關于計算機輔助設計與分析基礎通識課的若干思考

楊勇 曹自洋 張元晶 朱其新 劉威 楊建鋒

摘要：對計算機輔助設計與分析基礎通識課開設的可行性進行分析。對現有計算機輔助設計與分析課程教學中存在的問題進行分析。在此基礎上，針對這些問題，進一步對課程教學改進措施進行探討。

關鍵詞：計算機輔助設計分析;可行性分析;教學問題分析;教學方法改進

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（資源服務）標識碼（OSID）：

隨著計算機技術的普及與不斷提高，計算機已經成為人們日常工作和學習中不可或缺的重要工具，借助計算機來輔助人們完成產品的專業設計分析已經很普遍[1-2]。計算機輔助設計分析技術已成為眾多實際工程領域（（如土木結構、材料、建筑、電子、機械等領域））及其產品設計分析中必不可少的工具與重要手段[3-4]。

國內眾多理工科院校或綜合性院校，其含有眾多的工科院系，以蘇州科技大學為例，其包含有如土木、建筑、機械、材料、電子等專業，鑒于計算機輔助設計分析技術在眾多工程實際領域的廣泛應用，掌握計算機輔助設計分析技術與方法，能夠實現具體工程產品的設計分析，已成為上述相關專業領域人才所迫切要求具備的素質。

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

1 開設計算機輔助設計與分析基礎通識課的可行性

1.1 計算機輔助設計與分析基礎通識課對專業知識需求門檻較低，可面向全校學生包括低年級學生授課

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

1.2 相關專業知識為課程授課與學生學習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習，眾多理工科/綜合性院校的土木、建筑、機械、材料等專業在低年級都開設有畫法幾何與制圖等課程，為課程授課與學生學習提供了更進一步的專業知識保障，為該通識課的順利開設提供了有利基礎。

1.3 學校/院系軟硬件設施保證

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

2 計算機輔助設計與分析通識課教學中存在的問題

2.1 計算機輔助設計與計算機輔助分析教學內容分離

學習計算機輔助設計是為了解決本專業內的工程產品設計問題。而產品設計的一個重要方面是對其性能進行分析，確定其是否達到設計要求。而目前的計算機輔助設計教學中通常不包含計算機輔助分析的教學內容，只強調設計能力，缺乏性能分析過程。

2.2 計算機輔助分析的教學中過分強調理論知識內容

現有的計算機輔助分析基礎教學中，會花費很多課時來介紹數值分析技術理論，有限元理論基礎等知識。這些知識內容中涉及眾多的理論推導、數學運算、公式演化，學生學起來很吃力，教學效果也很差。

2.3 計算機輔助設計分析軟件學習過程中只注重軟件操作，缺乏與學生專業的關聯性

計算機輔助設計分析課程學習的一個重要內容是相關軟件的學習，而目前相應的教學過程只重視學生的軟件操作學習，而忽視了引導學生與自身專業工程問題相結合，導致學生學習完之后只會軟件操作依然不會對專業問題進行分析。

2.4 缺乏有效的課下學習要求及其保證措施

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

3 計算機輔助設計與分析基礎課程教學改進措施

3.1 將計算機輔助設計與計算機輔助分析教學相結合

計算機輔助設計是為了解決工程產品的初始設計問題，而計算機輔助分析是產品性能分析的重要手段。將兩個教學內容相結合，對應于產品的設計與性能分析。因此，學生不僅僅能夠學習到工程專業產品的設計方法流程，還可以對所設計的工程產品進行分析，確定所設計產品是否符合最終的設計要求。如果不符合，則可以進一步對產品進行修改設計，這與工程產品設計過程中的設計-性能分析-再設計的閉環相符合。

3.2 通過軟件學習與案例分析讓學生更容易理解相關基礎理論

避免以往計算機輔助設計分析技術教學中較多的理論推導、數學運算、公式演化，僅用一定教學內容加強學生對相關理論物理意義的理解，而將重點放在計算機輔助設計分析軟件的具體應用上，讓學生在實際軟件學習與案例設計分析過程中理解相關理論的基本思想。

3.3 教學案例設計與教學作業要求更具有學生專業特色

在教學中引入更多貼合學生專業的工程教學案例設計，從專業工程問題的角度來引導學生和培養學生解決專業工程實踐問題的能力。不再強調軟件本身的學習，而更強調軟件在其專業工程問題上的應用。此外，教學作業的布置也可以多采用開放式作業形式，讓學生選擇以其自身專業工程產品為對象進行設計分析。

3.4 充分運用數字化技術、網絡技術等教學和輔導材料

該課程重點在于培養學生計算機輔助設計與分析軟件的操作應用能力，區別于傳統教學中教學內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，使課程內容更直觀、豐富、生動。教學過程可以對各種教學案例及軟件分析操作過程進行相關視頻制作，并提供網絡下載，以提高學生的學習興趣和效果，通過課后自我學習與內容鞏固，來培養學生的自我學習能力。

3.5 良好的課下學習要求及相應的保證措施

章節內容完成后，要求學生運用所學知識，在課下針對其專業領域內的工程實際案例，進行計算機輔助產品設計及性能分析。要求學生在完成后，提交相應的設計分析過程與結果的電子文檔。對各種教學案例及軟件分析操作過程進行相關視頻制作，并提供網絡下載。要求學生自行學習并提交自己所建立的計算機輔助設計分析教學案例三維設計模型與分析計算結果的電子文檔。

4總結

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

（2）分析課程教學中存在的問題：過分強調理論知識內容;計算機輔助設計分析軟件學習過程中只注重軟件操作，缺乏與學生專業的關聯性等。

（3）提出課程教學改進措施：通過軟件學習與案例分析讓學生更容易理解相關基礎理論;教學案例設計與教學作業要求更具有學生專業特色;運用數字化技術、網絡技術等教學和輔導材料等

參考文獻：

[1] 范玉青，馮秀娟，周建華.CAD軟件設計[M]. 北京航空航天大學出版社，1996.

[2] 李紅. 翻轉課堂教學模式在建筑CAD課程教學中的應用[J]. 教育與職業， 2016（4）：11-11.

[3] 鄺衛華，夏軍英.CAD/CAM/CAE課程教學改革探討[J].教育與教學研究，2006， 20（8）：76-78.

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

【通聯編輯：光文玲】