基于創(chuàng)新能力培養(yǎng)的“電氣CAD”課程教學(xué)改革與探索

朱萬(wàn)浩，章盼梅

(1.廣州城市理工學(xué)院 電氣工程學(xué)院，廣東 廣州 510800；2.廣州城市理工學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，廣東 廣州 510800)

“電氣CAD”是廣州城市理工學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)的一門(mén)專(zhuān)業(yè)選修課，具有實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，主要培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算機(jī)繪圖能力。學(xué)好“電氣CAD”這門(mén)課，能幫助學(xué)生快速地繪制電氣控制原理圖、電氣接線圖、裝配圖等，提高設(shè)計(jì)圖紙工作效率，也為后期學(xué)習(xí)三維設(shè)計(jì)軟件打下基礎(chǔ)。近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)4.0/5.0、智能制造等工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的興起，行業(yè)對(duì)學(xué)生的軟件設(shè)計(jì)及繪圖能力提出了更高的要求。因此，大部分院校的理工科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)了CAD繪圖課程，并進(jìn)行了一系列教學(xué)方式的改革與探索，以尋求更好的課程教學(xué)方法和人才培養(yǎng)模式。

當(dāng)前有學(xué)者對(duì)“電氣CAD”課程改革進(jìn)行了研究，提出了各種各樣的改革措施。例如：吳迪針對(duì)CAD軟件更新速度快、教材與實(shí)際教學(xué)差距大、教學(xué)與實(shí)際工程案例脫離等問(wèn)題，提出優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、引入工程案例等改革措施[1]；劉慧君通過(guò)增強(qiáng)師生互動(dòng)、加強(qiáng)基本的專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練、采用項(xiàng)目化教學(xué)、“1+X”證書(shū)制度等課程考核方式，以提高高職學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生專(zhuān)業(yè)水平[2]；梁海芳等為解決學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱、專(zhuān)業(yè)知識(shí)缺乏等問(wèn)題，提出培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、理論與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合、采用案例教學(xué)等方法對(duì)課程進(jìn)行改革[3]；杭阿芳等針對(duì)當(dāng)前課程與思政相脫節(jié)、專(zhuān)業(yè)課教師的思政水平不夠高等情況，提出加強(qiáng)專(zhuān)業(yè)課教師的政治理論水平、調(diào)整教學(xué)大綱、教學(xué)知識(shí)點(diǎn)與思政相融合等方式[4]。在培養(yǎng)學(xué)生CAD繪圖的同時(shí)，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情懷和艱苦奮斗的精神，最終打造專(zhuān)業(yè)知識(shí)過(guò)硬、思想覺(jué)悟高的合格專(zhuān)業(yè)性人才。

雖然以上學(xué)者提出了各種課程改革措施，一定程度上解決了“電氣CAD”課程在教學(xué)中存在的學(xué)生興趣低、課程與實(shí)際工程脫節(jié)等問(wèn)題，但不同高校、不同專(zhuān)業(yè)的學(xué)生綜合能力、教師教學(xué)水平、人才培養(yǎng)目標(biāo)等均存在一定的差別，改革不能照搬照套。因此，本文以廣州城市理工學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)為例，根據(jù)本專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)際情況、學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)、應(yīng)用型本科專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)目標(biāo)等，探索“電氣CAD”課程的改革方法。

1 課程概況

CAD是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的縮寫(xiě)，它是一種安裝在計(jì)算機(jī)上的軟件，能對(duì)機(jī)械圖紙、結(jié)構(gòu)圖紙、電氣圖紙等進(jìn)行繪制。與傳統(tǒng)的手工繪圖相比，采用CAD繪圖大大提高了繪圖速度，促進(jìn)了工業(yè)的快速發(fā)展?！半姎釩AD”是結(jié)合電氣及相關(guān)行業(yè)的特點(diǎn)，面向電氣相關(guān)專(zhuān)業(yè)講授的一門(mén)選修課程。由于該課程實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用廣泛，目前在大部分的工科院校以及工科專(zhuān)業(yè)開(kāi)設(shè)。該課程的課程目標(biāo)包括知識(shí)目標(biāo)、技能目標(biāo)、素質(zhì)目標(biāo)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)。除了培養(yǎng)學(xué)生的基本繪圖技能外，還強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、創(chuàng)新能力等，如圖1所示。

圖1 “電氣CAD”課程目標(biāo)

2 課程存在問(wèn)題

廣州城市理工學(xué)院“電氣CAD”課程自電氣專(zhuān)業(yè)成立以來(lái)即開(kāi)設(shè)，至今已有十多年。課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)通過(guò)學(xué)生調(diào)查問(wèn)卷、與兄弟院校和相關(guān)專(zhuān)業(yè)交流、用人單位回訪等方式，對(duì)該課程進(jìn)行深入的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)該課程的教學(xué)方法、教學(xué)模式等存在一些問(wèn)題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

