分类教学与项目教学相结合在机械类专业课程的探索实践

赵华东 侯玉亮 铁 瑛

（郑州大学机械与动力工程学院 河南·郑州 450001）

机械工程专业是普通高等学校的一门工科类的专业，属于机械类，旨在培养出在机械设计、制造、自动化等方面具备基础知识与实践应用能力的高级工程技术人才。机械工程及自动化（080305Y）最早出现在1998年教育部颁布的《普通高等学校本科专业目录（1998年版）》中。经过几十年的积累和改革，我国机械工程专业人才培养已经形成了具有理论与实践紧密结合特色的培养方案，和全面综合的课程体系，同时，结合国民经济的快速发展，不断调整和改革。但如何更好的结合当前高校教育环境，推动高校的教育教学与科研实践有机结合，不断提高我国高校的办学水平，需要不断的摸索和创新。

1 专业课程的现状

随着教育部着力推进“一流本科教育”各项工作，各大高校都在积极提升自身的教育水平，然而，由于高速发展的中国国情，我国高等教育具有以下特点：高等教育日益大众化。随着国家的不断发展，教育条件和教育水平不断提高，高等教育实现跨越式发展，高校扩招规模达到顶峰。一定程度造成了教学资源相对稀释，师生比例增大。高等教育不能紧密结合实际。目前大学的教育培养机制仍是以往传统的延续，课程的考试形式还是以考试为主，课堂内容以理论传授为主，大学生的实践能力培养环节和职业素质教育比较缺乏。

机械制造业是我国经济发展的重要部分，机械工程专业就是为国家培养能服务于机械制造业的高级工程技术人员。目前专业课程存在的问题：课程培养目标定位不够准确，教学环节与培养人才类型没有明确指标和对应内容。课程知识体系更新跟不上社会发展的需求，很多专业课程所用教材和教案都是十几年或者二十几年前的内容，虽然教材版本在不断更新，但基本内容变化不大。

2 教学改革和探索实践

机械工程专业所属学科机械工程学科是郑州大学（原郑州工业大学）历史最悠久的学科之一，是河南省第七批一级重点学科，本学科拥有四个省级科研平台分别为“复合材料结构损伤河南省工程实验室”、“河南省高校机械设备诊断工程技术研究中心”、“抗疲劳制造技术河南省工程实验室”和“设备远程诊断中心”，两个省创新团队分别为“河南省科技创新团队”、“河南省高校创新团队”，拥有雄厚的科研和教学实力。

郑州大学机械与动力工程学院开设的《有限元理论及应用》是一门涉及数值计算方法、工程力学和弹性力学基础知识等多门课程内容的实用性强的专业课程，其内容主要包括弹性力学的基本理论、有限单元法基本计算方法和有限单元法在机械类研究对象中的应用等。作为机械工程专业的核心课程之一，《有限元理论及应用》课程通过理顺课程教学大纲、教案设计和课程组织等工作，以及与学生毕业达成度目标的关系，进一步明确课程教学以围绕毕业达成度为目标，从有限元理论教学、工程应用教学、先进的教学手段的运用，以及采用分类多样化的考试和考核形式对课程进行改革和创新。

《有限元理论及应用》是针对机械工程专业高级本科生开设的一门专业必修课程，其中包括机械设计、机械制造、机械电子和车辆工程专业方向的学生，同时，在研究生中还开设了《弹性力学与有限元》的专业必修课程，包括学位硕士和专业硕士生。

通过调研目前国家双一流大学对机械类研究生和本科生能力的定性定量标准，深入了解郑州大学机械与动力学院机械类专业方向学生的学习成绩和参与大学生创新活动的情况，结合本学院科研方向和科研项目开展情况，以培养学生能力为导向，编制分类阶梯型教学内容。针对目前课程现状和授课学生的特点，结合《有限元理论及应用》这门专业课的特点，根据不同专业方向，设置不同的教学环节，分层次布置作业，在课堂基础理论和软件运用教学内容中，贯彻分类教学，针对学术型人才和应用型人才的培养，采用A和B教学案例和项目训练题目，见图1。A类中侧重培养深一层次的理论知识和科学研究能力的培养，并紧密结合学院重点研究所的纵向项目进行选题，B类中侧重设计、决策和规划等各方面的能力的培养，并紧密结合学院重点研究所的企业合作的横向项目进行选题。

图1：课程系统模式

3 教学实践的成效和思考

见图2。

图2：学生分析成果(a)智能材料试件冲击损伤有限元计算(b)轻量化汽车车身强度有限元计算

在有限元课程教学中，以理论教学为基础内容，同时，考虑四个专业方向发展趋势和学生将来可能从事的工作，大量搜集、精心挑选有实用价值和代表性的案例和项目，作为工程应用教学实例。

通过介绍分类教学案例和训练项目的来源与工程背景，激发学生的学习兴趣和求知欲，并对自己明确定位。通过让学生实际参与项目的有限元分析相关内容，提高他们用有限元处理不同问题的能力，同时巩固了有限元理论的相关基础理论知识。利用网上慕课和局域网优势，建立网络资源共享平台，将有限元教学案例、训练项目非涉密内容、有限元通用软件学习资料、上机讨论题在网络中发布，并不断更新。考核和评价也采用多种形式，期末理论考试、教学案例和训练项目的完成情况，都将作为课程考核的内容，用于定性定量评价学生的学习效果。

通过一个学期分类教学和项目教学方法在《有限元理论及应用》这门课程的试用，学生们根据自己的专业和兴趣爱好，从丰富的课程设置资料中，自主学习，从而更调动了学生的学习积极性和主动性，也提升了学生对今后职业生涯的自我认知，图2是部分同学的课程作业。在授课过程中，学生们既学习了基本理论知识，又参与了实际工程项目的训练，将理论知识与工程实际问题相结合，比较好的在教学与社会实践中构建了互通的桥梁，为全方位培养高素质学术型和应用型工程技术人才奠定了良好基础。