基于武器類專業的計算機輔助設計課程教學改革研究

鮑 雪 孫艷馥

（沈陽理工大學 裝備工程學院，遼寧 沈陽110159）

0 引言

計算機輔助設計簡稱CAD，是用硬、軟件系統輔助人們對產品或工程進行設計的方法和技術， 是在計算機環境下完成產品的創造、分析和修改，以達到預期設計目標的過程[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]。 《計算機輔助設計》課程是武器發射工程專業的必修課程之一，是面向學院各專業的專業基礎課，主要通過AutoCAD、ProE 等軟件的學習，使學生了解CAD 技術，培養其圖形繪制、結構設計、機構運動仿真等技能。武器發射工程專業學生重在培養其對常規武器的系統設計和實踐方面的能力。 利用計算機進行武器結構設計和機構仿真等，可以實時進行修改，在減少了設計人員工作量的同時也提高了工作效率。因此，計算機輔助設計在武器的設計開發方面起著發揮著非常重要的作用。

1 計算機輔助設計課程的教學現狀

在以往《計算機輔助設計》課程的教學中，學生會學習幾種工程設計軟件。 但在實際的教學過程中我們發現了些問題。 比如以往的軟件教學理論內容較多，多是介紹軟件而忽略了軟件的應用，再加之學生上機操作的時間較少，就更不能很好的進行實際操作，學生設計能力得不到鍛煉。通常介紹好幾種軟件，由于教學課時有限，每種軟件只介紹了個大概，而沒有系統的理解和應用。理論與實踐環節結合較少，教師多采用填鴨式教學法，使學生學習起來較為枯燥，更談不上設計的創新。 選擇的計算機輔助設計軟件過于陳舊，幾年內都采用同一個軟件或同一個軟件的一個版本，沒有及時的更新軟件，如對于武器的構造來說，多是復雜的、不對稱的結構，因此在用設計軟件建模時適合采用三維軟件而不是二維繪圖功能強大的AutoCAD 作為主要的軟件平臺。 教學內容過于程式化，計算機輔助設計被作為一門孤立的課程開設，沒有考慮專業特點融合專業內容，脫離了實際的專業需求，針對性和可操作性不強。 這些教學過程中的問題沒有得到合理地解決，都影響了教學效果。

2 武器發射工程專業計算機輔助設計課程的改革探索

2.1 更新教學內容

針對專業需求能力，調整知識結構，更新教學軟件，增加實踐教學的比重。 例如隨著CAD 技術的進步，掌握像AutoCAD 這樣的計算機輔助設計軟件已遠遠達不到企業的要求，特別是武器作為復雜的結構體，AutoCAD 不能滿足其設計的要求， 于是我們將目前企業中應用較廣泛的三維設計軟件Pro/E 和有限元處理軟件ANSYS 更新、 補充到教學內容之中。需要結合專業特點，利用CAD 軟件對武器進行從繪制到產品開發的全過程。 課程內容主要包括三維軟件和工程軟件的學習，結合專業特點，重點介紹身管和炮架的建模、裝配及工程分析等，讓學生了解基于CAD 進行產品設計的全過程。

2.2 改進教學方法

采用多種教學方法，提出新的教學模式，實行案例教學、課堂互動式教學、上機操作、設計創新比賽及參觀兵器廣場火炮實物等方式提高學生的應用技能和創新意識，強調學生的主動性，創造一個在教師指導下的學生自主式學習環境。 探索多角度教學方法，可以從以下幾個方面著手。

2.2.1 案例教學法

結合火炮典型結構進行實際產品的設計，用演示教學法即教師將課件中的例子用軟件演示給學生，讓學生掌握利用計算機進行設計武器的流程和方法，為進一步結構優化和創新奠定基礎。 結合軍工專業特點，開發適合的CAD 多媒體課件，并結合軍工企業實際生產的武器產品進行教學。 如用Pro/E 軟件對某火炮筒形搖架進行結構設計和裝配，如圖1 所示。通過對實際的工程問題分析，培養學生解決實踐問題的能力。

圖1 火炮搖架的裝配圖

2.2.2 啟發式教學模式

在課程中,運用啟發式教學法,增加了課堂的趣味性、直觀性、互動性。 它不僅能充分調動學生的學習積極性和學習興趣,培養學生解決實際問題的能力,而且還能全面培養學生創新思維能力,使教學收到最佳效果。改善當前教學手段，建立武器圖形庫，設計適合武器發射工程專業的CAD 多媒體課件作為理論教學的依據和平臺。 教師將提問與講解、講述等方法配合課件使用，增強教學的啟發性。 因材施教，集中精力解決教學中的重點、難點。采用舉一反三的辦法，引導學生思考問題。 通過設置一些問題，指出解決問題的思路，引發學生進行討論，讓學生充分發表自己的見解，從而增強課堂教學互動性，激發了學生創新的熱情。

2.2.3 完善實踐教學體系

在機房，通過上機操作的方式完成基礎型實驗部分，熟練掌握計算機輔助設計軟件的相關內容。 調整基礎型實驗和創新型實驗的比例，使學生在完成基礎型實驗的基礎上，在老師的指導和幫助下，嘗試進行創新型實驗部分。 如對炮口制退器進行三維建模、實現火炮機構的運動仿真等，調動學生的積極性和創新能力。在課外，通過參觀兵工企業和校內的武器實物的方式， 并組織學生進行武器的創新設計競賽。通過此方式，學生的應用能力得到了鍛煉，也使學生了解了企業的發展方向和實際需求，為設計創新武器產品提供了理論依據。

2.2.4 組織學生設計競賽，提高學生獨立的設計創新能力

利用比賽，提高學生的實戰能力。 以火炮炮身機構運動仿真設計為例，結合仿真實驗室的有利條件，如何利用三維軟件實現炮身機構的設計，如何讓炮身和炮架連接處按設計要求進行傳動，這些都可為學生將學習到的技能發揮在作品中，既能提高對技能的鍛煉也能達到創新的目的，更提高了學生的學習興趣。

在上述新的課程教學模式下，構建了新模式的基本框架，并在最近兩輪教學中進行實驗，取得了較好的教學效果。 課程新模式的基本框架如下圖2 所示。

2.3 改革考核方式

在教學考核中，很多學者提出了多種改革方案[3-5]。 傳統的閉卷考試不能全面的反映學生的學習情況，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，學生成績主要由平時成績、上機成績和期末筆試成績三部分組成，平時考勤和回答問題情況占10%；上機操作占40%；理論考核占50%。 理論考核部分的知識覆蓋面要寬，試題內容要考核學生對該課程基本知識及基本技能掌握的程度。上機操作部分通過上機課堂上完成規定題目和上交實驗報告的方式給出相應的成績。

圖2 教學模式的基本框架圖

3 結束語

目前計算機輔助設計在武器方面的設計正發揮著越來越重要的作用，所以計算機輔助設計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內容、采用多種教學方法、改進成績考核辦法等方面，對課程進行教學改革，旨在激發學生興趣，充分調動學生主觀能動性，培養學生軍工產品設計和創新的能力。

［1］袁澤虎.計算機輔助設計[M].北京：清華大學出版社，2012.

［2］唐川林，林益平，余江鴻.三維設計的教學研究[J].株洲工學院學報，2005（1）：92-95.

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