關于《CAD電氣設計》課程教學的探索

摘 要：針對《CAD電氣設計》課程，探索適用于提高CAD課堂繪圖技能的教學方法，以及在計算機繪圖過程中能夠同時利于電氣專業知識技能提升的教學內容。根據基于工作過程的高職教學理念，詮釋了滿足具備繪圖實踐性、課堂可操控性、與行業應用性的授課教材的編寫方式，探討了在計算機實驗室教學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。

關鍵詞：CAD教學；CAD電氣設計；電氣繪圖教學

基金項目：本文系山西省軟科學研究資助項目“新一代網絡安全防范對策的研究與實踐”（編號：（2012041010-03）成果之一。

作者簡介：劉荷花（1976-），女，山西省朔州人，太原大學副教授，在職博士生，研究方向為數據庫技術及應用、CAD應用。

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

電氣CAD技術是集計算機輔助設計與電氣設計等為一體，在機械CAD技術的基礎上，逐步發展起來的技術，在電氣設計的應用方面取得了巨大的經濟和社會效益。在電氣設計中，長期以來設計人員是用手工方式進行電氣原理圖，元件布置圖及連線表的繪制計算校核也是處于分散低效率的工作狀態。由于牽涉眾多的器件類型和廠家，規格型號不完整，設計人員要花大量的時間和精力去進行器件和材料的查找和統計，因而使產品開發難以擺脫少、慢、差的狀態。計算機軟硬件平臺的飛速進步，使人人有可能針對低壓電器和高壓電力領域開展工程設計CAD應用工作[1]。

一、《電氣CAD設計》課程的教學目標定位

在設計任何課堂教學活動之前， 應對該課程的教學目標定位把握準確。首先，《電氣CAD設計》課程依托的基礎教學軟件是Auto desk公司開發的Auto CAD軟件，該公司是較早開發CAD技術的公司，并且該軟件目前已經作為了工業技術標準。盡管Auto CAD軟件的版本逐年升級速度較快，但是只要訓練學生扎實掌握一種CAD繪圖軟件的主要操作技能，他們將會在未來通過自主學習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 具有強大的二維平面和三維立體圖形的繪圖功能，并能進行圖形尺寸的標注、立體圖形的渲染，還能打印輸出各類工程圖紙，被廣泛應用于機械、建筑、電子、能源、航天、制造、石油華工、冶金、地質、裝飾、輕工、商業、服裝等各種領域。傳統的電氣CAD設計教材中往往限于繪制二維平面電氣圖，而使學生失去體驗強大的Auto CAD三維立體繪圖魅力的機會。《電氣CAD設計》課程是電氣化專業學生在大學期間唯一一門涉及學習Auto CAD軟件的課程，在課程中對Auto CAD軟件功能的全面學習和了解其他領域的應用，從長遠來看將有助于擴大學生視野、提升綜合素養及學習能力，應體現出高等教育重在培養人才而短期培訓學員的本質。因此，我校將Auto CAD軟件二維和三維基本繪圖命令的掌握，歸為該課程的教學目標之一。

（二）電氣設計中應用繪圖軟件的定位

電氣設計一般可分為原理設計與施工設計兩個階段。其中，原理設計是最能體現設計者智慧的地方，設計者往往要根據控制設備提出的動作要求，結合典型回路與自己的設計經驗，不斷構思，多次修改，最終繪制原理圖。原理設計一旦結束，整個產品的設計已基本完成，轉入施工設計階段。工廠根據原理圖，設計位置圖，然后繪制接線圖，繪制接線圖其實是對原理設計思想的“重復”而進行的接線圖設計，是設計者要逐個畫出每個元件接線端子上的線號，考慮走線，大量重復的工作，不僅延長了設計周期，而且經常造成人為的錯誤。因此，采用計算機來實現電氣設計，不僅是提供一個CAD環境，更主要的是實現由原理設計到施工設計的自動化[2-4]。

本文關注的電氣自動化專業畢業學生，絕大多數對CAD軟件的使用在于電氣設計，因此，在課程中應重點結合電氣專業知識，需要幫助學生回顧電氣設備用圖形符號國家標準，在具備一定的電氣識圖能力的基礎上，掌握常用電器設備圖形符號的繪制。指導學生設計及繪制電氣圖紙的能力，要求學生掌握整體布局，應用適當比例及制作相應模版，根據要求能夠準確、清晰及美觀地完成圖紙的繪制，以及學會在完成繪圖后打印電氣圖集的技巧等。

