建设CAD-CFD-CAE系列课程培养能源动力学生创新能力

张师帅 成晓北 鲁录义 徐波 李鹏飞 于洁

摘要：针对建设CAD-CFD-CAE系列课程培养能源动力学生创新能力的具体方案进行了分析。首先从课程教学大纲和教学内容的衔接与互补上着手，确保知识体系的连贯性;接着从实践教学平台构建形式和软件选用标准等方面开展分析，确定平台的网络化功能需求，提高学生实践创新的自主性;最后通过对学生评价机制进行改革，引导学生重视实践过程，进一步激发学生的实践创新热情。

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（2019）20-0078-02

一、引言

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。打造具有国际竞争力的制造业，是我国提升综合国力、保障国家安全、建设世界强国的必由之路。中国政府提出“中国制造2025”这一宏大计划，其根本目标在于改变中国制造业“大而不强”的局面，努力使中国迈入制造强国行列。能源动力行业属于传统制造业，随着数字化技术的进步，传统制造业向现代制造业转变已成趋势。現代制造业已不热衷于“产能”，更多关注的是数字化的“算力”。CAD、CFD和CAE技术的广泛应用正是这种“算力”的体现。

二、课程建设

目前，能源学院在不同专业方向为本科生开设有关CAD、CFD和CAE技术的课程，但由于开课教师分别属于不同学科专业方向，课程内容难免存在一定的局限性，同时还存在课程之间缺少一定的关联性。结果可能存在部分学生学习了这门课程，部分学生学习了那门课程，最终使得学生缺乏将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。

基于这一现象，CAD-CFD-CAE课程教学团队对能源学院原有的“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”等课程的教学内容进行了调整，面向全院所有学科专业方向，推出“三维造型CAD技术”、“CFD技术及应用”以及“CAE技术及应用”三门课程，供学院全体学生选修。

在完成课程设置的基础上，CAD-CFD-CAE课程教学团队针对每门课程制定了详细的教学大纲，从教学内容上重点强调学生创新能力的培养。具体体现在如下几个方面。

“三维造型CAD技术”课程从帮助学生掌握基本三维造型设计入手，通过课堂教学和课后上机实践，加强学生对机械结构的认识，培养学生的CAD三维造型方面的创新设计能力。

“CFD技术及应用”课程的目的是帮助学生掌握计算流体动力学基本知识，并通过流体仿真软件学习和应用实例剖析，引导学生由“接受型”向“主动型”和“体验型”转变，提高学生流体仿真方面的创新能力。

“CAE技术及应用”课程从有限元分析入手，通过CAE软件学习和上机实践，引导学生对流固耦合的认识，培养学生模态分析方面的创新能力。从上面课程大纲不难看出，三门课程之间有效衔接与互补，从内容上确保了知识获取的渐进性和系统性。

三、实践教学平台建设

建设CAD-CFD-CAE系列课程是基于信息化的新工业革命的背景下提出来的，信息化同样也是CAD-CFD-CAE实践教学平台的核心。同时，信息化背景下传统的教学实践平台建设和管理模式已经不能适应社会发展的需要，网络化的教学实践平台已经成为一种趋势，而且必将成为未来实践教学的重要方式。如何通过信息技术建设一个网络化的CAD-CFD-CAE实践教学平台，实现平台与每一个学生之间的互联互通是值得深入研究的问题。

同时，建设CAD-CFD-CAE实践教学平台的宗旨是培养应用型、创新型人才。教学团队需要结合能源动力学科专业特点，建设体现理论与实践相结合、在实践中学习、虚拟仿真等多种形式的实践教学平台，努力使该平台满足实践教学和创新创业的需要。

一方面，CAD-CFD-CAE实践教学平台建设需要充分考虑能源动力学科专业特点，充分考虑专业内涵的整体性和系统性，体现“宽口径，厚基础，重能力，求创新”的复合型人才培养目标。另一方面，CAD-CFD-CAE实践教学平台需要体现“递进式”的特点，逐步形成“基础—综合—应用—创新”四个层次的递进，强调培养学生创新能力的渐进性和系统性。

另外，CAD-CFD-CAE实践教学平台还是一种开放式的实践教学平台，这种开放式的实践教学平台，为学生的个性化培养提供自由发展的平台和空间。无论何时何地，学生均可以通过电脑登陆CAD-CFD-CAE实践教学平台，进行自己的实践项目，非常有利于学生开展科技创新活动。这样可以大大激发学生的创新热情，提升学生的创新能力。基于以上特点和要求，教学团队务必在充分考虑课程设置、实践内容、课程衔接的基础上，建设网络化的CAD-CFD-CAE实践教学平台。

目前，大型通用软件ANSYS涵盖了CFD和CAE的功能，同时它能与多数的CAD软件接口，实现数据共享和交换，如Pro/Engineer，NASTRAN，I-DEAS，AutoCAD等。另外，ANSYS软件还支持云计算，允许多个用户同时访问使用，实现开放和共享。由此可见，ANSYS软件完全可以满足网络化CAD-CFD-CAE实践教学平台的建设。

四、学生评价机制改革

传统的评价机制偏重于学生对知识的掌握程度，轻视学生能力的培养。这种重结果轻过程的评价机制，导致对学生的评价过于依赖考试、测验等终结性评价，而忽视了学生学习过程中的形成性评价。针对这一问题，教学团队遵循循序渐进的原则，对传统评价机制进行了调整，提出了如下评价机制：课堂讨论（10%）、课后常规练习（30%）、课后文献阅读（10%）、课后创新实践（30%）和创新性研究报告（20%），最终成绩则由上述五个方面综合得出。不难看出，调整后的评价内容不仅涵盖了对知识的掌握，还体现了学习态度、动手能力、创新型思维等。评价方式也更多，有课堂讨论、课后练习、动手实践，还有创新性研究等。

另外，针对课堂讨论、课后创新实践和学习报告，则可以采用以学习小组为单位的等级评价方式。按照5—6人为一组，将选课的学生分成若干学习小组。在开展课程教学过程中，从课堂讨论，到课后创新实践，再到创新性研究报告撰写，每一个教学环节教师都只需要对学习小组进行等级式评价。学习小组内部则可以采用自主评价和同学评价相结合的方式，对每一位同学进行评价。

五、结束语

综上所述，建设CAD-CFD-CAE系列课程培养能源动力学生创新能力，既具有重要的现实意义，又具有坚实的可行性。在项目具体实施过程中，还需要从教学团队组建、课程大纲制定、教学内容安排、实践教学平台网络化构建、软件选用标准和学生评价机制等方面深入开展工作，才能取得理想的效果。

参考文献：

[1]张师帅，郭照立，彭玉成，张晓青，明廷臻.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.

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[3]王方国.基于实践教学改革的大学生创新创业能力培养研究[J].高教学刊，2015，（3）：64-65.