)內(nèi)容中的重點(diǎn)或難點(diǎn)，主題突出，不會(huì)像傳統(tǒng)課堂那么寬泛;

3）資源容量小，容易傳播，微課視頻、教案、PPT等資源只有幾十兆，并且視頻支持在線觀看，也可以下載保存在終端觀看，不費(fèi)流量，不占空間。

3.將微課應(yīng)用于《有限元分析》教學(xué)中的意義

基于授課對(duì)象的特點(diǎn)，《有限元分析》這門課程主要從應(yīng)用的角度進(jìn)行授課，采用理實(shí)一體化的方式，以上機(jī)為主，前半部分主要基于abaqus這款軟件分模塊進(jìn)行常用命令的學(xué)習(xí)及主要參數(shù)的講解，其中涉及到的一些理論知識(shí)會(huì)有了解層面的補(bǔ)充。后半部分主要是各種類型分析實(shí)例的綜合應(yīng)用，也會(huì)引導(dǎo)大家如何調(diào)試錯(cuò)誤及分析結(jié)果的正確性。教學(xué)過程中就會(huì)出現(xiàn)一下幾種情況：

1）憑記憶死板操作，不懂原因;這門課程前半部分主要是對(duì)abaqus這款軟件的學(xué)習(xí)，基本的授課環(huán)節(jié)是老師講解并演示-學(xué)生練習(xí)-老師就共性問題進(jìn)行講解糾正-下一環(huán)節(jié)，這部分常常出現(xiàn)學(xué)生憑著老師操作時(shí)的記憶機(jī)械的操作而不理解每一步具體含義的現(xiàn)象。

2）部分同學(xué)反映課堂進(jìn)度快;每個(gè)同學(xué)吸取知識(shí)的能力不同，在授課過程中會(huì)有小部分同學(xué)反映課程進(jìn)度有些快，跟不上節(jié)奏。而課程學(xué)時(shí)有限，這個(gè)時(shí)候就沒有很有效的辦法解決這個(gè)問題。

3）綜合訓(xùn)練的時(shí)候忘記之前的內(nèi)容;課程的后半部分是幾個(gè)不同類型的工程實(shí)例的應(yīng)用，這里會(huì)用到前半部分所學(xué)的知識(shí)，但有些同學(xué)已經(jīng)忘記了，導(dǎo)致這部分進(jìn)度很慢。

基于以上《有限元分析》課程教學(xué)中存在的一些問題，考慮采用微課的形式把課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)制成微課視頻供同學(xué)們課堂上學(xué)習(xí)，也供他們課前預(yù)習(xí)及課后隨時(shí)復(fù)習(xí)。比如把某個(gè)難以理解的概念以生動(dòng)形象的方式制成微課，供同學(xué)們課上理解、課下復(fù)習(xí);把一個(gè)系統(tǒng)的上機(jī)操作過程制成微課，供同學(xué)們課上一邊看一邊操作，或課下鞏固復(fù)習(xí)。這種相對(duì)新穎的授課方式，既能提高學(xué)生的積極性，又能利用有限的時(shí)間達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，起到事半功倍的效果。

4.微課在《有限元分析》課程中的具體應(yīng)用

4.1.基于《有限元分析》課程錄制微課

基于傳統(tǒng)的《有限元分析》課程教學(xué)中存在的具體問題，將《有限元分析》課程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)進(jìn)行提煉，并與課題組成員及相關(guān)課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的老師一起，最終確定適合做微課的內(nèi)容，并對(duì)這些內(nèi)容的微課呈現(xiàn)方式進(jìn)行討論，重新設(shè)計(jì)以上知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)方案，錄制微課并剪輯，使之滿足微課“ 短小精悍”的特點(diǎn)。

