特色的機(jī)械工程研究生課程論文

　　第1篇:機(jī)械工程研究生國(guó)際化培養(yǎng)課程設(shè)置探討

　　一、研究生國(guó)際化培養(yǎng)的背景

　　本世紀(jì)是知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，在面臨能源緊缺及信息化發(fā)展的同時(shí)，也將面臨人才的國(guó)際化競(jìng)爭(zhēng)，國(guó)家的發(fā)展需要人才并依靠人才，而研究生教育是高端人才培養(yǎng)的行業(yè)基礎(chǔ)和保證。以往我國(guó)研究生教育的國(guó)際化發(fā)展是將國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的研究生送往國(guó)外接受先進(jìn)教育培養(yǎng)，當(dāng)前國(guó)家綜合國(guó)力的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)際上是經(jīng)濟(jì)、科技實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)，而這些競(jìng)爭(zhēng)最終又回歸到人才的競(jìng)爭(zhēng)方面，我國(guó)在近些年開(kāi)始接受國(guó)外的留學(xué)生，并在世界范圍內(nèi)傳播中國(guó)的理念和文化。國(guó)內(nèi)研究生國(guó)際化教育能縮短高端人才培養(yǎng)的時(shí)間周期，通過(guò)引進(jìn)國(guó)際知名教授進(jìn)行短期講學(xué)，可以在較短時(shí)間內(nèi)培養(yǎng)出一大批具有世界先進(jìn)知識(shí)的研究生學(xué)位獲得者，這些高端人才將為我國(guó)的創(chuàng)新型大學(xué)及國(guó)家建設(shè)提供豐富的人才儲(chǔ)備�，F(xiàn)今，我校開(kāi)展機(jī)械工程專業(yè)研究生國(guó)際化教育實(shí)踐可以為研究生教育搭建具有實(shí)踐性的國(guó)際平臺(tái)，將我校機(jī)械專業(yè)學(xué)科研究生為石油石化行業(yè)國(guó)際化人才，為研究生教育國(guó)際化發(fā)展提供了很好的借鑒。

　　國(guó)際上研究生教育最發(fā)達(dá)的國(guó)家在美國(guó)，其研究生教育規(guī)模與質(zhì)量居世界前列，2005年共有4.4萬(wàn)人被授予博士學(xué)位，1901～1999年，美國(guó)研究型大學(xué)畢業(yè)的研究生學(xué)位授予者共獲得164個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)（約占同期諾貝爾獎(jiǎng)獲得者總數(shù)的1/4）。因此，世界各地的優(yōu)秀生源紛紛前往美國(guó)攻讀學(xué)位，2005年，在美留學(xué)研究生規(guī)模達(dá)26.4萬(wàn)人，約占全美在校研究生的17%，在工程和自然科學(xué)領(lǐng)域攻讀研究生學(xué)位的留學(xué)生規(guī)模占4%以上，這為美國(guó)提供了大量的核心科技人力資源儲(chǔ)備，成為美國(guó)在世界范圍內(nèi)保持其競(jìng)爭(zhēng)力優(yōu)勢(shì)的重要原因。2007年，在加拿大班芙，第一次召開(kāi)了研究生教育相關(guān)的國(guó)際會(huì)議，來(lái)自美國(guó)、加拿大、歐洲、澳大利亞和中國(guó)的高等教育領(lǐng)導(dǎo)達(dá)成一項(xiàng)班芙共識(shí)，班芙共識(shí)認(rèn)為研究生教育是創(chuàng)造知識(shí)型經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵。研究生教育正在向國(guó)際化轉(zhuǎn)型，班芙峰會(huì)是各國(guó)建立包容、開(kāi)展國(guó)際合作分享研究生教育中最佳實(shí)踐的重要一步。

