《计算机仿真技术》课程教学改革与实践.pdf
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1、076 Academic and Practise 学术与实践计算机仿真技术课程教学改革与实践罗艳蕾,罗瑜,刘会勇(贵州大学机械工程学院,贵州贵阳550025)摘要:针对机械工程学院专业方向的多样性,计算机仿真技术课程内容的多学科交叉性特点,基于课程教学经验,逐步探索出以培养学生创新能力为目标,以提升工程应用能力为主线的教学内容,并结合课堂讲授、课堂讨论、仿真实验以及自主拓展学习等多种教学方法和手段,使学生掌握计算机仿真知识和技能,达到课程培养目标。关键词:计算机仿真技术;工程应用;创新能力;实践基金项目:贵州省研究生教育教学改革重点课题YJSCXJH(2020)006。作者简介:罗艳蕾,女,
2、博士,贵州大学机械工程学院教授。罗瑜,女,博士,贵州大学机械工程学院副教授。刘会勇,男,博士,贵州大学机械工程学院教授。现代产品及系统设计正在向着高效精密化、智能集成化、虚拟数字化等方向发展,传统的物理样机设计模式,已无法适应产品及系统快速多变的市场需求。随着仿真技术的广泛应用,构建机械产品及系统的虚拟样机,并对这些虚拟样机进行多性能仿真试验,展示机械产品及系统的静动态性能,将可能存在的问题尽早暴露出来并进行处理,争取减少或避免大的返工,从而减少产品及系统开发时间和经济投入,降低产品研发风险,达到优化产品及系统、提高设计效率的目的1,2。根据美国科学研究院工程技术委员会的测算,建模与仿真技术可
3、提高产品质量 5 15 倍,降低工程技术成本 13%30%,降低人工成本 5%20%,缩短产品设计和试制周期 30%60%等3,4。国外有关科研机构和大学,也纷纷开展计算机仿真技术罗艳蕾,罗瑜,刘会勇:计算机仿真技术课程教学改革与实践077的应用研究和教学。国外许多著名公司高度重视计算机仿真技术,将计算机仿真技术引入各自的产品开发中,取得了很好的经济效益3,4。为了提高机械设计和制造的水平,迫切需要利用计算机仿真技术作为新产品开发手段。因此,学习与掌握计算机仿真技术,成为机械类学生必备的基本素质之一5。一、课程特点及教学目标1.课程特点随着科学技术的发展,计算机仿真技术广泛应用于现代工业的各个
4、领域,在军事国防、经济建设、社会生活等多领域发挥重要的作用。仿真是利用计算机的软硬件平台,将实际对象系统转化成模型并在计算机上运行的过程,其中对系统进行仿真的一整套软硬件称为仿真系统,在计算机上运行仿真模型的实验方法称为仿真技术。计算机仿真三要素及其三个基本活动如图 1 所示。计算机仿真技术已成为研究系统对象的一种有力研究手段和工具,成为各学科特别是工科本科生、硕士生、博士生等必须掌握的技能,因此仿真技术课程是研究生教学中一项十分重要的内容。图 1计算机仿真三要素及其三个基本活动计算机仿真技术具有综合性、多学科交叉等特点。在计算机仿真技术课程研究生教学中发现,多数学生理论基础较扎实,获取书本知
5、识能力强,但也存在工程应用背景不够、创新意识和创新能力不足等问题。为培养学生的自主学习能力、创新能力和工程应用能力,结合研究生教学经验,对该门课程的教学内容和教学方法进行了改革探索。2.课程教学目标为适应社会对机械工程专业人才的需求,提升学生整体素质,拓宽学生机械工程专业知识范畴,高校工科专业的研究生,应掌握计算机仿真的相关知识和技能。计算机仿真技术是贵州大学机械工程学院面向研究生开设的一门专业基础课程,课程的教学目的是:通过课程学习,使学生掌握计算机仿真技术的基本知识、基本理论和基本技能,为分析各类工程系统问题或非工程系统问题提供有力的工具和手段,以便学生能灵活应用所学的计算机仿真技术,07
6、8 Academic and Practise 学术与实践培养学生分析问题和解决问题的能力5。二、教学内容设置计算机仿真技术课程涉及多个交叉学科,相关课程包括数值计算方法、计算机编程、计算机图形学、高等数学、自动控制原理、现代控制理论、优化设计等。计算机仿真技术课程开设初期,只是面向机械电子工程专业学生的选修课,教学内容主要针对该专业方向进行设置。随着选修人数的不断增加,以及选修学生专业方向的扩大,基本涵盖了机械工程学院的所有专业方向。为适应各专业方向学生的需求,内容选排上以数值计算仿真为主,兼顾控制系统仿真、优化设计、数据处理、工程统计以及图形可视化等方面的内容,修订和完善教学大纲。在学生掌
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