4.2將微課應(yīng)用于課前預(yù)習(xí)。

這部分主要由每位同學(xué)單獨(dú)完成，時(shí)間地點(diǎn)比較自由，微課內(nèi)容也比較簡(jiǎn)單，主要包括介紹下節(jié)課的主要內(nèi)容，并由知識(shí)點(diǎn)引出一些問題供大家思考，同時(shí)也讓同學(xué)們帶著目的性進(jìn)入下節(jié)課的學(xué)習(xí)，使同學(xué)們一直在尋求答案的狀態(tài)下聽課，注意力比較專注。比如在講到劃分網(wǎng)格這部分，在用于預(yù)習(xí)的微課中可以提出：有限元分析為什么要?jiǎng)澐志W(wǎng)格，進(jìn)行六面體剖分的依據(jù)是什么這樣的問題來引導(dǎo)同學(xué)們進(jìn)行思考。

4.3將微課應(yīng)用于課堂。

這部分通常是全班一起觀看，并由教師做一定的講解及補(bǔ)充。這部分微課包括對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)的講解及操作演示，課堂上先播放微課給同學(xué)們觀看，然后教師就微課中比較難理解的部分做講解和補(bǔ)充，必要的時(shí)候做現(xiàn)場(chǎng)演示。仍然以網(wǎng)格劃分這部分內(nèi)容為例，微課的前半部分介紹網(wǎng)格的概念、分類、檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容，后半部分以一個(gè)簡(jiǎn)單的支架模型為例操作演示劃分六面體網(wǎng)格的過程。這樣一個(gè)微課看下來同學(xué)們就對(duì)網(wǎng)格的相關(guān)概念有了一定的了解，并且可以根據(jù)微課中的實(shí)例進(jìn)行練習(xí)，從而掌握網(wǎng)格劃分的常用的命令及網(wǎng)格劃分的思路。

4.4將微課應(yīng)用于課后復(fù)習(xí)。

本課程只有40學(xué)時(shí)，可用于課堂上練習(xí)的時(shí)間很有限，會(huì)有一小部分學(xué)生跟不上進(jìn)度的情況;還有一大部分同學(xué)即使在課堂上弄懂了，但是課后又對(duì)某個(gè)點(diǎn)不清晰了，這樣也不利于最終的考試復(fù)習(xí)。如果有重要知識(shí)點(diǎn)的微課視頻，同學(xué)們課后就可以根據(jù)自己的掌握情況選擇性的進(jìn)行多次觀看、練習(xí)，并最終掌握該知識(shí)點(diǎn)，這樣就會(huì)大幅度提高知識(shí)的掌握程度。該部分的微課內(nèi)容即為用于課堂上的微課。

5.結(jié)論

本文以《有限元分析》這門課程為例，敘述了其教學(xué)現(xiàn)狀及微課教學(xué)方法的應(yīng)用。它打破了傳統(tǒng)的《有限元分析》課程教學(xué)模式，將重要知識(shí)點(diǎn)提煉出來并制成微課，供同學(xué)們課前預(yù)習(xí)、課上學(xué)習(xí)及課后鞏固復(fù)習(xí)使用，達(dá)到了提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，在有限的課時(shí)內(nèi)掌握有限元基礎(chǔ)知識(shí)的目的;以新穎的教學(xué)方式改變以往的《有限元分析》課程教學(xué)中同學(xué)們理解困難，掛科率很高等問題，形成符合本校以及本校學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)方式。該教學(xué)方法也為后續(xù)同類型課程的教學(xué)改革提供了參考依據(jù)。該教學(xué)方法的實(shí)施過程也存在一些問題，如對(duì)教師更高的教學(xué)水平的要求，教師沒有足夠的時(shí)間學(xué)習(xí)微課制作軟件，進(jìn)行微課教學(xué)設(shè)計(jì)等，希望學(xué)校在這方面給予更大的支持。

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項(xiàng)目基金：2017年廣西科技大學(xué)鹿山學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目： 基于《有限元分析》課程的微課教學(xué)方法研究（2017JGZ005）