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摘要：本课题通过围绕北京信息科技大学机械类专业“计算机辅助工程”课程特点和要求，对教学内容、课程实验体系、教学方法、教学资源建设等方面进行教学改革和实践。建立本科生、研究生分模块的教学内容体系；设置综合实验以提高学生解决工程实践问题的能力；采用多种教学手段丰富教学内容，提高教学效果；将案例教学、网络资源引入资源建设。改革举措对提高机械类学生的计算机应用能力具有较好效果。
关键词：计算机辅助工程；课程改革；模块化
作者简介：米洁（1971-），女，河北唐山人，北京信息科技大学机电工程学院，教授。（北京 100192）
基金项目：本文系北京信息科技大学研究生优质课程建设项目（项目编号：YKJ201101）、北京市高等学校教育教学改革项目（项目编号：PXM2010_014224_099008）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）31-0084-02
计算机辅助工程是计算机技术与机械工程相结合的一门应用型系统课程，是制造工程技术与计算机技术相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术，具有知识密集、学科交叉、应用范围广等特点。该课程内容是先进制造技术的重要组成部分，是机械工程学科本科生、研究生的必修专业课。课程旨在使学生掌握计算机辅助设计、分析、制造、集成方面的主要核心技术，增强在本专业和相关领域中计算机实践应用的能力。通过本课程学习，使学生在了解目前国内外该技术前沿的发展与应用状况的基础上，能够运用计算机技术处理工程中的具体问题，包括编程实现图形变换、数据处理、建模、分析、仿真、优化以及机械CAD/CAM应用软件开发、CAD/CAM集成等方面的技术问题。
这门课程涉及多门交叉课程，内容丰富，北京信息科技大学在本科生、研究生阶段分模块开设此课程，并在课程内容体系安排和教学方式等方面进行了一定的探索和研究，使学生能够在理论分析与工程实践两个方面的能力都有所提高。
一、课程教学内容的体系改革
结合计算机辅助工程课程的具体特点，从应用型人才必需的现代化知识结构要求出发，制订模块化的课程体系和教学内容，课程体系和教学内容应能主动适应人才培养模式的需要。同时，通过案例分析，启发学生积极思维，教给学生解决问题的各种策略，激发学生的学习兴趣。
针对教学内容多的特点，我们将教学内容层次化、模块化，如图1所示。首先限定计算机辅助工程课程的讲解内容范围，并划分为两大模块。一是本科生模块，主要讲解CAD/CAM系统的常用数据结构、软件工程基础知识，在此基础上重点加强工程应用中的数据处理、图形处理、建模基础知识以及设计优化、有限元、仿真等知识的计算机辅助分析。二是研究生模块，主要内容包括在本科生阶段几何模型、特征模型基础上进一步讲解产品建模；在基本优化基础上进一步讲解智能优化方法、多学科优化，并以此为基础讲解信息的集成方法和集成设计环境的搭建。
在本科生模块中，对重点和应用性强的部分，例如工程数据的计算机处理、图形处理、计算机辅助分析等内容有所侧重，安排相应的大作业，占用的时间比例较大。对理论性较强的一般内容，如软件工程基础、建模基础等，讲解所用时间适当减少。对简介部分，如计算机辅助工程概论以及该技术的发展方向等，以讲座的形式作概括性介绍，使学生粗浅地了解设计学科的整体概貌。对与其他课程重复的内容，如AutoCAD绘图软件、数控编程、三维造型软件等，不再讲述。
在研究生模块中，注重与本科生模块的衔接。主要从建模、优化、信息集成三个角度讲解深层次的内容。掌握工程对象建模原理和方法以及知识表达和推理一般方法。掌握多学科多任务集成设计系统的组成及设计、分析、仿真工具集成方法。掌握系统工程思想的基本原理以及在系统工程思想下如何构建集成开发模型。了解构建集成开发模型的基本组成及运行控制。
