《机械产品创新设计与3D打印》课程教案3.2.1

由天下分享时间：2025/1/18 5:36:19 加入收藏我要投稿点赞

《机械产品创新设计与3D打印》课程教案授课对象：章节：认识拓扑设计授课人：子项目名称认识拓扑设计学时任务使学生了解轻量化设计。描述 [机械产品创新设计与3D打印（机工版）] 授课班级：时间：2018/8/8

课程单元教学教案

一、教案头

单元名称引入案例认识拓扑设计学时： 2学时某公司为了减低成本，需对汽车脚踏板进行优化设计，使其质量更轻，并保证结构稳定。能力目标知识目标 (1)了解拓扑设计的概念； (2)了解拓扑设计的应用领域； (3)了解点阵结构的概念。素质目标 (1)具有严谨求实精神； (2)具有自主学习的能力； (3)具备5S职业素养。 (1)能够根据需求选择拓扑设计；教学目标 (2)能够分析模型的边界条件；训练任务教学重点教学难点教学方法、手段进行3DXpert软件设置重点：了解拓扑设计的概念；难点：边界条件的分析。教法：演示、讲授、情景设置、对比；学法：讨论、练习、动手操作。采用项目化教学，任务驱动。任务开展过程采用“资讯→决策→计划→实施→检查→评估反馈”，教学组织按激学导思、讲授新知、教学巩固、教学提升、教学延伸5个环节进行。 PPT、电脑训练单（项目单卡）教学组织形式教学条件作业备注

二、教学内容

1. 概述

通过教学单元的学习，要求学生了解轻量化设计概念。 2. 预备知识

（1）结构优化认知； 3. 教学步骤

（1）课程引入（资讯）

① 某公司为了减低成本，需对汽车脚踏板进行优化设计，使其质量更轻，并保证结构稳定。

（2）讲授新知与训练（内容、反馈与训练） ① 教师讲授拓扑设计概念；

② 学生按照讲解内容分析生活中哪些零件可以进行拓扑优化。（3）教学巩固与训练（内容、反馈） ① 教师讲授拓扑设计的应用；

（4）教学提升与训练（内容、反馈与训练） ① 教师讲授拓扑设计的边界条件；

② 学生按照讲解内容进行拓扑设计的边界条件分析。（5）教学延伸与训练（内容、反馈） ① 教师讲授点阵结构；

②学生按照讲解内容对点阵结构进行分析。（6）课程总结，5S整理

① 课程总结，将本次课程内容进行回顾； ② 布置作业，进一步检验教学效果；

③ 对相关物品进行整理，小组成员相互评价。 4. 教学内容（1）典型案例引入………………………………………………………3分钟某公司为了减低成本，需对汽车脚踏板进行优化设计，使其质量更轻，并保证结构稳定。传统汽车脚踏板提出问题：如何进行轻量化设计。目的：激发学生的兴趣，培养学生思考、分析、综合归纳能力。（2）讲授新知与训练…………………………………………………………40分钟 ①讲授新知：（10分钟）课件演示，教师讲解：拓扑设计概念。

目的：通过讲授法，使学生了解拓扑设计概念。拓扑设计是指一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，以材料分布为优化对象，通过拓扑优化，可以在均匀分布材料的设计空间中找到最佳的分布方案 ②训练：（20分钟）针对训练单卡“训练一”，分析生活中哪些零件可以进行拓扑优化。 a. 思考生活中，哪些零件是有拓扑优化； b. 填写项目单卡。（3）教学巩固与训练…………………………………………………………30分钟 ①拓扑设计的应用：（5分钟）课件演示，教师讲解：拓扑设计的应用。目的：使学生了解拓扑设计的应用方向。拓扑设计主要是解决零件成本控制，重量控制，缩短设计周期。在航天航空，汽车制造，产品优化等都有应用。（4）教学提升与训练…………………………………………………………30分钟 ①拓扑设计的边界条件：（5分钟）课件演示，教师讲解：拓扑设计的边界条件。目的：使学生掌握拓扑设计的边界条件。零件在进行拓扑设计之前，需要对零件的边界条件进行分析： a.分析零件材料特性； b.分析零件静态受力情况； c.分析零件优化区域划分。 ②训练：（20分钟）针对训练单卡“训练三”，对模型进行边界条件分析。 a. 分析材料特性； b. 受力分析； c. 划分区域 d. 填写项目单卡。支架（5）教学延伸与训练…………………………………………………………15分钟 ①点阵结构认知：（5分钟）课件演示，教师讲解：点阵结构特点。目的：使学生了解点阵结构。点阵结构是指一种根据给定的负载情况、约束条件和性能指标，以材料分布为优化对象，将优化区域形成一组无限的点，任意两点之间形成一个向量，各点按此向量平移可使其还原。（6）课程总结，5S整理………………………………………………………2分钟

三、注意事项

在学生展示、评价过程中，应不断给予学生表扬和鼓励，还要及时归纳总结，强调重点，留下思考。进一步激发学生的学习热情。