基于理论知识的CAE课程教学改革

汪中厚 曹欢 刘欣荣

【摘 要】《CAE技术及应用》课程是以多门理论课程为基础，并能反作用于理论课程的一门学科。但在目前的CAE教学中并没有实现与理论课程的紧密联系，且纯理论知识的讲解不利于CAE课程的教学。本文通过多样化教学以及项目驱动式教学来提高学生的积极性和创造性。

【关键词】CAE    理论课程    改革

引言

随着机械加工制造业技术的快速发展以及计算机技术的普遍应用，CAE的有限元分析方法已从工程结构分析计算扩展到几乎所有科学领域，成为一种应用广泛且实用高效的数值分析方法[1]。故而，《CAE技术及应用》课程已进入各高校的培养计划中，但在学习该课程之前需具备力学基础以及有限元的基本原理等。其中力学基础课程又包括工程力学（材料力学、理论力学）、弹塑性力学等;有限元的基础原理包括线性代数、数值分析、微积分原理等。由此可知，在CAE课程教授的同时需加强对理论知识的学习，除此以外，《CAE技术及应用》的主要内容是对有限元分析软件的学习，在此选择由美国公司推出的Pro/Mechanica软件，它可以完全实现几何建模和有限元分析的无缝集合，在集合建模之后无须退出设计环境就能进行有限元分析[2]。应加强学生对CAE软件实践性地操作与运用，在有限的课时内，达到教学的最佳效果。

1教学现状

1.1缺乏知识衔接

《CAE技术及应用》课程将理论与技术实践相互贯通，着重加强有限元技术的应用及一些相关CAE新技术的介绍，遵循理论与实践结合的教学体系和方法。理论离不开弹性力学基础、高等代数以及有限元基本原理等学科。比如在建立CAE结构模型时，首先得对零件进行受力分析，就涉及到《理论力学》中的拉压力、扭矩、弯矩。通过学习《CAE技术及应用》这门课程，帮助学生在分析模型时加深对基础知识的理解，而现有的CAE教学过程中缺少与其他基础知识的结合。

1.2课程缺乏创新性

在现有的教学中，课堂多以老师为中心，教师依照PPT讲课，造成“满堂灌”的现象，使得学生被动地去接受知识。在这种模式下培养出的学生缺少对课程的积极性和自我创新的能力。虽然在课程的教授中会采用一个个典型的实例使得学生学习软件的运用，但是缺少给学生自己实践操作的环节，学生不能很好地消化教师所讲的内容，而只会“依葫芦画瓢”式地记忆教师所操作的内容，这是在软件教学上存在的一个很普遍的现象，更不用说培养学生的创新性。

2 CAE课程设置

2.1多样化教学

理论力学课程可以和CAE课程协同并进，相辅相成。在CAE的课堂上，教师不仅要以软件的教学为主，还要穿插一些对理论知识的讲解，帮助学生更好地熟悉软件，使得课堂效果能够达到：不仅能让学生知道如何操作软件，还能学以致用。在理论力学课程的学习中，可加入CAE的三维造型及位移、应力变化图，形象生动地帮助学生理解空洞的理论知识。

2.2项目驱动教学

2.2.1项目的选择和分组规划

在每个章节结束之后，选择一个属于该章节的一个项目;在多个章节结束之后，选择一个综合性强的项目;具有代表性和实用性，可以从生产实践和生活中选出，也可以是校企合作的项目;具有一定的新颖性，能够激发学生的学习兴趣。在成员组成上，可以将学生分成4—5组，每组人数控制在5—6人，采用分组合作的目的，一方面避免项目的繁重给学生带来的压力所造成的负面效果，另一方面培养学生的团队合作精神[3]。

2.2.2项目驱动下的模式改革

（1）在CAE技术及应用课程开设之前，就布置一个大项目，在项目的选择上应该是有层次的，比如完成一个复杂零件的结构、热力分析，分配给每个同学的课题相类似，但零件不同，这样避免了抄袭现象，保证每个学生能切入到CAE的学习中。而且对该项目的考核会占大部分比重。激发学生从根本上熟练掌握对软件的应用。

（2）每次课可以用一个小项目做例子，引导学生怎样去应用软件。光靠教师的讲解只能达到让学生熟悉软件的效果，而不能让学生掌握软件，在课堂上应加强“师生互动”环节，充分利用有限的课堂时间。在每个例子讲解之后可以留给学生自主练习时间，这样既能培养学生自主动手能力，又能在发现问题时及时解决问题，在有限的时间内达到课程的最佳效果。

2.2.3项目教学的效果评判

项目教学的方法避免了传统的结果考核模式，而注重对过程的考核;通过课后的练习能巩固课上教师所讲的内容，并把零碎的知识点系统化;项目的内容以生产实践为主，密切联系实际，培养适应现代化企业发展的高新技术人才;以小组的形式完成一整套项目，培养了学生的团队合作精神。

3结论

本文通过结合《理论力学》课程，分析CAE教学目前存在的一些问题，并针对这些问题提出相应的解决方案。从课内、课外教学多方面结合，提出两条可行的方案，其中“项目驱动教学”从一开始的项目选择和成员组成上乃至最后的考核都合理安排，期望在实践中提高“项目驱动”的教学价值，使得CAE课程在教学中达到最优的效果。

【参考文献】

[1]李海峰， 吴冀川， 刘建波等. 有限元网格剖分与网格质量判定指标[J]. 中国机械工程，2012（03）：368-377.

[2]龚伟， 汪中厚， 黄裕华等. 基于Pro/MECHANICA的磨床床身有限元热变形分析[J]. 精密制造与自动化，2007（03）：49-50.

[3]蔡小宇. 基于项目驱动的计算机课程教学的研究及应用[J]. 福建电脑，2010（04）：180-182.