機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐

耿麒 葉敏 朱佳慶 張澤宇 張志峰 馬登成

摘? 要：為解決我國(guó)高等教育現(xiàn)階段面臨的傳統(tǒng)陳舊的教學(xué)資源與國(guó)家高速發(fā)展對(duì)重點(diǎn)領(lǐng)域、專門人才需求之間的不匹配、不平衡間的矛盾，以培養(yǎng)滿足時(shí)代需求的創(chuàng)新型人才為目標(biāo)，提出關(guān)于“機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程”的教學(xué)體系新模式。首先，結(jié)合時(shí)代發(fā)展趨勢(shì)和人才培養(yǎng)需求，研究機(jī)械數(shù)值仿真類課程教學(xué)的現(xiàn)狀并分析不足之處。其次，從課程認(rèn)知、理解掌握和應(yīng)用實(shí)踐三個(gè)層面進(jìn)行課程教學(xué)體系建設(shè)，并結(jié)合典型工程案例編纂課程教材。再次，從課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)和課程實(shí)踐基地兩方面進(jìn)行團(tuán)隊(duì)建設(shè)。最后，利用現(xiàn)代化信息技術(shù)，采用多軟件線上線下混合教學(xué)、多元化課程考核為我國(guó)機(jī)械類人才培養(yǎng)提供一個(gè)新方案。同時(shí)，教學(xué)成果可供其他高校參考和借鑒，提高我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機(jī)械；數(shù)值仿真；課程改革；人才培養(yǎng)；團(tuán)隊(duì)建設(shè)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2096-000X（2023）30-0095-04

Abstract： In order to solve the contradiction between the traditional and obsolete teaching resources faced by China's higher education at the present stage and the mismatch and imbalance between the rapid development of the country and the demand for key areas and specialized talents， and to cultivate innovative talents to meet the needs of the times， a new teaching system model of "Numerical Simulation Course for Mechanical Specialty" is proposed. Firstly， combined with the development trend of the times and the need for talent training， the current situation of mechanical numerical simulation course teaching is studied and the shortcomings are analyzed. Secondly， the curriculum teaching system is constructed from three aspects： curriculum cognition， understanding and application practice， and the curriculum teaching materials are compiled with typical engineering cases. Then， team construction is carried out from two aspects： curriculum teaching team and curriculum practice base. Finally， using modern information technology， multi-software online and offline mixed teaching and diversified curriculum assessment provide a new scheme for the cultivation of mechanical talents in China. At the same time， the teaching results can be used for reference by other universities to improve the quality of personnel training in related fields in China.

Keywords： machinery; numerical simulation; curriculum reform; personnel training; team construction

高等教育是國(guó)家人才培養(yǎng)的重要組成部分，是建設(shè)學(xué)習(xí)型社會(huì)、大力提高國(guó)民素質(zhì)的重要支撐。然而當(dāng)下，高等繼續(xù)教育的教學(xué)效果不甚理想，無效供給普遍存在，造成這種困境的一個(gè)重要原因是傳統(tǒng)陳舊的教學(xué)資源與國(guó)家高速發(fā)展對(duì)重點(diǎn)領(lǐng)域、專門人才需求之間的不匹配、不平衡的矛盾。

在極具代表性的國(guó)家重大裝備制造領(lǐng)域，《工程機(jī)械行業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》[1]指出，我國(guó)工程機(jī)械企業(yè)創(chuàng)新研發(fā)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，在一些高端產(chǎn)品領(lǐng)域未能掌握核心關(guān)鍵技術(shù)，制約了行業(yè)能力水平和產(chǎn)品性能的提高。此外，在與三一、徐工、法士特和中鐵裝備等國(guó)家重點(diǎn)機(jī)械制造企業(yè)的多年合作過程中，發(fā)現(xiàn)其研發(fā)人員大多具備良好的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力，但對(duì)于具體工程問題進(jìn)行深入分析的手段和能力較為欠缺，嚴(yán)重制約了關(guān)鍵技術(shù)的突破和重大裝備的研制。因此為有效改善上述問題，增強(qiáng)國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)能力，提高我國(guó)高等學(xué)校人才培養(yǎng)、尤其是機(jī)械類專業(yè)的人才培養(yǎng)，對(duì)機(jī)械類專業(yè)高等繼續(xù)教育的培養(yǎng)目標(biāo)和課程建設(shè)提出了新的要求。

