新工科背景下CAD/CAE課程實驗教學的改革

朱春俠 王體迎 何金戈 張建珍

【摘要】根據“新工科”建設要求，通過CAD/CAE課程實驗教學的經驗和總結，本研究從實驗教學模式、教學內容和教學條件三個方面進行了探討，提出轉變教學理念，采用互動性教學，突出應用實踐性，積極進行產學研合作等建議。同時鼓勵學生參與教師科研和課外實踐項目，以充分調動學生學習的興趣和自主性。這些改革適應社會需求，也使該課程取得了良好的教學效果。

【關鍵詞】CAD/CAE? 實驗教學? 新工科? 改革

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

【中圖分類號】G642? ? 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2020）13-0239-02

計算機輔助設計/計算機輔助工程（CAD/CAE）技術可以提高產品的設計效率和質量，提高企業的生產效率，減輕技術人員的勞動強度，因此CAD/CAE技術已成為現代工業中必不可少的技術手段。因此滿足市場需求，各類工科院校都相繼開設了CAD/CAE課程的教學，力圖培養一些具有必要的理論知識和較強的實踐能力的個性化和多樣化的人才。[1]

相對于傳統的工科人才，新工科建設目標是培養具有深厚文化底蘊、扎實工程基礎和優秀科研創新能力的高素質人才。本文根據研究型大學本科教育的培養目標和課程教學情況，對海南大學CAD/CAE課程的教學進行了研究，發現實驗教學存在許多不足之處，主要反映在實驗內容依然采用演示型教學，然后讓學生進行模仿，缺乏學生的自主設計和創新環節，因此實驗內容的教學改革勢在必行。

1.改革實驗教學模式，創新實驗教學理念

1.1 提倡和實行“以學生為中心”的教育理念

傳統的教學模式是教師全程講解和操作，學生被動接受全部內容，缺乏主觀能動性，而CAD/CAE課程的目的是培養學生的動手能力和創新意識，因此需要將實驗教學的主體從教師轉變為學生，充分調動學生的學習積極性。每次實驗課前，教師根據理論課程內容預先布置和安排實驗內容，要求學生課下做好實驗準備，引導學生主動思考，鼓勵學生在實驗課堂上尋求多種設計思路來完成實驗，并請幾名有代表性創作的學生當堂講解思路過程，這種方法不僅能開拓學生的思維，又能進一步增加學生的成就感和學習激情。[2]教師在整個實驗的過程進行答疑、解惑、啟發和引導，并對學生的講解進行點評。

1.2 合理設置實驗教學內容的比例

根據當今社會對人才層次的需求，CAD/CAE課程的實驗內容需要合理設置實驗學時和實驗項目，適時地更新實驗教學案例，增大綜合性、設計性實驗項目所占的比重。[3]學生通過實驗課程的學習和訓練，充分掌握各個基本知識點和設計方法，能夠綜合運用理論知識和設計手段完成實驗項目，培養出獨立分析問題、解決問題的能力。

1.3 采用互動式教學，關注學生差異性

如何協調和關注學生學習的差異性是教學中尤其要注意的問題。新工科建設的目標也是要考慮到學生的個體差異性，培養出不同層次的高技術人才。在實驗操作環節，CAD/CAE軟件三維造型的功能強大，造型方式多樣，而有限元軟件主要是進行仿真模擬，要設置單元屬性、材料參數、工況等問題，涉及到專業理論知識，可以針對學生的掌握情況進行差異性指導，多跟學生進行溝通交流，[4]及時解決學生存在的各種問題，從而激發學生的學習積極性，提高了班級整體學習效果。

2.改革實驗教學內容，突出應用實踐性

2.1 強調基礎知識的重要性

基礎知識是最基本的知識技能，例如：軟件的安裝;尺寸標注;二維圖形的創建等。在學習基礎知識的過程中學生可能會感覺枯燥，一個命令的反復練習可能會使學生失去學習的激情，在這個過程中可以拿一些生活中的簡單案例來給學生進行實踐練習，如圖1所示螺栓、水杯等的繪制，可以讓學生自己發揮創造力，來激發學生學習的興趣。

2.2 加大綜合實驗技能的訓練

由于CAD/CAE課程實操性較強，需要加大綜合性設計性實驗的開設比例。綜合技能訓練對學生的要求較高，要求學生不僅要熟練掌握創建二維圖形的方法，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模型進行有限元分析等，例如運用CAD軟件繪制驅動橋殼的三維幾何模型，運用CAE軟件進行驅動橋殼的有限元分析，如圖2所示。通過綜合性實驗項目的練習，學生不僅能更好的掌握CAD/CAE軟件的實踐應用，還能更好的強化對基礎知識的綜合訓練，為日后的學習和工作打下了良好的基礎。

