能源與動力工程專業(yè)CAD 課程教學(xué)方法的改革與實踐

馬國彬

（同濟大學(xué) 上海 200092）

1 CAD 在能源與動力工程專業(yè)課程設(shè)計中的作用

CAD 即計算機輔助設(shè)計是一門非常實用的課程，是學(xué)生更好地繪制專業(yè)圖形和理解空間結(jié)構(gòu)與設(shè)備系統(tǒng)的工具。課程邏輯性強，是一種交互式的繪圖軟件，與常規(guī)的手工繪圖方式相比較，CAD設(shè)計精準(zhǔn)，繪制時間短，修改方便，大大提高了制圖的質(zhì)量和效率。因此，CAD 在機械、建筑、能源、電子和航天等諸多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

對于能源與動力工程專業(yè)的學(xué)生來說，需要學(xué)習(xí)熱交換器原理與設(shè)計、工業(yè)鍋爐和汽輪機與熱力發(fā)電廠等專業(yè)性較強的課程，每門課理論教學(xué)結(jié)束之后都有對應(yīng)的課程設(shè)計，要求學(xué)生繪制系統(tǒng)流程圖、設(shè)備與管路平面圖、系統(tǒng)剖面圖以及設(shè)備元件圖等一系列圖紙。如果學(xué)生不了解CAD 軟件和專業(yè)繪圖規(guī)范要求，就不能完整將設(shè)計思路正確表達出來，會耽誤設(shè)計進度，甚至有可能無法完成課程教學(xué)任務(wù)。因此專業(yè)CAD 對能源與動力專業(yè)學(xué)生十分重要，無論在課程學(xué)習(xí)和課程設(shè)計中，還是日后從事設(shè)計、施工、監(jiān)理以及管理等方面的工作，都是必須掌握的技能。

2 課程教學(xué)內(nèi)容與方法改革的背景

（1）因為本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)要求和課程安排與學(xué)時的限制，在專業(yè)CAD 學(xué)習(xí)之前，無法再安排一門先修的CAD 課程。這就造成學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課的時候，CAD 軟件運用程度參差不齊。有些學(xué)習(xí)過或者使用過該軟件的學(xué)生，繪圖時知道如何入手，應(yīng)用也比較熟練；而沒有接觸過這個軟件的學(xué)生，上手就比較慢，被動等著教師幫助解決，或者問其他同學(xué)，這樣大大降低了上機繪圖的效率，影響了教學(xué)進度。

（2）能源與動力工程專業(yè)CAD，要涵蓋幾門專業(yè)課程的規(guī)范制圖。專業(yè)課包括熱交換器原理與設(shè)計、工業(yè)鍋爐、汽輪機與熱力發(fā)電廠以及熱工儀表與測量系統(tǒng)等等。學(xué)生要了解這幾門專業(yè)課程工程設(shè)備運行原理和工藝流程，同時也要掌握各門專業(yè)課規(guī)范制圖的要求。如果學(xué)生不了解專業(yè)課理論知識，就無法繪制管路的正確走向和設(shè)備系統(tǒng)的正確安裝布置圖。因此，專業(yè)CAD是一門涵蓋眾多知識點的課程，學(xué)生需要在有限的課時內(nèi)，掌握各專業(yè)課典型設(shè)備規(guī)范設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)制圖方法，這對教師授課水平和學(xué)生動手實踐能力都是一種挑戰(zhàn)。

（3）課程要掌握的知識點較多，系統(tǒng)難易程度也不同。在授課時，如果沒有根據(jù)各專業(yè)課制圖識圖的難易程度，調(diào)整好由易到難，循序漸進的順序，學(xué)生面對覆蓋范圍非常廣的大量知識點，容易產(chǎn)生畏難情緒，不利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性和創(chuàng)造性。學(xué)生對專業(yè)CAD 制圖識圖有個理解的過程，才能促進學(xué)生參與進來，有效提高繪圖識圖的效率，規(guī)范合理地繪制圖紙。

