CAE軟件應(yīng)用類課程教學(xué)方法改革與實踐

陳松　丁軍　龔海峰　楊鄂川

摘 要 為適應(yīng)普通高等院校對人才培養(yǎng)的需要和企業(yè)對人才素質(zhì)的要求，從理論與上機實踐結(jié)合、實踐中引入培訓(xùn)式教學(xué)、以項目分析驅(qū)動教學(xué)、改進課程考核評價體系等方法對CAE軟件類課程的教學(xué)模式進行改革。將該方法應(yīng)用于課堂教學(xué)實踐活動中，實踐表明：該方法激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和創(chuàng)造性，不僅鍛煉了學(xué)生的動手能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生面對問題、分析問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞 教學(xué)模式 CAE軟件應(yīng)用類課程 項目驅(qū)動 課程考核評價

中圖分類號：G424?文獻(xiàn)標(biāo)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(shù)在機械、汽車、航空航天、土建等行業(yè)的廠礦企業(yè)、科研院所得到了廣泛應(yīng)用，隨著CAE分析技術(shù)的不斷普及，CAE已成為工具型軟件，在高校課程設(shè)計、畢業(yè)設(shè)計、工廠企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)、優(yōu)化設(shè)計、改進設(shè)計中發(fā)揮了越來越重要的作用。作為培養(yǎng)人才的高等院校，為了配合人才培養(yǎng)和滿足企業(yè)用人標(biāo)準(zhǔn)的需要，越來越多的高校開設(shè)了CAE軟件應(yīng)用類課程。這類課程在本科院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)體系中占有重要的地位，但又有別于傳統(tǒng)的基礎(chǔ)專業(yè)課程，如果仍以傳統(tǒng)的教學(xué)模式進行教學(xué)和學(xué)生培養(yǎng)，很難達(dá)到理想的效果，所以迫切需要對CAE軟件應(yīng)用類課程進行教學(xué)模式、教學(xué)方法、課程評價體系的改革，以適應(yīng)高校對人才培養(yǎng)的需要和企業(yè)對人才素質(zhì)的要求。

1 現(xiàn)有軟件類課程的教學(xué)模式及問題分析

近年來，針對軟件應(yīng)用類課程已經(jīng)有一些同行進行了相關(guān)的教學(xué)改革活動，但教學(xué)方式仍停留在課堂教學(xué)、課堂演示、上機實驗等傳統(tǒng)模式，這種教學(xué)模式雖然與老師講學(xué)生聽的“填鴨式”教學(xué)效果有所提高，但遠(yuǎn)未達(dá)到用人單位對人才培養(yǎng)的要求。此外，啟發(fā)討論式教學(xué)方法、任務(wù)驅(qū)動法、范例教學(xué)法等，雖然也取得了一定的效果，但都還屬于傳統(tǒng)的教學(xué)方法的范疇。雖然很多高校也都逐漸重視實踐教學(xué)，增加了軟件應(yīng)用類課程上機的課時，進行了相應(yīng)的改革和探索，但在教學(xué)過程中教師仍占據(jù)著主導(dǎo)地位，發(fā)揮著主導(dǎo)作用，學(xué)生只是被動的學(xué)習(xí)。在上機實驗中教師演示和學(xué)生跟蹤練習(xí)、反復(fù)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(dá)到同樣的效果？遇到其他類似問題如何做？學(xué)生從未考慮過也不會考慮。導(dǎo)致學(xué)生在后續(xù)的課程設(shè)計、專業(yè)實習(xí)、畢業(yè)設(shè)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(yán)重限制了學(xué)生的思維。

2 CAE軟件應(yīng)用類課程教學(xué)方式改革

2.1 將專業(yè)知識與軟件實踐緊密結(jié)合

CAE軟件有別于其他一般的技術(shù)性應(yīng)用軟件，對使用者的力學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)（彈性力學(xué)、有限單元法、振動力學(xué)、多體動力學(xué)、數(shù)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(xù)的過程。因此，在教學(xué)過程中要使學(xué)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(jié)合專業(yè)理論知識對軟件進行了解，既保證學(xué)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(xué)生對專業(yè)理論知識的理解和掌握。