受制于理論水平和試驗(yàn)手段，我國(guó)在重大裝備關(guān)鍵系統(tǒng)的研制方面取得顯著性突破難度較高。但隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)水平和系統(tǒng)化數(shù)值仿真水平的進(jìn)步，越來越多的企業(yè)從傳統(tǒng)的制造工藝逐漸轉(zhuǎn)向采用系統(tǒng)化數(shù)值仿真，通過構(gòu)建準(zhǔn)確可靠的重大裝備關(guān)鍵系統(tǒng)數(shù)值模型，推演其結(jié)構(gòu)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)關(guān)鍵性能的影響規(guī)律，從而加速對(duì)關(guān)鍵系統(tǒng)、關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新和突破。習(xí)近平總書記曾多次提出：“深化教育改革，加快教育現(xiàn)代化”“信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合”“推進(jìn)教育信息化”[2]。因此，機(jī)械專業(yè)計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真類課程的設(shè)置和教學(xué)有利于培養(yǎng)國(guó)家所需的應(yīng)用型人才，是創(chuàng)新信息時(shí)代教育治理新模式，推動(dòng)信息化手段服務(wù)教育教學(xué)全過程和推進(jìn)智慧教育創(chuàng)新發(fā)展的有力行動(dòng)。

但在目前“注重能力培養(yǎng)、強(qiáng)化通識(shí)學(xué)科基礎(chǔ)課、壓縮專業(yè)發(fā)展課”的先進(jìn)教育理念趨勢(shì)下，學(xué)生很難全面學(xué)習(xí)所有課程，從而不能全面系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)，更談不上實(shí)踐、應(yīng)用和服務(wù)終身。因此，高等學(xué)校機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程的設(shè)置和教學(xué)，不能沿襲現(xiàn)有“教師科研專長(zhǎng)和任務(wù)驅(qū)動(dòng)”模式、“課程多、課時(shí)大、缺乏統(tǒng)籌”的狀態(tài)，不應(yīng)以講授某種仿真需求、某種仿真技術(shù)、某款仿真軟件為目的，而要順應(yīng)“百年未有之大變局”的時(shí)代背景，以國(guó)家重大裝備制造這一宏觀問題為導(dǎo)向，采用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)（Project-Based Learning，PBL）[3]教學(xué)理念，整合已有資源，進(jìn)行機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程教學(xué)體系的創(chuàng)新變革研究。

一? 機(jī)械數(shù)值仿真類教學(xué)課程研究現(xiàn)狀與不足

從認(rèn)識(shí)論的角度出發(fā)，計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真是一種系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法。人類對(duì)客觀世界的認(rèn)識(shí)越具體、越全面、越深刻，對(duì)客觀世界的模仿就越準(zhǔn)確、越真實(shí)。因此，鑒于當(dāng)下高等繼續(xù)教育的教學(xué)效果不理想、無效供給普遍存在，傳統(tǒng)陳舊的教學(xué)資源不能匹配國(guó)家對(duì)重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)ｉT人才的需求，結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)值技術(shù)的發(fā)展，分析數(shù)值仿真技術(shù)分析與課程建設(shè)需求，對(duì)我國(guó)高等教育機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

（一）? 數(shù)值仿真技術(shù)分析與課程建設(shè)需求現(xiàn)狀

仿真方法經(jīng)歷了直觀模仿、模擬實(shí)驗(yàn)和功能模擬三個(gè)發(fā)展階段[4]。目前我國(guó)高等學(xué)校數(shù)值仿真類課程和教學(xué)資源，也基本是按照上述三個(gè)階段進(jìn)行設(shè)置的，具體包括以下方面：第一，用于直觀模仿事物外形和運(yùn)動(dòng)的虛擬仿真類課程[5]；第二，基于物理和數(shù)學(xué)原理進(jìn)行系統(tǒng)能力模仿的基礎(chǔ)仿真類課程，如液壓和機(jī)電系統(tǒng)仿真；第三，用于預(yù)測(cè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能、作業(yè)性能和基本原理的數(shù)值模擬類課程?，F(xiàn)階段我國(guó)對(duì)數(shù)值仿真類課程的建設(shè)總體仍處于第一階段：自2017年起教育部規(guī)劃建設(shè)了1 000項(xiàng)左右國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目[2]，在工程造價(jià)[6]、電工電子實(shí)驗(yàn)[7]、地質(zhì)標(biāo)本展示[8]等多個(gè)學(xué)術(shù)領(lǐng)域得以應(yīng)用，取得了良好的演示和認(rèn)知的教學(xué)效果，提高了教學(xué)過程的效率。但目前，我國(guó)在重大裝備制造領(lǐng)域核心技術(shù)的突破和高端產(chǎn)品的研制方面已經(jīng)對(duì)第二、第三階段的數(shù)值仿真技術(shù)和相關(guān)人才提出了迫切需求，而現(xiàn)有的數(shù)值仿真類課程建設(shè)過于陳舊、層次偏低，課程設(shè)置沒能及時(shí)跟上時(shí)代發(fā)展的步伐，致使相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展受挫。

