新工科背景下CAD/CAE课程实验教学的改革

朱春侠 王体迎 何金戈 张建珍

【摘要】根据“新工科”建设要求，通过CAD/CAE课程实验教学的经验和总结，本研究从实验教学模式、教学内容和教学条件三个方面进行了探讨，提出转变教学理念，采用互动性教学，突出应用实践性，积极进行产学研合作等建议。同时鼓励学生参与教师科研和课外实践项目，以充分调动学生学习的兴趣和自主性。这些改革适应社会需求，也使该课程取得了良好的教学效果。

【关键词】CAD/CAE  实验教学  新工科  改革

【基金项目】海南省高等学校教育教学改革研究项目（Hnjg2019-30）， 海南大学教育教学改革研究项目（hdjy1913，hdjy1852）。

【中图分类号】G642    【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2020）13-0239-02

计算机辅助设计/计算机辅助工程（CAD/CAE）技术可以提高产品的设计效率和质量，提高企业的生产效率，减轻技术人员的劳动强度，因此CAD/CAE技术已成为现代工业中必不可少的技术手段。因此满足市场需求，各类工科院校都相继开设了CAD/CAE课程的教学，力图培养一些具有必要的理论知识和较强的实践能力的个性化和多样化的人才。[1]

相对于传统的工科人才，新工科建设目标是培养具有深厚文化底蕴、扎实工程基础和优秀科研创新能力的高素质人才。本文根据研究型大学本科教育的培养目标和课程教学情况，对海南大学CAD/CAE课程的教学进行了研究，发现实验教学存在许多不足之处，主要反映在实验内容依然采用演示型教学，然后让学生进行模仿，缺乏学生的自主设计和创新环节，因此实验内容的教学改革势在必行。

1.改革实验教学模式，创新实验教学理念

1.1 提倡和实行“以学生为中心”的教育理念

传统的教学模式是教师全程讲解和操作，学生被动接受全部内容，缺乏主观能动性，而CAD/CAE课程的目的是培养学生的动手能力和创新意识，因此需要将实验教学的主体从教师转变为学生，充分调动学生的学习积极性。每次实验课前，教师根据理论课程内容预先布置和安排实验内容，要求学生课下做好实验准备，引导学生主动思考，鼓励学生在实验课堂上寻求多种设计思路来完成实验，并请几名有代表性创作的学生当堂讲解思路过程，这种方法不仅能开拓学生的思维，又能进一步增加学生的成就感和学习激情。[2]教师在整个实验的过程进行答疑、解惑、启发和引导，并对学生的讲解进行点评。

1.2 合理设置实验教学内容的比例

根据当今社会对人才层次的需求，CAD/CAE课程的实验内容需要合理设置实验学时和实验项目，适时地更新实验教学案例，增大综合性、设计性实验项目所占的比重。[3]学生通过实验课程的学习和训练，充分掌握各个基本知识点和设计方法，能够综合运用理论知识和设计手段完成实验项目，培养出独立分析问题、解决问题的能力。

1.3 采用互动式教学，关注学生差异性

如何協调和关注学生学习的差异性是教学中尤其要注意的问题。新工科建设的目标也是要考虑到学生的个体差异性，培养出不同层次的高技术人才。在实验操作环节，CAD/CAE软件三维造型的功能强大，造型方式多样，而有限元软件主要是进行仿真模拟，要设置单元属性、材料参数、工况等问题，涉及到专业理论知识，可以针对学生的掌握情况进行差异性指导，多跟学生进行沟通交流，[4]及时解决学生存在的各种问题，从而激发学生的学习积极性，提高了班级整体学习效果。

2.改革实验教学内容，突出应用实践性

2.1 强调基础知识的重要性

基础知识是最基本的知识技能，例如：软件的安装;尺寸标注;二维图形的创建等。在学习基础知识的过程中学生可能会感觉枯燥，一个命令的反复练习可能会使学生失去学习的激情，在这个过程中可以拿一些生活中的简单案例来给学生进行实践练习，如图1所示螺栓、水杯等的绘制，可以让学生自己发挥创造力，来激发学生学习的兴趣。

2.2 加大综合实验技能的训练

由于CAD/CAE课程实操性较强，需要加大综合性设计性实验的开设比例。综合技能训练对学生的要求较高，要求学生不仅要熟练掌握创建二维图形的方法，熟悉通过二维草图建立向三维图形的思路和方法，还要掌握零件的装配以及利用软件对模型进行有限元分析等，例如运用CAD软件绘制驱动桥壳的三维几何模型，运用CAE软件进行驱动桥壳的有限元分析，如图2所示。通过综合性实验项目的练习，学生不仅能更好的掌握CAD/CAE软件的实践应用，还能更好的强化对基础知识的综合训练，为日后的学习和工作打下了良好的基础。