在教學中的不利因素需盡量避免，如：有些電氣CAD教材內容以介紹CAD各種操作命令為主，習題和案例是以機械零件的繪制為例，卻與電氣行業繪圖實踐的相關性較小，使學生感到事倍功半，無益于增強學生的就業競爭力；有些學校的CAD任課教師主要由計算機專業的教師來擔任，教師對軟件很熟悉，但缺乏關于專業課程的系統理解和工程經驗，對CAD軟件在電氣專業后續課程中的作用及在工程實踐中的具體應用不夠清楚。因此，教師在講授時注重軟件的基本命令和操作，對后續課程和工程實踐應用講解得很少。

二、提高繪圖課堂效率的教學方式

由于CAD類課程具有重在培養學生的上機實操技能的特點，筆者選擇全程在計算機機房上課，提高講與練的課堂交替頻率。如每講完5-10分鐘即配合相同訓練時間，練時針對個體學生的個性化疑難面對面傳授解決技巧。

緊湊的講練快速更迭的教學方式，優于傳統一堂教室聽課再加另外一堂上機作業練習的模式，因為多數學生在兩次課程堂間隙的遺忘率達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關聯，授課教師應尋找到適合特定學生群體的時間分配比例以達到最佳授課效果。

筆者通過教學實踐對比發現，講練快速更迭的教學方式較之講練同步的教學方式更有效。講練同步的教學方式，即授課教師每做一筆示范繪圖，學生便同步操作計算機進行同步模仿，而使用該教學方式卻會帶來弊病。由于學生接受新授繪圖技能的速度差異，教師的示例進展速度只能以中等偏下的學生繪圖速度為準，即保證大多數完成小步繪圖任務之后再繼續向下進行，否則將有越來越多的學生被甩出繪圖課堂而無法跟近，產生沮喪情緒進而對繪圖失去興趣。然而，以中等偏下的學生的繪圖速度為準顯然又會拉低課堂效率，無形中排擠掉一部分繪圖教學內容，這對于接受能力強、反應快的學生失去課堂的挑戰性和課堂滿足感。

因此，本文提出依照合適分度、講練快速更迭的教學方式是最為高效的CAD課堂教學方式，教授的時間分配取決于繪圖命令的復雜度和學生的記憶力特征。為確保學生在重要的教授時間段內高度專心，采用預告要求提交繪圖實例的方式，即預先告知學生該項目教學實例將在練后立即提交。當學生心中有明確的項目任務要完成并且有按時提交的挑戰時，便會對如何完成任務用心思考、專心聽講。此時，教師利用學生容易在短時間內注意力集中的特點，能夠給出較大容量的繪圖講授內容。在學生一人一機練習的時間段內，鼓勵其相互討論、互相提示或求助教師，并要求學生力爭在規定時間內在獨立的計算機上提交所完成的繪圖任務。

三、具有行業實踐性的項目化教材的編寫

從電氣工程設計入手設計教學內容，按照機械電氣工程圖、電力電氣工程圖、電路圖、控制電氣圖、建筑電氣平面圖、建筑電器系統圖分類，每類規劃出兩到三個有代表性大圖的教學案例，包含豐富的繪圖命令和編輯命令，并對這些教學案例中涉及的繪圖知識進行拆分研究，再按CAD繪圖知識和技巧對教學案例做篩選并排序，最終按革新的教學方法制定出電氣CAD的課程標準。學生通過從繪制圖框模板、設置縮放比例、設置圖形界限、設置圖層等繪圖準備到繪制主要部件及標注這一完整的繪圖訓練，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、電氣設計行業標準的運用有了更加深刻的理解。

由于電氣工程專業學生的就業方向主要有機械行業、電力系統、建筑行業、流程工業等行業中的電工、設計員、制圖員、操作員、維護員等崗位，在實際工作中更多情況下會接觸使用電氣CAD軟件系統完成相關電氣制圖。電氣CAD軟件是在通用的CAD繪圖軟件基礎上，開發出的，大大提高了電氣設計的效率、降低了企業設計的成本。電氣CAD軟件按照內容主要包括強電、弱電電氣CAD系統；按照專業主要分為建筑電氣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，這些專業的電氣CAD系統分別在各自的領域發揮著巨大的作用[5]。因此，學生在掌握使用Auto CAD通用軟件繪制基本電氣圖后，對專業開發的電氣CAD軟件如Auto CAD Electrical應有所了解并學會使用。

