分類教學與項目教學相結合在機械類專業(yè)課程的探索實踐

趙華東 侯玉亮 鐵 瑛

（鄭州大學機械與動力工程學院 河南·鄭州 450001）

機械工程專業(yè)是普通高等學校的一門工科類的專業(yè)，屬于機械類，旨在培養(yǎng)出在機械設計、制造、自動化等方面具備基礎知識與實踐應用能力的高級工程技術人才。機械工程及自動化（080305Y）最早出現(xiàn)在1998年教育部頒布的《普通高等學校本科專業(yè)目錄（1998年版）》中。經(jīng)過幾十年的積累和改革，我國機械工程專業(yè)人才培養(yǎng)已經(jīng)形成了具有理論與實踐緊密結合特色的培養(yǎng)方案，和全面綜合的課程體系，同時，結合國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，不斷調(diào)整和改革。但如何更好的結合當前高校教育環(huán)境，推動高校的教育教學與科研實踐有機結合，不斷提高我國高校的辦學水平，需要不斷的摸索和創(chuàng)新。

1 專業(yè)課程的現(xiàn)狀

隨著教育部著力推進“一流本科教育”各項工作，各大高校都在積極提升自身的教育水平，然而，由于高速發(fā)展的中國國情，我國高等教育具有以下特點：高等教育日益大眾化。隨著國家的不斷發(fā)展，教育條件和教育水平不斷提高，高等教育實現(xiàn)跨越式發(fā)展，高校擴招規(guī)模達到頂峰。一定程度造成了教學資源相對稀釋，師生比例增大。高等教育不能緊密結合實際。目前大學的教育培養(yǎng)機制仍是以往傳統(tǒng)的延續(xù)，課程的考試形式還是以考試為主，課堂內(nèi)容以理論傳授為主，大學生的實踐能力培養(yǎng)環(huán)節(jié)和職業(yè)素質(zhì)教育比較缺乏。

機械制造業(yè)是我國經(jīng)濟發(fā)展的重要部分，機械工程專業(yè)就是為國家培養(yǎng)能服務于機械制造業(yè)的高級工程技術人員。目前專業(yè)課程存在的問題：課程培養(yǎng)目標定位不夠準確，教學環(huán)節(jié)與培養(yǎng)人才類型沒有明確指標和對應內(nèi)容。課程知識體系更新跟不上社會發(fā)展的需求，很多專業(yè)課程所用教材和教案都是十幾年或者二十幾年前的內(nèi)容，雖然教材版本在不斷更新，但基本內(nèi)容變化不大。

2 教學改革和探索實踐

機械工程專業(yè)所屬學科機械工程學科是鄭州大學（原鄭州工業(yè)大學）歷史最悠久的學科之一，是河南省第七批一級重點學科，本學科擁有四個省級科研平臺分別為“復合材料結構損傷河南省工程實驗室”、“河南省高校機械設備診斷工程技術研究中心”、“抗疲勞制造技術河南省工程實驗室”和“設備遠程診斷中心”，兩個省創(chuàng)新團隊分別為“河南省科技創(chuàng)新團隊”、“河南省高校創(chuàng)新團隊”，擁有雄厚的科研和教學實力。

鄭州大學機械與動力工程學院開設的《有限元理論及應用》是一門涉及數(shù)值計算方法、工程力學和彈性力學基礎知識等多門課程內(nèi)容的實用性強的專業(yè)課程，其內(nèi)容主要包括彈性力學的基本理論、有限單元法基本計算方法和有限單元法在機械類研究對象中的應用等。作為機械工程專業(yè)的核心課程之一，《有限元理論及應用》課程通過理順課程教學大綱、教案設計和課程組織等工作，以及與學生畢業(yè)達成度目標的關系，進一步明確課程教學以圍繞畢業(yè)達成度為目標，從有限元理論教學、工程應用教學、先進的教學手段的運用，以及采用分類多樣化的考試和考核形式對課程進行改革和創(chuàng)新。

《有限元理論及應用》是針對機械工程專業(yè)高級本科生開設的一門專業(yè)必修課程，其中包括機械設計、機械制造、機械電子和車輛工程專業(yè)方向的學生，同時，在研究生中還開設了《彈性力學與有限元》的專業(yè)必修課程，包括學位碩士和專業(yè)碩士生。

通過調(diào)研目前國家雙一流大學對機械類研究生和本科生能力的定性定量標準，深入了解鄭州大學機械與動力學院機械類專業(yè)方向學生的學習成績和參與大學生創(chuàng)新活動的情況，結合本學院科研方向和科研項目開展情況，以培養(yǎng)學生能力為導向，編制分類階梯型教學內(nèi)容。針對目前課程現(xiàn)狀和授課學生的特點，結合《有限元理論及應用》這門專業(yè)課的特點，根據(jù)不同專業(yè)方向，設置不同的教學環(huán)節(jié)，分層次布置作業(yè)，在課堂基礎理論和軟件運用教學內(nèi)容中，貫徹分類教學，針對學術型人才和應用型人才的培養(yǎng)，采用A和B教學案例和項目訓練題目，見圖1。A類中側重培養(yǎng)深一層次的理論知識和科學研究能力的培養(yǎng)，并緊密結合學院重點研究所的縱向項目進行選題，B類中側重設計、決策和規(guī)劃等各方面的能力的培養(yǎng)，并緊密結合學院重點研究所的企業(yè)合作的橫向項目進行選題。

圖1：課程系統(tǒng)模式

3 教學實踐的成效和思考

見圖2。

圖2：學生分析成果(a)智能材料試件沖擊損傷有限元計算(b)輕量化汽車車身強度有限元計算

在有限元課程教學中，以理論教學為基礎內(nèi)容，同時，考慮四個專業(yè)方向發(fā)展趨勢和學生將來可能從事的工作，大量搜集、精心挑選有實用價值和代表性的案例和項目，作為工程應用教學實例。

通過介紹分類教學案例和訓練項目的來源與工程背景，激發(fā)學生的學習興趣和求知欲，并對自己明確定位。通過讓學生實際參與項目的有限元分析相關內(nèi)容，提高他們用有限元處理不同問題的能力，同時鞏固了有限元理論的相關基礎理論知識。利用網(wǎng)上慕課和局域網(wǎng)優(yōu)勢，建立網(wǎng)絡資源共享平臺，將有限元教學案例、訓練項目非涉密內(nèi)容、有限元通用軟件學習資料、上機討論題在網(wǎng)絡中發(fā)布，并不斷更新?？己撕驮u價也采用多種形式，期末理論考試、教學案例和訓練項目的完成情況，都將作為課程考核的內(nèi)容，用于定性定量評價學生的學習效果。

通過一個學期分類教學和項目教學方法在《有限元理論及應用》這門課程的試用，學生們根據(jù)自己的專業(yè)和興趣愛好，從豐富的課程設置資料中，自主學習，從而更調(diào)動了學生的學習積極性和主動性，也提升了學生對今后職業(yè)生涯的自我認知，圖2是部分同學的課程作業(yè)。在授課過程中，學生們既學習了基本理論知識，又參與了實際工程項目的訓練，將理論知識與工程實際問題相結合，比較好的在教學與社會實踐中構建了互通的橋梁，為全方位培養(yǎng)高素質(zhì)學術型和應用型工程技術人才奠定了良好基礎。