2.3 增加課外實踐項目的學習

學生通過課外實踐項目的學習，能夠了解時代的發展，認識到當今社會對人才層次的需求，從而找到社會使命感，進一步激發出學習興趣和創新激情。海南大學每年都采取各種獎勵措施鼓勵學生積極參加各類全國性學科技能大賽來開拓思維和視野。如海南大學于2018年5月成立的南海方程式賽車隊，學生利用課余時間自學軟件與相關理論知識，協作分工，對整車兩千多個零部件進行設計并優化，完成設計圖如圖3所示。在整個設計過程中學生能實際學習和使用當前主流的技術手段，深刻理解所學專業知識的實際應用價值，提前體驗從在校學生向社會職場角色的轉變。

3.建設高水平實驗條件，提高教學質量

3.1 建設高水平的實驗教學師資隊伍

CAD/CAE軟件的作用是輔助設計人員進行設計與分析，因此CAD/CAE課程的學習內容要跟上時代的發展，培養的人才能夠順應時代的需求。近年來海南大學聘請有工程背景、實踐能力強的校外科研人員作為教師參與課程的實驗教學，同時，經驗豐富的教師通過集體備課和以老帶新的方式去培養和建設實驗教學師資隊伍。另外，通過培訓、進修、交流、參觀考察、參加會議、參與科研項目等方式，不斷提高實驗教師的教學和科研水平，新技術、新手段和新方法的應用不僅能大大提高實驗室整體的教學和管理水平，又能使學生切身感受和學習到相關的專業技能，在實踐教學中給予學生更好的指導和幫助。[6]

3.2 建立健全實驗教學環境

實驗課程的教學需要不斷完善實驗軟硬件教學環境。設備的性能和網絡環境的搭建直接影響到學生的學習效果，需要有前瞻性和擴充性。軟件的選擇設計到版權問題，要為教學和科研提供強有力的支持，教師和學生公開發表的設計成果必須能夠得到有效的保證。相關理論課教師以及實驗教師，必須全程參與實驗室的建設工作，以保證各種實驗設施真正符合教學實際，方便教學和維護。[7]實驗室建設、實驗環境的文化氛圍建設等措施，要能夠提高實驗室的軟硬件水平和吸引力，從而吸引眾多師生進實驗室，開展學習和研究。

3.3積極進行產學研合作

由于CAD/CAE課程的實踐性較強，學生只有深入一線才能清楚設計理念和時代的需求，因此需要開展實踐育人。海南大學通過與校外企業的聯系和溝通，開展產學研合作，允許學生進行校外實習，加強相關專業的技術應用。同時建立校內實踐教學基地，建設實踐性和創新性人才培養條件，在實踐中培養學生的創造力和解決問題的能力。[8]

結語

實驗教學是CAD/CAE課程教學的重要環節，其教學效果直接反映了學生的學習能力和創新意識。實驗教學以提高學生的實踐能力為出發點，培養創新認識，將所學知識內容與生產實際聯系在一起。我們以提高實驗教學的實際效果為目的，不斷分析和總結實驗教學中的經驗和不足，創新教學理念，努力為學生搭建各種學習平臺，培養其獨立性和創新性，使學生成為當今社會需要的新型工科人才。文章結合教學團隊多年的實驗教學經驗，提出一些建議和做法，希望給從事軟件實驗教學的人員提供參考和借鑒。

參考文獻：

[1]苗秀娟.汽車CAD/CAE/CAM課程教學的改革與實踐[J].科技信息，2012（2）：131.

[2]成思源，張中寶，楊雪榮等.面向產品創新設計的逆向工程技術實驗[J].實驗室研究與探索，2019（4）：161-168.

[3]張樂瑩，劉艷，陸廣華等.應用型本科院校CAD/CAM 技術課程的教學探索和改革[J].大學教育，2016（6）：126-127.

[4]楊帆，趙金峰，王莉華.淺談理工專業工程軟件應用類課程的教學方法——基于同濟大學CAD/CAE課程教學實踐的思考[J].當代教育實踐與理論研究，2018（5）：76-77.

[5]高濤，杜平安.《CAD/CAE/CAM技術》教學方法探討[J].實驗科學與技術.2010（2）：88-89.

[6]馮小強.計算機實驗教學研究[J].計算機時代，2018（10）：78-82.

[7]劉建平，宋霞，楊植等.“產教融合、校企合作”共建高校實踐教學體系[J].實驗室研究與探索，2019（4）：230-232.

[8]孟超，陳松樂，曹亞東等.基于物聯網的大學計算機專業實踐教學研究[J].軟件導刊，2018（7）：76-78.

作者簡介：

朱春俠（1977—），女，副教授，碩士，主要進行汽車設計方面的研究。