　　就我校機(jī)械學(xué)科而言，機(jī)械專業(yè)學(xué)位研究生國(guó)際化培養(yǎng)教育剛剛開(kāi)始，針對(duì)機(jī)械專業(yè)研究生教育的特點(diǎn)，相關(guān)機(jī)械學(xué)科的課程國(guó)際化課程體系建設(shè)，國(guó)際化培養(yǎng)模式研究將成為成功培養(yǎng)出具備實(shí)踐背景的工程技術(shù)人才關(guān)鍵。

　　二、學(xué)校的師資條件和學(xué)生條件情況分析

　　機(jī)械工程是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展提供各類機(jī)械裝備和生產(chǎn)制造技術(shù)以創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富和提高社會(huì)文明水準(zhǔn)的重要工程領(lǐng)域。隨著電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)、材料科學(xué)的發(fā)展與滲透，充實(shí)并豐富了本領(lǐng)域的基礎(chǔ)，拓寬和發(fā)展了本領(lǐng)域的研究范疇，同時(shí)促進(jìn)機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程向自動(dòng)化、智能化、信息化方向發(fā)展。我校機(jī)械工程涉及工程力學(xué)、流體力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)及理論、安全技術(shù)及工程、供熱供燃?xì)馀�通及空調(diào)等基礎(chǔ)和應(yīng)用學(xué)科，需要解決的工程問(wèn)題有石油機(jī)械工程、石油安全技術(shù)、供熱供燃?xì)獾裙こ虇?wèn)題。針對(duì)石油、石化行業(yè)培養(yǎng)機(jī)械工程領(lǐng)域應(yīng)用型、復(fù)合型高層次工程技術(shù)和工程管理人才。本學(xué)科師資力量雄厚，完成了數(shù)百項(xiàng)科研項(xiàng)目，其中多項(xiàng)獲國(guó)家、省部級(jí)科技進(jìn)步獎(jiǎng)。先后出版了多部專著、譯著和研究生教材。本學(xué)科建有相應(yīng)的校級(jí)重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，裝備有激光測(cè)速系統(tǒng)、粒子成像系統(tǒng)、多功能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、振動(dòng)信號(hào)測(cè)試和分析系統(tǒng)等多臺(tái)百萬(wàn)元級(jí)重大設(shè)備，為研究生的教學(xué)和科研提供了有利的條件。

　　此外，機(jī)械工程專業(yè)本科教學(xué)中一些專業(yè)基礎(chǔ)課已經(jīng)采用英文教材，雙語(yǔ)授課。對(duì)于研究生國(guó)際化培養(yǎng)、學(xué)生是通過(guò)選拔而參加這項(xiàng)國(guó)際化培養(yǎng)項(xiàng)目中。在選拔中英文的聽(tīng)說(shuō)讀寫(xiě)作為重要的一環(huán)來(lái)考核研究生，所以錄取上來(lái)的學(xué)生都英文基礎(chǔ)較好。

　　在師資的培訓(xùn)和選拔方面，我院專業(yè)外語(yǔ)教學(xué)師資總體上基礎(chǔ)比較好，有一批老教授和能力較強(qiáng)的中年教師，完全具有承擔(dān)全英語(yǔ)教學(xué)的能力，但師資分布不均衡，少數(shù)課程的師資力量較薄弱。為了加大對(duì)中青年教師外語(yǔ)教學(xué)能力的培訓(xùn)，我校師資辦舉辦了多期英語(yǔ)培訓(xùn)班，使一批中青年骨干教師外語(yǔ)水平明顯提高，同時(shí)我院還選拔了多名青年教師到國(guó)外進(jìn)修教學(xué)�，F(xiàn)在，研究生基礎(chǔ)各門課程的師資基本能滿足全英語(yǔ)教學(xué)試點(diǎn)班的教學(xué)需要。

　　三、機(jī)械工程專業(yè)課程設(shè)置目標(biāo)

　　我校機(jī)械工程專業(yè)培養(yǎng)從事機(jī)械工程、安全技術(shù)及工程、供熱、供燃?xì)�、通風(fēng)及空調(diào)工程研究方向中科技攻關(guān)、技術(shù)開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)與施工、工程規(guī)劃與管理的復(fù)合型碩士高層次工程技術(shù)和工程管理人才。

