新工科背景下CAD/CAE課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革

朱春俠 王體迎 何金戈 張建珍

【摘要】根據(jù)“新工科”建設(shè)要求，通過CAD/CAE課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)和總結(jié)，本研究從實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)條件三個(gè)方面進(jìn)行了探討，提出轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，采用互動(dòng)性教學(xué)，突出應(yīng)用實(shí)踐性，積極進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作等建議。同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生參與教師科研和課外實(shí)踐項(xiàng)目，以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和自主性。這些改革適應(yīng)社會(huì)需求，也使該課程取得了良好的教學(xué)效果。

【關(guān)鍵詞】CAD/CAE? 實(shí)驗(yàn)教學(xué)? 新工科? 改革

【基金項(xiàng)目】海南省高等學(xué)校教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（Hnjg2019-30）， 海南大學(xué)教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（hdjy1913，hdjy1852）。

【中圖分類號(hào)】G642? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2020）13-0239-02

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助工程（CAD/CAE）技術(shù)可以提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，減輕技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，因此CAD/CAE技術(shù)已成為現(xiàn)代工業(yè)中必不可少的技術(shù)手段。因此滿足市場需求，各類工科院校都相繼開設(shè)了CAD/CAE課程的教學(xué)，力圖培養(yǎng)一些具有必要的理論知識(shí)和較強(qiáng)的實(shí)踐能力的個(gè)性化和多樣化的人才。[1]

相對(duì)于傳統(tǒng)的工科人才，新工科建設(shè)目標(biāo)是培養(yǎng)具有深厚文化底蘊(yùn)、扎實(shí)工程基礎(chǔ)和優(yōu)秀科研創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。本文根據(jù)研究型大學(xué)本科教育的培養(yǎng)目標(biāo)和課程教學(xué)情況，對(duì)海南大學(xué)CAD/CAE課程的教學(xué)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在許多不足之處，主要反映在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容依然采用演示型教學(xué)，然后讓學(xué)生進(jìn)行模仿，缺乏學(xué)生的自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新環(huán)節(jié)，因此實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的教學(xué)改革勢在必行。

1.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念

1.1 提倡和實(shí)行“以學(xué)生為中心”的教育理念

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是教師全程講解和操作，學(xué)生被動(dòng)接受全部內(nèi)容，缺乏主觀能動(dòng)性，而CAD/CAE課程的目的是培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)，因此需要將實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主體從教師轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。每次實(shí)驗(yàn)課前，教師根據(jù)理論課程內(nèi)容預(yù)先布置和安排實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，要求學(xué)生課下做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)思考，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課堂上尋求多種設(shè)計(jì)思路來完成實(shí)驗(yàn)，并請(qǐng)幾名有代表性創(chuàng)作的學(xué)生當(dāng)堂講解思路過程，這種方法不僅能開拓學(xué)生的思維，又能進(jìn)一步增加學(xué)生的成就感和學(xué)習(xí)激情。[2]教師在整個(gè)實(shí)驗(yàn)的過程進(jìn)行答疑、解惑、啟發(fā)和引導(dǎo)，并對(duì)學(xué)生的講解進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

1.2 合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的比例

根據(jù)當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才層次的需求，CAD/CAE課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容需要合理設(shè)置實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，適時(shí)地更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例，增大綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所占的比重。[3]學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，充分掌握各個(gè)基本知識(shí)點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，能夠綜合運(yùn)用理論知識(shí)和設(shè)計(jì)手段完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，培養(yǎng)出獨(dú)立分析問題、解決問題的能力。

1.3 采用互動(dòng)式教學(xué)，關(guān)注學(xué)生差異性

如何協(xié)調(diào)和關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)的差異性是教學(xué)中尤其要注意的問題。新工科建設(shè)的目標(biāo)也是要考慮到學(xué)生的個(gè)體差異性，培養(yǎng)出不同層次的高技術(shù)人才。在實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，CAD/CAE軟件三維造型的功能強(qiáng)大，造型方式多樣，而有限元軟件主要是進(jìn)行仿真模擬，要設(shè)置單元屬性、材料參數(shù)、工況等問題，涉及到專業(yè)理論知識(shí)，可以針對(duì)學(xué)生的掌握情況進(jìn)行差異性指導(dǎo)，多跟學(xué)生進(jìn)行溝通交流，[4]及時(shí)解決學(xué)生存在的各種問題，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了班級(jí)整體學(xué)習(xí)效果。

2.改革實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，突出應(yīng)用實(shí)踐性

2.1 強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)知識(shí)的重要性

基礎(chǔ)知識(shí)是最基本的知識(shí)技能，例如：軟件的安裝;尺寸標(biāo)注;二維圖形的創(chuàng)建等。在學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)的過程中學(xué)生可能會(huì)感覺枯燥，一個(gè)命令的反復(fù)練習(xí)可能會(huì)使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的激情，在這個(gè)過程中可以拿一些生活中的簡單案例來給學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)，如圖1所示螺栓、水杯等的繪制，可以讓學(xué)生自己發(fā)揮創(chuàng)造力，來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

