CAD/CAE軟件應(yīng)用課程的改革與實(shí)踐

余 玲 彭必友 肖 兵

西華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 四川成都 610039

隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字化信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)應(yīng)用日益廣泛，已成為大部分現(xiàn)代制造企業(yè)要求其技術(shù)人員必須掌握的先進(jìn)技術(shù)之一。為適應(yīng)企業(yè)對(duì)這方面人才的需求，大部分的高校特開設(shè)CAD/CAE軟件課程，我校也將此課程作為材料成型及控制工程專業(yè)的核心課程之一。但從以往反饋的效果來看，學(xué)生通過課程的學(xué)習(xí)，僅僅是學(xué)會(huì)了軟件的一些簡(jiǎn)單操作，對(duì)如何有效地利用軟件和理論知識(shí)進(jìn)行項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和改進(jìn)優(yōu)化知之甚少。

根據(jù)以上情況，筆者通過對(duì)目前我校大學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的了解和分析，結(jié)合在企業(yè)多年從事CAD/CAE工作經(jīng)驗(yàn)，圍繞應(yīng)用型本科人才的培養(yǎng)目標(biāo)，在課程的內(nèi)容體系、教學(xué)方法和考核方式等方面做以下的教學(xué)改革與實(shí)踐。

1 改革課程內(nèi)容體系 兼顧理論和實(shí)踐

由于CAD/CAE軟件應(yīng)用課程涉及數(shù)值模擬技術(shù)、材料成形工藝學(xué)、模具設(shè)計(jì)等多方面的內(nèi)容[1]，課程具有知識(shí)面寬、技術(shù)面廣、實(shí)際應(yīng)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，使CAD/CAE軟件應(yīng)用課程成為一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的綜合性課程，考慮此因素，我們將原來單一的一門課程分為了兩個(gè)模塊(如圖1所示)。分別開設(shè)材料成型CAD/CAE和CAD/CAE軟件應(yīng)用實(shí)踐這兩門課程，兼顧理論和實(shí)踐兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。

圖1 CAD/CAE軟件應(yīng)用課程的教學(xué)模塊

理論教學(xué)以材料成型CAD/CAE課程為主，課時(shí)分配見圖1，其具體的教學(xué)內(nèi)容分為三大部分。

第一部分著重介紹三維幾何造型技術(shù)、有限元法的概念、有限元分析的基本思想、有限元網(wǎng)格劃分技術(shù)、常用的單元類型、有限元分析法中各種載荷的定義等,讓學(xué)生熟悉CAD/CAE的基本理論知識(shí)。

第二部分主要介紹幾款CAD/CAE的主流商業(yè)軟件，結(jié)合材料成型及控制工程專業(yè)側(cè)重的注塑、沖壓、鑄造的材料成型工藝，分別選擇UG，Pro/E兩款通用的CAD軟件，Moldflow，Dynaform，華鑄CAE這三款專業(yè)的CAE軟件作為重點(diǎn)介紹。使學(xué)生了解軟件的功能，基本特性和基本分析流程。

第三部分進(jìn)行軟件的入門學(xué)習(xí)和基本操作，本部分主要以上機(jī)操作為主，課堂答疑為輔，學(xué)生根據(jù)老師所提供的資料和軟件本身的幫助對(duì)軟件進(jìn)行初步的學(xué)習(xí)，遇到的問題在課堂上共同討論解決，讓學(xué)生通過一些簡(jiǎn)單的實(shí)例熟悉軟件的界面命令和操作流程。

雖然學(xué)生通過材料成型CAD/CAE課程對(duì)軟件相關(guān)的知識(shí)有了初步的了解，但由于課程學(xué)時(shí)畢竟有限，學(xué)生對(duì)軟件的運(yùn)用能力還僅僅停留在入門階段。因此，通過同一學(xué)期期末2周的CAD/CAE軟件應(yīng)用實(shí)踐課程，對(duì)實(shí)際生活中的產(chǎn)品進(jìn)行三維建模和優(yōu)化分析，可以很好地將理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力。

2 改革課程教學(xué)方法 培養(yǎng)動(dòng)手和創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的“填鴨式”教學(xué)，對(duì)于CAD/CAE軟件應(yīng)用課程的學(xué)習(xí)有很大的阻礙[2]，這是一門應(yīng)用性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，因此，在課程的實(shí)施時(shí)，必須與學(xué)生的“能力訓(xùn)練和知識(shí)學(xué)習(xí)”過程緊密結(jié)合，使學(xué)生在完成實(shí)踐項(xiàng)目的同時(shí)，學(xué)會(huì)系統(tǒng)的應(yīng)用知識(shí)，訓(xùn)練能力，積累經(jīng)驗(yàn)。

在前期材料成型CAD/CAE課程中除采用案例教學(xué)法、示范教學(xué)法、啟發(fā)互動(dòng)式教學(xué)法等先進(jìn)的教學(xué)方法外，在講解過程中，還盡量與相關(guān)的課程或?qū)W科聯(lián)系起來，復(fù)習(xí)已學(xué)過的相關(guān)內(nèi)容，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的難點(diǎn)問題進(jìn)行重點(diǎn)講解，同時(shí)不斷引入新技術(shù)、新知識(shí)，跟上技術(shù)發(fā)展的要求，吸引學(xué)生的興趣和注意力。

