CAD—CFD—CAE融合的创新设计理念在能源动力学生创新能力培养中的可行性研究

张师帅　成晓北　郭照立　张晓青　王坤　李学敏

摘要：针对CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念在能源动力学生创新能力培养中的可行性进行了分析。首先分析了CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念对培养能源动力学生的创新能力的重要性；接着从教学内容、实践教学、教学平台以及激励机制等方面分析了进行教学改革的必要性；最后从课程设置、教学团队以及硬件条件等方面分析了实施教学改革的可行性。

关键词：CAD-CFD-CAE教学；本科教学；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）40-0087-02

一、引言

创新是国家强盛和社会进步的不竭动力。技术创新对促进经济提质增效、实现发展升级起着极为关键的作用，而促进技术创新的关键又是人才，尤其是接受了高等教育的大学生。当前，新一轮科技创新正在全球范围内孕育兴起，世界各国纷纷抢占未来科技发展制高点。我们面临着发达国家先进技术和发展中国家低成本竞争的双重挤压，加快我国科技创新迫在眉睫。大学生作为科技创新的主力军，必须肩负起这一历史重任。能源动力类专业属于传统行业，尤其需要引入新技术、新理念。如何将当今科技发展的新成果、新理念应用到能源动力行业，则是摆在我们每一个能源动力行业技术人员面前的现实问题，高校的师生对此的感受应该尤为迫切。自上个世纪末以来，随着计算机软硬件技术的进步，能源动力方向发生了翻天覆地的变化。之前许多需要人工完成的环节，现在都可以通过CAD、CFD和CAE等相关计算机功能软件来完成。这种基于CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念，在极大提高工作效率的同时，也为能源动力行业的科技创新开辟了一个更加广阔的天地。

二、改革方案

目前，学院为本科生开设的有关CAD、CFD和CAE技术的多门课程由不同教师承担，课程与课程之间缺少关联性，导致学生在学完课程之后，缺乏将CAD、CFD和CAE这三种技术融会贯通的能力，这对培养学生的创新意识和创新能力非常不利。为了解决这个教学问题，团队组成员打算转变观念，制定新的课程大纲，编写新的课程教材，积极倡导CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念，并切实将这种创新设计理念贯穿在课堂教学和实践教学之中。同时，在实践教学环节，积极探索实验教学平台的管理机制，探索学生利用毕业设计开展创新创业活动的激励机制，帮助学生树立CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念，培养学生的创新能力。具体措施如下。

（一）改革教学内容

CAD技术、CFD技术和CAE技术，这三者之间是相辅相成、深度融合的。因此，本项目要求我们任课教师能够转变观念，将基于CAD-CFD-CAE融合的理念贯穿到课堂教学和实践教学之中。具体实施为：制定新的课程大纲，编写新的课程教材，努力培养能源动力学生的创新意识。

（二）改革实践教学环节

创新意识的培养和创新能力的提高，一定离不开实践。建立以学生为主体、教师为主导，基于探索和体验的教学模式。在课堂教学的基础上，加强学生在上机操作、软件应用等教学实践环节方面的学习和训练，在现有上机实验条件的基础上，建设基于CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念的上机实验平台，并制定与上机实验平台相配套的实践教学方案，切实帮助能源动力学生提高创新能力。

（三）探索实验教学平台的管理机制

努力争取学校和学院层面的支持，尽快面向社会招聘专职实验教学人员。充分利用建成的CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念的上机实验平台，探索建立教学实验平台面向学生全方位开放的管理机制。积极创造条件，力争让学生的主动创新实践能够在时间安排上更加灵活方便，为切实提高能源动力学生创新能力创造一个良好的条件。

（四）探索学生参加科技创新活动的激励机制

创新意识的培养和创新能力的提高，同样离不开良好的激励机制。必须探索建立良好的激励机制，让更多的学生参加到大学生科技创新活动和教师的科技创新项目中来，让基于CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念在实际中得到应用，激发学生的创新创业热情。具体实施可以这样：一方面，探索大学生参加科技创新项目抵学分的激励机制，鼓励学生敢于挑战传统思路，大胆提出自己的设想；鼓励学生应用CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念完善创新作品，帮助学生实现“创意—创新”转换。另一方面，探索通过大学生毕业设计开展创新创业活动的激励机制，鼓励大学生通过毕业设计进行纵深发展，实现“创新—创业”转换，切实提高能源动力学生创新创业能力。

三、可行性研究

由于CAD、CFD和CAE技术是深度融合的，为了确保教改项目的贯彻实施，项目组需要将这些课程的任课教师组织起来，组建CAD-CFD-CAE融合的教学团队，帮助任课教师转变观念，使他们能够将基于CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念，贯穿到自己的课程讲授之中。在将基于CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念贯穿到课堂教学之后，还应该加强学生在上机操作、软件应用等教学实践环节方面的训练。为此，项目组需要在现有条件的基础上，争取获得学校和学院支持，建设一个基于CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念的上机实验平台，同时探索建立实验平台面向学生全方位开放的管理机制，便于学生能够在平台上自主学习，自主交流，促进自主创新。为培养学生的创新能力，项目组需要在学生中营造崇尚科技创新的氛围，积极引导学生参与到大学生科技创新活动中来，探索和不断完善大学生创新创业的激励机制，促进学生在能源动力专业方向上的知识与技能得以不断提高。

目前，华中科技大学能源与动力工程学院本科生培养计划中已经包含有CAD、CFD和CAE技术方面的课程，比如，现已开设的“能源动力装置CAD技术”、“CFD技术及应用”和“CAE技术在热能动力工程中的应用”等课程，事实上已经形成CAD、CFD和CAE技术所构成的课程体系。同时，还在师资队伍、教材建设、实践教学基地建设、教学手段等方面具有良好的基础。主要体现在：具有一支知识结构合理、人员稳定的师资队伍，长期工作在CAD、CFD和CAE技术的课堂教学以及实践教学各环节。

四、结束语

综上所述，应用CAD-CFD-CAE融合的创新设计理念，培养能源动力学生的创新能力，既有重要的现实意义，又有坚实的可行性。该教学改革主要针对能源与动力工程专业的学生实施，但可以推广应用到其他专业领域。如果将项目最终所完成的教学资源上网，那么除了可供全日制的本科生、研究生课余学习外，还可适用于业余大学生以及相关领域的工程技术人员的学习与利用，帮助他们提升自身科技素质，提高整个社会的创新意识和创新水平。

參考文献：

[1]张师帅，郭照立，彭玉成，等.构建CFD技术平台培养能源动力类本科生的实践与创新能力[J].教育教学论坛，2012，（12）：64-65.

[2]李辉.大学生创新能力培养中的创新实践教育平台建设[J].中国大学教学，2013，（9）：83-85.

[3]林健.卓越工程师创新能力的培养[J].高等工程教育研究，2012，（5）：1-17.