卓越計劃人才培養中電氣CAD課程的作用研究

摘要：卓越計劃人才培養模式下的電氣專業與普通電氣專業相比，因人才培養目標不同，在教學大綱方面也有很大的區別。基于此，在闡述電氣CAD講授內容的基礎上提出授課技巧的應用，探討了新形勢下電氣CAD課程在電氣專業人才培養中所起的作用——對學生而言是實踐教學的重要支撐，對教師而言是專業課教學的輔助工具，并結合“電機學”課程中電磁場分析教學部分，舉實例闡述了其具體作用。

關鍵詞：電氣；卓越；CAD；實踐；教學

作者簡介：張志艷（1975-），女，河南衛輝人，鄭州輕工業學院電氣信息工程學院，講師；趙劍鍔（1979-），女，河南鄭州人，鄭州科技學院電氣工程學院，講師。（河南 鄭州 450064）

基金項目：本文系鄭州輕工業學院第九批重點教改項目“‘電氣工程及其自動化卓越工程師’人才培養體系的研究及實踐”的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）30-0112-02

AutoCAD是一個專業繪圖軟件，有著較為豐富的繪圖和編輯功能，尤其是圖層工具的應用，使得該繪圖軟件呈現出較強的靈活性和廣泛的應用性，應用于各種工程設計領域，如土木建筑設計、機械設計、電氣設計、航空航天、服裝設計等。[1-3]教學策略和教學藝術的應用是提高教學質量的重要手段，輔以圖畫是其教學中的常用手段，也是關鍵策略，這將有利于學生的學和老師的教。電氣類專業引入AutoCAD繪圖工具，將對其相關課程的講授起到很好的輔助作用，因此，AutoCAD是電氣類相關專業學生必須掌握的一種繪圖工具。AutoCAD軟件在自動控制專業中的應用形成了控制CAD課程，而AutoCAD與電氣類專業的結合便形成了電氣CAD課程，電氣CAD課程的開設是電氣專業培養工程背景的一個平臺。電氣專業學生的就業方向是與電相關的所有行業，其中讀圖、識圖、作圖、按圖進行布線、施工、依圖進行檢修等基本涵蓋了畢業生今后所要從事工作的所有內容。因此，電氣CAD課程在電氣專業人才培養中起著尤為重要的作用。

教育部“卓越工程師教育培養計劃”的提出旨在促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國。2009年教育部在部分高校實施了第一批“卓越工程師教育培養計劃”。2011年底，鄭州輕工業學院電氣工程及其自動化專業經教育部批準成為第二批“卓越計劃”試點專業。卓越工程師教育培養計劃下的電氣專業與普通電氣專業相比，重在培養一批立志從事技術創新和工程實踐的優秀學生，在培養目標、培養方案、培養計劃以及課程的開設等方面都有很大的不同，與之相對應，相同的課程在卓越教育培養計劃下的電氣專業與普通電氣專業中所發揮的作用也有很大的區別。基于此，本文探討了新形式下電氣CAD課程的開設應注意的問題及其在卓越教育培養計劃電氣專業中所起的作用。

一、注重講授技巧，提高授課效果

電氣CAD課程在很多高校被設定為選修，但由于其講授內容在實踐教學和今后工作中的重要作用，使得電氣CAD課程的選修人數常常爆滿。電氣CAD課程以AutoCAD為軟件平臺，在掌握其基本設置、繪圖方法、編輯方法的基礎上把電氣符號的繪制、典型電氣圖形的繪制方法和繪制技巧作為其主要的授課內容，[4-5]同時延伸到電氣制圖的理論、方法和規范。電氣CAD在卓越工程師班的開設主要是為校內的實踐教學奠定基礎。由于“3+1”模式的引入，課程的開設學時數嚴重受限，要在有限的時間內達到更好的教學效果必須采用好的教學方法。根據筆者多年的教學經驗，在授課過程中應注意以下講授技巧的使用：

1.講、演、練一體化模式

借助于多媒體教室，教師教的同時，學生實時操作，實現講、演、練相結合的一體化教學模式，提高學生學習能動性，使學生快速掌握講授內容，增強其實際操作能力。

2.基礎知識與專業繪圖內容的講授交互進行

繪圖基本知識的講授與電氣符號、典型電氣圖繪制內容的講授非標準的先后順序，即不能先把所有的繪圖基礎知識全部授完之后再講授典型電氣圖形的繪制。兩個主題的講授內容相互交融，相互促進，貴在基礎，重在應用。

3.充分發揮啟發式教學在電氣CAD課程中的作用，實現教師與學生之間以及學生與學生之間的互動

講授典型電氣圖形和電氣符號繪制時，先展現給學生所繪制圖形的全貌，以提問為先導，采用啟發式教學方法，讓學生分析如何繪制所要求的圖形，提出多種方案，通過討論、比較和試繪制等方法，確定最佳繪圖方案，鍛煉和提高學生對繪圖技巧的運用能力，達到用最少的步驟和最簡單的方法繪制電氣圖形的目的。

4.充分利用目標驅動方法進行教學

對電氣專業卓越工程師班而言，學習電氣CAD的目標非常明確，主要是為大型的綜合實驗、課程設計以及畢業設計服務，因大型綜合實驗在前，故在教學中便以綜合實驗為核心進行目標驅動教學的設計。教學初期給出實驗目標和實驗預期結果，讓學生在查閱資料的基礎上進行初步實驗方案的設計，學生在求知欲的強烈刺激下會主動探索電氣CAD中設計圖紙的標準畫法，充分發揮其主觀能動作用。

