学部の工学および技術コースにおけるシミュレーションベースの学習の統合

要約：学部の工学および技術カリキュラムは、分析的解決策の開発に焦点を当てており、学生は質量保存、運動量、エネルギー方程式などの基本原理を用いて問題を解決するために批判的思考を使用することが求められます。過去数十年の間に、マルチフィジックスエンジニアリングソフトウェアは、複雑なシステムの解決および分析のための重要なツールとなりました。特に、CFD（計算流体力学）やFEA（有限要素分析）などのソフトウェアは、複雑な問題に対する解決策を提供するだけでなく、流体の流れや応力特性に関する貴重な洞察も提供します。計算方法とシミュレーションに基づく問題解決は、エンジニアが複雑な問題の最適な解決策を開発するために広く使用されています。ほとんどの学部コースおよびカリキュラムは、計算問題解決コースを必要としません。その理由のいくつかには、複雑な微分方程式や高度なコースが必要となる解法方法の理解不足が含まれる可能性があります。ほとんどの学部学生は、概念を完全に理解できず、興味を失い、学習プロセスにメンタルブロックを引き起こすことがある。CFDおよびFEAのチュートリアルを関連するコーストピックの補足ツールとして追加し、学生がよく知っている古典的な分析問題の解決策を導き出すことで、学生の学ぶ意欲を高める助けになるかもしれません。この研究では、シミュレーションに基づく問題解決体験を提供するために、三つの異なるコースのモジュールとして三つの異なるCFDチュートリアルと一つのFEAチュートリアルが開発されました。学生はソフトウェアやチュートリアルの使い方についての実践的なトレーニングを受け、結果を達成しました。学生の理解度と体験に関するサーベイが実施され、ほとんどの学生がシミュレーションの経験がなく、学習が著しく改善したと報告しました。サーベイの結果は、いくつかの学生がチュートリアルに圧倒され、課題を感じていたことも示しています。今後の作業には、ビデオチュートリアルの開発や、出力結果に対する入力変数の感度分析を含むより多くの実践指導が含まれます。シミュレーション結果と分析結果の比較も、より良い学習体験を提供するかもしれません。