(1)原教學(xué)模式安排不合理，體現(xiàn)在學(xué)生上機(jī)實(shí)踐操作時(shí)間偏少。“電氣CAD”課程總共32學(xué)時(shí)，理論課安排在教室上，講授16學(xué)時(shí)；上機(jī)操作安排在機(jī)房，共16學(xué)時(shí)。在教學(xué)安排中，通常排2節(jié)理論課，幾天后排2節(jié)上機(jī)操作課。理論課講授的過(guò)程中，由于只有教師單純地講授和演示，學(xué)生沒(méi)有跟著實(shí)際操作，容易出現(xiàn)打瞌睡、玩手機(jī)等情況。另外，理論課講授完幾天后再進(jìn)行上機(jī)操作，學(xué)生容易忘記理論課內(nèi)容，教學(xué)效果不理想。

(2)原考核方式過(guò)于單一。原課程平時(shí)成績(jī)依據(jù)上課考勤打分，期末成績(jī)采用上機(jī)考核，例如在2小時(shí)內(nèi)畫(huà)出3～4張電氣相關(guān)圖紙。原考核的方式過(guò)于單一，不易調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

(3)教師課程講授與實(shí)際工程相脫節(jié)，教師缺乏實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。在講授課程的過(guò)程中，教師通常按部就班地講授軟件的基本操作，點(diǎn)、線、矩形等基本圖形的畫(huà)法，最后結(jié)合專(zhuān)業(yè)知識(shí)繪制電氣原理圖，缺乏實(shí)際工程案例。同時(shí)，教師缺乏實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，大部分教師從學(xué)校畢業(yè)就到學(xué)校做老師，沒(méi)有企業(yè)的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)。

(4)課程學(xué)習(xí)完之后沒(méi)有進(jìn)一步延伸。學(xué)生學(xué)完課程后就忘了，后期沒(méi)有學(xué)習(xí)需要“電氣CAD”做鋪墊的課程或項(xiàng)目，大部分學(xué)生在畢業(yè)后才有可能再用到。

3 改革措施

為了更好地適應(yīng)應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，實(shí)實(shí)在在地提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)技術(shù)水平，為學(xué)生畢業(yè)后的就業(yè)打下基礎(chǔ)，結(jié)合學(xué)校和電氣專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)、學(xué)生的實(shí)際情況，提出以下幾方面的改革措施。

3.1 調(diào)整教學(xué)模式

原教學(xué)模式采用教室理論講授16學(xué)時(shí)，上機(jī)操作16學(xué)時(shí)。學(xué)生在教室上課時(shí)，沒(méi)有電腦進(jìn)行上機(jī)實(shí)踐，單純?cè)诮淌抑v授理論的效果不好。調(diào)整后的教學(xué)模式采用全部講授和上機(jī)實(shí)踐均在機(jī)房進(jìn)行。教師在機(jī)房先講授一部分理論知識(shí)，然后讓學(xué)生立刻上機(jī)訓(xùn)練。例如教師講授三極管的畫(huà)法，總共講授時(shí)長(zhǎng)10分鐘，講授完之后，學(xué)生立即上機(jī)練習(xí)15分鐘。這樣不僅能提高課程的活躍度，而且能提高學(xué)生的興趣，改變之前枯燥無(wú)味的理論講法，能實(shí)實(shí)在在地提高學(xué)生的畫(huà)圖能力。

“電氣CAD”教學(xué)總共32學(xué)時(shí)，分為8次課，每次課4學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)1個(gè)項(xiàng)目。課程共分為8個(gè)項(xiàng)目，采用項(xiàng)目式教學(xué)。例如“項(xiàng)目八”授課加上機(jī)操作共4學(xué)時(shí)，采用技能競(jìng)賽與企業(yè)案例專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練的教學(xué)模塊，主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，如表1所示。

表1 項(xiàng)目與教學(xué)模塊分布表

續(xù)上表

3.2 調(diào)整課程考核方式

原課程考核方式采用平時(shí)點(diǎn)名和試卷考核的方法，考核方式單一，無(wú)法充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。調(diào)整后的課程考核方式多樣化，把分?jǐn)?shù)細(xì)化到多個(gè)環(huán)節(jié)，使考核分?jǐn)?shù)更加合理、公平。例如平時(shí)考核占40%，包括上課認(rèn)真程度(10%)，現(xiàn)場(chǎng)回答問(wèn)題(10%)，課堂測(cè)試(10%)，課后作業(yè)(10%)。期末考核占60%，采用上機(jī)閉卷考試的形式，其中，考核學(xué)生綜合繪圖能力占40%，創(chuàng)新能力、發(fā)散思維能力占20%。細(xì)化后的課程考核方式，讓考核更加有依據(jù)，目的是為了充分調(diào)動(dòng)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，切實(shí)提高同學(xué)們的繪圖、創(chuàng)新等水平。

