“现代设计方法”课程教学探索与实践.doc

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1、“现代设计方法”课程教学探索与实践　[摘要]“现代设计方法”是一门工程代写论文实用性较强的新兴边缘学科，目的在于使其成为学生未来从事工业产品设计的有力工具，提高产品的设计水平和质量，推动人类设计事业的进步。结合多年来，在“现代设计方法”课程教学中的探索与实践，从教学内容的确定、教材的选用、软件平台的使用方面进行了详细的阐述，并对实验教学、教学理念、考核方式几个方面的改进进行了介绍。　　[关键词]现代设计方法优化设计有限元教学Matlab　　　　“现代设计方法”是一门工程实用性较强的新兴边缘学科，根本目的在于使它成为学生未来从事工业产品设计的有力工具，以提高产品的设计水平和质量，推动人

2、类设计事业的进步。多年来，我们在“现代设计方法”教学中不断探索、实践。　　　　一、确定教学内容　　　　现代设计方法是一门种类繁多、知识面广的学科群，它由多种设计方法组成，包括计算机辅助设计、优化设计、可靠性设计、有限元法、模块化设计、动态设计、疲劳强度设计、并行设计、绿色设计、虚拟设计、反求工程、人机工程等。由于课时有限，在“现代设计方法”这门课中，主要介绍理论上比较成熟并已经获得广泛应用的现代设计计算方法，包括计算机辅助设计、优化设计、有限元法和可靠性设计，学生通过本课程的学习，能够运用这四种方法解决工程实际中的一些基本问题。对于其他现代设计理念和方法，作为前沿知识介绍给学生，扩大

3、学生的知识面。从教学内容上既突出现代设计方法的重点，又覆盖现代设计方法的全貌。　　　　二、选用教材　　　　要完成以上教学内容，目前没有一本教材可以完全胜任，必须以一本为主，再辅以其他教材作为参考。由于“现代设计方法”涉及高数、物理、线性代数、概率与数理统计、力学等多门学科内容，为了便于基础差的学生课前预习、课后自学，选用了西安理工大学应锦春教授主编的全国高等教育自学考试指定的《现代设计方法》教材作为主教材，这本教材中主要介绍了计算机辅助设计、优化设计、有限元法和可靠性设计这四种现代设计方法。由于是自学考试教材，学生学起来有一种通俗易懂的感觉，而且实例丰富，利于学以致用。对于其他现代设

4、计理念和方法，参考了卢小平、吴威主编的《现代制造技术》，黄雨、董遇泰主编的《现代机械设计理论与方法》等教材，并通过网络查找更多有关现代设计方法的相关内容。在实验教学上参考肖伟、刘忠主编的《Matlab程序设计与应用》、宋兆基主编的《Matlab6.5在科学计算中的应用》，(德)P.I.Kattan著，韩来彬译的《Matlab有限元分析及应用》，自编了实验指导书。　　　　三、选用优秀的软件平台——Matlab软件辅助教学　　4　　1．Matlab软件的特点　　Matlab(MatrixLaboratoy)是由美国Mathworks公司1994年推出的优秀科技应用软件，它具有强大的科技计

5、算、图形处理、可视化、开放式和可扩展环境，特别是所附带的几十种面向不同领域的工具箱支持，已经广泛应用于数值分析、信号与图像处理、控制系统设计、通信仿真、工程优化、数学建模和统计分析等领域，成为目前市场上强有力的工程问题分析计算和程序设计的桌面工程师系统，是工科大学生和研究生必须掌握的基本工具。　　2．Matlab软件在“现代设计方法”课程中的应用　　在“现代设计方法”课程中，使用Matlab解决复杂的数学计算，可以简化公式的推导和概念的叙述，使学生既掌握了一门计算机编程语言，又使学生进一步加深对所学内容的理解；同时，Matlab能方便的将计算结果用图形、图像等来表达，使得教学更加生动

6、、形象，提高学生的学习兴趣。　　在第一章“工程数据的计算机处理”一节中，利用Matlab软件的interp1，interp2，interp3和interpn很容易地实现各种维数的函数插值，同时利用Matlab的图形处理函数如plot，meshgrid，mesh等将插值效果直观地表达出来。而对于曲线拟合，利用Matlab函数，既可以容易地求出拟合曲线，又可以将拟合曲线与原函数在同一坐标系中显示出来，直观地表达拟合曲线与原函数的符合程度　　在第二章“优化设计”中，涉及到高等数学、线性代数、矩阵论等数学问题，对于工科学生而言，本门课程不需要他们对优化的算法进行深入的研究，只要求他们了解和掌

7、握基本概念，每一种算法的特点和应用场合，并将这些算法应用到解决实际问题中。当优化的目标函数和约束条件比较复杂时，计算的工作量很大。利用Matlab软件提供的最优化计算工具箱能很快很好地解决几乎所有的最优化设计问题。对于二维优化设计问题还可以用图形将数学模型和结果表示出来，生动、形象，加深学生对优化设计问题的理解。　　第三章“有限元法”，在求单元刚度矩阵、集成总体刚度矩阵，求解平衡方程中，由于涉及到矩阵运算，计算工作量非常大。所以在本章中使用Matlab作为