（二）? 數(shù)值仿真類課程體系建設(shè)與教材建設(shè)現(xiàn)狀

目前我國(guó)機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程建設(shè)大多依附于、服務(wù)于專業(yè)基礎(chǔ)課程。例如：陳修龍等[9]為服務(wù)于機(jī)械原理的課程教學(xué)，對(duì)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中機(jī)器人機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模和仿真進(jìn)行研究；宋曉娟等[10]基于機(jī)械電子工程課程教學(xué)，開展了MATLAB軟件的仿真教學(xué)改革；宋瀟等[11]對(duì)電機(jī)學(xué)等課程開展了控制系統(tǒng)仿真課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索與改革研究；馬登成等通過開展瀝青混合料拌和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程機(jī)械構(gòu)造課程教學(xué)。這類數(shù)值仿真類教學(xué)往往不夠系統(tǒng)、各自為政、臃腫松散，且無明確目標(biāo)導(dǎo)向，不適用于繼續(xù)教育，不足以支撐企業(yè)學(xué)員以繼續(xù)教育、培訓(xùn)的方式來快速系統(tǒng)掌握高端復(fù)雜數(shù)值仿真技術(shù)。其次，整個(gè)課程缺乏教材，課程當(dāng)中大多使用講義，甚至直接使用仿真軟件教學(xué)書籍進(jìn)行課程講解。這易導(dǎo)致學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)的學(xué)習(xí)和理解割裂化、片面化，難以支撐國(guó)家重大裝備研制對(duì)機(jī)械類專業(yè)人才宏觀、全面、系統(tǒng)的數(shù)值仿真能力的需求。

（三）? 數(shù)值仿真類課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)和方法建設(shè)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和各類仿真軟件的不斷進(jìn)步，虛擬樣機(jī)和有限元仿真等諸多技術(shù)的聯(lián)合運(yùn)用提高了機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)程。因此，傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方法已逐漸不再適用于數(shù)值仿真類課程教學(xué)，陳舊的教學(xué)資源不能匹配國(guó)家對(duì)重點(diǎn)領(lǐng)域?qū)ｉT人才的需求。為有效改善機(jī)械工程仿真軟件應(yīng)用課程的教學(xué)方法，培養(yǎng)具備工程仿真分析和創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的創(chuàng)新型人才，姚凌云等[12]提出“矩陣式”教學(xué)法并應(yīng)用到機(jī)械工程仿真軟件應(yīng)用課程的教學(xué)實(shí)踐中，取得了良好的教學(xué)效果；為了提高M(jìn)ATLAB仿真軟件的教學(xué)效果，烏蘭[13]提出將軟件使用融入到控制工程基礎(chǔ)課程的教學(xué)中，擺脫教學(xué)系統(tǒng)硬件局限性，加強(qiáng)師生互動(dòng)，提高教學(xué)質(zhì)量；為打造全新教學(xué)體系與實(shí)踐訓(xùn)練體系，培育應(yīng)用型、創(chuàng)新型機(jī)械工程專業(yè)人才，朱家賢[14]提出變革教學(xué)模式、突出應(yīng)用創(chuàng)新、打造實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心、建設(shè)實(shí)踐教學(xué)基地等理念，以促進(jìn)仿真技術(shù)在機(jī)械工程教學(xué)中的應(yīng)用；為提升礦山類機(jī)械課程的教學(xué)效果，燕碧娟等[15]基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和沉浸式學(xué)習(xí)方法，通過仿真技術(shù)構(gòu)建礦山設(shè)備的實(shí)際造型，對(duì)鉆、采、運(yùn)等過程實(shí)現(xiàn)逼真模擬。上述研究表明，目前數(shù)值仿真類課程的教學(xué)手段大多采用線下課堂教學(xué)與考試考核方式，不適應(yīng)數(shù)值仿真類課程以計(jì)算機(jī)實(shí)操演示為主體的教學(xué)形式和“個(gè)性化、多元化、合作化、終身化”的典型特質(zhì)，此外，鑒于數(shù)值仿真手段已成為高校教師開展科學(xué)研究以及企業(yè)開展重大裝備研制和輔助施工的重要手段，若在教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面仍沿用專業(yè)課教學(xué)團(tuán)隊(duì)，難以發(fā)揮本類課程“科教融合”的特點(diǎn)，易造成“紙上談兵”的現(xiàn)象。