二、加强课程的实践环节
对于应用型为主的工程技术人员来说，动手能力的培养尤其重要。传统教学理念重视理论教学，忽视实践教学，重视知识传授而忽视学生能力的培养，导致学生模仿能力强而创新意识匮乏。[5]在学生的学习中，实践环节相当重要，只有多实践才可以增加学生的学习兴趣，而且能更深地理解知识，运用知识。同时，让学生自己发现问题，并寻求解决问题的方法和途径，可以给学生一个创造和发现自己创造才能的机会，激发学生的好奇心和求知欲，培养学生的创新能力和实践能力。
本课程的实践环节主要是上机操作，学习新软件，编制程序开发软件或绘制图形。目前我们设置了三个综合实践环节，其中本科生阶段2个，占总学时的二分之一；研究生阶段1个，占总学时的三分之一。如表1所示。
表1 综合实践环节内容及要求
序号 题目 目的要求
1 本科生模块 可以典型机械设计零件设计为例（共有10个不同题目），设计软件 软件界面的设计，编制菜单调用设计命令。界面是整个软件的入口，所有应用程序要链接到此菜单。应按照基本设计要求，设计出人机友好的界面，并具备健壮性；
实现数表检索，将设计过程中的表格数据进行计算机处理；
数表插值，将设计过程中的线图进行计算机处理；
软件中用到的数据，存放于数据库，实现数据库数据的调用；
设计结果以图形形式显示，并进行变换操作
2 典型机构的运动仿真及优化，对关键零件进行有限元分析 按照给定的多杆机构，分析其运动规律；
按照给定目标，实现各杆长优化；
选定一零件根据其受力进行有限元分析
3 研究生模块 典型部件的多学科优化 利用多学科优化软件，搭建系统级、子系统级模型，并实现多学科优化
三、教学方法与教学手段的改革
计算机辅助工程课程是计算机技术与工程技术结合的计算机应用课程，有其自身的特点及规律，因而教学方法上也应有其特色，在教学内容及实践环节改革的基础上，对教学方法和手段也进行了探索和研究。
1.教师授课与学生提问相结合
改变过去以教师为中心的教学模式在计算机应用类课程的教学中占据主导地位的方法，运用灵活多样、启发式、交互式、个性化的教学手段，引导学生独立思考，发现问题，调动学生的创造性思维，不断提高他们的创新研究能力。每节课留出15分钟时间专门让学生提问，鼓励学生在听课时质疑。提问—解答的过程不仅可以激发学生的创新思维，对老师自己也能起到促进作用。一些讨论的问题可能暂时还没有明确的答案，但是探索问题答案的过程更加激发了学生进一步学习的热情。
2.课后布置小组讨论型作业或思考题
教师从工程实践中提炼出一些问题作为学生的课外作業，鼓励学生们在学习中展开讨论。对于学生深入理解和掌握基本知识，灵活运用各种方法和工具，提高分析问题和解决问题的能力，进而强化对其创新意识和能力的培养都是非常有益的。
3.运用现代化教学手段
在教学中尽可能利用现代化的教学手段，利用自行开发的多媒体课件等直观、形象生动的现代化教学手段进行教学，使学生在有限的时间里获取更大的信息量，提高讲授信息量和教学效率，使学生对知识的掌握程度更加牢固，进而提高教学质量。
4.考核方法的改革
改变学生成绩以最后的考试卷面成绩而定的方式，这种评定方式不能完全反映出学生的学习真实情况。本科生课程最后的成绩由三部分组成：平时成绩根据出勤、讨论发言的情况给分，占10％；实践环节大作业占30%，最后的卷面考试成绩占60％。研究生的课程也由三部分组成：平时成绩根据出勤、小组讨论发言的情况给分，占30％；实践环节作业占30%；最后卷面成绩占40%。另外，还设置10分的附加分数，与竞赛题目相结合，让有能力的学生发挥自己的特长和创造性，根据完成情况给予一定附加分。
四、教学资源建设
1.编写合适教材
计算机辅助工程课程教材内容要适合工程实践的需要，如果学生所学的知识过时，所学专业知识难以指导学生今后的工作实践。教师要不断提高自身的业务水平和专业知识水平，加强对新知识的学习、更新，与时俱进。集中教师力量，编写本科生教材，将教师的科研课题实例引入教学；研究生的教材采用教师教案与选用教材相结合的方式，注重新知识的引入。