2.3 增加课外实践项目的学习

学生通过课外实践项目的学习，能够了解时代的发展，认识到当今社会对人才层次的需求，从而找到社会使命感，进一步激发出学习兴趣和创新激情。海南大学每年都采取各种奖励措施鼓励学生积极参加各类全国性学科技能大赛来开拓思维和视野。如海南大学于2018年5月成立的南海方程式赛车队，学生利用课余时间自学软件与相关理论知识，协作分工，对整车两千多个零部件进行设计并优化，完成设计图如图3所示。在整个设计过程中学生能实际学习和使用当前主流的技术手段，深刻理解所学专业知识的实际应用价值，提前体验从在校学生向社会职场角色的转变。

3.建设高水平实验条件，提高教学质量

3.1 建设高水平的实验教学师资队伍

CAD/CAE软件的作用是辅助设计人员进行设计与分析，因此CAD/CAE课程的学习内容要跟上时代的发展，培养的人才能够顺应时代的需求。近年来海南大学聘请有工程背景、实践能力强的校外科研人员作为教师参与课程的实验教学，同时，经验丰富的教师通过集体备课和以老带新的方式去培养和建设实验教学师资队伍。另外，通过培训、进修、交流、参观考察、参加会议、参与科研项目等方式，不断提高实验教师的教学和科研水平，新技术、新手段和新方法的应用不仅能大大提高实验室整体的教学和管理水平，又能使学生切身感受和学习到相关的专业技能，在实践教学中给予学生更好的指导和帮助。[6]

3.2 建立健全实验教学环境

实验课程的教学需要不断完善实验软硬件教学环境。设备的性能和网络环境的搭建直接影响到学生的学习效果，需要有前瞻性和扩充性。软件的选择设计到版权问题，要为教学和科研提供强有力的支持，教师和学生公开发表的设计成果必须能够得到有效的保证。相关理论课教师以及实验教师，必须全程参与实验室的建设工作，以保证各种实验设施真正符合教学实际，方便教学和维护。[7]实验室建设、实验环境的文化氛围建设等措施，要能够提高实验室的软硬件水平和吸引力，从而吸引众多师生进实验室，开展学习和研究。

3.3积极进行产学研合作

由于CAD/CAE课程的实践性较强，学生只有深入一线才能清楚设计理念和时代的需求，因此需要开展实践育人。海南大学通过与校外企业的联系和沟通，开展产学研合作，允许学生进行校外实习，加强相关专业的技术应用。同时建立校内实践教学基地，建设实践性和创新性人才培养条件，在实践中培养学生的创造力和解決问题的能力。[8]

结语

实验教学是CAD/CAE课程教学的重要环节，其教学效果直接反映了学生的学习能力和创新意识。实验教学以提高学生的实践能力为出发点，培养创新认识，将所学知识内容与生产实际联系在一起。我们以提高实验教学的实际效果为目的，不断分析和总结实验教学中的经验和不足，创新教学理念，努力为学生搭建各种学习平台，培养其独立性和创新性，使学生成为当今社会需要的新型工科人才。文章结合教学团队多年的实验教学经验，提出一些建议和做法，希望给从事软件实验教学的人员提供参考和借鉴。

参考文献：

[1]苗秀娟.汽车CAD/CAE/CAM课程教学的改革与实践[J].科技信息，2012（2）：131.

[2]成思源，张中宝，杨雪荣等.面向产品创新设计的逆向工程技术实验[J].实验室研究与探索，2019（4）：161-168.

[3]张乐莹，刘艳，陆广华等.应用型本科院校CAD/CAM 技术课程的教学探索和改革[J].大学教育，2016（6）：126-127.

[4]杨帆，赵金峰，王莉华.浅谈理工专业工程软件应用类课程的教学方法——基于同济大学CAD/CAE课程教学实践的思考[J].当代教育实践与理论研究，2018（5）：76-77.

[5]高涛，杜平安.《CAD/CAE/CAM技术》教学方法探讨[J].实验科学与技术.2010（2）：88-89.

[6]冯小强.计算机实验教学研究[J].计算机时代，2018（10）：78-82.

[7]刘建平，宋霞，杨植等.“产教融合、校企合作”共建高校实践教学体系[J].实验室研究与探索，2019（4）：230-232.

[8]孟超，陈松乐，曹亚东等.基于物联网的大学计算机专业实践教学研究[J].软件导刊，2018（7）：76-78.

作者简介：

朱春侠（1977—），女，副教授，硕士，主要进行汽车设计方面的研究。