二? 面向國(guó)家重大裝備制造的數(shù)值仿真類課程體系建設(shè)

國(guó)家重大裝備普遍具有功能集成性高、結(jié)構(gòu)性能好、作業(yè)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，也明確要求研發(fā)人員需掌握多門數(shù)值仿真技術(shù)。因此，目前相關(guān)企業(yè)亟需高校建立并完善數(shù)值仿真類課程體系。但在對(duì)數(shù)值仿真類課程體系建設(shè)前，應(yīng)首先采用文獻(xiàn)法、調(diào)查法等方法，深刻探究國(guó)家制造強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略、國(guó)家重大裝備制造、教育信息化等綱領(lǐng)性政策的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，深入重點(diǎn)工程機(jī)械企業(yè)，了解當(dāng)前急需突破的關(guān)鍵瓶頸技術(shù)，以及迫切需求的數(shù)值仿真技術(shù)和人才情況，深入剖析現(xiàn)有的虛擬仿真技術(shù)、數(shù)值模擬技術(shù)和系統(tǒng)仿真技術(shù)在國(guó)家重大裝備制造，以及相應(yīng)課程在機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)方面的支撐情況。其次，綜合分析機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程的知識(shí)構(gòu)架，研究常用的各類數(shù)值仿真軟件的功能、軟件以及優(yōu)劣勢(shì)，為機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程體系建設(shè)夯實(shí)應(yīng)用背景和奠定理論基礎(chǔ)，完成對(duì)國(guó)家重大裝備關(guān)鍵系統(tǒng)制造的特定需求的數(shù)值仿真類課程系統(tǒng)體系建設(shè)。

建設(shè)數(shù)值仿真類課程體系可以從以下三個(gè)層面進(jìn)行。

認(rèn)知層面。針對(duì)重大裝備關(guān)鍵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理，進(jìn)行工程機(jī)械虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等建設(shè)，提高教師及學(xué)生對(duì)數(shù)值仿真類課程的認(rèn)知。

理解、掌握層面。針對(duì)重大裝備的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等機(jī)械關(guān)鍵系統(tǒng)進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)與性能仿真、液壓系統(tǒng)仿真、電控系統(tǒng)仿真和工程機(jī)械作業(yè)原理仿真等課程的建設(shè)。同時(shí)，教師團(tuán)隊(duì)需修改機(jī)械類專業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)方案，撰寫針對(duì)各門課程的全新教學(xué)大綱和適應(yīng)各門課程考核的達(dá)成度評(píng)級(jí)模型，形成完整的數(shù)值仿真類課程體系。

應(yīng)用實(shí)踐層面。融合學(xué)院、團(tuán)隊(duì)教師的科研項(xiàng)目，依托機(jī)械類專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)，基于PBL理念，開展基于數(shù)值仿真技術(shù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)工作，使學(xué)生能夠?qū)嵺`已掌握的數(shù)值仿真技術(shù)。

三? 面向國(guó)家重大裝備制造的數(shù)值仿真類課程教材建設(shè)