（4）學(xué)生在計算機上繪制專業(yè)圖和在圖紙上繪圖有很大不同。學(xué)生面對著計算機屏幕應(yīng)用CAD 繪圖時，可以隨意對圖形進行縮放。這也造成無論學(xué)生繪圖時設(shè)置的線型和文字等是否合理，是否合乎規(guī)范制圖的要求，在計算機屏幕上，學(xué)生都很難察覺。比如虛線和字號，如果學(xué)生沒有合理設(shè)置線型比例和字高，當(dāng)CAD圖打印在圖紙上時，虛線可能細(xì)密的看上去像一條實線，標(biāo)注和注釋的文字也容易大小不一，很不規(guī)范。

3 課程教學(xué)內(nèi)容和方法的改進措施

3.1 總結(jié)CAD 常用命令并制作演示文件

除了上課時講授外，把常用CAD命令做成演示文件。CAD命令需要常常練習(xí)，如果學(xué)生單單靠上課時講授，課后不加以鞏固，一遍遍的加深印象，就無法達到熟練運用的程度。在之后專業(yè)課程設(shè)計繪圖時，使學(xué)生很難跟上進度。另外有些命令暫時沒有用到，學(xué)生通過課堂教學(xué)和課后演示文件，在腦海中就會對這些知識留有印象，在日后學(xué)習(xí)和實踐中涉及這部分內(nèi)容，學(xué)生也能夠立刻在演示的文件包里找到使用方法。

由于沒有專業(yè)CAD 的先修課程CAD 軟件的學(xué)習(xí)，學(xué)生不但面臨不熟悉繪圖命令的問題，有時候還會遇到由于不同計算機CAD 軟件設(shè)置的不同而產(chǎn)生的一些問題。類似的情形，沒有必要花費大量時間一一給學(xué)生演示講解。而是把可能遇到的問題告訴學(xué)生，學(xué)生對如何解決有個大致的了解。一旦遇到問題，可以有的放矢的查找教師整理的文件。而不必花費大量時間咨詢同學(xué)或者被動的等待教師幫助解決。

3.2 選取專業(yè)典型設(shè)備系統(tǒng)圖形

專業(yè)CAD 包括幾門專業(yè)課的內(nèi)容。各門專業(yè)課都有一套復(fù)雜的設(shè)備系統(tǒng)和與建筑物結(jié)構(gòu)結(jié)合的繪圖規(guī)范。專業(yè)CAD繪圖，如果沒有掌握系統(tǒng)工藝運行原理，就無法正確的繪制符合各專業(yè)課程要求的圖紙。

授課時首先選取各專業(yè)課典型的系統(tǒng)設(shè)備圖形。通過對專業(yè)CAD涉及的各專業(yè)課的研究，選取熱交換器系統(tǒng)，工業(yè)鍋爐和汽輪機及熱力發(fā)電廠等專業(yè)課程的典型系統(tǒng)設(shè)備工藝流程和運行原理進行講授。如果學(xué)生在這方面已經(jīng)有一定的知識積累，這個講授過程可以加深學(xué)生對理論知識的理解，如果學(xué)生這方面基礎(chǔ)不扎實，也可以通過課程教學(xué)，使學(xué)生大致了解工藝流程，不會在繪制圖紙的時候不清楚管路走向和設(shè)備運行原理等需要掌握的基本知識。

其次，學(xué)生在了解各專業(yè)課程工藝系統(tǒng)圖時，對于一些大型設(shè)備的圖紙不知從何著手。對這種情況，在授課中采取兩種方法解決。第一是將專業(yè)課程系統(tǒng)設(shè)備圖按照由易到難的次序進行講解。比如學(xué)生熟悉了基本的管路走向，復(fù)雜的管路系統(tǒng)也就能逐步理清。看懂設(shè)備的基本圖例，也就有興趣去了解復(fù)雜的系統(tǒng)。第二是將大型系統(tǒng)按照區(qū)域劃分成幾個小系統(tǒng)，比如在復(fù)雜的鍋爐系統(tǒng)繪制過程中，指導(dǎo)學(xué)生把整個系統(tǒng)分成幾部分，分別是燃燒室、水汽系統(tǒng)和煙風(fēng)系統(tǒng)等等。學(xué)生懂得了每一部分運行原理，也就容易對整合起來的大型系統(tǒng)做到心里有數(shù)。