　　鑒于機(jī)械學(xué)科碩士研究生國(guó)際化培養(yǎng)還未展開(kāi)，采取對(duì)國(guó)內(nèi)外高校進(jìn)行廣泛的資料調(diào)研，然后綜合分析，再結(jié)合機(jī)械學(xué)科專業(yè)的實(shí)際情況進(jìn)行分析論證的方法進(jìn)行研究。另外，對(duì)部分國(guó)內(nèi)高校及我校其他專業(yè)國(guó)際化研究生培養(yǎng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，獲取第一手資料。我校自上個(gè)世紀(jì)50年代開(kāi)始一直進(jìn)行具有石油特色的機(jī)械工程研究生課程，在多年的教學(xué)積累和探索的，人才培養(yǎng)質(zhì)量達(dá)到了國(guó)內(nèi)高校同類專業(yè)的先進(jìn)水平。本專業(yè)形成了“堅(jiān)持機(jī)電結(jié)合，突出石油特色”的鮮明專業(yè)特色，使培養(yǎng)的學(xué)生具有機(jī)械工程、電子工程和控制工程三個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的寬廣扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)、很強(qiáng)的適應(yīng)性和綜合素質(zhì)，具有廣闊的發(fā)展空間和良好的就業(yè)前景。本專業(yè)還結(jié)合機(jī)電領(lǐng)域?qū)�業(yè)人才的特點(diǎn)，在加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才等方面進(jìn)行深入的探索和實(shí)踐，通過(guò)實(shí)踐教學(xué)體系建立和實(shí)施、大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)實(shí)踐等促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，推動(dòng)專業(yè)辦學(xué)條件和水平的提高，取得了顯著效果。

　　現(xiàn)今，我校提出研究生教育國(guó)際化的探索項(xiàng)目，國(guó)際化全英文研究生教學(xué)中機(jī)械工程專業(yè)課程設(shè)置的要求也隨之而來(lái)。在國(guó)際上具有石油特色的機(jī)械工程專業(yè)的學(xué)校并不是很多，美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)、加拿大阿爾伯塔大學(xué)、澳大利亞西澳大學(xué)等高校都開(kāi)設(shè)了具有石油特色的機(jī)械工程研究生課程。他們的課程設(shè)置和我校的研究生課程有一些區(qū)別。例如澳大利亞西澳大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)主課設(shè)置為：控制及機(jī)電系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)整體性、可持續(xù)發(fā)展工程、有限元方法、計(jì)算和實(shí)驗(yàn)流體動(dòng)力學(xué)、高等控制工程等課程，與我校專業(yè)基礎(chǔ)課相差較大。我校公共必修課包括自然辯證法、科學(xué)社會(huì)主義理論與實(shí)踐、英語(yǔ)，數(shù)值分析、數(shù)學(xué)物理方法等課程；專業(yè)必修課包括：彈塑性力學(xué)、高等流體力學(xué)、機(jī)械工程控制理論等課程。如何順應(yīng)國(guó)際研究生教育并保持我國(guó)及我校的特色是研究生國(guó)際化課程設(shè)置的首要問(wèn)題。從國(guó)際教育背景來(lái)看，推行國(guó)際化勢(shì)在必行。所以必須樹(shù)立正確的國(guó)際化教育理解觀念，既要堅(jiān)持民族優(yōu)秀教育傳統(tǒng)及本專業(yè)特色，又要研究教育國(guó)際化發(fā)展的趨勢(shì)和新動(dòng)態(tài)，積極融入世界教育系統(tǒng)，把本專業(yè)教育國(guó)際化課程設(shè)置好，加強(qiáng)與世界其它國(guó)家在教育制度、標(biāo)準(zhǔn)等方面的溝通和協(xié)調(diào)，并從中獲取我校研究生教育發(fā)展需要的利益。

