基于武器類專業(yè)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革研究

鮑 雪 孫艷馥

（沈陽理工大學(xué) 裝備工程學(xué)院，遼寧 沈陽110159）

0 引言

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)簡稱CAD，是用硬、軟件系統(tǒng)輔助人們對(duì)產(chǎn)品或工程進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法和技術(shù)， 是在計(jì)算機(jī)環(huán)境下完成產(chǎn)品的創(chuàng)造、分析和修改，以達(dá)到預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)的過程[1]。目前CAD 軟件眾多，如常用的二維軟件AutoCAD，三維軟件UG、ProE、Solidworks 等[2]。 《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》課程是武器發(fā)射工程專業(yè)的必修課程之一，是面向?qū)W院各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要通過AutoCAD、ProE 等軟件的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解CAD 技術(shù)，培養(yǎng)其圖形繪制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真等技能。武器發(fā)射工程專業(yè)學(xué)生重在培養(yǎng)其對(duì)常規(guī)武器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐方面的能力。 利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行武器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)仿真等，可以實(shí)時(shí)進(jìn)行修改，在減少了設(shè)計(jì)人員工作量的同時(shí)也提高了工作效率。因此，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在武器的設(shè)計(jì)開發(fā)方面起著發(fā)揮著非常重要的作用。

1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程的教學(xué)現(xiàn)狀

在以往《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)中，學(xué)生會(huì)學(xué)習(xí)幾種工程設(shè)計(jì)軟件。 但在實(shí)際的教學(xué)過程中我們發(fā)現(xiàn)了些問題。 比如以往的軟件教學(xué)理論內(nèi)容較多，多是介紹軟件而忽略了軟件的應(yīng)用，再加之學(xué)生上機(jī)操作的時(shí)間較少，就更不能很好的進(jìn)行實(shí)際操作，學(xué)生設(shè)計(jì)能力得不到鍛煉。通常介紹好幾種軟件，由于教學(xué)課時(shí)有限，每種軟件只介紹了個(gè)大概，而沒有系統(tǒng)的理解和應(yīng)用。理論與實(shí)踐環(huán)節(jié)結(jié)合較少，教師多采用填鴨式教學(xué)法，使學(xué)生學(xué)習(xí)起來較為枯燥，更談不上設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。 選擇的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件過于陳舊，幾年內(nèi)都采用同一個(gè)軟件或同一個(gè)軟件的一個(gè)版本，沒有及時(shí)的更新軟件，如對(duì)于武器的構(gòu)造來說，多是復(fù)雜的、不對(duì)稱的結(jié)構(gòu)，因此在用設(shè)計(jì)軟件建模時(shí)適合采用三維軟件而不是二維繪圖功能強(qiáng)大的AutoCAD 作為主要的軟件平臺(tái)。 教學(xué)內(nèi)容過于程式化，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)被作為一門孤立的課程開設(shè)，沒有考慮專業(yè)特點(diǎn)融合專業(yè)內(nèi)容，脫離了實(shí)際的專業(yè)需求，針對(duì)性和可操作性不強(qiáng)。 這些教學(xué)過程中的問題沒有得到合理地解決，都影響了教學(xué)效果。

2 武器發(fā)射工程專業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程的改革探索

2.1 更新教學(xué)內(nèi)容

針對(duì)專業(yè)需求能力，調(diào)整知識(shí)結(jié)構(gòu)，更新教學(xué)軟件，增加實(shí)踐教學(xué)的比重。 例如隨著CAD 技術(shù)的進(jìn)步，掌握像AutoCAD 這樣的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件已遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到企業(yè)的要求，特別是武器作為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體，AutoCAD 不能滿足其設(shè)計(jì)的要求， 于是我們將目前企業(yè)中應(yīng)用較廣泛的三維設(shè)計(jì)軟件Pro/E 和有限元處理軟件ANSYS 更新、 補(bǔ)充到教學(xué)內(nèi)容之中。需要結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，利用CAD 軟件對(duì)武器進(jìn)行從繪制到產(chǎn)品開發(fā)的全過程。 課程內(nèi)容主要包括三維軟件和工程軟件的學(xué)習(xí)，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，重點(diǎn)介紹身管和炮架的建模、裝配及工程分析等，讓學(xué)生了解基于CAD 進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程。

2.2 改進(jìn)教學(xué)方法

采用多種教學(xué)方法，提出新的教學(xué)模式，實(shí)行案例教學(xué)、課堂互動(dòng)式教學(xué)、上機(jī)操作、設(shè)計(jì)創(chuàng)新比賽及參觀兵器廣場(chǎng)火炮實(shí)物等方式提高學(xué)生的應(yīng)用技能和創(chuàng)新意識(shí)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主動(dòng)性，創(chuàng)造一個(gè)在教師指導(dǎo)下的學(xué)生自主式學(xué)習(xí)環(huán)境。 探索多角度教學(xué)方法，可以從以下幾個(gè)方面著手。

