智慧教育平台驱动下《工程有限元与数值计算》课程数字化教学改革与实践

引言

近年来，人工智能、大数据、云计算等新一代信息技术加速发展，推动高等教育数字化转型持续深入。国家于 2022 年启动教育数字化战略行动，明确提出以智慧教育平台为依托推动教学模式创新，提升人才培养质量 [1]。在此背景下，高校工程类课程亟须顺应数字化趋势，重构教学内容与方法，以支撑新工科建设对创新型、复合型人才需求。

有限元法基于数学物理方法，通过离散化处理将复杂工程问题转化为有限单元组合，进而求得近似解，已成为现代工程科学的核心技术之一。随着计算机算力提升，其应用范围从结构力学扩展至流体、热传导、电磁等多个领域，成为解决复杂工程问题的关键工具 [2]。在工程教育中，有限元课程作为联系理论与实践的桥梁，旨在培养学生掌握基本原理、数值方法及软件操作能力 [3]。然而，传统教学普遍存在理论抽象、课时紧张、案例陈旧等问题，导致学生积极性不高、实践能力不足，难以满足企业实际需求 [4]。

数字化教学以其资源丰富、交互性强、时空灵活等优势，为破解传统教学困境提供了新路径。智慧教育平台可支持构建“理论- 实践”一体化教学模式，突破课堂时空限制，并通过学习行为分析实现精准评价与个性化教学 [5]。本文以《工程有限元与数值计算》课程为例，探讨基于智慧教育平台的数字化教学改革路径，通过整合在线资源与智能评测工具，构建“线上线下融合、理论实践并重”的教学模式，并开展实践与分析，以助力高水平工程技术人才培养。

一、面向智慧教育平台的数字化教学改革

（一）教学改革总体思路

根据课程前期实践与学生反馈，目前主要存在两方面问题：一是教学资源多为静态课件与零散视频，缺乏系统化数字资源库，与知识点匹配不足；二是教学仍以线下讲授为主，案例类型单一、覆盖面窄，受限于课时安排。

针对以上问题，本文提出依托“学科 + 思政”融合重构内容，建设线上资源库，并利用数字化工具开展多元考核，从而激发学生主动性，提升其知识、能力与价值塑造相统一的综合素养，具体思路如图1 所示。

（二）课程内容与体系构建

为实现知识传授与价值引领相协同，本课程构建了理论 - 实践一体化教学体系：理论部分涵盖有限元发展、弹性力学基础及各类结构有限元分析；实践部分包括静力学、模态、谐响应、瞬态动力学等多类工程分析，并匹配多元难度案例。此外，课程还设计了“科学世界观、创新精神”“责任意识、精益求精”等思政目标，融合学科与德育资源，实现价值塑造。

同时，课程团队建设了多维度数字资源体系，自主开发电子教案、微课视频等素材，依托高教智慧平台开展线上课程建设，并引入清华、同济等校外优质慕课与资源，通过平台实现精准推送与多模态呈现，保障教学内容的前沿性与可靠性。

（三）教学方法与考核方式

本课程采用“案例驱动 + 翻转课堂”教学模式，依托高等教育智慧教育平台，以真实工程案例（如企业项目、科研课题与学科竞赛）为载体，构建“课前自主学习 - 课堂探究内化 - 课后工程实践”的递进式流程。课前，学生通过平台学习微课并完成练习，掌握基础理论；课堂以问题为导向，开展分组讨论与汇报，促进知识内化；课后以小组合作完成有限元建模与分析任务，强

化工程实践能力。

考核评价采用“全员、全过程、多维度”机制，包括：知识目标（线上测试与随堂测验， 10%） ）；知识 + 能力目标（单元作业、课堂表现与互动， 30% ）；能力 + 情感目标（上机实践、竞赛与科研训练， 40% ）；综合目标（大作业与期末抽考， 20% ）。

（四）课程教学改革实践

本研究在 2021 级机械设计制造及其自动化专业开展了教学实践。与 2020 级（传统教学）相比，2021 级（改革试点）90 分以上学生比例略有下降（源于线上考核适应与案例难度增加），但平均成绩仍达87.83 分，表明学生在实践性、综合性增强的条件下保持了良好表现。

学生在创新能力方面成效显著：依托有限元项目获市大学生创新创业训练计划立项 1 项、机械创新设计大赛省部级奖 2 项，校级科研训练计划立项2 项，竞赛参与与获奖质量均有提升。同时，学生通过线上线下学评教反馈，普遍认可融合智慧教学的新教学模式。

结语

数字化浪潮有力推动了高等教育领域教学改革，智慧教育平台的应用则为《工程有限元与数值计算》课程改革提供了新路径。通过构建“学科 + 思政”融合的教学内容、线上线下多维资源体系，创新“案例驱动 + 翻转课堂”教学模式，匹配全过程考核机制，克服了传统教学案例单一、学时局限等问题，有效提高了学生学习兴趣和创新能力。

参考文献：

[1] 王宁， 徐竟祎， 陈旭， 陈梦， 在线智慧教育平台运行监测系统的设计与实践——以国家智慧教育公共服务平台为例[J]. 现代教育技术 ， 2025， 35（7）： 128-136.

[2] 季家东 ， 陈清华 ， 赵德望 ， 王兆国 ， “有限元分析与应用”课程混合式教学模式探索与实践[J]. 赤峰学院学报（ 自然科学版）， 2024，40（10）： 84-87.

[3] 王青山， 邵文， 戴泽宇， 蔺永诚， 课程思政下“有限单元法及应用”教学改革与实践探索 [J]. 教育教学论坛 ， 2023， 9（37）： 56-59.

[4] 杨卓然 ， 万傲霜 ， 邬栋权 ， 李顶河 ， 面向卓越航空工程师培养的有限元方法课程创新建设体系 [J]. 中国多媒体与网络教学学报 ，2025： 217-220.

[5] 张珈瑜， 王玺哲， 赵崇华， 基于“雨课堂”智慧教学工具实施混合教学模式的实践与思考 [J]. 科学咨询 ，2025，13：197-200.

基金项目：市高等教育教学改革研究项目（244050），教育教学改革项目（XJG22120、XJG23227、XJG22119、XJG22121）