　　四、機(jī)械工程專業(yè)課程完善基本要求

　　按照教育國(guó)際化要求的課程設(shè)置在機(jī)械專業(yè)教學(xué)中實(shí)施的難度要求是相當(dāng)高的，尤其在中國(guó)這樣一個(gè)缺乏英語(yǔ)語(yǔ)言環(huán)境的國(guó)家。教育國(guó)際化是一個(gè)科學(xué)概念，它的具體實(shí)施還需要在相當(dāng)師資力量，生源條件及辦學(xué)能力的情況下才有可能實(shí)行。目前我校已經(jīng)在有條件的院系進(jìn)行試點(diǎn)，并已經(jīng)完成兩個(gè)年級(jí)的研究生國(guó)際化的培養(yǎng)，機(jī)械專業(yè)需要積極創(chuàng)造條件，借鑒經(jīng)驗(yàn)，逐步論證實(shí)施。教師使用英語(yǔ)授課的能力和學(xué)生的英語(yǔ)素質(zhì)是開(kāi)展教育國(guó)際化教學(xué)的先決條件。教師是關(guān)鍵，教育國(guó)際化教學(xué)對(duì)師資的要求相當(dāng)高，進(jìn)行全英語(yǔ)教學(xué)的教師除應(yīng)具備本學(xué)科的知識(shí)、技能外，還要能夠?qū)⒂⒄Z(yǔ)靈活自如、恰當(dāng)準(zhǔn)確地運(yùn)用于教學(xué)活動(dòng)之中。因此，我校進(jìn)行教育國(guó)際化教學(xué)實(shí)踐中，采用前幾年聘請(qǐng)外籍教師的參與和輔導(dǎo)，按照要求制定教學(xué)方案，能較好地吸收國(guó)外先進(jìn)知識(shí)又掌握國(guó)內(nèi)情況，確保研究生教育國(guó)際化的學(xué)術(shù)水平和英語(yǔ)能力及教學(xué)效果。學(xué)生的英語(yǔ)基礎(chǔ)能力是影響教育國(guó)際化教學(xué)效果的重要因素，我校規(guī)定進(jìn)入教育國(guó)際化教學(xué)班學(xué)習(xí)的學(xué)生，必須經(jīng)過(guò)學(xué)校統(tǒng)一組織的遴選考核，以確保學(xué)生的基本素質(zhì)。

　　總之，全球經(jīng)濟(jì)一體化背景下的研究生教育國(guó)際化是一個(gè)發(fā)展過(guò)程，機(jī)械專業(yè)在推進(jìn)過(guò)程中不斷有新的問(wèn)題及趨勢(shì)出現(xiàn)，按照每個(gè)學(xué)校自身的特點(diǎn)和教育國(guó)際化進(jìn)程發(fā)展趨勢(shì)的不斷探究和更新，采取慎重的態(tài)度，制定合適的課程方案設(shè)置體系及培養(yǎng)方法，促進(jìn)我校機(jī)械專業(yè)研究生國(guó)際化教育的健康、快速發(fā)展。

　　第2篇:面向新時(shí)期的計(jì)算機(jī)專業(yè)研究生創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式探索

　　有限元法已成為工程分析中強(qiáng)有力的數(shù)值分析工具，在多數(shù)工科院校中，“有限單元法”已經(jīng)普遍作為研究生課程中一門重要的的學(xué)位課。實(shí)踐證明，通過(guò)教學(xué)改革加強(qiáng)基礎(chǔ)理論教學(xué)、工程概念，增強(qiáng)學(xué)生通用軟件編寫(xiě)能力，探討通用有限元分析軟件應(yīng)用與工程實(shí)際問(wèn)題的解決對(duì)學(xué)生系統(tǒng)掌握該課程的理論和方法具有積極的作用，提高了學(xué)生利用有限元方法解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，為本專業(yè)的學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