在材料成型CAD/CAE課程完成之后，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源共享平臺(tái)上傳相關(guān)的教學(xué)資料及課外作業(yè)，學(xué)生可以根據(jù)自己的專業(yè)和興趣選擇注塑、沖壓、鑄造等不同的作業(yè)模塊，同時(shí)通過建立的網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)，及時(shí)解答學(xué)生提出的問題，有效地引導(dǎo)學(xué)生正確利用手中的資源和空閑時(shí)間鞏固課堂知識(shí)，這樣學(xué)生在后期CAD/CAE軟件應(yīng)用實(shí)踐課程時(shí)，就有更充足的時(shí)間進(jìn)行實(shí)踐操作，從而極大的提高課程的質(zhì)量。

在為期2周的CAD/CAE軟件應(yīng)用實(shí)踐課程中，筆者結(jié)合以往的企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，以項(xiàng)目為主線，選擇實(shí)際生活中有較復(fù)雜曲面造型的實(shí)物產(chǎn)品，要求學(xué)生首先測(cè)量出每個(gè)零件的尺寸，使用CAD軟件繪出零件的三維圖和產(chǎn)品的裝配圖，然后使用CAE軟件對(duì)關(guān)鍵零件的成形工藝進(jìn)行分析和優(yōu)化，最終得出優(yōu)勢(shì)方案。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，將相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)融入實(shí)際項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)中，層層推進(jìn)，使學(xué)生基本了解和把握完成項(xiàng)目每個(gè)環(huán)節(jié)的基本要求及技能、整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程的重點(diǎn)難點(diǎn)，獲得完成真實(shí)工作項(xiàng)目的綜合能力。

在處理實(shí)踐課程的題目時(shí)，教師除通過現(xiàn)場(chǎng)和網(wǎng)絡(luò)交流平臺(tái)，及時(shí)解答學(xué)生提出的問題外，更多地鼓勵(lì)學(xué)生自行組織學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)，翻閱相關(guān)的書籍和文章，讓學(xué)生就自己遇到的問題進(jìn)行分析和討論，定期的組織課堂交流，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析處理實(shí)際問題的能力，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

實(shí)踐報(bào)告初步形成后，教師現(xiàn)場(chǎng)批閱，仔細(xì)檢查實(shí)踐步驟和過程及其對(duì)應(yīng)的結(jié)果，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，然后學(xué)生根據(jù)反饋的問題及時(shí)進(jìn)行修改和補(bǔ)充，使學(xué)生的能力得到快速的提升，學(xué)生普遍反映收獲頗豐。

3 改革課程考核方式 真實(shí)反映學(xué)習(xí)情況

材料成型CAD/CAE課程的考核方式打破了傳統(tǒng)的課程考試成績(jī)由期末一次性考試決定的單一做法，將期末考試的總成績(jī)認(rèn)定為由平時(shí)作業(yè)、出勤率、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、提問、期中考試和期末考試成績(jī)組合而成的復(fù)合成績(jī)。

在CAD/CAE軟件應(yīng)用實(shí)踐課程考核時(shí)，要求上交CAD建模和CAE分析的電子數(shù)據(jù)，說明書紙質(zhì)和電子文檔，報(bào)告上必須要有實(shí)物與紙質(zhì)尺寸圖的合影照片，內(nèi)容不能雷同，不能復(fù)制及下載網(wǎng)上數(shù)據(jù)，這樣可以有效地避免學(xué)生的抄襲現(xiàn)象，具體的成績(jī)也由學(xué)習(xí)態(tài)度、技術(shù)水平與實(shí)際能力、創(chuàng)新能力、報(bào)告書和圖紙的質(zhì)量組合而成，均各占一定的比例，這樣公平合理地反映學(xué)生的真實(shí)學(xué)習(xí)情況，真正達(dá)到應(yīng)用型素質(zhì)教育的要求。

4 結(jié)束語

通過以上對(duì)CAD/CAE軟件應(yīng)用課程的教學(xué)改革和實(shí)踐，取得了顯著的效果。

4.1 學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率普遍提高

通過該應(yīng)用課程理論和實(shí)踐的兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生可以有效地利用CAD/CAE軟件快速地完成三維造型和進(jìn)行方案分析，極大地提高了畢業(yè)設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。

4.2 學(xué)生的就業(yè)優(yōu)勢(shì)明顯

目前國(guó)內(nèi)的現(xiàn)代制造企業(yè)急需CAD/CAE方面的人才，尤其是CAE方面，學(xué)生通過該課程的學(xué)習(xí)，已基本熟悉軟件和相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，因此在就業(yè)時(shí)很受企業(yè)的親眛。

4.3 學(xué)生崗位適應(yīng)能力強(qiáng)

本課程在實(shí)踐環(huán)節(jié)以項(xiàng)目為主線，實(shí)現(xiàn)理論教學(xué)與真實(shí)工作能力訓(xùn)練一體化，學(xué)生基本具備一定的自主學(xué)習(xí)能力、技術(shù)應(yīng)用和創(chuàng)新能力，企業(yè)反映學(xué)生可以很快地適應(yīng)工作崗位。

實(shí)踐證明，CAD/CAE軟件應(yīng)用課程的教學(xué)改革，極大地提高了學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，適應(yīng)社會(huì)需求，取得了良好的教學(xué)效果，對(duì)培養(yǎng)應(yīng)用型高素質(zhì)專業(yè)人才具有很好的借鑒意義。

[1]田建立,李鴻寶.CAD/CAE集成技術(shù)及應(yīng)用課程考試的改革與實(shí)踐[J].黃河科技大學(xué)學(xué)報(bào),2009,11(1):107-159.

[2]王敬艷.“模具CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)”項(xiàng)目課程建設(shè)的研究與實(shí)踐[J].教育與職業(yè),2013,(27):142-143.