關(guān)于《CAD電氣設(shè)計(jì)》課程教學(xué)的探索

摘 要：針對《CAD電氣設(shè)計(jì)》課程，探索適用于提高CAD課堂繪圖技能的教學(xué)方法，以及在計(jì)算機(jī)繪圖過程中能夠同時(shí)利于電氣專業(yè)知識技能提升的教學(xué)內(nèi)容。根據(jù)基于工作過程的高職教學(xué)理念，詮釋了滿足具備繪圖實(shí)踐性、課堂可操控性、與行業(yè)應(yīng)用性的授課教材的編寫方式，探討了在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)中對課堂管理軟件的使用技巧，以及課程考核方案的制定策略。

關(guān)鍵詞：CAD教學(xué)；CAD電氣設(shè)計(jì)；電氣繪圖教學(xué)

基金項(xiàng)目：本文系山西省軟科學(xué)研究資助項(xiàng)目“新一代網(wǎng)絡(luò)安全防范對策的研究與實(shí)踐”（編號：（2012041010-03）成果之一。

作者簡介：劉荷花（1976-），女，山西省朔州人，太原大學(xué)副教授，在職博士生，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)庫技術(shù)及應(yīng)用、CAD應(yīng)用。

中圖分類號：G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-7518（2012）35-0048-02

電氣CAD技術(shù)是集計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與電氣設(shè)計(jì)等為一體，在機(jī)械CAD技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐步發(fā)展起來的技術(shù)，在電氣設(shè)計(jì)的應(yīng)用方面取得了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。在電氣設(shè)計(jì)中，長期以來設(shè)計(jì)人員是用手工方式進(jìn)行電氣原理圖，元件布置圖及連線表的繪制計(jì)算校核也是處于分散低效率的工作狀態(tài)。由于牽涉眾多的器件類型和廠家，規(guī)格型號不完整，設(shè)計(jì)人員要花大量的時(shí)間和精力去進(jìn)行器件和材料的查找和統(tǒng)計(jì)，因而使產(chǎn)品開發(fā)難以擺脫少、慢、差的狀態(tài)。計(jì)算機(jī)軟硬件平臺的飛速進(jìn)步，使人人有可能針對低壓電器和高壓電力領(lǐng)域開展工程設(shè)計(jì)CAD應(yīng)用工作[1]。

一、《電氣CAD設(shè)計(jì)》課程的教學(xué)目標(biāo)定位

在設(shè)計(jì)任何課堂教學(xué)活動(dòng)之前， 應(yīng)對該課程的教學(xué)目標(biāo)定位把握準(zhǔn)確。首先，《電氣CAD設(shè)計(jì)》課程依托的基礎(chǔ)教學(xué)軟件是Auto desk公司開發(fā)的Auto CAD軟件，該公司是較早開發(fā)CAD技術(shù)的公司，并且該軟件目前已經(jīng)作為了工業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。盡管Auto CAD軟件的版本逐年升級速度較快，但是只要訓(xùn)練學(xué)生扎實(shí)掌握一種CAD繪圖軟件的主要操作技能，他們將會(huì)在未來通過自主學(xué)習(xí)很快掌握其他版本及類似繪圖軟件的操作。

（一）熟練操作Auto CAD 軟件的定位

由于Auto CAD 具有強(qiáng)大的二維平面和三維立體圖形的繪圖功能，并能進(jìn)行圖形尺寸的標(biāo)注、立體圖形的渲染，還能打印輸出各類工程圖紙，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、建筑、電子、能源、航天、制造、石油華工、冶金、地質(zhì)、裝飾、輕工、商業(yè)、服裝等各種領(lǐng)域。傳統(tǒng)的電氣CAD設(shè)計(jì)教材中往往限于繪制二維平面電氣圖，而使學(xué)生失去體驗(yàn)強(qiáng)大的Auto CAD三維立體繪圖魅力的機(jī)會(huì)。《電氣CAD設(shè)計(jì)》課程是電氣化專業(yè)學(xué)生在大學(xué)期間唯一一門涉及學(xué)習(xí)Auto CAD軟件的課程，在課程中對Auto CAD軟件功能的全面學(xué)習(xí)和了解其他領(lǐng)域的應(yīng)用，從長遠(yuǎn)來看將有助于擴(kuò)大學(xué)生視野、提升綜合素養(yǎng)及學(xué)習(xí)能力，應(yīng)體現(xiàn)出高等教育重在培養(yǎng)人才而短期培訓(xùn)學(xué)員的本質(zhì)。因此，我校將Auto CAD軟件二維和三維基本繪圖命令的掌握，歸為該課程的教學(xué)目標(biāo)之一。

