基于武器类专业的计算机辅助设计课程教学改革研究

2014-12-25孙艳馥

科技视界 2014年23期

鲍雪孙艳馥

（沈阳理工大学装备工程学院，辽宁沈阳110159）

0 引言

计算机辅助设计简称CAD，是用硬、软件系统辅助人们对产品或工程进行设计的方法和技术，是在计算机环境下完成产品的创造、分析和修改，以达到预期设计目标的过程[1]。目前CAD 软件众多，如常用的二维软件AutoCAD，三维软件UG、ProE、Solidworks 等[2]。《计算机辅助设计》课程是武器发射工程专业的必修课程之一，是面向学院各专业的专业基础课，主要通过AutoCAD、ProE 等软件的学习，使学生了解CAD 技术，培养其图形绘制、结构设计、机构运动仿真等技能。武器发射工程专业学生重在培养其对常规武器的系统设计和实践方面的能力。利用计算机进行武器结构设计和机构仿真等，可以实时进行修改，在减少了设计人员工作量的同时也提高了工作效率。因此，计算机辅助设计在武器的设计开发方面起着发挥着非常重要的作用。

1 计算机辅助设计课程的教学现状

在以往《计算机辅助设计》课程的教学中，学生会学习几种工程设计软件。但在实际的教学过程中我们发现了些问题。比如以往的软件教学理论内容较多，多是介绍软件而忽略了软件的应用，再加之学生上机操作的时间较少，就更不能很好的进行实际操作，学生设计能力得不到锻炼。通常介绍好几种软件，由于教学课时有限，每种软件只介绍了个大概，而没有系统的理解和应用。理论与实践环节结合较少，教师多采用填鸭式教学法，使学生学习起来较为枯燥，更谈不上设计的创新。选择的计算机辅助设计软件过于陈旧，几年内都采用同一个软件或同一个软件的一个版本，没有及时的更新软件，如对于武器的构造来说，多是复杂的、不对称的结构，因此在用设计软件建模时适合采用三维软件而不是二维绘图功能强大的AutoCAD 作为主要的软件平台。教学内容过于程式化，计算机辅助设计被作为一门孤立的课程开设，没有考虑专业特点融合专业内容，脱离了实际的专业需求，针对性和可操作性不强。这些教学过程中的问题没有得到合理地解决，都影响了教学效果。

2 武器发射工程专业计算机辅助设计课程的改革探索

2.1 更新教学内容

针对专业需求能力，调整知识结构，更新教学软件，增加实践教学的比重。例如随着CAD 技术的进步，掌握像AutoCAD 这样的计算机辅助设计软件已远远达不到企业的要求，特别是武器作为复杂的结构体，AutoCAD 不能满足其设计的要求，于是我们将目前企业中应用较广泛的三维设计软件Pro/E 和有限元处理软件ANSYS 更新、补充到教学内容之中。需要结合专业特点，利用CAD 软件对武器进行从绘制到产品开发的全过程。课程内容主要包括三维软件和工程软件的学习，结合专业特点，重点介绍身管和炮架的建模、装配及工程分析等，让学生了解基于CAD 进行产品设计的全过程。

2.2 改进教学方法

采用多种教学方法，提出新的教学模式，实行案例教学、课堂互动式教学、上机操作、设计创新比赛及参观兵器广场火炮实物等方式提高学生的应用技能和创新意识，强调学生的主动性，创造一个在教师指导下的学生自主式学习环境。探索多角度教学方法，可以从以下几个方面着手。

2.2.1 案例教学法

结合火炮典型结构进行实际产品的设计，用演示教学法即教师将课件中的例子用软件演示给学生，让学生掌握利用计算机进行设计武器的流程和方法，为进一步结构优化和创新奠定基础。结合军工专业特点，开发适合的CAD 多媒体课件，并结合军工企业实际生产的武器产品进行教学。如用Pro/E 软件对某火炮筒形摇架进行结构设计和装配，如图1 所示。通过对实际的工程问题分析，培养学生解决实践问题的能力。

图1 火炮摇架的装配图

2.2.2 启发式教学模式

在课程中,运用启发式教学法,增加了课堂的趣味性、直观性、互动性。它不仅能充分调动学生的学习积极性和学习兴趣,培养学生解决实际问题的能力,而且还能全面培养学生创新思维能力,使教学收到最佳效果。改善当前教学手段，建立武器图形库，设计适合武器发射工程专业的CAD 多媒体课件作为理论教学的依据和平台。教师将提问与讲解、讲述等方法配合课件使用，增强教学的启发性。因材施教，集中精力解决教学中的重点、难点。采用举一反三的办法，引导学生思考问题。通过设置一些问题，指出解决问题的思路，引发学生进行讨论，让学生充分发表自己的见解，从而增强课堂教学互动性，激发了学生创新的热情。

2.2.3 完善实践教学体系

在机房，通过上机操作的方式完成基础型实验部分，熟练掌握计算机辅助设计软件的相关内容。调整基础型实验和创新型实验的比例，使学生在完成基础型实验的基础上，在老师的指导和帮助下，尝试进行创新型实验部分。如对炮口制退器进行三维建模、实现火炮机构的运动仿真等，调动学生的积极性和创新能力。在课外，通过参观兵工企业和校内的武器实物的方式，并组织学生进行武器的创新设计竞赛。通过此方式，学生的应用能力得到了锻炼，也使学生了解了企业的发展方向和实际需求，为设计创新武器产品提供了理论依据。

2.2.4 组织学生设计竞赛，提高学生独立的设计创新能力

利用比赛，提高学生的实战能力。以火炮炮身机构运动仿真设计为例，结合仿真实验室的有利条件，如何利用三维软件实现炮身机构的设计，如何让炮身和炮架连接处按设计要求进行传动，这些都可为学生将学习到的技能发挥在作品中，既能提高对技能的锻炼也能达到创新的目的，更提高了学生的学习兴趣。

在上述新的课程教学模式下，构建了新模式的基本框架，并在最近两轮教学中进行实验，取得了较好的教学效果。课程新模式的基本框架如下图2 所示。

2.3 改革考核方式

在教学考核中，很多学者提出了多种改革方案[3-5]。传统的闭卷考试不能全面的反映学生的学习情况，且考核方式单一，特别是本门课不适合用文字的形式考核。因此采用了多样灵活的考试形式，学生成绩主要由平时成绩、上机成绩和期末笔试成绩三部分组成，平时考勤和回答问题情况占10%；上机操作占40%；理论考核占50%。理论考核部分的知识覆盖面要宽，试题内容要考核学生对该课程基本知识及基本技能掌握的程度。上机操作部分通过上机课堂上完成规定题目和上交实验报告的方式给出相应的成绩。