建設CAD-CFD-CAE系列課程培養能源動力學生創新能力
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摘要：針對建設CAD-CFD-CAE系列課程培養能源動力學生創新能力的具體方案進行了分析。首先從課程教學大綱和教學內容的銜接與互補上著手，確保知識體系的連貫性;接著從實踐教學平臺構建形式和軟件選用標準等方面開展分析，確定平臺的網絡化功能需求，提高學生實踐創新的自主性;最后通過對學生評價機制進行改革，引導學生重視實踐過程，進一步激發學生的實踐創新熱情。
關鍵詞：CAD-CFD-CAE教學;本科教學;教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）20-0078-02
一、引言
制造業是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。打造具有國際競爭力的制造業，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。中國政府提出“中國制造2025”這一宏大計劃，其根本目標在于改變中國制造業“大而不強”的局面，努力使中國邁入制造強國行列。能源動力行業屬于傳統制造業，隨著數字化技術的進步，傳統制造業向現代制造業轉變已成趨勢。現代制造業已不熱衷于“產能”，更多關注的是數字化的“算力”。CAD、CFD和CAE技術的廣泛應用正是這種“算力”的體現。
二、課程建設
目前，能源學院在不同專業方向為本科生開設有關CAD、CFD和CAE技術的課程，但由于開課教師分別屬于不同學科專業方向，課程內容難免存在一定的局限性，同時還存在課程之間缺少一定的關聯性。結果可能存在部分學生學習了這門課程，部分學生學習了那門課程，最終使得學生缺乏將CAD、CFD和CAE這三種技術融會貫通的能力，這對培養學生的創新意識和創新能力非常不利。
基于這一現象，CAD-CFD-CAE課程教學團隊對能源學院原有的“能源動力裝置CAD技術”、“CFD技術及應用”和“CAE技術在熱能動力工程中的應用”等課程的教學內容進行了調整，面向全院所有學科專業方向，推出“三維造型CAD技術”、“CFD技術及應用”以及“CAE技術及應用”三門課程，供學院全體學生選修。
在完成課程設置的基礎上，CAD-CFD-CAE課程教學團隊針對每門課程制定了詳細的教學大綱，從教學內容上重點強調學生創新能力的培養。具體體現在如下幾個方面。
“三維造型CAD技術”課程從幫助學生掌握基本三維造型設計入手，通過課堂教學和課后上機實踐，加強學生對機械結構的認識，培養學生的CAD三維造型方面的創新設計能力。
“CFD技術及應用”課程的目的是幫助學生掌握計算流體動力學基本知識，并通過流體仿真軟件學習和應用實例剖析，引導學生由“接受型”向“主動型”和“體驗型”轉變，提高學生流體仿真方面的創新能力。
“CAE技術及應用”課程從有限元分析入手，通過CAE軟件學習和上機實踐，引導學生對流固耦合的認識，培養學生模態分析方面的創新能力。從上面課程大綱不難看出，三門課程之間有效銜接與互補，從內容上確保了知識獲取的漸進性和系統性。
三、實踐教學平臺建設
建設CAD-CFD-CAE系列課程是基于信息化的新工業革命的背景下提出來的，信息化同樣也是CAD-CFD-CAE實踐教學平臺的核心。同時，信息化背景下傳統的教學實踐平臺建設和管理模式已經不能適應社會發展的需要，網絡化的教學實踐平臺已經成為一種趨勢，而且必將成為未來實踐教學的重要方式。如何通過信息技術建設一個網絡化的CAD-CFD-CAE實踐教學平臺，實現平臺與每一個學生之間的互聯互通是值得深入研究的問題。
同時，建設CAD-CFD-CAE實踐教學平臺的宗旨是培養應用型、創新型人才。教學團隊需要結合能源動力學科專業特點，建設體現理論與實踐相結合、在實踐中學習、虛擬仿真等多種形式的實踐教學平臺，努力使該平臺滿足實踐教學和創新創業的需要。
一方面，CAD-CFD-CAE實踐教學平臺建設需要充分考慮能源動力學科專業特點，充分考慮專業內涵的整體性和系統性，體現“寬口徑，厚基礎，重能力，求創新”的復合型人才培養目標。另一方面，CAD-CFD-CAE實踐教學平臺需要體現“遞進式”的特點，逐步形成“基礎—綜合—應用—創新”四個層次的遞進，強調培養學生創新能力的漸進性和系統性。
另外，CAD-CFD-CAE實踐教學平臺還是一種開放式的實踐教學平臺，這種開放式的實踐教學平臺，為學生的個性化培養提供自由發展的平臺和空間。無論何時何地，學生均可以通過電腦登陸CAD-CFD-CAE實踐教學平臺，進行自己的實踐項目，非常有利于學生開展科技創新活動。這樣可以大大激發學生的創新熱情，提升學生的創新能力。基于以上特點和要求，教學團隊務必在充分考慮課程設置、實踐內容、課程銜接的基礎上，建設網絡化的CAD-CFD-CAE實踐教學平臺。
目前，大型通用軟件ANSYS涵蓋了CFD和CAE的功能，同時它能與多數的CAD軟件接口，實現數據共享和交換，如Pro/Engineer，NASTRAN，I-DEAS，AutoCAD等。另外，ANSYS軟件還支持云計算，允許多個用戶同時訪問使用，實現開放和共享。由此可見，ANSYS軟件完全可以滿足網絡化CAD-CFD-CAE實踐教學平臺的建設。
四、學生評價機制改革
傳統的評價機制偏重于學生對知識的掌握程度，輕視學生能力的培養。這種重結果輕過程的評價機制，導致對學生的評價過于依賴考試、測驗等終結性評價，而忽視了學生學習過程中的形成性評價。針對這一問題，教學團隊遵循循序漸進的原則，對傳統評價機制進行了調整，提出了如下評價機制：課堂討論（10%）、課后常規練習（30%）、課后文獻閱讀（10%）、課后創新實踐（30%）和創新性研究報告（20%），最終成績則由上述五個方面綜合得出。不難看出，調整后的評價內容不僅涵蓋了對知識的掌握，還體現了學習態度、動手能力、創新型思維等。評價方式也更多，有課堂討論、課后練習、動手實踐，還有創新性研究等。
另外，針對課堂討論、課后創新實踐和學習報告，則可以采用以學習小組為單位的等級評價方式。按照5—6人為一組，將選課的學生分成若干學習小組。在開展課程教學過程中，從課堂討論，到課后創新實踐，再到創新性研究報告撰寫，每一個教學環節教師都只需要對學習小組進行等級式評價。學習小組內部則可以采用自主評價和同學評價相結合的方式，對每一位同學進行評價。
五、結束語
綜上所述，建設CAD-CFD-CAE系列課程培養能源動力學生創新能力，既具有重要的現實意義，又具有堅實的可行性。在項目具體實施過程中，還需要從教學團隊組建、課程大綱制定、教學內容安排、實踐教學平臺網絡化構建、軟件選用標準和學生評價機制等方面深入開展工作，才能取得理想的效果。
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