基于理論知識的CAE課程教學改革

汪中厚 曹歡 劉欣榮

【摘 要】《CAE技術及應用》課程是以多門理論課程為基礎，并能反作用于理論課程的一門學科。但在目前的CAE教學中并沒有實現(xiàn)與理論課程的緊密聯(lián)系，且純理論知識的講解不利于CAE課程的教學。本文通過多樣化教學以及項目驅(qū)動式教學來提高學生的積極性和創(chuàng)造性。

【關鍵詞】CAE ? ?理論課程 ? ?改革

引言

隨著機械加工制造業(yè)技術的快速發(fā)展以及計算機技術的普遍應用，CAE的有限元分析方法已從工程結構分析計算擴展到幾乎所有科學領域，成為一種應用廣泛且實用高效的數(shù)值分析方法[1]。故而，《CAE技術及應用》課程已進入各高校的培養(yǎng)計劃中，但在學習該課程之前需具備力學基礎以及有限元的基本原理等。其中力學基礎課程又包括工程力學（材料力學、理論力學）、彈塑性力學等;有限元的基礎原理包括線性代數(shù)、數(shù)值分析、微積分原理等。由此可知，在CAE課程教授的同時需加強對理論知識的學習，除此以外，《CAE技術及應用》的主要內(nèi)容是對有限元分析軟件的學習，在此選擇由美國公司推出的Pro/Mechanica軟件，它可以完全實現(xiàn)幾何建模和有限元分析的無縫集合，在集合建模之后無須退出設計環(huán)境就能進行有限元分析[2]。應加強學生對CAE軟件實踐性地操作與運用，在有限的課時內(nèi)，達到教學的最佳效果。

1教學現(xiàn)狀

1.1缺乏知識銜接

《CAE技術及應用》課程將理論與技術實踐相互貫通，著重加強有限元技術的應用及一些相關CAE新技術的介紹，遵循理論與實踐結合的教學體系和方法。理論離不開彈性力學基礎、高等代數(shù)以及有限元基本原理等學科。比如在建立CAE結構模型時，首先得對零件進行受力分析，就涉及到《理論力學》中的拉壓力、扭矩、彎矩。通過學習《CAE技術及應用》這門課程，幫助學生在分析模型時加深對基礎知識的理解，而現(xiàn)有的CAE教學過程中缺少與其他基礎知識的結合。

1.2課程缺乏創(chuàng)新性

在現(xiàn)有的教學中，課堂多以老師為中心，教師依照PPT講課，造成“滿堂灌”的現(xiàn)象，使得學生被動地去接受知識。在這種模式下培養(yǎng)出的學生缺少對課程的積極性和自我創(chuàng)新的能力。雖然在課程的教授中會采用一個個典型的實例使得學生學習軟件的運用，但是缺少給學生自己實踐操作的環(huán)節(jié)，學生不能很好地消化教師所講的內(nèi)容，而只會“依葫蘆畫瓢”式地記憶教師所操作的內(nèi)容，這是在軟件教學上存在的一個很普遍的現(xiàn)象，更不用說培養(yǎng)學生的創(chuàng)新性。

2 CAE課程設置

2.1多樣化教學

理論力學課程可以和CAE課程協(xié)同并進，相輔相成。在CAE的課堂上，教師不僅要以軟件的教學為主，還要穿插一些對理論知識的講解，幫助學生更好地熟悉軟件，使得課堂效果能夠達到：不僅能讓學生知道如何操作軟件，還能學以致用。在理論力學課程的學習中，可加入CAE的三維造型及位移、應力變化圖，形象生動地幫助學生理解空洞的理論知識。

2.2項目驅(qū)動教學

2.2.1項目的選擇和分組規(guī)劃

在每個章節(jié)結束之后，選擇一個屬于該章節(jié)的一個項目;在多個章節(jié)結束之后，選擇一個綜合性強的項目;具有代表性和實用性，可以從生產(chǎn)實踐和生活中選出，也可以是校企合作的項目;具有一定的新穎性，能夠激發(fā)學生的學習興趣。在成員組成上，可以將學生分成4—5組，每組人數(shù)控制在5—6人，采用分組合作的目的，一方面避免項目的繁重給學生帶來的壓力所造成的負面效果，另一方面培養(yǎng)學生的團隊合作精神[3]。

2.2.2項目驅(qū)動下的模式改革

（1）在CAE技術及應用課程開設之前，就布置一個大項目，在項目的選擇上應該是有層次的，比如完成一個復雜零件的結構、熱力分析，分配給每個同學的課題相類似，但零件不同，這樣避免了抄襲現(xiàn)象，保證每個學生能切入到CAE的學習中。而且對該項目的考核會占大部分比重。激發(fā)學生從根本上熟練掌握對軟件的應用。

（2）每次課可以用一個小項目做例子，引導學生怎樣去應用軟件。光靠教師的講解只能達到讓學生熟悉軟件的效果，而不能讓學生掌握軟件，在課堂上應加強“師生互動”環(huán)節(jié)，充分利用有限的課堂時間。在每個例子講解之后可以留給學生自主練習時間，這樣既能培養(yǎng)學生自主動手能力，又能在發(fā)現(xiàn)問題時及時解決問題，在有限的時間內(nèi)達到課程的最佳效果。

2.2.3項目教學的效果評判

項目教學的方法避免了傳統(tǒng)的結果考核模式，而注重對過程的考核;通過課后的練習能鞏固課上教師所講的內(nèi)容，并把零碎的知識點系統(tǒng)化;項目的內(nèi)容以生產(chǎn)實踐為主，密切聯(lián)系實際，培養(yǎng)適應現(xiàn)代化企業(yè)發(fā)展的高新技術人才;以小組的形式完成一整套項目，培養(yǎng)了學生的團隊合作精神。

3結論

本文通過結合《理論力學》課程，分析CAE教學目前存在的一些問題，并針對這些問題提出相應的解決方案。從課內(nèi)、課外教學多方面結合，提出兩條可行的方案，其中“項目驅(qū)動教學”從一開始的項目選擇和成員組成上乃至最后的考核都合理安排，期望在實踐中提高“項目驅(qū)動”的教學價值，使得CAE課程在教學中達到最優(yōu)的效果。

【參考文獻】

[1]李海峰， 吳冀川， 劉建波等. 有限元網(wǎng)格剖分與網(wǎng)格質(zhì)量判定指標[J]. 中國機械工程，2012（03）：368-377.

[2]龔偉， 汪中厚， 黃裕華等. 基于Pro/MECHANICA的磨床床身有限元熱變形分析[J]. 精密制造與自動化，2007（03）：49-50.

[3]蔡小宇. 基于項目驅(qū)動的計算機課程教學的研究及應用[J]. 福建電腦，2010（04）：180-182.