2.注重信息、资料的积累，培养学生的自学能力
计算机辅助工程课程具有更新快、理论广、实践性强等特点，需要讲解的内容多而学时少，因此有些内容需要学生自学。计算机技术发展日新月异，软件层出不穷，教会学生收集信息、积累资料、了解新旧知识的更替，培养学生的自学能力。教师要做到培养学生独立思考和独立处理问题的能力，培养学生在学习过程中独立分析问题、解决问题，最后形成自己的结论，解决工程实践问题。
3.充分利用网络资源，培养学生获取新知识的能力
网络技术使获取知识的途径大为拓宽，教师可以通过校园网对学生进行答疑解惑，将一些案例放置网上供学生参考学习。教师应该教会学生如何利用网络资源来获得新知识的方法，从而拓宽学生的知识面和计算机的综合应用能力。
五、结论
随着科技的进步，专业课程的课程体系需要改革，教学内容要与技术发展相适应。理论教学与实践环节教学结合，培养应用型人才。采用新的教学体系，增强了学生对基础知识的掌握，软件操作能力有了很大提高，特别是对复杂问题的独立分析能力得到提高，达到了学以致用的目的。
参考文献：
[1]张丽珍,陈雷雷,陈洪武,等.基于应用型人才培养的计算机辅助设计课程教学改革[J].科技咨询导报,2007,(30):226-227.
[2]牛文杰,刘衍聪.“机械CAD基础”课程教学改革研究[J].東华大学学报(自然科学版),2010,36,(4):451-456.
[3]唐波,缪玲.非计算机专业研究生计算机应用基础类课程教学改革探索[J].广西师范学院学报(自然科学版),2008,25(3):128-130.
[4]冉险生,林立.“计算机辅助设计与制造”课程教学探索[J].重庆科技学院学报(社会科学版),2010,(11):192-193.
[5]张洪田,张慧研,郭秀颖,等.工程应用型人才培养模式的探索与实践[J].中国大学教育,2009,(7):80-82.
[6]竺丽力,于清萍.网络环境下计算机应用类课程教学改革初探[J].中国冶金教育,2009,(2):34-36.
（责任编辑：王祝萍）
关键词：计算机辅助工程；课程改革；模块化
作者简介：米洁（1971-），女，河北唐山人，北京信息科技大学机电工程学院，教授。（北京 100192）
基金项目：本文系北京信息科技大学研究生优质课程建设项目（项目编号：YKJ201101）、北京市高等学校教育教学改革项目（项目编号：PXM2010_014224_099008）的研究成果。
中图分类号：G642.3 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）31-0084-02
计算机辅助工程是计算机技术与机械工程相结合的一门应用型系统课程，是制造工程技术与计算机技术相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术，具有知识密集、学科交叉、应用范围广等特点。该课程内容是先进制造技术的重要组成部分，是机械工程学科本科生、研究生的必修专业课。课程旨在使学生掌握计算机辅助设计、分析、制造、集成方面的主要核心技术，增强在本专业和相关领域中计算机实践应用的能力。通过本课程学习，使学生在了解目前国内外该技术前沿的发展与应用状况的基础上，能够运用计算机技术处理工程中的具体问题，包括编程实现图形变换、数据处理、建模、分析、仿真、优化以及机械CAD/CAM应用软件开发、CAD/CAM集成等方面的技术问题。
这门课程涉及多门交叉课程，内容丰富，北京信息科技大学在本科生、研究生阶段分模块开设此课程，并在课程内容体系安排和教学方式等方面进行了一定的探索和研究，使学生能够在理论分析与工程实践两个方面的能力都有所提高。
一、课程教学内容的体系改革
