關(guān)于計算機輔助設(shè)計與分析基礎(chǔ)通識課的若干思考

楊勇 曹自洋 張元晶 朱其新 劉威 楊建鋒

摘要：對計算機輔助設(shè)計與分析基礎(chǔ)通識課開設(shè)的可行性進行分析。對現(xiàn)有計算機輔助設(shè)計與分析課程教學(xué)中存在的問題進行分析。在此基礎(chǔ)上，針對這些問題，進一步對課程教學(xué)改進措施進行探討。

關(guān)鍵詞：計算機輔助設(shè)計分析;可行性分析;教學(xué)問題分析;教學(xué)方法改進

中圖分類號：TP393? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）16-0106-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

隨著計算機技術(shù)的普及與不斷提高，計算機已經(jīng)成為人們?nèi)粘９ぷ骱蛯W(xué)習(xí)中不可或缺的重要工具，借助計算機來輔助人們完成產(chǎn)品的專業(yè)設(shè)計分析已經(jīng)很普遍[1-2]。計算機輔助設(shè)計分析技術(shù)已成為眾多實際工程領(lǐng)域（（如土木結(jié)構(gòu)、材料、建筑、電子、機械等領(lǐng)域））及其產(chǎn)品設(shè)計分析中必不可少的工具與重要手段[3-4]。

國內(nèi)眾多理工科院校或綜合性院校，其含有眾多的工科院系，以蘇州科技大學(xué)為例，其包含有如土木、建筑、機械、材料、電子等專業(yè)，鑒于計算機輔助設(shè)計分析技術(shù)在眾多工程實際領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，掌握計算機輔助設(shè)計分析技術(shù)與方法，能夠?qū)崿F(xiàn)具體工程產(chǎn)品的設(shè)計分析，已成為上述相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域人才所迫切要求具備的素質(zhì)。

因此，計算機輔助設(shè)計與分析基礎(chǔ)通識課的開設(shè)對于提高眾多理工科院校或綜合性院校畢業(yè)生的專業(yè)核心競爭力，具有非常重要的意義。

1 開設(shè)計算機輔助設(shè)計與分析基礎(chǔ)通識課的可行性

1.1 計算機輔助設(shè)計與分析基礎(chǔ)通識課對專業(yè)知識需求門檻較低，可面向全校學(xué)生包括低年級學(xué)生授課

該課程學(xué)習(xí)的一個重要基礎(chǔ)是：需要學(xué)生具有三維空間想象能力。而高中期間三維立體幾何的學(xué)習(xí)已使學(xué)生具備了該方面的良好能力。因此，該課程學(xué)習(xí)對專業(yè)知識需求門檻較低，可面向全校學(xué)生包括低年級學(xué)生授課，學(xué)生具有一定的三維空間想象力即可借助計算機實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計分析。

1.2 相關(guān)專業(yè)知識為課程授課與學(xué)生學(xué)習(xí)提供了更進一步的保證

除前所述的高中期間的三維立體幾何學(xué)習(xí)，眾多理工科/綜合性院校的土木、建筑、機械、材料等專業(yè)在低年級都開設(shè)有畫法幾何與制圖等課程，為課程授課與學(xué)生學(xué)習(xí)提供了更進一步的專業(yè)知識保障，為該通識課的順利開設(shè)提供了有利基礎(chǔ)。

1.3 學(xué)校/院系軟硬件設(shè)施保證

眾多理工科/綜合性院校在每個學(xué)院都專設(shè)有學(xué)生機房，且機房電腦上安裝有常用的計算機輔助設(shè)計分析工具軟件，這些為計算機輔助設(shè)計分析軟件的學(xué)習(xí)提供了很好的軟硬件設(shè)施保證。此外，該課程的一項重要內(nèi)容是計算機輔助設(shè)計分析軟件的應(yīng)用，隨著目前PC電腦在學(xué)生中間的普及，眾多計算機輔助設(shè)計分析軟件的開源化，都確保了學(xué)生能夠很方便地在課后進行鞏固練習(xí)。

2 計算機輔助設(shè)計與分析通識課教學(xué)中存在的問題

2.1 計算機輔助設(shè)計與計算機輔助分析教學(xué)內(nèi)容分離

學(xué)習(xí)計算機輔助設(shè)計是為了解決本專業(yè)內(nèi)的工程產(chǎn)品設(shè)計問題。而產(chǎn)品設(shè)計的一個重要方面是對其性能進行分析，確定其是否達到設(shè)計要求。而目前的計算機輔助設(shè)計教學(xué)中通常不包含計算機輔助分析的教學(xué)內(nèi)容，只強調(diào)設(shè)計能力，缺乏性能分析過程。

2.2 計算機輔助分析的教學(xué)中過分強調(diào)理論知識內(nèi)容

現(xiàn)有的計算機輔助分析基礎(chǔ)教學(xué)中，會花費很多課時來介紹數(shù)值分析技術(shù)理論，有限元理論基礎(chǔ)等知識。這些知識內(nèi)容中涉及眾多的理論推導(dǎo)、數(shù)學(xué)運算、公式演化，學(xué)生學(xué)起來很吃力，教學(xué)效果也很差。

2.3 計算機輔助設(shè)計分析軟件學(xué)習(xí)過程中只注重軟件操作，缺乏與學(xué)生專業(yè)的關(guān)聯(lián)性

計算機輔助設(shè)計分析課程學(xué)習(xí)的一個重要內(nèi)容是相關(guān)軟件的學(xué)習(xí)，而目前相應(yīng)的教學(xué)過程只重視學(xué)生的軟件操作學(xué)習(xí)，而忽視了引導(dǎo)學(xué)生與自身專業(yè)工程問題相結(jié)合，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)完之后只會軟件操作依然不會對專業(yè)問題進行分析。