（二）電氣設(shè)計(jì)中應(yīng)用繪圖軟件的定位

電氣設(shè)計(jì)一般可分為原理設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)兩個(gè)階段。其中，原理設(shè)計(jì)是最能體現(xiàn)設(shè)計(jì)者智慧的地方，設(shè)計(jì)者往往要根據(jù)控制設(shè)備提出的動(dòng)作要求，結(jié)合典型回路與自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，不斷構(gòu)思，多次修改，最終繪制原理圖。原理設(shè)計(jì)一旦結(jié)束，整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)已基本完成，轉(zhuǎn)入施工設(shè)計(jì)階段。工廠根據(jù)原理圖，設(shè)計(jì)位置圖，然后繪制接線圖，繪制接線圖其實(shí)是對原理設(shè)計(jì)思想的“重復(fù)”而進(jìn)行的接線圖設(shè)計(jì)，是設(shè)計(jì)者要逐個(gè)畫出每個(gè)元件接線端子上的線號，考慮走線，大量重復(fù)的工作，不僅延長了設(shè)計(jì)周期，而且經(jīng)常造成人為的錯(cuò)誤。因此，采用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)計(jì)，不僅是提供一個(gè)CAD環(huán)境，更主要的是實(shí)現(xiàn)由原理設(shè)計(jì)到施工設(shè)計(jì)的自動(dòng)化[2-4]。

本文關(guān)注的電氣自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)學(xué)生，絕大多數(shù)對CAD軟件的使用在于電氣設(shè)計(jì)，因此，在課程中應(yīng)重點(diǎn)結(jié)合電氣專業(yè)知識，需要幫助學(xué)生回顧電氣設(shè)備用圖形符號國家標(biāo)準(zhǔn)，在具備一定的電氣識圖能力的基礎(chǔ)上，掌握常用電器設(shè)備圖形符號的繪制。指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)及繪制電氣圖紙的能力，要求學(xué)生掌握整體布局，應(yīng)用適當(dāng)比例及制作相應(yīng)模版，根據(jù)要求能夠準(zhǔn)確、清晰及美觀地完成圖紙的繪制，以及學(xué)會(huì)在完成繪圖后打印電氣圖集的技巧等。

在教學(xué)中的不利因素需盡量避免，如：有些電氣CAD教材內(nèi)容以介紹CAD各種操作命令為主，習(xí)題和案例是以機(jī)械零件的繪制為例，卻與電氣行業(yè)繪圖實(shí)踐的相關(guān)性較小，使學(xué)生感到事倍功半，無益于增強(qiáng)學(xué)生的就業(yè)競爭力；有些學(xué)校的CAD任課教師主要由計(jì)算機(jī)專業(yè)的教師來擔(dān)任，教師對軟件很熟悉，但缺乏關(guān)于專業(yè)課程的系統(tǒng)理解和工程經(jīng)驗(yàn)，對CAD軟件在電氣專業(yè)后續(xù)課程中的作用及在工程實(shí)踐中的具體應(yīng)用不夠清楚。因此，教師在講授時(shí)注重軟件的基本命令和操作，對后續(xù)課程和工程實(shí)踐應(yīng)用講解得很少。

二、提高繪圖課堂效率的教學(xué)方式

由于CAD類課程具有重在培養(yǎng)學(xué)生的上機(jī)實(shí)操技能的特點(diǎn)，筆者選擇全程在計(jì)算機(jī)機(jī)房上課，提高講與練的課堂交替頻率。如每講完5-10分鐘即配合相同訓(xùn)練時(shí)間，練時(shí)針對個(gè)體學(xué)生的個(gè)性化疑難面對面?zhèn)魇诮鉀Q技巧。

緊湊的講練快速更迭的教學(xué)方式，優(yōu)于傳統(tǒng)一堂教室聽課再加另外一堂上機(jī)作業(yè)練習(xí)的模式，因?yàn)槎鄶?shù)學(xué)生在兩次課程堂間隙的遺忘率達(dá)50%之多，致使課堂效率過低。在技能性課程授課過程中，講與練的分度把握與授課效果之間有著相應(yīng)關(guān)聯(lián)，授課教師應(yīng)尋找到適合特定學(xué)生群體的時(shí)間分配比例以達(dá)到最佳授課效果。