表2 改革后的課程考核

3.3 與實(shí)際工程案例相結(jié)合

原課程主要講授軟件的基本操作,二極管、三極管等電氣元件的畫(huà)法，傳統(tǒng)的課程講授過(guò)于簡(jiǎn)單，沒(méi)有與實(shí)際的工程案例相結(jié)合。學(xué)生學(xué)完課程之后，不清楚CAD繪圖課程究竟能用在哪些地方，以及在實(shí)際工作中如何運(yùn)用。改革后的課程，不但講授基本的繪圖技能，而且引入實(shí)際的工程案例。例如引入變電站的綜合設(shè)計(jì)，講授電氣的接線圖、保護(hù)控制圖、電氣平面布置等圖紙的畫(huà)法；引入污水處理廠控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，講授PLC接線圖、總體架構(gòu)圖、儀表接線圖的繪制方法。通過(guò)實(shí)際工程案例的講授和訓(xùn)練，讓學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到CAD在以后工作中的作用，進(jìn)一步明確學(xué)習(xí)目的。

3.4 加強(qiáng)師資建設(shè)，提升師資能力

當(dāng)前大部分院校的教師沒(méi)有實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，研究生畢業(yè)之后就到學(xué)校做老師。近年來(lái)，廣州城市理工學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)從設(shè)計(jì)院引入多名高級(jí)工程師，他們熟練掌握CAD軟件操作技能，具有豐富的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)。工程師在講授如何用CAD軟件設(shè)計(jì)圖紙的時(shí)候，還可以與同學(xué)們分享企業(yè)工作經(jīng)驗(yàn)，提高同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。

3.5 教學(xué)與競(jìng)賽相結(jié)合

傳統(tǒng)的CAD教學(xué)往往在課后沒(méi)有進(jìn)一步延伸，部分學(xué)生直到畢業(yè)后工作了，才用到CAD軟件。CAD是一個(gè)應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛的軟件，學(xué)好、學(xué)精有利于促進(jìn)學(xué)生就業(yè)，使其更快地適應(yīng)企業(yè)工作環(huán)境。因此，改革后的CAD教學(xué)，在學(xué)生學(xué)完CAD軟件后，讓成績(jī)優(yōu)異的學(xué)生組隊(duì)參加廣東省工科大學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合技能競(jìng)賽，使學(xué)生的CAD、三維繪圖技能進(jìn)一步提升，做到以賽促學(xué)，讓比賽反哺教學(xué)。

3.6 教學(xué)效果與評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)三年的教學(xué)改革與實(shí)踐，“電氣CAD”課程教學(xué)體系日趨成熟，廣州城市理工學(xué)院在電氣專(zhuān)業(yè)2017—2020級(jí)推廣應(yīng)用，取得了良好的效果，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

(1)通過(guò)“電氣CAD”課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握了二維基本圖形的繪制方法，為三維繪圖打下基礎(chǔ)。近兩年，部分同學(xué)參加廣東省工科大學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合技能競(jìng)賽，獲得三等獎(jiǎng)的成績(jī)。

(2)在授課課程中，結(jié)合具體工程案例，讓學(xué)生提前接觸企業(yè)設(shè)計(jì)工作，提升工程設(shè)計(jì)能力。因此，在學(xué)生就業(yè)方面，不少學(xué)生能進(jìn)入設(shè)計(jì)單位、電氣及工業(yè)控制的施工單位以及各類(lèi)設(shè)備制造廠。

(3)在學(xué)生評(píng)價(jià)方面，調(diào)查問(wèn)卷顯示，大部分學(xué)生對(duì)“電氣CAD”課程改革表示滿(mǎn)意，對(duì)課程充滿(mǎn)興趣。同時(shí)，課程團(tuán)隊(duì)深入企業(yè)回訪交流，企業(yè)工程師認(rèn)為CAD課程實(shí)用性強(qiáng)，應(yīng)加強(qiáng)學(xué)習(xí)。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)“電氣CAD”課程進(jìn)行了一系列的教學(xué)改革，通過(guò)調(diào)整機(jī)房實(shí)踐學(xué)時(shí)，提高了學(xué)生的動(dòng)手、實(shí)踐操作能力；改變課程的考核方式，加大對(duì)平時(shí)練習(xí)的考核，提高了學(xué)生的積極性；課程講授與實(shí)際工程相聯(lián)系，提高了同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣；積極引導(dǎo)學(xué)生參加大學(xué)生技能大賽，以賽促教、以賽促學(xué)，提升學(xué)生的綜合能力和創(chuàng)新能力。

該課程自實(shí)施改革至今，已在廣州城市理工學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)2019—2021級(jí)學(xué)生中進(jìn)行試驗(yàn)，取得了良好的效果，得到學(xué)生和專(zhuān)家的好評(píng)，可為其他高校CAD課程的改革提供參考。