2.4 缺乏有效的課下學(xué)習(xí)要求及其保證措施

僅靠授課教師在課上的演示，根本無法讓學(xué)生真正熟悉該課相關(guān)計算機軟件的設(shè)計與分析過程，以及相應(yīng)的操作流程。學(xué)生的課下學(xué)習(xí)是學(xué)好該課程的重要基礎(chǔ)，而如何保證學(xué)生能在課下學(xué)習(xí)效果同樣是一個需要解決的問題。

3 計算機輔助設(shè)計與分析基礎(chǔ)課程教學(xué)改進措施

3.1 將計算機輔助設(shè)計與計算機輔助分析教學(xué)相結(jié)合

計算機輔助設(shè)計是為了解決工程產(chǎn)品的初始設(shè)計問題，而計算機輔助分析是產(chǎn)品性能分析的重要手段。將兩個教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，對應(yīng)于產(chǎn)品的設(shè)計與性能分析。因此，學(xué)生不僅僅能夠?qū)W習(xí)到工程專業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計方法流程，還可以對所設(shè)計的工程產(chǎn)品進行分析，確定所設(shè)計產(chǎn)品是否符合最終的設(shè)計要求。如果不符合，則可以進一步對產(chǎn)品進行修改設(shè)計，這與工程產(chǎn)品設(shè)計過程中的設(shè)計-性能分析-再設(shè)計的閉環(huán)相符合。

3.2 通過軟件學(xué)習(xí)與案例分析讓學(xué)生更容易理解相關(guān)基礎(chǔ)理論

避免以往計算機輔助設(shè)計分析技術(shù)教學(xué)中較多的理論推導(dǎo)、數(shù)學(xué)運算、公式演化，僅用一定教學(xué)內(nèi)容加強學(xué)生對相關(guān)理論物理意義的理解，而將重點放在計算機輔助設(shè)計分析軟件的具體應(yīng)用上，讓學(xué)生在實際軟件學(xué)習(xí)與案例設(shè)計分析過程中理解相關(guān)理論的基本思想。

3.3 教學(xué)案例設(shè)計與教學(xué)作業(yè)要求更具有學(xué)生專業(yè)特色

在教學(xué)中引入更多貼合學(xué)生專業(yè)的工程教學(xué)案例設(shè)計，從專業(yè)工程問題的角度來引導(dǎo)學(xué)生和培養(yǎng)學(xué)生解決專業(yè)工程實踐問題的能力。不再強調(diào)軟件本身的學(xué)習(xí)，而更強調(diào)軟件在其專業(yè)工程問題上的應(yīng)用。此外，教學(xué)作業(yè)的布置也可以多采用開放式作業(yè)形式，讓學(xué)生選擇以其自身專業(yè)工程產(chǎn)品為對象進行設(shè)計分析。

3.4 充分運用數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等教學(xué)和輔導(dǎo)材料

該課程重點在于培養(yǎng)學(xué)生計算機輔助設(shè)計與分析軟件的操作應(yīng)用能力，區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)中教學(xué)內(nèi)容往往以文字圖片等形式顯示，課程授課可以直接用軟件界面操作進行授課，使課程內(nèi)容更直觀、豐富、生動。教學(xué)過程可以對各種教學(xué)案例及軟件分析操作過程進行相關(guān)視頻制作，并提供網(wǎng)絡(luò)下載，以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和效果，通過課后自我學(xué)習(xí)與內(nèi)容鞏固，來培養(yǎng)學(xué)生的自我學(xué)習(xí)能力。

3.5 良好的課下學(xué)習(xí)要求及相應(yīng)的保證措施

章節(jié)內(nèi)容完成后，要求學(xué)生運用所學(xué)知識，在課下針對其專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的工程實際案例，進行計算機輔助產(chǎn)品設(shè)計及性能分析。要求學(xué)生在完成后，提交相應(yīng)的設(shè)計分析過程與結(jié)果的電子文檔。對各種教學(xué)案例及軟件分析操作過程進行相關(guān)視頻制作，并提供網(wǎng)絡(luò)下載。要求學(xué)生自行學(xué)習(xí)并提交自己所建立的計算機輔助設(shè)計分析教學(xué)案例三維設(shè)計模型與分析計算結(jié)果的電子文檔。

4總結(jié)

（1）分析了計算機輔助設(shè)計與分析基礎(chǔ)通識課開設(shè)的可行性：課程對專業(yè)知識需求門檻較低，可面向全校學(xué)生包括低年級學(xué)生授課;相關(guān)專業(yè)知識為課程授課提供了更進一步的課程學(xué)習(xí)保證等。

（2）分析課程教學(xué)中存在的問題：過分強調(diào)理論知識內(nèi)容;計算機輔助設(shè)計分析軟件學(xué)習(xí)過程中只注重軟件操作，缺乏與學(xué)生專業(yè)的關(guān)聯(lián)性等。

（3）提出課程教學(xué)改進措施：通過軟件學(xué)習(xí)與案例分析讓學(xué)生更容易理解相關(guān)基礎(chǔ)理論;教學(xué)案例設(shè)計與教學(xué)作業(yè)要求更具有學(xué)生專業(yè)特色;運用數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等教學(xué)和輔導(dǎo)材料等

參考文獻：

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[4] 汪中厚，曹歡，劉欣榮.基于理論知識的CAE課程教學(xué)改革[J].教育界：綜合教育研究， 2015（1）：111-111.

【通聯(lián)編輯：光文玲】