　　機(jī)械工程專業(yè)研究生需要掌握計(jì)算機(jī)科學(xué)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的理論方法，研究各種機(jī)械系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)及其元件的工作原理、運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)性能、模擬仿真及優(yōu)化的理論方法，振動(dòng)與噪聲、摩擦、磨損與潤(rùn)滑、傳動(dòng)、創(chuàng)新發(fā)明與設(shè)計(jì)及計(jì)算方法等。作為一種相對(duì)成熟的數(shù)值計(jì)算方法——有限元方法成為機(jī)械工程專業(yè)研究生進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)、解決工程實(shí)際問(wèn)題必不可少的工具之一，因而有限單元法普遍列入了研究生的學(xué)位課程。同時(shí)有限元法是一個(gè)龐大和復(fù)雜的理論體系，需要有較深厚的數(shù)學(xué)力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生在一定時(shí)間內(nèi)掌握有限元法比較困難，因此如何提高有限元法教學(xué)效果成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

　　一、傳統(tǒng)教學(xué)方法存在的問(wèn)題

　　教學(xué)方式的改革是我國(guó)當(dāng)前高教改革的重要內(nèi)容之一。在有限元傳統(tǒng)的接受式教學(xué)模式中，課程的“教”和“學(xué)”的內(nèi)容都是預(yù)先設(shè)定好的，而且內(nèi)容多是前人的經(jīng)驗(yàn)積累；大多數(shù)的授課教師在教學(xué)過(guò)程中往往只注重于傳統(tǒng)理論知識(shí)的講解，這在一定程度上不利于啟發(fā)教學(xué)對(duì)象的創(chuàng)新性思維。有限元方法作為一門同工程實(shí)踐聯(lián)系較強(qiáng)的課程，應(yīng)該注重培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際工程問(wèn)題的能力，而不僅僅只是局限于理論知識(shí)的灌輸。只有讓學(xué)生在自己動(dòng)手解決實(shí)際工程問(wèn)題的過(guò)程中，體驗(yàn)到該課程強(qiáng)大的解決問(wèn)題的能力和作用，才能夠激勵(lì)學(xué)生掌握有限元方法的熱情，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性。因此，要將有限元教學(xué)從傳統(tǒng)的以教師為主體的教學(xué)模式向以學(xué)生為主體的教學(xué)模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。在教學(xué)過(guò)程中，教師的作用更多體現(xiàn)在引導(dǎo)、組織問(wèn)題的討論和啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新性思維。只有提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，才能夠獲得更好的教學(xué)效果。

　　“有限元方法”是在基礎(chǔ)力學(xué)課程中不斷發(fā)展而獨(dú)立出來(lái)的一門課程。教師在教學(xué)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)機(jī)械工程專業(yè)的研究生的培養(yǎng)目標(biāo)，確定相應(yīng)教學(xué)內(nèi)容。對(duì)機(jī)械工程專業(yè)研究生來(lái)說(shuō)，該課程教學(xué)內(nèi)容相對(duì)多：既包括常見(jiàn)的平面桿系及平面應(yīng)力、應(yīng)變問(wèn)題等二維的有限元分析的基本方法，同時(shí)，又包括三維問(wèn)題的有限元分析和靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、線性有限元問(wèn)題的分析。非線性問(wèn)題是工程中最為常見(jiàn)的問(wèn)題，非線性有限元問(wèn)題的分析應(yīng)該作為一個(gè)教學(xué)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該時(shí)刻體現(xiàn)教學(xué)目的：不但使學(xué)生理解基礎(chǔ)的計(jì)算理論，而且需要加強(qiáng)解決問(wèn)題方法和能力的訓(xùn)練，從而使學(xué)生在學(xué)習(xí)該課程后，能夠用有限元的方法去解決一些常見(jiàn)的工程問(wèn)題。傳統(tǒng)方法以培養(yǎng)學(xué)生的扎實(shí)理論知識(shí)為目的對(duì)學(xué)生進(jìn)行系統(tǒng)的有限元理論知識(shí)講解和分析推導(dǎo)，而對(duì)于大多數(shù)機(jī)械工程專業(yè)非力學(xué)專業(yè)的研究生來(lái)說(shuō)，由于有限元方法的理論知識(shí)包含數(shù)學(xué)、力學(xué)、材料力學(xué)、彈性力學(xué)、變分原理、線性代數(shù)、數(shù)值計(jì)算方法等多門課程的內(nèi)容，理論起點(diǎn)較高，教學(xué)效果不太理想。因此要根據(jù)機(jī)械工程專業(yè)研究生的培養(yǎng)要求，探索適合培養(yǎng)研究生解決實(shí)際問(wèn)題能力的教學(xué)方法是十分必要的。