教學中，設計利用Auto CAD Electrical繪制開關柜項目任務的教學內容。ACE 的項目管理理念是管理圖紙集合，在使用 ACE 進行設計時一般需要每一種相同的柜型做成一個項目，在使用 ACE 前需要對開關柜的產品進行分類。如進線柜 01，進線柜 02，饋線柜 01、饋線柜 02， 計量柜01，作為 ACE 中的項目內容。開關柜行業的電氣項目設計中需要的圖紙往往為：單線系統圖、二次原理圖、布局圖、接線圖、端子排圖、材料清單，同時還可能需要生產上需的接線報表。可利用 ACE 本身已有的功能對每一類型的圖紙進行操作與設計。該項目屬于源自實際行業生產中所運用的繪圖項目，對提高學生的職業素養大有幫助。

使用Auto CAD進行繪圖時，同一個圖形可用多種方法實現。對于圖1所示教材框架中所設計的項目任務，通過課堂講授利用不同繪圖命令及編輯命令實現的多種方法，引導學生比較這些方法、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現同一項目繪制的過程中，便于同時融入更多Auto CAD的基本功能的詳細介紹。例如，在項目1中，重點學習繪圖界面及繪圖環境設置；直線、矩形的繪制；柵格、捕捉功能；文字的創建與編輯；電氣圖幅規則。在項目2中，重點學習坐標的使用；圓、圓弧的繪制；對象捕捉功能；塊的創建與編輯；對象的縮放、修剪、夾點編輯等內容。

四、電子課堂管理及課程考核

與傳統的教室課堂相比，計算機機房的課堂管理難度加大，互聯網信息和電子游戲等成為誘使部分學生分散注意力的主要因素。使用局域網控制下的電子課堂管理，對約束學生的不良課堂行為、提高課堂運行效率起到關鍵性幫助作用。筆者選擇課堂管理類軟件-傳奇課堂，運用在分度講練快速更迭的授課中：在講授時段，鎖定學生電腦屏幕與多媒體大屏幕同為播放PPT授課內容；在練習時段，切換成學生機自由使用狀態、教師機對應的多媒體大屏幕以小圖標實時顯示全部學生機的繪圖動態，此時學生也可以打開教師機中共享文件夾內的PPT文件回放。

課程考核的成績按過程性考核成績占60%，終結性成績占40%組成。過程性考核成績依據學生每次提交的課堂項目教學的繪圖任務進行評分。利用電子課堂管理軟件，能夠十分快捷地在課堂內的練時段結束后定時收集學生作業，通過局域網上傳到教師機上。不僅如此，在活躍課堂形式方面同樣可以靈活運用該軟件，如對提出某項繪圖任務后請某位課堂積極的學生繪制部分內容，教師機的大屏幕顯示內容切換為該同學的電腦屏幕顯示內容，教師與全班同學觀摩動態的繪制過程，并點評實現該繪圖效果的方法。

五、結語

依據《CAD電氣設計》特點，我們制訂了合理可行的教學目標和課程標準，建設成一套重在培養學生職業素養的教學方案，把繪圖基礎知識和專業知識全面載入課程項目實例。采用多媒體機房全程授課，電子課堂管理及課程考核，合理分度講練更迭。通過課堂實踐獲得了良好的教學效果。

參考文獻：

[1]劉鐵.電氣CAD系統的研究與開發[D].大連理工大學碩士學位論文，2006.

[2]何利民，尹全英.電氣制圖與讀圖[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]王晉生.2002年版標準電氣制圖[M].北京：中國電力出版社，2003.

[3]阮扔忠.怎樣看電氣圖[M].福州：福建科學技術出版社，2005.

[4]楊箏.高職電氣CAD課程教學改革探討[J].黃河水利職業技術學院學報，2010，22（3）.

[5]faithteHl.淺談國外電氣設計軟件[EB/OL]www.grong.com，2004.

責任編輯 顏小兵