在開展PBL模式的機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真分析課程建設(shè)與教材建設(shè)研究前需將“為什么要用數(shù)值仿真技術(shù)去解決問題？為什么要選擇這種數(shù)值仿真方法？為什么要選取這款數(shù)值仿真軟件？為什么要用這款軟件的某個(gè)模塊？分析數(shù)值仿真結(jié)果時(shí)用到什么基礎(chǔ)理論知識(shí)？”等宏觀問題講清楚，重點(diǎn)關(guān)注數(shù)值仿真理念的培養(yǎng)而非技術(shù)的講授，爭(zhēng)取用某一個(gè)或幾個(gè)系統(tǒng)化的案例（例如大型隧道掘進(jìn)裝備開掘系統(tǒng)設(shè)計(jì)），涵蓋可能涉及的各類數(shù)值仿真手段和技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生合理選用數(shù)值仿真技術(shù)分析解決問題的能力。相較于傳統(tǒng)的機(jī)械專業(yè)基礎(chǔ)課程，數(shù)值仿真類課程對(duì)專業(yè)知識(shí)儲(chǔ)備和通識(shí)要求更高，具有層次性、應(yīng)用性以及實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)。因此，為有效開展數(shù)值仿真類課程則需建立一個(gè)全面系統(tǒng)、通俗易懂的教學(xué)資料儲(chǔ)備和教材建設(shè)系統(tǒng)。

在對(duì)數(shù)值仿真類課程教學(xué)資料庫(kù)建設(shè)方面，基于現(xiàn)有的多門數(shù)值仿真類課程資源，深度分析凝練各門課程中具有代表性的數(shù)值仿真案例，從仿真方法選取、仿真軟件選取、仿真軟件入門、案例實(shí)操、結(jié)果分析和實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證等科學(xué)思路進(jìn)行講義、教案、電子課件、教學(xué)視頻和仿真模型等教學(xué)資料制作。

在對(duì)數(shù)值仿真類課程教材建設(shè)方面，基于已構(gòu)建的數(shù)值仿真類課程教學(xué)資料庫(kù)，選擇性參考借鑒國(guó)內(nèi)外類似課程的教材形式、內(nèi)容，組織教學(xué)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行課程教材的編制工作。最終完善數(shù)值仿真類課程教材體系和教學(xué)資料庫(kù)，為課程教學(xué)實(shí)踐提供有力保障，還可幫助企業(yè)、行業(yè)研發(fā)人員實(shí)現(xiàn)終身教育。

四? 面向國(guó)家重大裝備制造的數(shù)值仿真類課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)

機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程具有典型“科教融合”的特點(diǎn)，又具有極強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，鑒于數(shù)值仿真手段已成為高校教師開展科學(xué)項(xiàng)目研究以及重點(diǎn)企業(yè)開展重大裝備研制的重要手段，因此必須以“科教融合”理念構(gòu)建課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)、以“校企聯(lián)合”模式構(gòu)建課程實(shí)踐基地。

第一，在課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)方面，打破現(xiàn)有數(shù)值模擬類課程基于系、部獨(dú)立設(shè)置和教學(xué)的固有模式，充分發(fā)揮學(xué)院教師在數(shù)值仿真方面的科學(xué)研究專長(zhǎng)，建立致力于重大工程裝備數(shù)值仿真類卓越人才培養(yǎng)的科教團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行虛擬仿真、作業(yè)仿真、電液仿真和結(jié)構(gòu)仿真的多區(qū)塊靈活協(xié)同教學(xué)，實(shí)現(xiàn)“以教促研、以研哺教、教研相長(zhǎng)”的教學(xué)目標(biāo)。

第二，在課程實(shí)踐基地建設(shè)方面，緊緊圍繞行業(yè)的重大需求、重大裝備進(jìn)行校企聯(lián)合課程實(shí)踐基地建設(shè)。首先，邀請(qǐng)重點(diǎn)企業(yè)專家入校講學(xué)，讓學(xué)生了解重大裝備的研制動(dòng)態(tài)及數(shù)值仿真技術(shù)在相關(guān)領(lǐng)域的運(yùn)用情況。其次，鼓勵(lì)學(xué)生使用數(shù)值仿真技術(shù)開展畢業(yè)設(shè)計(jì)、參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)競(jìng)賽等學(xué)科競(jìng)賽。再次，通過部署學(xué)生參與各類縱向和企業(yè)橫向科研項(xiàng)目研究，實(shí)際運(yùn)用數(shù)值仿真技術(shù)，鍛煉研究能力。最后，校方與重點(diǎn)企業(yè)建立人才培養(yǎng)與輸送合作機(jī)制，設(shè)立企業(yè)獎(jiǎng)學(xué)金，將所培養(yǎng)的熟練掌握數(shù)值仿真技術(shù)的人才定點(diǎn)輸送至最有需求的企業(yè)。