　　二、加強(qiáng)基礎(chǔ)理論的教學(xué)

　　基礎(chǔ)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)是保證良好的教學(xué)效果必不可少的。矩陣位移法作為有限元法的課程主線，是最為基礎(chǔ)的理論知識(shí)。矩陣位移法的基礎(chǔ)是線性代數(shù)的矩陣運(yùn)算以及結(jié)構(gòu)力學(xué)中學(xué)習(xí)到的位移法。矩陣位移法理論基礎(chǔ)就是加權(quán)余量法以及在彈性力學(xué)基本原理之一——變分原理。在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生在基礎(chǔ)理論知識(shí)方面存在欠缺以及遺忘的情況，因此，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該加強(qiáng)理論知識(shí)的補(bǔ)充，將有限元理論的基礎(chǔ)知識(shí)的教學(xué)提高到其應(yīng)用的重視程度上，才能夠保證以后本課程的教學(xué)效果。在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)理論知識(shí)的過(guò)程中，應(yīng)該使學(xué)生明白如何將解題的過(guò)程采用矩陣的形式進(jìn)行表達(dá)，同時(shí)如何利用計(jì)算機(jī)計(jì)算程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。保證足夠的教學(xué)時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)和提高有限元最為基礎(chǔ)的礎(chǔ)理論知識(shí)是很有必要的，在教學(xué)的過(guò)程中，同時(shí)需要注重啟發(fā)引導(dǎo)和互動(dòng)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)的理解和應(yīng)用，提高學(xué)生利用基礎(chǔ)理論知識(shí)分析問(wèn)題以及解決問(wèn)題的能力，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)理論知識(shí)的積極性，認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)理論知識(shí)的作用。

　　三、建立有限元分析問(wèn)題的思想

　　有限元法是一種工程實(shí)用性非常強(qiáng)的數(shù)值分析工具，在有限元方法的學(xué)習(xí)過(guò)程中，建立有限元分析問(wèn)題的思想是很重要的。簡(jiǎn)單說(shuō)就是要明確有限元方法的實(shí)質(zhì)，以及處理問(wèn)題過(guò)程的步驟和注意的問(wèn)題，在以往的教學(xué)中這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有得到相應(yīng)的重視。

　　有限元法最為基礎(chǔ)的思想是將復(fù)雜問(wèn)題用相對(duì)簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替后進(jìn)行求解，在這個(gè)過(guò)程中，有限元法將求解域劃分為許多小的互連子域（稱為有限單元），在對(duì)單元假定一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的位移模式，從而得到每一單元近似解，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)求解這個(gè)域總的平衡方程，最終得到所求問(wèn)題的解。有限元方法雖然應(yīng)用的領(lǐng)域很多，但是針對(duì)不同物理性質(zhì)以及數(shù)學(xué)模型的問(wèn)題，有限元求解法的基本原理以及步驟大體是相同的，區(qū)別僅僅體現(xiàn)于不同物理模型的公式推導(dǎo)和運(yùn)算求解方法。有限元法的基本步驟通常是相同和固定的：首先確定問(wèn)題以及定義求解域；其次是將求解域離散化；再此需要確定狀態(tài)變量和控制方程，通常做法是將微分方程轉(zhuǎn)化為等價(jià)泛函形式；推導(dǎo)有限單元的列式，構(gòu)造單元適合的近似解，得到單元矩陣；最后聯(lián)立方程組，得到總求解并對(duì)結(jié)果的合理性進(jìn)行解釋。

