随着计算机技术和力学等相关基础学科的发展，近年来数字化设计已经成为企业设计中的主流，同时数字化设计思想也为传统的机械基础课理论教学改革创造了条件。将数字化设计引入机械基础课教学中，是理论教学向应用型方向发展的重要尝试之一。

机械专业相关课程教学中的问题点分析

机械专业基础课包括机械制图、机械设计基础、机械原理、工程力学及其相应的课程设计等，课程中所涉及的概念抽象、原理复杂、知识的专业性很强，是学生难学、教师难教的课程。存在的问题主要有以下几点：
1.学生的空间想象力不足。教材中大多用平面图形的方式表达零件，缺少对应的三维视图，增加了学生对零件图的理解难度，影响了对后续专业课程的学习和掌握。2.与教材配套的实物模型缺乏使用灵活性。由于实物模型本身的缺陷，例如机械制图课程设计中的教学模型油泵，本身很重，数量也有限，只能在课程设计开始时在实验室里展示，不能让学生根据学习的需要随时查看，影响了学生对实物的理解，从而使课程设计的效果不够理想。3.机械专业相关课程概念理解困难。现有的教材以理论推理为主的方式来阐述机械原理等相关知识，内容晦涩难懂，很难激发学生的学习兴趣，导致学生对原理理解不充分，难以真正掌握相关知识。

CAE仿真技术在机械基础课程中的应用

CAE仿真技术在机械专业教学中的应用主要有以下几个方面：1.通过虚拟样机实现对实际工作状态的仿真，使静止的概念说明变成动态的虚拟样机演示，加深学生的印象，激发学生的学习兴趣。以《材料力学》中最经典的低碳钢拉伸试验为例，该试验的目的是说明低碳钢在载荷作用下材料变形与拉力之间的关系，从而让学生掌握材料力学中几个最基本的概念：弹性极限、屈服极限、强度极限、延伸率、收缩率等。

低碳钢拉伸试验试件及图例

低碳钢轴向拉伸时的受力性质

引入CAE仿真技术的教学结果就大不相同。在试验课之前，安排学生进行CAE仿真试验，每个同学都在CAE环境下导入试验模型，并设定材料特性，根据实验的装夹部位对仿真模型施加约束，并施加拉力，进行有限元仿真分析。仿真中拉力分别设定为不同值，将所得的变形结果与施加的拉力写入表格，再根据表格数据得到拉力与变形的拟合曲线。完成仿真后的学生才被允许到试验室进行实机测试。

现在的绝大多数工科生都有个人电脑，对计算机软件操作的兴趣远远大于在实验室的实际操作，而且在进行计算机仿真后，大部分同学对仿真的可靠性都有所质疑，再进行试验时势必会激发学生的学习积极性，起到事半功倍的作用。

2.通过虚拟模型辅助教学，解决教学设施、实物模型不足的问题，减少实验成本，节省教学资金的投入。例如《材料力学》中的拉伸试验，在CAE仿真后进行试验时，可以大大减少以往传统试验中的试验数量，学生要做的只是观察试验结果与仿真结果是否一致。在引导学生进行虚拟样机仿真的过程中，教师既调动了学生的积极性，又培养了学生使用数字化设计技术解决实际问题的自主创新能力。数字化设计方法在教学中的应用，必将使教学内容得到充实，使教师的教学难度降低，从而使学生对抽象问题的理解能力得到提高，学生的学习目的性和积极性得到改善。

CAE仿真技术在高校教学中的可行性

CAE仿真技术在高校教学中的应用，是大学生进行创新设计的重要途径，是高校教育为企业培养创新应用型人才，实现企业用人需求与高校人才培养目标一致性的必须举措。随着三维设计软件的普及，越来越多的企业采用CAE仿真技术，一些模具制造企业甚至不需要转化为二维视图，就直接生成了加工指令，实现无图纸加工。很多模具企业已经把是否掌握CAE技术作为招聘的一项基本要求，因此学生对CAE设计方法的掌握有着迫切的需求。在计算机技术和数值仿真技术高速发展的时代，数字化设计必然在高校教学中发挥前所未有的作用。将数字化设计方法引入高校教学，能够从根本上体现技术更新对课程的影响，只有使学生掌握三维数字化设计和CAE仿真技术，才能达到全面提升教学水平和创新人才培养的目的；只有将数字化设计方法应用到教学中，高等教育的培养目标才能与企业的人才需求相一致，才能确保向社会输送优秀的工程技术人员。

来源：云道智园