二、實踐教學的支撐作用

“卓越工程師培養計劃”強調學生實踐創新能力的培養，將原四年大學培養過程轉變為“3+1”的校企聯合培養模式。鑒于此，在卓越班教學計劃中開設了30個學時的4門大型綜合實驗課程。大型綜合實驗課程設置的目的重在以實際需求為目的，提高學生實踐能力、創新能力以及團隊協作精神，努力使學生成為卓越工程師。大型綜合實驗課程是一個綜合性、設計性、創新性實踐項目，是培養學生創新意識和工程實踐能力的載體。大型綜合實驗課程無論是圍繞PLC的電氣實驗項目還是以變電站設計為主題的設計項目，主要實現步驟如圖1所示。專業設計在大型綜合實驗中固然重要，不過最終還是要依照設計圖紙進行電路布線，觀測實驗結果，因此要想以最快的速度進行最準確的繪圖依賴于電氣CAD學習的效果。

課程設計及畢業設計是另外兩個校內實踐教學環節。電力系統分析是該專業的核心課程，起著承前啟后的作用，是電力工程基礎、電機學、電力電子技術等課程的后續課程，是電力系統繼電保護、電網監控及調度自動化等相關課程開設的前提。在電力工程基礎、電力系統的課程設計以及該專業畢業設計中，變電站設計、配電網設計和工廠供電設計等課題占有很大的比重。課程設計以及畢業設計的成果常以高低壓主接線方案、剖面圖和斷面圖的形式呈現，對學生而言實現繪圖功能的軟件并不是價格昂貴的專業特有軟件，而是通用的繪圖軟件工具，最好的莫過于各種版本的AutoCAD軟件。

根據電力系統分析、發電廠電氣部分、電力工程基礎等課程相關內容，首先，分析并確定主接線設計方案，進行短路電流的計算，繼而對相關電氣設備進行選擇和校驗，最后以圖紙的形式將設計結果展現給大家。變電站設計課題中因有較多的相同設備，比如變壓器、斷路器、隔離開關、進出線單元等，因此在學習繪圖時應注意復制、鏡像、陣列等工具的正確使用，以使學生在實踐教學中以最快的速度準確地繪制所設計的圖形。

三、專業課教學的輔助作用

電機類課程是電氣專業的專業基礎課程，卓越工程師班的學生層次雖然高于普通班，但從第一屆的教學實際情況來看并沒有取得更好的教學效果，對卓越工程師班的學生而言仍是最不易掌握和理解的課程，尤其是電機內部電磁場的分析和計算等相關內容較為抽象，求助于圖形工具使學生在感性認識的基礎上向更深層次的理性認識過渡，將會使教學收到較好的效果，因此仿真軟件的引入對電機類課程的教學有很大的促進作用。有限元仿真軟件Ansoft在工程電磁領域得到了廣泛的應用，包含靜電場、交變電場、靜磁場、渦流場、瞬態場等不同類型的分析模塊，具有強大的后處理功能，并充分考慮到求解模型的非線性等，其不足之處在于繪制模型功能不夠強大，軟件的菜單和幫助均為英文書寫，但它能夠導入其他工具繪制的圖形。用電氣CAD繪制電機結構主體，將其導入仿真軟件Ansoft，施加激勵條件，對電機內部的電磁場進行仿真分析，是電機類課程開設的最好輔助授課手段。

電氣CAD繪制的電機模型經面域命令進行封閉性檢查后以一定的格式輸出圖形，然后將輸出的圖形導入到仿真軟件Ansoft中，經仿真得到電機內部單獨由永磁體作用產生的磁力線如圖2所示。當學生看到圖2的仿真結果時將會豁然開朗，原來電機內部的電磁場是如此走向的，各部分磁場的強弱也一目了然，激發了學生對內部電磁場神秘性淵源的探索，增強了學生對電機學理論知識的學習興趣，適合卓越工程師人才培養模式下少學時的教學安排。

四、結束語

在信息化的今天，電氣CAD課程的開設能夠提高授課內容的新穎性，增加授課內容的信息量，開闊學生視野，拓展學生思維，提高學生的學習興趣，增強學生的工程背景，因此，電氣CAD課程是電氣專業教學中必不可少的一門課程。該課程具有很強的靈活性、操作性和實踐性，是該專業學生必須掌握的一項技能，是學生完成實踐教學環節的工具；是該專業教師必須掌握的繪圖軟件，是教師講授專業課的支柱，是教師修改學生實踐教學環節所繪圖紙的工具。卓越工程師的人才培養模式是一個新生事物，在新的形勢下如何以較少的學時使電氣CAD課程的教學達到更好的學習效果和實際運用效果，在實踐教學中發揮更好的作用將是另一個值得深入研究的課題。

參與文獻：

[1]馬威.高職電力類CAD教學方法初探[J].湖南工業職業技術學院學報，2009，19（3）：145-150.

[2]閻光偉.電力公司職工CAD電氣制圖培訓[J].中國電力教育，

2008，（14）：28-29.

[3]張曉峰，王宗剛.CAD 技術在電氣工程及其自動化專業畢業設計中的應用[J].中國電力教育，2008，（11）：115-116.

[4]郭丹，樸在林，吳秀華，等.“電力工程CAD”課程教學實踐的研究[J].河北農業大學學報（農林教育版），2012，12（1）：50-52.

[5]陳冠玲，張衛綱，王素娟.項目教學法在“電氣CAD”課程教改中的應用[J].電氣電子教學學報，2012，3（34）：101-102.