　　加強(qiáng)學(xué)生自己動(dòng)手利用高級(jí)編程語(yǔ)言或者數(shù)學(xué)工具對(duì)某些具體結(jié)構(gòu)的問(wèn)題進(jìn)行有限元計(jì)算，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生形成有限元分析問(wèn)題的思想是必不可少的。作為教學(xué)的引導(dǎo)者，教師應(yīng)該提供典型的有限元計(jì)算程序，并進(jìn)行必要的講解，使學(xué)生在這個(gè)過(guò)程中對(duì)有限元分析問(wèn)題的思想有更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。

　　四、以實(shí)際工程應(yīng)用為目標(biāo)增加軟件教學(xué)

　　有限單元法是工程分析中應(yīng)用最廣泛的數(shù)值方法之一，世界各國(guó)均開(kāi)發(fā)了自己的大型通用有限元計(jì)算平臺(tái)。掌握一種或者多個(gè)有限元計(jì)算平臺(tái)是目前拓展有限元應(yīng)用的重要途徑。目前主流的有限元軟件主要有：ABAQUS、ANSYS、MSC.MARC、ADINA等。

　　為提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力，可采用國(guó)際上通用的大型有限元軟件進(jìn)行案例教學(xué)的方法，有針對(duì)性地提煉出工程中典型的結(jié)構(gòu)作為案例，將有限元軟件的各種功能及操作貫穿在實(shí)際的結(jié)構(gòu)分析中。在每個(gè)案例分析中主要側(cè)重模型建立單元網(wǎng)格劃分邊界條件定義和載荷施加等操作方法的講解，使學(xué)生能夠快速、有效地建立起有限元分析的思路，并能夠觸類旁通。針對(duì)不同的工況進(jìn)行有效地分析，可以使學(xué)生掌握有限元軟件基本的操作過(guò)程以及一些必要的操作技巧。在教學(xué)過(guò)程中，選用的教學(xué)案例應(yīng)該有針對(duì)性，比如對(duì)機(jī)械工程中常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)分析問(wèn)題，應(yīng)該包括普通的靜態(tài)分析；非線性常見(jiàn)的曲屈和失穩(wěn)接觸分析、沖激分析、材料失效和斷裂行為等問(wèn)題分析；動(dòng)力學(xué)分析中的振動(dòng)模態(tài)分析、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題等。在熱分析問(wèn)題中，應(yīng)該包括穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)分析以及對(duì)流散熱分析和熱輻射分析等；在多場(chǎng)耦合教學(xué)中應(yīng)包括熱力耦合分析等。

　　五、使用多媒體教學(xué)和加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐教學(xué)

　　作為一種數(shù)值計(jì)算方法，有限元方法與程序設(shè)計(jì)注定在教學(xué)過(guò)程中不可避免地接觸大量的公式以及公式的推導(dǎo)，并且這些公式大多相當(dāng)繁雜。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中有大量的板書(shū)，這樣對(duì)教師來(lái)說(shuō)工作量大，而學(xué)生往往對(duì)這些枯燥的數(shù)學(xué)計(jì)算不感興趣，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量不高。在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)要保證教學(xué)效果，多媒體教學(xué)為本課程的學(xué)習(xí)提供了優(yōu)秀的媒介。利用多媒體技術(shù)，可以將有限元分析中的基本原理和有限元方法實(shí)現(xiàn)的過(guò)程更為形象生動(dòng)地展現(xiàn)給學(xué)生，使教師有更多的時(shí)間去解釋分析問(wèn)題的過(guò)程，并能和學(xué)生實(shí)現(xiàn)教學(xué)互動(dòng)，有充足的課時(shí)針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍出現(xiàn)的難點(diǎn)和重點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性地講解。在教學(xué)模式上應(yīng)該采用多媒體教學(xué)和板書(shū)相結(jié)合，利用多媒體將抽象的理論、方法以及機(jī)械結(jié)構(gòu)較為具體地展現(xiàn)，從而使得學(xué)生在接受知識(shí)的過(guò)程中更形象直觀，提高了教學(xué)質(zhì)量。同時(shí)，利用多媒體教學(xué)，可以使得教學(xué)采用的有限元分析軟件的操作演示得以實(shí)現(xiàn)，能夠使得學(xué)生更為直觀地看到利用有限元分析軟件解決問(wèn)題的過(guò)程，縮短了學(xué)生學(xué)習(xí)軟件的時(shí)間。