筆者通過教學(xué)實(shí)踐對比發(fā)現(xiàn)，講練快速更迭的教學(xué)方式較之講練同步的教學(xué)方式更有效。講練同步的教學(xué)方式，即授課教師每做一筆示范繪圖，學(xué)生便同步操作計(jì)算機(jī)進(jìn)行同步模仿，而使用該教學(xué)方式卻會(huì)帶來弊病。由于學(xué)生接受新授繪圖技能的速度差異，教師的示例進(jìn)展速度只能以中等偏下的學(xué)生繪圖速度為準(zhǔn)，即保證大多數(shù)完成小步繪圖任務(wù)之后再繼續(xù)向下進(jìn)行，否則將有越來越多的學(xué)生被甩出繪圖課堂而無法跟近，產(chǎn)生沮喪情緒進(jìn)而對繪圖失去興趣。然而，以中等偏下的學(xué)生的繪圖速度為準(zhǔn)顯然又會(huì)拉低課堂效率，無形中排擠掉一部分繪圖教學(xué)內(nèi)容，這對于接受能力強(qiáng)、反應(yīng)快的學(xué)生失去課堂的挑戰(zhàn)性和課堂滿足感。

因此，本文提出依照合適分度、講練快速更迭的教學(xué)方式是最為高效的CAD課堂教學(xué)方式，教授的時(shí)間分配取決于繪圖命令的復(fù)雜度和學(xué)生的記憶力特征。為確保學(xué)生在重要的教授時(shí)間段內(nèi)高度專心，采用預(yù)告要求提交繪圖實(shí)例的方式，即預(yù)先告知學(xué)生該項(xiàng)目教學(xué)實(shí)例將在練后立即提交。當(dāng)學(xué)生心中有明確的項(xiàng)目任務(wù)要完成并且有按時(shí)提交的挑戰(zhàn)時(shí)，便會(huì)對如何完成任務(wù)用心思考、專心聽講。此時(shí)，教師利用學(xué)生容易在短時(shí)間內(nèi)注意力集中的特點(diǎn)，能夠給出較大容量的繪圖講授內(nèi)容。在學(xué)生一人一機(jī)練習(xí)的時(shí)間段內(nèi)，鼓勵(lì)其相互討論、互相提示或求助教師，并要求學(xué)生力爭在規(guī)定時(shí)間內(nèi)在獨(dú)立的計(jì)算機(jī)上提交所完成的繪圖任務(wù)。

三、具有行業(yè)實(shí)踐性的項(xiàng)目化教材的編寫

從電氣工程設(shè)計(jì)入手設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容，按照機(jī)械電氣工程圖、電力電氣工程圖、電路圖、控制電氣圖、建筑電氣平面圖、建筑電器系統(tǒng)圖分類，每類規(guī)劃出兩到三個(gè)有代表性大圖的教學(xué)案例，包含豐富的繪圖命令和編輯命令，并對這些教學(xué)案例中涉及的繪圖知識進(jìn)行拆分研究，再按CAD繪圖知識和技巧對教學(xué)案例做篩選并排序，最終按革新的教學(xué)方法制定出電氣CAD的課程標(biāo)準(zhǔn)。學(xué)生通過從繪制圖框模板、設(shè)置縮放比例、設(shè)置圖形界限、設(shè)置圖層等繪圖準(zhǔn)備到繪制主要部件及標(biāo)注這一完整的繪圖訓(xùn)練，不但能夠以高效率熟練掌握CAD的基本繪圖技巧，而且對電氣識圖讀圖、電氣設(shè)計(jì)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)用有了更加深刻的理解。

由于電氣工程專業(yè)學(xué)生的就業(yè)方向主要有機(jī)械行業(yè)、電力系統(tǒng)、建筑行業(yè)、流程工業(yè)等行業(yè)中的電工、設(shè)計(jì)員、制圖員、操作員、維護(hù)員等崗位，在實(shí)際工作中更多情況下會(huì)接觸使用電氣CAD軟件系統(tǒng)完成相關(guān)電氣制圖。電氣CAD軟件是在通用的CAD繪圖軟件基礎(chǔ)上，開發(fā)出的，大大提高了電氣設(shè)計(jì)的效率、降低了企業(yè)設(shè)計(jì)的成本。電氣CAD軟件按照內(nèi)容主要包括強(qiáng)電、弱電電氣CAD系統(tǒng)；按照專業(yè)主要分為建筑電氣CAD、工廠電氣CAD、電力電氣CAD、控制電氣CAD、電子電路CAD等軟件系統(tǒng)，這些專業(yè)的電氣CAD系統(tǒng)分別在各自的領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用[5]。因此，學(xué)生在掌握使用Auto CAD通用軟件繪制基本電氣圖后，對專業(yè)開發(fā)的電氣CAD軟件如Auto CAD Electrical應(yīng)有所了解并學(xué)會(huì)使用。