结合计算机辅助工程课程的具体特点，从应用型人才必需的现代化知识结构要求出发，制订模块化的课程体系和教学内容，课程体系和教学内容应能主动适应人才培养模式的需要。同时，通过案例分析，启发学生积极思维，教给学生解决问题的各种策略，激发学生的学习兴趣。
针对教学内容多的特点，我们将教学内容层次化、模块化，如图1所示。首先限定计算机辅助工程课程的讲解内容范围，并划分为两大模块。一是本科生模块，主要讲解CAD/CAM系统的常用数据结构、软件工程基础知识，在此基础上重点加强工程应用中的数据处理、图形处理、建模基础知识以及设计优化、有限元、仿真等知识的计算机辅助分析。二是研究生模块，主要内容包括在本科生阶段几何模型、特征模型基础上进一步讲解产品建模；在基本优化基础上进一步讲解智能优化方法、多学科优化，并以此为基础讲解信息的集成方法和集成设计环境的搭建。
在本科生模块中，对重点和应用性强的部分，例如工程数据的计算机处理、图形处理、计算机辅助分析等内容有所侧重，安排相应的大作业，占用的时间比例较大。对理论性较强的一般内容，如软件工程基础、建模基础等，讲解所用时间适当减少。对简介部分，如计算机辅助工程概论以及该技术的发展方向等，以讲座的形式作概括性介绍，使学生粗浅地了解设计学科的整体概貌。对与其他课程重复的内容，如AutoCAD绘图软件、数控编程、三维造型软件等，不再讲述。
在研究生模块中，注重与本科生模块的衔接。主要从建模、优化、信息集成三个角度讲解深层次的内容。掌握工程对象建模原理和方法以及知识表达和推理一般方法。掌握多学科多任务集成设计系统的组成及设计、分析、仿真工具集成方法。掌握系统工程思想的基本原理以及在系统工程思想下如何构建集成开发模型。了解构建集成开发模型的基本组成及运行控制。
二、加强课程的实践环节
对于应用型为主的工程技术人员来说，动手能力的培养尤其重要。传统教学理念重视理论教学，忽视实践教学，重视知识传授而忽视学生能力的培养，导致学生模仿能力强而创新意识匮乏。[5]在学生的学习中，实践环节相当重要，只有多实践才可以增加学生的学习兴趣，而且能更深地理解知识，运用知识。同时，让学生自己发现问题，并寻求解决问题的方法和途径，可以给学生一个创造和发现自己创造才能的机会，激发学生的好奇心和求知欲，培养学生的创新能力和实践能力。
本课程的实践环节主要是上机操作，学习新软件，编制程序开发软件或绘制图形。目前我们设置了三个综合实践环节，其中本科生阶段2个，占总学时的二分之一；研究生阶段1个，占总学时的三分之一。如表1所示。
表1 综合实践环节内容及要求
序号 题目 目的要求
1 本科生模块 可以典型机械设计零件设计为例（共有10个不同题目），设计软件 软件界面的设计，编制菜单调用设计命令。界面是整个软件的入口，所有应用程序要链接到此菜单。应按照基本设计要求，设计出人机友好的界面，并具备健壮性；
实现数表检索，将设计过程中的表格数据进行计算机处理；
数表插值，将设计过程中的线图进行计算机处理；
软件中用到的数据，存放于数据库，实现数据库数据的调用；
设计结果以图形形式显示，并进行变换操作
2 典型机构的运动仿真及优化，对关键零件进行有限元分析 按照给定的多杆机构，分析其运动规律；
按照给定目标，实现各杆长优化；
选定一零件根据其受力进行有限元分析
3 研究生模块 典型部件的多学科优化 利用多学科优化软件，搭建系统级、子系统级模型，并实现多学科优化
三、教学方法与教学手段的改革
计算机辅助工程课程是计算机技术与工程技术结合的计算机应用课程，有其自身的特点及规律，因而教学方法上也应有其特色，在教学内容及实践环节改革的基础上，对教学方法和手段也进行了探索和研究。
1.教师授课与学生提问相结合