2.2.1 案例教學(xué)法

結(jié)合火炮典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，用演示教學(xué)法即教師將課件中的例子用軟件演示給學(xué)生，讓學(xué)生掌握利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)武器的流程和方法，為進(jìn)一步結(jié)構(gòu)優(yōu)化和創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。 結(jié)合軍工專業(yè)特點(diǎn)，開發(fā)適合的CAD 多媒體課件，并結(jié)合軍工企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的武器產(chǎn)品進(jìn)行教學(xué)。 如用Pro/E 軟件對(duì)某火炮筒形搖架進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和裝配，如圖1 所示。通過對(duì)實(shí)際的工程問題分析，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)踐問題的能力。

圖1 火炮搖架的裝配圖

2.2.2 啟發(fā)式教學(xué)模式

在課程中,運(yùn)用啟發(fā)式教學(xué)法,增加了課堂的趣味性、直觀性、互動(dòng)性。 它不僅能充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力,而且還能全面培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維能力,使教學(xué)收到最佳效果。改善當(dāng)前教學(xué)手段，建立武器圖形庫，設(shè)計(jì)適合武器發(fā)射工程專業(yè)的CAD 多媒體課件作為理論教學(xué)的依據(jù)和平臺(tái)。 教師將提問與講解、講述等方法配合課件使用，增強(qiáng)教學(xué)的啟發(fā)性。 因材施教，集中精力解決教學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。采用舉一反三的辦法，引導(dǎo)學(xué)生思考問題。 通過設(shè)置一些問題，指出解決問題的思路，引發(fā)學(xué)生進(jìn)行討論，讓學(xué)生充分發(fā)表自己的見解，從而增強(qiáng)課堂教學(xué)互動(dòng)性，激發(fā)了學(xué)生創(chuàng)新的熱情。

2.2.3 完善實(shí)踐教學(xué)體系

在機(jī)房，通過上機(jī)操作的方式完成基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)部分，熟練掌握計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的相關(guān)內(nèi)容。 調(diào)整基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的比例，使學(xué)生在完成基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，在老師的指導(dǎo)和幫助下，嘗試進(jìn)行創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)部分。 如對(duì)炮口制退器進(jìn)行三維建模、實(shí)現(xiàn)火炮機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真等，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性和創(chuàng)新能力。在課外，通過參觀兵工企業(yè)和校內(nèi)的武器實(shí)物的方式， 并組織學(xué)生進(jìn)行武器的創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽。通過此方式，學(xué)生的應(yīng)用能力得到了鍛煉，也使學(xué)生了解了企業(yè)的發(fā)展方向和實(shí)際需求，為設(shè)計(jì)創(chuàng)新武器產(chǎn)品提供了理論依據(jù)。

2.2.4 組織學(xué)生設(shè)計(jì)競(jìng)賽，提高學(xué)生獨(dú)立的設(shè)計(jì)創(chuàng)新能力

利用比賽，提高學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)能力。 以火炮炮身機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)為例，結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)室的有利條件，如何利用三維軟件實(shí)現(xiàn)炮身機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如何讓炮身和炮架連接處按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行傳動(dòng)，這些都可為學(xué)生將學(xué)習(xí)到的技能發(fā)揮在作品中，既能提高對(duì)技能的鍛煉也能達(dá)到創(chuàng)新的目的，更提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在上述新的課程教學(xué)模式下，構(gòu)建了新模式的基本框架，并在最近兩輪教學(xué)中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，取得了較好的教學(xué)效果。 課程新模式的基本框架如下圖2 所示。

2.3 改革考核方式

在教學(xué)考核中，很多學(xué)者提出了多種改革方案[3-5]。 傳統(tǒng)的閉卷考試不能全面的反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，且考核方式單一，特別是本門課不適合用文字的形式考核。 因此采用了多樣靈活的考試形式，學(xué)生成績主要由平時(shí)成績、上機(jī)成績和期末筆試成績?nèi)糠纸M成，平時(shí)考勤和回答問題情況占10%；上機(jī)操作占40%；理論考核占50%。 理論考核部分的知識(shí)覆蓋面要寬，試題內(nèi)容要考核學(xué)生對(duì)該課程基本知識(shí)及基本技能掌握的程度。上機(jī)操作部分通過上機(jī)課堂上完成規(guī)定題目和上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的方式給出相應(yīng)的成績。

圖2 教學(xué)模式的基本框架圖

3 結(jié)束語

目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在武器方面的設(shè)計(jì)正發(fā)揮著越來越重要的作用，所以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程是武器類教育體系中不可或缺的一部分。通過不斷更新課程的教學(xué)內(nèi)容、采用多種教學(xué)方法、改進(jìn)成績考核辦法等方面，對(duì)課程進(jìn)行教學(xué)改革，旨在激發(fā)學(xué)生興趣，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生軍工產(chǎn)品設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的能力。

［1］袁澤虎.計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

［2］唐川林，林益平，余江鴻.三維設(shè)計(jì)的教學(xué)研究[J].株洲工學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（1）：92-95.

［3］任傳威.《數(shù)控編程與操作》教改嘗試[J].中國科技信息,2009（2）：229-231.