五? 面向國(guó)家重大裝備制造的數(shù)值仿真類課程教學(xué)方法研究

數(shù)值仿真類課程融合了虛擬仿真、系統(tǒng)仿真、數(shù)值模擬等多種理念，涉及虛擬現(xiàn)實(shí)、MATLAB、有限元和離散元等多款軟件，采用“線上+線下”的混合教學(xué)方式和“個(gè)性化、多元化”的培養(yǎng)模式更有助于學(xué)生對(duì)仿真軟件的掌握。因此，在進(jìn)行數(shù)值仿真類課程時(shí)，可采用遠(yuǎn)程“數(shù)值-虛擬”仿真培訓(xùn)和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)相結(jié)合的方法，基于PBL理念，以國(guó)家重大工程裝備制造和施工中的關(guān)鍵基本問題為目標(biāo)導(dǎo)向，面向社會(huì)層面企業(yè)員工的繼續(xù)教育，進(jìn)行數(shù)值仿真和系統(tǒng)仿真的遠(yuǎn)程線上培訓(xùn)教學(xué)，以及遠(yuǎn)程虛擬仿真演示教學(xué)和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)教學(xué)。

在課程教學(xué)方法研究方面，首先，以某個(gè)典型項(xiàng)目為例，將工程問題分析、數(shù)值軟件選取、數(shù)值仿真開展的詳細(xì)過程進(jìn)行“線下”課堂教學(xué)；同時(shí)依托慕課、學(xué)習(xí)通等在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，將數(shù)值仿真軟件詳細(xì)教學(xué)環(huán)節(jié)以及多個(gè)典型數(shù)值仿真項(xiàng)目的教學(xué)過程進(jìn)行“線上”自學(xué)教學(xué)，學(xué)生根據(jù)興趣自行選擇仿真案例進(jìn)行學(xué)習(xí)，達(dá)到“個(gè)性化、多元化”的培養(yǎng)目的；最后，基于服務(wù)繼續(xù)教育和終身教育的理念，探討針對(duì)機(jī)械專業(yè)數(shù)值模擬類課程的大規(guī)模在線教學(xué)。

在課程考核模式研究方面，為了突出個(gè)性化培養(yǎng)特點(diǎn)、提升團(tuán)隊(duì)合作能力，將以團(tuán)隊(duì)合作的形式進(jìn)行考察考核；設(shè)置多個(gè)來源于國(guó)家重大裝備設(shè)計(jì)制造的數(shù)值仿真項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目下根據(jù)教學(xué)內(nèi)容分解為若干個(gè)子項(xiàng)，強(qiáng)調(diào)子項(xiàng)之間的因果關(guān)聯(lián)，強(qiáng)調(diào)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的調(diào)查研究，以團(tuán)隊(duì)合作形式完成數(shù)值仿真項(xiàng)目，并合作撰寫項(xiàng)目研究報(bào)告。在成績(jī)?cè)u(píng)定劃分方面可綜合考量教學(xué)考勤、仿真案例完成質(zhì)量、文獻(xiàn)調(diào)研狀況和項(xiàng)目研究報(bào)告質(zhì)量四個(gè)方面進(jìn)行最終給分。

六? 結(jié)束語

在建設(shè)學(xué)習(xí)型社會(huì)的時(shí)代背景、工程裝備制造和施工行業(yè)背景下，以國(guó)家《工程機(jī)械行業(yè)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》為指引，立足于繼續(xù)教育，以PBL驅(qū)動(dòng)的機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程教學(xué)體系建設(shè)為總體目標(biāo)，面向機(jī)械類專業(yè)高校學(xué)生和重大裝備制造與施工領(lǐng)域的從業(yè)人員，開展機(jī)械專業(yè)數(shù)值仿真類課程的教學(xué)體系建設(shè)與實(shí)踐。并對(duì)現(xiàn)有的數(shù)值仿真類課程作出分析，對(duì)仿真分析課程教學(xué)的課程體系、課程教材、教學(xué)方法以及教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)作出研究，更有利于提高機(jī)械類人才的培養(yǎng)質(zhì)量。同時(shí)，其教學(xué)成果還可對(duì)其他高校起到一定的示范輻射作用，以提高相關(guān)領(lǐng)域的創(chuàng)新型、領(lǐng)軍型專門人才的培養(yǎng)質(zhì)量。

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第一作者簡(jiǎn)介：耿麒（1989-），男，漢族，山東淄博人，博士，副教授。研究方向?yàn)楣こ虣C(jī)械數(shù)值仿真領(lǐng)域的教學(xué)。