2.2 加大綜合實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練

由于CAD/CAE課程實(shí)操性較強(qiáng)，需要加大綜合性設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開設(shè)比例。綜合技能訓(xùn)練對(duì)學(xué)生的要求較高，要求學(xué)生不僅要熟練掌握創(chuàng)建二維圖形的方法，熟悉通過二維草圖建立向三維圖形的思路和方法，還要掌握零件的裝配以及利用軟件對(duì)模型進(jìn)行有限元分析等，例如運(yùn)用CAD軟件繪制驅(qū)動(dòng)橋殼的三維幾何模型，運(yùn)用CAE軟件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)橋殼的有限元分析，如圖2所示。通過綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的練習(xí)，學(xué)生不僅能更好的掌握CAD/CAE軟件的實(shí)踐應(yīng)用，還能更好的強(qiáng)化對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合訓(xùn)練，為日后的學(xué)習(xí)和工作打下了良好的基礎(chǔ)。

2.3 增加課外實(shí)踐項(xiàng)目的學(xué)習(xí)

學(xué)生通過課外實(shí)踐項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，能夠了解時(shí)代的發(fā)展，認(rèn)識(shí)到當(dāng)今社會(huì)對(duì)人才層次的需求，從而找到社會(huì)使命感，進(jìn)一步激發(fā)出學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新激情。海南大學(xué)每年都采取各種獎(jiǎng)勵(lì)措施鼓勵(lì)學(xué)生積極參加各類全國性學(xué)科技能大賽來開拓思維和視野。如海南大學(xué)于2018年5月成立的南海方程式賽車隊(duì)，學(xué)生利用課余時(shí)間自學(xué)軟件與相關(guān)理論知識(shí)，協(xié)作分工，對(duì)整車兩千多個(gè)零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)并優(yōu)化，完成設(shè)計(jì)圖如圖3所示。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中學(xué)生能實(shí)際學(xué)習(xí)和使用當(dāng)前主流的技術(shù)手段，深刻理解所學(xué)專業(yè)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，提前體驗(yàn)從在校學(xué)生向社會(huì)職場角色的轉(zhuǎn)變。

3.建設(shè)高水平實(shí)驗(yàn)條件，提高教學(xué)質(zhì)量

3.1 建設(shè)高水平的實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍

CAD/CAE軟件的作用是輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，因此CAD/CAE課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容要跟上時(shí)代的發(fā)展，培養(yǎng)的人才能夠順應(yīng)時(shí)代的需求。近年來海南大學(xué)聘請(qǐng)有工程背景、實(shí)踐能力強(qiáng)的校外科研人員作為教師參與課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，同時(shí)，經(jīng)驗(yàn)豐富的教師通過集體備課和以老帶新的方式去培養(yǎng)和建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資隊(duì)伍。另外，通過培訓(xùn)、進(jìn)修、交流、參觀考察、參加會(huì)議、參與科研項(xiàng)目等方式，不斷提高實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)和科研水平，新技術(shù)、新手段和新方法的應(yīng)用不僅能大大提高實(shí)驗(yàn)室整體的教學(xué)和管理水平，又能使學(xué)生切身感受和學(xué)習(xí)到相關(guān)的專業(yè)技能，在實(shí)踐教學(xué)中給予學(xué)生更好的指導(dǎo)和幫助。[6]

3.2 建立健全實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)需要不斷完善實(shí)驗(yàn)軟硬件教學(xué)環(huán)境。設(shè)備的性能和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的搭建直接影響到學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，需要有前瞻性和擴(kuò)充性。軟件的選擇設(shè)計(jì)到版權(quán)問題，要為教學(xué)和科研提供強(qiáng)有力的支持，教師和學(xué)生公開發(fā)表的設(shè)計(jì)成果必須能夠得到有效的保證。相關(guān)理論課教師以及實(shí)驗(yàn)教師，必須全程參與實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)工作，以保證各種實(shí)驗(yàn)設(shè)施真正符合教學(xué)實(shí)際，方便教學(xué)和維護(hù)。[7]實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)環(huán)境的文化氛圍建設(shè)等措施，要能夠提高實(shí)驗(yàn)室的軟硬件水平和吸引力，從而吸引眾多師生進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，開展學(xué)習(xí)和研究。

3.3積極進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作

由于CAD/CAE課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，學(xué)生只有深入一線才能清楚設(shè)計(jì)理念和時(shí)代的需求，因此需要開展實(shí)踐育人。海南大學(xué)通過與校外企業(yè)的聯(lián)系和溝通，開展產(chǎn)學(xué)研合作，允許學(xué)生進(jìn)行校外實(shí)習(xí)，加強(qiáng)相關(guān)專業(yè)的技術(shù)應(yīng)用。同時(shí)建立校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)基地，建設(shè)實(shí)踐性和創(chuàng)新性人才培養(yǎng)條件，在實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力和解決問題的能力。[8]

結(jié)語

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是CAD/CAE課程教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，其教學(xué)效果直接反映了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新意識(shí)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)以提高學(xué)生的實(shí)踐能力為出發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)創(chuàng)新認(rèn)識(shí)，將所學(xué)知識(shí)內(nèi)容與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系在一起。我們以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際效果為目的，不斷分析和總結(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的經(jīng)驗(yàn)和不足，創(chuàng)新教學(xué)理念，努力為學(xué)生搭建各種學(xué)習(xí)平臺(tái)，培養(yǎng)其獨(dú)立性和創(chuàng)新性，使學(xué)生成為當(dāng)今社會(huì)需要的新型工科人才。文章結(jié)合教學(xué)團(tuán)隊(duì)多年的實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，提出一些建議和做法，希望給從事軟件實(shí)驗(yàn)教學(xué)的人員提供參考和借鑒。

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作者簡介：

朱春俠（1977—），女，副教授，碩士，主要進(jìn)行汽車設(shè)計(jì)方面的研究。