將專業(yè)知識與軟件操作緊密結(jié)合，在熟練掌握軟件操作的同時，鞏固和強化專業(yè)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(xué)方程的構(gòu)建，求解方式的選擇等。建立模型中用到專業(yè)知識，比如有限元分析中涉及到單元類型的選擇，網(wǎng)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(shù)的設(shè)置及迭代次數(shù)、收斂準(zhǔn)則的選擇等。因此在進行課程教學(xué)時，必須重點講解好這些理論基礎(chǔ)知識，講清楚各種參數(shù)的數(shù)學(xué)及力學(xué)含義，引導(dǎo)學(xué)生從更高層次去理解和掌握專業(yè)知識。

2.2 將培訓(xùn)式教學(xué)引入實踐教學(xué)

針對實踐環(huán)節(jié)較少，上機課程安排過少的問題，很多高校都已經(jīng)有意識地提高了上機的課時數(shù)，但上機過程中教師演示和學(xué)生實踐脫節(jié)，很多時候老師在演示時即使對不容易理解的內(nèi)容進行反復(fù)的強調(diào)，但在上機實踐時還是有很多學(xué)生會出現(xiàn)問題。導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣逐漸降低、主動性越來越差。根據(jù)上述問題及特點，在教學(xué)中采用軟件培訓(xùn)的方式，制定教學(xué)計劃是將整個課程完全安排在機房集中進行講授。通過學(xué)生的親身實踐，提高其對課程的興趣和學(xué)習(xí)的主動性，所以對授課內(nèi)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(qū)動課程教學(xué)

在軟件類課程教學(xué)中，學(xué)生往往對指導(dǎo)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(yīng)教會他們針對一個具體的項目，如何利用所學(xué)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(jié)果以及對結(jié)果的討論和分析。項目分析驅(qū)動課程教學(xué)是指讓將研究項目引入到教學(xué)中。教師和學(xué)生都要進行角色轉(zhuǎn)換，教師將自己定位為項目的甲方，學(xué)生定位為項目的乙方。老師先向?qū)W生介紹項目背景等情況，同學(xué)之間要充分地討論、分析，獨立自主地利用所學(xué)知識、查閱資料、提出研究方法和思路、解決問題、得出結(jié)論。采用項目分析驅(qū)動課堂教學(xué)的方式充分發(fā)揮學(xué)生的自我創(chuàng)造能力，提高了學(xué)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(xué)改革中有重要的導(dǎo)向作用，是保證教學(xué)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(xué)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(xué)過程中考核，項目完成過程評價以及項目報告考核相結(jié)合的考核評價模式。教學(xué)過程中，通過對學(xué)生的提問、學(xué)生的發(fā)言等方式來考察學(xué)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(xì)節(jié)上的提問判斷學(xué)生對知識的掌握程度;項目總結(jié)報告是課程評價的最重要依據(jù)，根據(jù)報告的抄襲率、篇幅、模型建立（模型簡化與假設(shè)，約束、特殊載荷、其他課程內(nèi)容的應(yīng)用）、仿真分析、結(jié)果及討論、進一步的研究（優(yōu)化、改進，指導(dǎo)設(shè)計）等內(nèi)容制定評價標(biāo)準(zhǔn)，考核實際掌握情況。

3 課程教學(xué)方式改革實踐及應(yīng)用效果分析

表1 課程報告評價細(xì)則

將教學(xué)改革的內(nèi)容應(yīng)用于重慶理工大學(xué)機械工程學(xué)院2009、2010和2011級理論與應(yīng)用力學(xué)專業(yè)的部分CAE軟件類課程教學(xué)實踐中，在編制教學(xué)計劃和教學(xué)大綱時，考慮了增加上機學(xué)時、理論與實踐全部安排在機房集中講授、項目導(dǎo)向、案例教學(xué)等方式進行，同時在課程考核方式中采用教學(xué)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(quán)重進行課程評價，項目報告評價標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

4 結(jié)束語

通過對CAE軟件類課程的教學(xué)改革和探索，學(xué)生不僅在后期的課程設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計時能夠快速進入狀態(tài)，而且在專業(yè)實習(xí)中能夠很快地將所學(xué)的知識運用于工程實踐;同時，根據(jù)用人單位對畢業(yè)生的反饋信息，大多數(shù)學(xué)生在進入企業(yè)后，都能較快地適應(yīng)單位的工作、快速地投入到產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計中。通過該類課程教學(xué)方式的改革，為應(yīng)用型人才的培養(yǎng)提供了一種課程教學(xué)模式。

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

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