　　上機(jī)實(shí)踐也是進(jìn)行有限元理論與操作技術(shù)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)之一，是學(xué)生消化吸收所學(xué)知識(shí)和真正掌握有限元軟件應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。只有通過(guò)上機(jī)實(shí)踐，才能夠加深學(xué)生對(duì)有限元理論知識(shí)的理解和培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手解決問(wèn)題的能力。更為重要的是，通過(guò)上機(jī)實(shí)踐，學(xué)生才能夠真正體會(huì)用有限元方法分析問(wèn)題的整個(gè)過(guò)程，并能夠在這個(gè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，在獨(dú)立或者在教師的幫助下分析問(wèn)題，最終通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，真正具備利用有限元方法解決問(wèn)題的能力。

　　六、“有限單元法”課程的改革

　　通過(guò)幾年的教學(xué)實(shí)踐，在“有限元理論與應(yīng)用”課程的教學(xué)改革方面筆者認(rèn)為應(yīng)該在以下幾個(gè)方面進(jìn)行強(qiáng)化：

　　一是需要在課程內(nèi)容上強(qiáng)化有限元方法基礎(chǔ)理論知識(shí)教學(xué)和適當(dāng)延長(zhǎng)教學(xué)課時(shí)，同時(shí)又要融入有限元法在工程領(lǐng)域的最新成果；在教學(xué)過(guò)程中提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，同時(shí)采用靈活的教學(xué)手段，著重從方法和思路方面加以講解，啟發(fā)學(xué)生的求知欲，變學(xué)生的被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

　　二是增強(qiáng)學(xué)生軟件編寫(xiě)典型有限元計(jì)算通用程序的能力的訓(xùn)練，使學(xué)生在自己編制有限元計(jì)算程序以及應(yīng)用成熟的大型商用通用工程有限元分析問(wèn)題的過(guò)程中加深利用有限元方法解決問(wèn)題的思想和能力。

　　三是在教學(xué)過(guò)程中，適當(dāng)增加大型通用有限元分析軟件操作的課時(shí)。這些軟件一方面具有強(qiáng)大的計(jì)算能力和前后處理及可視化能力，另一方面縮短了編寫(xiě)程序的時(shí)間和維護(hù)運(yùn)行程序的費(fèi)用，計(jì)算的結(jié)果具有更強(qiáng)的可比性和說(shuō)服力。

　　四是注重課程教學(xué)內(nèi)容上教學(xué)與工程實(shí)踐的結(jié)合。教學(xué)中采用的教學(xué)實(shí)例，應(yīng)該從工程實(shí)踐中精選出具有代表性的實(shí)例；讓學(xué)生參與到實(shí)際工程的數(shù)值計(jì)算中，最終實(shí)現(xiàn)該課程教學(xué)與工程實(shí)踐相結(jié)合的目標(biāo)。

　　七、總結(jié)

　　總之，“有限單元法”是一門理論與實(shí)踐相結(jié)合的課程，不僅需要學(xué)生有系統(tǒng)的理論分析能力，還需要很強(qiáng)的工程實(shí)踐能力。因此采用多元化教學(xué)方法和手段講授有限單元法，才能夠使學(xué)生系統(tǒng)掌握該課程的理論和方法，并且具備獨(dú)立分析解決問(wèn)題的能力，從而達(dá)到本課程教學(xué)、學(xué)習(xí)的目的。

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