CAD—CFD—CAE融合的創新設計理念在能源動力學生創新能力培養中的可行性研究

張師帥　成曉北　郭照立　張曉青　王坤　李學敏

摘要：針對CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念在能源動力學生創新能力培養中的可行性進行了分析。首先分析了CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念對培養能源動力學生的創新能力的重要性；接著從教學內容、實踐教學、教學平臺以及激勵機制等方面分析了進行教學改革的必要性；最后從課程設置、教學團隊以及硬件條件等方面分析了實施教學改革的可行性。

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（2018）40-0087-02

一、引言

創新是國家強盛和社會進步的不竭動力。技術創新對促進經濟提質增效、實現發展升級起著極為關鍵的作用，而促進技術創新的關鍵又是人才，尤其是接受了高等教育的大學生。當前，新一輪科技創新正在全球范圍內孕育興起，世界各國紛紛搶占未來科技發展制高點。我們面臨著發達國家先進技術和發展中國家低成本競爭的雙重擠壓，加快我國科技創新迫在眉睫。大學生作為科技創新的主力軍，必須肩負起這一歷史重任。能源動力類專業屬于傳統行業，尤其需要引入新技術、新理念。如何將當今科技發展的新成果、新理念應用到能源動力行業，則是擺在我們每一個能源動力行業技術人員面前的現實問題，高校的師生對此的感受應該尤為迫切。自上個世紀末以來，隨著計算機軟硬件技術的進步，能源動力方向發生了翻天覆地的變化。之前許多需要人工完成的環節，現在都可以通過CAD、CFD和CAE等相關計算機功能軟件來完成。這種基于CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念，在極大提高工作效率的同時，也為能源動力行業的科技創新開辟了一個更加廣闊的天地。

二、改革方案

目前，學院為本科生開設的有關CAD、CFD和CAE技術的多門課程由不同教師承擔，課程與課程之間缺少關聯性，導致學生在學完課程之后，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。為了解決這個教學問題，團隊組成員打算轉變觀念，制定新的課程大綱，編寫新的課程教材，積極倡導CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念，并切實將這種創新設計理念貫穿在課堂教學和實踐教學之中。同時，在實踐教學環節，積極探索實驗教學平臺的管理機制，探索學生利用畢業設計開展創新創業活動的激勵機制，幫助學生樹立CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念，培養學生的創新能力。具體措施如下。

（一）改革教學內容

CAD技術、CFD技術和CAE技術，這三者之間是相輔相成、深度融合的。因此，本項目要求我們任課教師能夠轉變觀念，將基于CAD-CFD-CAE融合的理念貫穿到課堂教學和實踐教學之中。具體實施為：制定新的課程大綱，編寫新的課程教材，努力培養能源動力學生的創新意識。

（二）改革實踐教學環節

創新意識的培養和創新能力的提高，一定離不開實踐。建立以學生為主體、教師為主導，基于探索和體驗的教學模式。在課堂教學的基礎上，加強學生在上機操作、軟件應用等教學實踐環節方面的學習和訓練，在現有上機實驗條件的基礎上，建設基于CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念的上機實驗平臺，并制定與上機實驗平臺相配套的實踐教學方案，切實幫助能源動力學生提高創新能力。

（三）探索實驗教學平臺的管理機制

努力爭取學校和學院層面的支持，盡快面向社會招聘專職實驗教學人員。充分利用建成的CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念的上機實驗平臺，探索建立教學實驗平臺面向學生全方位開放的管理機制。積極創造條件，力爭讓學生的主動創新實踐能夠在時間安排上更加靈活方便，為切實提高能源動力學生創新能力創造一個良好的條件。

（四）探索學生參加科技創新活動的激勵機制

創新意識的培養和創新能力的提高，同樣離不開良好的激勵機制。必須探索建立良好的激勵機制，讓更多的學生參加到大學生科技創新活動和教師的科技創新項目中來，讓基于CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念在實際中得到應用，激發學生的創新創業熱情。具體實施可以這樣：一方面，探索大學生參加科技創新項目抵學分的激勵機制，鼓勵學生敢于挑戰傳統思路，大膽提出自己的設想；鼓勵學生應用CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念完善創新作品，幫助學生實現“創意—創新”轉換。另一方面，探索通過大學生畢業設計開展創新創業活動的激勵機制，鼓勵大學生通過畢業設計進行縱深發展，實現“創新—創業”轉換，切實提高能源動力學生創新創業能力。

三、可行性研究

由于CAD、CFD和CAE技術是深度融合的，為了確保教改項目的貫徹實施，項目組需要將這些課程的任課教師組織起來，組建CAD-CFD-CAE融合的教學團隊，幫助任課教師轉變觀念，使他們能夠將基于CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念，貫穿到自己的課程講授之中。在將基于CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念貫穿到課堂教學之后，還應該加強學生在上機操作、軟件應用等教學實踐環節方面的訓練。為此，項目組需要在現有條件的基礎上，爭取獲得學校和學院支持，建設一個基于CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念的上機實驗平臺，同時探索建立實驗平臺面向學生全方位開放的管理機制，便于學生能夠在平臺上自主學習，自主交流，促進自主創新。為培養學生的創新能力，項目組需要在學生中營造崇尚科技創新的氛圍，積極引導學生參與到大學生科技創新活動中來，探索和不斷完善大學生創新創業的激勵機制，促進學生在能源動力專業方向上的知識與技能得以不斷提高。

目前，華中科技大學能源與動力工程學院本科生培養計劃中已經包含有CAD、CFD和CAE技術方面的課程，比如，現已開設的“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，事實上已經形成CAD、CFD和CAE技術所構成的課程體系。同時，還在師資隊伍、教材建設、實踐教學基地建設、教學手段等方面具有良好的基礎。主要體現在：具有一支知識結構合理、人員穩定的師資隊伍，長期工作在CAD、CFD和CAE技術的課堂教學以及實踐教學各環節。

四、結束語

綜上所述，應用CAD-CFD-CAE融合的創新設計理念，培養能源動力學生的創新能力，既有重要的現實意義，又有堅實的可行性。該教學改革主要針對能源與動力工程專業的學生實施，但可以推廣應用到其他專業領域。如果將項目最終所完成的教學資源上網，那么除了可供全日制的本科生、研究生課余學習外，還可適用于業余大學生以及相關領域的工程技術人員的學習與利用，幫助他們提升自身科技素質，提高整個社會的創新意識和創新水平。

參考文獻：

[1]張師帥，郭照立，彭玉成，等.構建CFD技術平臺培養能源動力類本科生的實踐與創新能力[J].教育教學論壇，2012，（12）：64-65.

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