CAD/CAE软件应用课程的改革与实践

2015-10-15彭必友

中国现代教育装备 2015年21期

余玲彭必友肖兵

西华大学材料科学与工程学院四川成都 610039

随着计算机和数字化信息技术的飞速发展，计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助工程(CAE)应用日益广泛，已成为大部分现代制造企业要求其技术人员必须掌握的先进技术之一。为适应企业对这方面人才的需求，大部分的高校特开设CAD/CAE软件课程，我校也将此课程作为材料成型及控制工程专业的核心课程之一。但从以往反馈的效果来看，学生通过课程的学习，仅仅是学会了软件的一些简单操作，对如何有效地利用软件和理论知识进行项目的设计和改进优化知之甚少。

根据以上情况，笔者通过对目前我校大学生知识结构的了解和分析，结合在企业多年从事CAD/CAE工作经验，围绕应用型本科人才的培养目标，在课程的内容体系、教学方法和考核方式等方面做以下的教学改革与实践。

1 改革课程内容体系兼顾理论和实践

由于CAD/CAE软件应用课程涉及数值模拟技术、材料成形工艺学、模具设计等多方面的内容[1]，课程具有知识面宽、技术面广、实际应用性强等特点，使CAD/CAE软件应用课程成为一门理论性和实践性都很强的综合性课程，考虑此因素，我们将原来单一的一门课程分为了两个模块(如图1所示)。分别开设材料成型CAD/CAE和CAD/CAE软件应用实践这两门课程，兼顾理论和实践两个教学环节。

图1 CAD/CAE软件应用课程的教学模块

理论教学以材料成型CAD/CAE课程为主，课时分配见图1，其具体的教学内容分为三大部分。

第一部分着重介绍三维几何造型技术、有限元法的概念、有限元分析的基本思想、有限元网格划分技术、常用的单元类型、有限元分析法中各种载荷的定义等,让学生熟悉CAD/CAE的基本理论知识。

第二部分主要介绍几款CAD/CAE的主流商业软件，结合材料成型及控制工程专业侧重的注塑、冲压、铸造的材料成型工艺，分别选择UG，Pro/E两款通用的CAD软件，Moldflow，Dynaform，华铸CAE这三款专业的CAE软件作为重点介绍。使学生了解软件的功能，基本特性和基本分析流程。

第三部分进行软件的入门学习和基本操作，本部分主要以上机操作为主，课堂答疑为辅，学生根据老师所提供的资料和软件本身的帮助对软件进行初步的学习，遇到的问题在课堂上共同讨论解决，让学生通过一些简单的实例熟悉软件的界面命令和操作流程。

虽然学生通过材料成型CAD/CAE课程对软件相关的知识有了初步的了解，但由于课程学时毕竟有限，学生对软件的运用能力还仅仅停留在入门阶段。因此，通过同一学期期末2周的CAD/CAE软件应用实践课程，对实际生活中的产品进行三维建模和优化分析，可以很好地将理论知识与实践相结合，增强学生的实际应用能力。

2 改革课程教学方法培养动手和创新能力

传统的“填鸭式”教学，对于CAD/CAE软件应用课程的学习有很大的阻碍[2]，这是一门应用性和实践性很强的课程，因此，在课程的实施时，必须与学生的“能力训练和知识学习”过程紧密结合，使学生在完成实践项目的同时，学会系统的应用知识，训练能力，积累经验。

在前期材料成型CAD/CAE课程中除采用案例教学法、示范教学法、启发互动式教学法等先进的教学方法外，在讲解过程中，还尽量与相关的课程或学科联系起来，复习已学过的相关内容，针对学生学习过程中的难点问题进行重点讲解，同时不断引入新技术、新知识，跟上技术发展的要求，吸引学生的兴趣和注意力。

在材料成型CAD/CAE课程完成之后，充分利用网络资源共享平台上传相关的教学资料及课外作业，学生可以根据自己的专业和兴趣选择注塑、冲压、铸造等不同的作业模块，同时通过建立的网络交流平台，及时解答学生提出的问题，有效地引导学生正确利用手中的资源和空闲时间巩固课堂知识，这样学生在后期CAD/CAE软件应用实践课程时，就有更充足的时间进行实践操作，从而极大的提高课程的质量。

在为期2周的CAD/CAE软件应用实践课程中，笔者结合以往的企业经验，以项目为主线，选择实际生活中有较复杂曲面造型的实物产品，要求学生首先测量出每个零件的尺寸，使用CAD软件绘出零件的三维图和产品的装配图，然后使用CAE软件对关键零件的成形工艺进行分析和优化，最终得出优势方案。在项目实施过程中，将相关的知识点融入实际项目的各个环节中，层层推进，使学生基本了解和把握完成项目每个环节的基本要求及技能、整个项目实施过程的重点难点，获得完成真实工作项目的综合能力。

在处理实践课程的题目时，教师除通过现场和网络交流平台，及时解答学生提出的问题外，更多地鼓励学生自行组织学习团队，翻阅相关的书籍和文章，让学生就自己遇到的问题进行分析和讨论，定期的组织课堂交流，充分调动学生的积极性，培养学生分析处理实际问题的能力，同时激发学生的创新意识。

实践报告初步形成后，教师现场批阅，仔细检查实践步骤和过程及其对应的结果，及时发现问题，然后学生根据反馈的问题及时进行修改和补充，使学生的能力得到快速的提升，学生普遍反映收获颇丰。

3 改革课程考核方式真实反映学习情况

材料成型CAD/CAE课程的考核方式打破了传统的课程考试成绩由期末一次性考试决定的单一做法，将期末考试的总成绩认定为由平时作业、出勤率、实验报告、提问、期中考试和期末考试成绩组合而成的复合成绩。

在CAD/CAE软件应用实践课程考核时，要求上交CAD建模和CAE分析的电子数据，说明书纸质和电子文档，报告上必须要有实物与纸质尺寸图的合影照片，内容不能雷同，不能复制及下载网上数据，这样可以有效地避免学生的抄袭现象，具体的成绩也由学习态度、技术水平与实际能力、创新能力、报告书和图纸的质量组合而成，均各占一定的比例，这样公平合理地反映学生的真实学习情况，真正达到应用型素质教育的要求。