教學(xué)中，設(shè)計(jì)利用Auto CAD Electrical繪制開關(guān)柜項(xiàng)目任務(wù)的教學(xué)內(nèi)容。ACE 的項(xiàng)目管理理念是管理圖紙集合，在使用 ACE 進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)一般需要每一種相同的柜型做成一個(gè)項(xiàng)目，在使用 ACE 前需要對開關(guān)柜的產(chǎn)品進(jìn)行分類。如進(jìn)線柜 01，進(jìn)線柜 02，饋線柜 01、饋線柜 02， 計(jì)量柜01，作為 ACE 中的項(xiàng)目內(nèi)容。開關(guān)柜行業(yè)的電氣項(xiàng)目設(shè)計(jì)中需要的圖紙往往為：單線系統(tǒng)圖、二次原理圖、布局圖、接線圖、端子排圖、材料清單，同時(shí)還可能需要生產(chǎn)上需的接線報(bào)表。可利用 ACE 本身已有的功能對每一類型的圖紙進(jìn)行操作與設(shè)計(jì)。該項(xiàng)目屬于源自實(shí)際行業(yè)生產(chǎn)中所運(yùn)用的繪圖項(xiàng)目，對提高學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)大有幫助。

使用Auto CAD進(jìn)行繪圖時(shí)，同一個(gè)圖形可用多種方法實(shí)現(xiàn)。對于圖1所示教材框架中所設(shè)計(jì)的項(xiàng)目任務(wù)，通過課堂講授利用不同繪圖命令及編輯命令實(shí)現(xiàn)的多種方法，引導(dǎo)學(xué)生比較這些方法、思考使用何種方法繪圖速度最快。而且在教授多種方法去實(shí)現(xiàn)同一項(xiàng)目繪制的過程中，便于同時(shí)融入更多Auto CAD的基本功能的詳細(xì)介紹。例如，在項(xiàng)目1中，重點(diǎn)學(xué)習(xí)繪圖界面及繪圖環(huán)境設(shè)置；直線、矩形的繪制；柵格、捕捉功能；文字的創(chuàng)建與編輯；電氣圖幅規(guī)則。在項(xiàng)目2中，重點(diǎn)學(xué)習(xí)坐標(biāo)的使用；圓、圓弧的繪制；對象捕捉功能；塊的創(chuàng)建與編輯；對象的縮放、修剪、夾點(diǎn)編輯等內(nèi)容。

四、電子課堂管理及課程考核

與傳統(tǒng)的教室課堂相比，計(jì)算機(jī)機(jī)房的課堂管理難度加大，互聯(lián)網(wǎng)信息和電子游戲等成為誘使部分學(xué)生分散注意力的主要因素。使用局域網(wǎng)控制下的電子課堂管理，對約束學(xué)生的不良課堂行為、提高課堂運(yùn)行效率起到關(guān)鍵性幫助作用。筆者選擇課堂管理類軟件-傳奇課堂，運(yùn)用在分度講練快速更迭的授課中：在講授時(shí)段，鎖定學(xué)生電腦屏幕與多媒體大屏幕同為播放PPT授課內(nèi)容；在練習(xí)時(shí)段，切換成學(xué)生機(jī)自由使用狀態(tài)、教師機(jī)對應(yīng)的多媒體大屏幕以小圖標(biāo)實(shí)時(shí)顯示全部學(xué)生機(jī)的繪圖動(dòng)態(tài)，此時(shí)學(xué)生也可以打開教師機(jī)中共享文件夾內(nèi)的PPT文件回放。

課程考核的成績按過程性考核成績占60%，終結(jié)性成績占40%組成。過程性考核成績依據(jù)學(xué)生每次提交的課堂項(xiàng)目教學(xué)的繪圖任務(wù)進(jìn)行評分。利用電子課堂管理軟件，能夠十分快捷地在課堂內(nèi)的練時(shí)段結(jié)束后定時(shí)收集學(xué)生作業(yè)，通過局域網(wǎng)上傳到教師機(jī)上。不僅如此，在活躍課堂形式方面同樣可以靈活運(yùn)用該軟件，如對提出某項(xiàng)繪圖任務(wù)后請某位課堂積極的學(xué)生繪制部分內(nèi)容，教師機(jī)的大屏幕顯示內(nèi)容切換為該同學(xué)的電腦屏幕顯示內(nèi)容，教師與全班同學(xué)觀摩動(dòng)態(tài)的繪制過程，并點(diǎn)評實(shí)現(xiàn)該繪圖效果的方法。

五、結(jié)語

依據(jù)《CAD電氣設(shè)計(jì)》特點(diǎn)，我們制訂了合理可行的教學(xué)目標(biāo)和課程標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)成一套重在培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)素養(yǎng)的教學(xué)方案，把繪圖基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識全面載入課程項(xiàng)目實(shí)例。采用多媒體機(jī)房全程授課，電子課堂管理及課程考核，合理分度講練更迭。通過課堂實(shí)踐獲得了良好的教學(xué)效果。

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責(zé)任編輯 顏小兵