CAE軟件應用類課程教學方法改革與實踐

陳松　丁軍　龔海峰　楊鄂川

摘 要 為適應普通高等院校對人才培養的需要和企業對人才素質的要求，從理論與上機實踐結合、實踐中引入培訓式教學、以項目分析驅動教學、改進課程考核評價體系等方法對CAE軟件類課程的教學模式進行改革。將該方法應用于課堂教學實踐活動中，實踐表明：該方法激發學生學習的積極性和創造性，不僅鍛煉了學生的動手能力，而且培養了學生面對問題、分析問題、解決問題的能力。

關鍵詞 教學模式 CAE軟件應用類課程 項目驅動 課程考核評價

中圖分類號：G424?文獻標識碼：A ? DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2015.03.056

The Practice Research and Teaching Model Reform

of CAE Software Courses

CHEN Song， DING Jun， GONG Haifeng， YANG Echuan

（College of Mechanical Engineering， Chongqing University of Technology， Chongqing 400054）

Abstract In order to meet the requirements of personnel training and quality of talent， the new teaching model reform of CAE software courses which included the combination of theory an computer practice and training teaching in practice and project driven teaching and improvement courses appraisal was proposed. The teaching method had been applied to actual classroom teaching practice. the practice results show that the teaching method to stimulate students' enthusiasm and creativity and exercise the manipulative ability of students， and develop the ability of students to face the problem， analyze and solve problems.

Key words teaching mode; CAE software courses; project driven; courses appraisal

近年來，CAE分析技術在機械、汽車、航空航天、土建等行業的廠礦企業、科研院所得到了廣泛應用，隨著CAE分析技術的不斷普及，CAE已成為工具型軟件，在高校課程設計、畢業設計、工廠企業的產品開發、優化設計、改進設計中發揮了越來越重要的作用。作為培養人才的高等院校，為了配合人才培養和滿足企業用人標準的需要，越來越多的高校開設了CAE軟件應用類課程。這類課程在本科院校應用型人才培養體系中占有重要的地位，但又有別于傳統的基礎專業課程，如果仍以傳統的教學模式進行教學和學生培養，很難達到理想的效果，所以迫切需要對CAE軟件應用類課程進行教學模式、教學方法、課程評價體系的改革，以適應高校對人才培養的需要和企業對人才素質的要求。

1 現有軟件類課程的教學模式及問題分析

近年來，針對軟件應用類課程已經有一些同行進行了相關的教學改革活動，但教學方式仍停留在課堂教學、課堂演示、上機實驗等傳統模式，這種教學模式雖然與老師講學生聽的“填鴨式”教學效果有所提高，但遠未達到用人單位對人才培養的要求。此外，啟發討論式教學方法、任務驅動法、范例教學法等，雖然也取得了一定的效果，但都還屬于傳統的教學方法的范疇。雖然很多高校也都逐漸重視實踐教學，增加了軟件應用類課程上機的課時，進行了相應的改革和探索，但在教學過程中教師仍占據著主導地位，發揮著主導作用，學生只是被動的學習。在上機實驗中教師演示和學生跟蹤練習、反復操作，雖熟悉了軟件的操作過程，但為什么這樣做？可不可以用其他的方式達到同樣的效果？遇到其他類似問題如何做？學生從未考慮過也不會考慮。導致學生在后續的課程設計、專業實習、畢業設計、工作過程中遇到類似的問題只能用同樣的一種方式解決，嚴重限制了學生的思維。

2 CAE軟件應用類課程教學方式改革

2.1 將專業知識與軟件實踐緊密結合

CAE軟件有別于其他一般的技術性應用軟件，對使用者的力學和數學基礎（彈性力學、有限單元法、振動力學、多體動力學、數值分析等）有較高的要求，CAE軟件的使用過程實際上是“列方程—解方程—觀察方程的解”這樣一個連續的過程。因此，在教學過程中要使學生在知道軟件如何操作的同時了解為什么這樣做，做到“知其然并知其所以然”就必須結合專業理論知識對軟件進行了解，既保證學生掌握好軟件操作技能，提高了動手能力，同時又可以加深學生對專業理論知識的理解和掌握。