改变过去以教师为中心的教学模式在计算机应用类课程的教学中占据主导地位的方法，运用灵活多样、启发式、交互式、个性化的教学手段，引导学生独立思考，发现问题，调动学生的创造性思维，不断提高他们的创新研究能力。每节课留出15分钟时间专门让学生提问，鼓励学生在听课时质疑。提问—解答的过程不仅可以激发学生的创新思维，对老师自己也能起到促进作用。一些讨论的问题可能暂时还没有明确的答案，但是探索问题答案的过程更加激发了学生进一步学习的热情。
2.课后布置小组讨论型作业或思考题
教师从工程实践中提炼出一些问题作为学生的课外作業，鼓励学生们在学习中展开讨论。对于学生深入理解和掌握基本知识，灵活运用各种方法和工具，提高分析问题和解决问题的能力，进而强化对其创新意识和能力的培养都是非常有益的。
3.运用现代化教学手段
在教学中尽可能利用现代化的教学手段，利用自行开发的多媒体课件等直观、形象生动的现代化教学手段进行教学，使学生在有限的时间里获取更大的信息量，提高讲授信息量和教学效率，使学生对知识的掌握程度更加牢固，进而提高教学质量。
4.考核方法的改革
改变学生成绩以最后的考试卷面成绩而定的方式，这种评定方式不能完全反映出学生的学习真实情况。本科生课程最后的成绩由三部分组成：平时成绩根据出勤、讨论发言的情况给分，占10％；实践环节大作业占30%，最后的卷面考试成绩占60％。研究生的课程也由三部分组成：平时成绩根据出勤、小组讨论发言的情况给分，占30％；实践环节作业占30%；最后卷面成绩占40%。另外，还设置10分的附加分数，与竞赛题目相结合，让有能力的学生发挥自己的特长和创造性，根据完成情况给予一定附加分。
四、教学资源建设
1.编写合适教材
计算机辅助工程课程教材内容要适合工程实践的需要，如果学生所学的知识过时，所学专业知识难以指导学生今后的工作实践。教师要不断提高自身的业务水平和专业知识水平，加强对新知识的学习、更新，与时俱进。集中教师力量，编写本科生教材，将教师的科研课题实例引入教学；研究生的教材采用教师教案与选用教材相结合的方式，注重新知识的引入。
2.注重信息、资料的积累，培养学生的自学能力
计算机辅助工程课程具有更新快、理论广、实践性强等特点，需要讲解的内容多而学时少，因此有些内容需要学生自学。计算机技术发展日新月异，软件层出不穷，教会学生收集信息、积累资料、了解新旧知识的更替，培养学生的自学能力。教师要做到培养学生独立思考和独立处理问题的能力，培养学生在学习过程中独立分析问题、解决问题，最后形成自己的结论，解决工程实践问题。
3.充分利用网络资源，培养学生获取新知识的能力
网络技术使获取知识的途径大为拓宽，教师可以通过校园网对学生进行答疑解惑，将一些案例放置网上供学生参考学习。教师应该教会学生如何利用网络资源来获得新知识的方法，从而拓宽学生的知识面和计算机的综合应用能力。
五、结论
随着科技的进步，专业课程的课程体系需要改革，教学内容要与技术发展相适应。理论教学与实践环节教学结合，培养应用型人才。采用新的教学体系，增强了学生对基础知识的掌握，软件操作能力有了很大提高，特别是对复杂问题的独立分析能力得到提高，达到了学以致用的目的。
参考文献：
[1]张丽珍,陈雷雷,陈洪武,等.基于应用型人才培养的计算机辅助设计课程教学改革[J].科技咨询导报,2007,(30):226-227.
[2]牛文杰,刘衍聪.“机械CAD基础”课程教学改革研究[J].東华大学学报(自然科学版),2010,36,(4):451-456.
[3]唐波,缪玲.非计算机专业研究生计算机应用基础类课程教学改革探索[J].广西师范学院学报(自然科学版),2008,25(3):128-130.
[4]冉险生,林立.“计算机辅助设计与制造”课程教学探索[J].重庆科技学院学报(社会科学版),2010,(11):192-193.
[5]张洪田,张慧研,郭秀颖,等.工程应用型人才培养模式的探索与实践[J].中国大学教育,2009,(7):80-82.
[6]竺丽力,于清萍.网络环境下计算机应用类课程教学改革初探[J].中国冶金教育,2009,(2):34-36.
（责任编辑：王祝萍）