3.3 課堂教學(xué)與上機實踐有機結(jié)合

專業(yè)CAD 是一門操作性和實踐性很強的課程。課堂教學(xué)代替不了學(xué)生上機實踐的過程。學(xué)生只有保證一定量的上機時數(shù)，才能掌握和熟悉各項繪圖命令。專業(yè)圖紙繪制，一方面要求繪圖時效率高，另一方面要求專業(yè)設(shè)計正確且規(guī)范。學(xué)生只有通過大量上機實踐才能達到這樣的目標(biāo)。

還有些問題是通過上機實踐才能及時發(fā)現(xiàn)并著手解決。例如，學(xué)生在計算機屏幕上繪制圖形，因為圖形可以任意縮放，學(xué)生對設(shè)計圖打印在圖紙上的效果不能完全把控。很容易產(chǎn)生線型比例和文字大小不合規(guī)范的情況。實際上繪圖前，為保證圖紙規(guī)范合理，應(yīng)該對圖紙整體布局合理安排和設(shè)定，也就是確定打印比例。當(dāng)打印比例設(shè)定了，圖紙繪制中線型比例和文字比例也就定了。因此在專業(yè)CAD 授課過程中，會指導(dǎo)學(xué)生繪制某一門專業(yè)課程的典型系統(tǒng)設(shè)備圖，整套系統(tǒng)不一定非常復(fù)雜，但需要綜合運用CAD各項命令，在學(xué)生繪制好后進行打印。當(dāng)學(xué)生看到打印后的圖紙，就會明白打印圖和計算機屏幕顯示圖的異同。這樣學(xué)生在之后進行專業(yè)圖形的繪制時，就會知道哪些是應(yīng)該注意的事項。通過這種反饋方法，學(xué)生以后不會在做一個十分復(fù)雜設(shè)計時，直到繪制到最后，才驚覺犯了基本常識的錯誤，再花大量時間進行修改。

3.4 用專業(yè)CAD 這根主線梳理講解核心專業(yè)課典型系統(tǒng)設(shè)備圖異同點

在專業(yè)CAD教學(xué)中，涉及幾門核心專業(yè)課程的繪圖識圖。不同專業(yè)課程處在不同領(lǐng)域，學(xué)生在專業(yè)CAD 這一門課中要領(lǐng)悟不同學(xué)科設(shè)備系統(tǒng)知識，往往會混淆或者不理解系統(tǒng)運行原理與制圖規(guī)范。從制圖上講，各門課相關(guān)管路系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)范絕大多數(shù)是一致的，但仍存在些許差異。在教學(xué)中，針對上述情況，在學(xué)期的不同階段，比如學(xué)期開始、期中和課程結(jié)束前，會把各門專業(yè)課設(shè)備原理和制圖規(guī)范方面的異同點，設(shè)備作用、使用介質(zhì)等因素匯成一條主線，貫穿起來給學(xué)生統(tǒng)一講解，讓學(xué)生對不同的熱力系統(tǒng)的功能和設(shè)備運行有總體把握。并將串聯(lián)起來的系統(tǒng)設(shè)計核心內(nèi)容有機結(jié)合，做成演示文件，方便學(xué)生根據(jù)不同學(xué)科方向規(guī)范繪圖。同時也啟發(fā)學(xué)生積極思考，提出自己的見解，有效提升課堂教學(xué)和上機實踐的效果。

4 結(jié)語

能源與動力工程專業(yè)CAD課程是一門包含幾門專業(yè)課典型系統(tǒng)設(shè)備設(shè)計和圖紙繪制的課程。受到學(xué)科培養(yǎng)目標(biāo)側(cè)重點和課時所限，在沒有先修CAD軟件的前提下，經(jīng)過多年的教學(xué)實踐，提出能源與動力工程專業(yè)CAD 課程課堂教學(xué)與上機實踐改革的方法和采取的措施，取得了較好的教學(xué)效果，得到了學(xué)生的積極反饋。