將專業知識與軟件操作緊密結合，在熟練掌握軟件操作的同時，鞏固和強化專業理論知識。理解并掌握CAE軟件計算和求解過程中物理模型的簡化、分析模型的建立、力學方程的構建，求解方式的選擇等。建立模型中用到專業知識，比如有限元分析中涉及到單元類型的選擇，網格密度的確定，邊界條件的定義和簡化，單元屬性的定義，材料模式的定義等。分析計算中涉及到方程的求解方式，求解參數的設置及迭代次數、收斂準則的選擇等。因此在進行課程教學時，必須重點講解好這些理論基礎知識，講清楚各種參數的數學及力學含義，引導學生從更高層次去理解和掌握專業知識。

2.2 將培訓式教學引入實踐教學

針對實踐環節較少，上機課程安排過少的問題，很多高校都已經有意識地提高了上機的課時數，但上機過程中教師演示和學生實踐脫節，很多時候老師在演示時即使對不容易理解的內容進行反復的強調，但在上機實踐時還是有很多學生會出現問題。導致學生學習的興趣逐漸降低、主動性越來越差。根據上述問題及特點，在教學中采用軟件培訓的方式，制定教學計劃是將整個課程完全安排在機房集中進行講授。通過學生的親身實踐，提高其對課程的興趣和學習的主動性，所以對授課內容理解得更快，知識掌握得更牢固，印象更深刻。

2.3 以項目分析驅動課程教學

在軟件類課程教學中，學生往往對指導書上的例題能很好地完成，但對于新給出的具體工程問題，往往無從下手。如何簡化模型？如何建立合理的分析模型？如何仿真分析？都有困難。因此在課程中應教會他們針對一個具體的項目，如何利用所學的理論知識分析問題、查閱資料、簡化并建立模型、仿真分析、得出結果以及對結果的討論和分析。項目分析驅動課程教學是指讓將研究項目引入到教學中。教師和學生都要進行角色轉換，教師將自己定位為項目的甲方，學生定位為項目的乙方。老師先向學生介紹項目背景等情況，同學之間要充分地討論、分析，獨立自主地利用所學知識、查閱資料、提出研究方法和思路、解決問題、得出結論。采用項目分析驅動課堂教學的方式充分發揮學生的自我創造能力，提高了學生分析和解決實際問題的能力。

2.4 改進課程考核評價方式

課程考核評價方式在整個教學改革中有重要的導向作用，是保證教學效果的重要保障。在CAE軟件類課程的考核評價中，通過多種形式來考核學生的知識掌握程度、知識運用能力和實踐動手能力。采用教學過程中考核，項目完成過程評價以及項目報告考核相結合的考核評價模式。教學過程中，通過對學生的提問、學生的發言等方式來考察學生;項目完成過程中，通過項目的完成情況以及對項目實施過程中細節上的提問判斷學生對知識的掌握程度;項目總結報告是課程評價的最重要依據，根據報告的抄襲率、篇幅、模型建立（模型簡化與假設，約束、特殊載荷、其他課程內容的應用）、仿真分析、結果及討論、進一步的研究（優化、改進，指導設計）等內容制定評價標準，考核實際掌握情況。

3 課程教學方式改革實踐及應用效果分析

表1 課程報告評價細則

將教學改革的內容應用于重慶理工大學機械工程學院2009、2010和2011級理論與應用力學專業的部分CAE軟件類課程教學實踐中，在編制教學計劃和教學大綱時，考慮了增加上機學時、理論與實踐全部安排在機房集中講授、項目導向、案例教學等方式進行，同時在課程考核方式中采用教學過程評價10%，項目完成過程評價20%，項目報告考核評價70%的權重進行課程評價，項目報告評價標準如表1所示。

4 結束語

通過對CAE軟件類課程的教學改革和探索，學生不僅在后期的課程設計和畢業設計時能夠快速進入狀態，而且在專業實習中能夠很快地將所學的知識運用于工程實踐;同時，根據用人單位對畢業生的反饋信息，大多數學生在進入企業后，都能較快地適應單位的工作、快速地投入到產品的開發、設計中。通過該類課程教學方式的改革，為應用型人才的培養提供了一種課程教學模式。

基金項目：重慶理工大學2014年高等教育教學改革研究項目（2014YB03）;重慶市高等教育學會2013-2014年高等教育科學研究課題（CQGJ13B411）

參考文獻

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