能源與動力工程專業CAD 課程教學方法的改革與實踐

馬國彬

（同濟大學 上海 200092）

1 CAD 在能源與動力工程專業課程設計中的作用

CAD 即計算機輔助設計是一門非常實用的課程，是學生更好地繪制專業圖形和理解空間結構與設備系統的工具。課程邏輯性強，是一種交互式的繪圖軟件，與常規的手工繪圖方式相比較，CAD設計精準，繪制時間短，修改方便，大大提高了制圖的質量和效率。因此，CAD 在機械、建筑、能源、電子和航天等諸多領域都有廣泛應用。

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

2 課程教學內容與方法改革的背景

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

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

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

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

3 課程教學內容和方法的改進措施

3.1 總結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，如果學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。在之后專業課程設計繪圖時，使學生很難跟上進度。另外有些命令暫時沒有用到，學生通過課堂教學和課后演示文件，在腦海中就會對這些知識留有印象，在日后學習和實踐中涉及這部分內容，學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CAD 的先修課程CAD 軟件的學習，學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 軟件設置的不同而產生的一些問題。類似的情形，沒有必要花費大量時間一一給學生演示講解。而是把可能遇到的問題告訴學生，學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或者被動的等待教師幫助解決。

3.2 選取專業典型設備系統圖形

專業CAD 包括幾門專業課的內容。各門專業課都有一套復雜的設備系統和與建筑物結構結合的繪圖規范。專業CAD繪圖，如果沒有掌握系統工藝運行原理，就無法正確的繪制符合各專業課程要求的圖紙。

授課時首先選取各專業課典型的系統設備圖形。通過對專業CAD涉及的各專業課的研究，選取熱交換器系統，工業鍋爐和汽輪機及熱力發電廠等專業課程的典型系統設備工藝流程和運行原理進行講授。如果學生在這方面已經有一定的知識積累，這個講授過程可以加深學生對理論知識的理解，如果學生這方面基礎不扎實，也可以通過課程教學，使學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備運行原理等需要掌握的基本知識。

其次，學生在了解各專業課程工藝系統圖時，對于一些大型設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。第一是將專業課程系統設備圖按照由易到難的次序進行講解。比如學生熟悉了基本的管路走向，復雜的管路系統也就能逐步理清。看懂設備的基本圖例，也就有興趣去了解復雜的系統。第二是將大型系統按照區域劃分成幾個小系統，比如在復雜的鍋爐系統繪制過程中，指導學生把整個系統分成幾部分，分別是燃燒室、水汽系統和煙風系統等等。學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做到心里有數。

3.3 課堂教學與上機實踐有機結合

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

還有些問題是通過上機實踐才能及時發現并著手解決。例如，學生在計算機屏幕上繪制圖形，因為圖形可以任意縮放，學生對設計圖打印在圖紙上的效果不能完全把控。很容易產生線型比例和文字大小不合規范的情況。實際上繪圖前，為保證圖紙規范合理，應該對圖紙整體布局合理安排和設定，也就是確定打印比例。當打印比例設定了，圖紙繪制中線型比例和文字比例也就定了。因此在專業CAD 授課過程中，會指導學生繪制某一門專業課程的典型系統設備圖，整套系統不一定非常復雜，但需要綜合運用CAD各項命令，在學生繪制好后進行打印。當學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。這樣學生在之后進行專業圖形的繪制時，就會知道哪些是應該注意的事項。通過這種反饋方法，學生以后不會在做一個十分復雜設計時，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CAD 這根主線梳理講解核心專業課典型系統設備圖異同點

在專業CAD教學中，涉及幾門核心專業課程的繪圖識圖。不同專業課程處在不同領域，學生在專業CAD 這一門課中要領悟不同學科設備系統知識，往往會混淆或者不理解系統運行原理與制圖規范。從制圖上講，各門課相關管路系統的設計規范絕大多數是一致的，但仍存在些許差異。在教學中，針對上述情況，在學期的不同階段，比如學期開始、期中和課程結束前，會把各門專業課設備原理和制圖規范方面的異同點，設備作用、使用介質等因素匯成一條主線，貫穿起來給學生統一講解，讓學生對不同的熱力系統的功能和設備運行有總體把握。并將串聯起來的系統設計核心內容有機結合，做成演示文件，方便學生根據不同學科方向規范繪圖。同時也啟發學生積極思考，提出自己的見解，有效提升課堂教學和上機實踐的效果。

4 結語

能源與動力工程專業CAD課程是一門包含幾門專業課典型系統設備設計和圖紙繪制的課程。受到學科培養目標側重點和課時所限，在沒有先修CAD軟件的前提下，經過多年的教學實踐，提出能源與動力工程專業CAD 課程課堂教學與上機實踐改革的方法和采取的措施，取得了較好的教學效果，得到了學生的積極反饋。