基于工程應用的《電氣CAD實踐》教學改革探討

吳 迪

(呼倫貝爾學院 內蒙古 海拉爾 021008)

CAD技術是目前工科學生應熟練掌握的技術之一，它在工科領域的地位日益提高。《電氣CAD實踐》是電氣工程及其自動化專業的實踐課程，是一門應用性、實踐性較強的綜合學科，具有專業性、技術性、實踐性極強的特點。在飛速發展科技時代，用人單位對于CAD技能的人才需求不斷地提高，而原課程內容仍以繪制常規圖形為主要內容，對于電氣專業系統圖幾乎沒有涉及，不太適應專業發展需求。同時，提高學生對CAD的學習興趣，提升學生的實踐操作技能也尤為重要。筆者通過近三年對電氣CAD課程的教學經驗，逐步探索出適合電氣工程專業學生發展需求的優化《電氣CAD實踐》課程教學效果的方法。[1]

一、課程基本情況及存在問題

(一)課程基本情況

電氣工程圖的設計與繪制是電氣工程及其自動化專業學生重要的技能，學生就業后接觸到的實際工程項目、產品設計開發、實驗結果論證等都要設計繪制出電氣圖作為技術資料。《電氣CAD實踐》是學生學習電氣制圖與CAD后開展的實踐教學課程，即專為學生進一步熟練掌握CAD技能的訓練課程，其目的是以CAD軟件為依托，結合學生就業需求崗位能力，進行CAD圖形繪制。這樣學生在學習期間就能夠了解就業崗位需求，熟練應用CAD軟件進行圖形的繪制、元器件設計，掌握工程圖制作的基本方法；達到綜合運用所學知識、方法提高設計與開發能力。因此，學生需要了解電氣工程圖的種類、特點和電氣工程CAD的制圖規范，掌握Auto CAD軟件環境中制作電氣相應圖紙型號的樣板圖，并且能夠按照國家規范，繪制出完整的電氣工程圖。

(二)目前CAD實訓課程存在的問題

1.軟件更新快，教材與實際教學聯系不緊密。CAD的軟件版本更新快，新的軟件在界面與功能上日益完善，所以選擇較新版本的軟件更加有利于教學。但是，在與之配套的教材中，缺少與工程實際相配套的教材，現有教材更注重對軟件本身的講解，缺少與專業相關的工程實例；[2]2.課程內容涉及知識點多，課時較少。例如，電氣工程及其自動化專業的課程安排為32學時，其中16學時為理論課時，16學時為上機課時。授課對象為低年級學生，專業知識涉及少，但是一套完整的工程圖卻涉及很多專業知識，如果平、立、剖面圖的空間關系不對應，學生僅是達到了描圖員水平，教學效果不理想；3.在師資隊伍建設中，專業匹配程度較差。電氣制圖與CAD的理論教學與實踐教學的任課教師是由機械設計制造及其自動化專業的教師來擔任，教師在講授時往往只注重軟件的基本命令與操作，對CAD 軟件在電氣專業后續課程中的作用及其在工程實踐中的具體應用不清楚。導致教學內容與后續課程和工程實踐脫節，不能體現電氣工程與CAD的專業性。學生完成CAD實訓后，只能參照教材進行一些命令的單獨操作或繪制簡單的平面圖形，不能繪制具有生產實用價值的工作圖樣。

二、課程改革的具體思路

(一)合理優化課程教學內容，引入工程實踐項目作為教學案例

針對之前CAD教學過程中存在的問題，為改善電氣CAD教學質量，通過對電氣工程及其自動化專業對口就業單位的走訪與調研，在了解企業對電氣CAD需求的基礎上，推進教學內容的變革，修訂課程教學大綱，改變課程教學模式，優化課程結構。具體內容包括：

1.采用了案例教學法與項目教學法

《電氣CAD實踐》實踐教學環節通常安排在期末。此時，學生已經掌握基本的操作命令和操作技巧。為保證學生高質量地完成后續課程設計及畢業設計，就業后能夠迅速適應崗位需求，應正確引導學生上機實踐。對于實際情況出現的弊端，根據課程特點，引入項目化教學，使CAD繪圖方法與技巧融入到整個實訓環節中。[3]

2.引入工程實踐項目，注重培養學生工程實踐能力

深入專業實習地點進行實地考察，廣泛圍繞學生就業相關內容，進行調研、收集資料，并邀請現場工程技術人員指導。在與企業技術人員共同努力及協助下，收獲大量實踐知識和資料，并初步擬定如下內容：(1)電氣工程制圖規則。按照國家標準，主要講述電氣工程的制圖規則，包括圖紙格式、比例、尺寸標注等；(2)常用電氣元件的繪制。主要講述電氣圖的分類、元件的表示方法、符號的布局、電氣簡圖的圖形符號、連接線、端子代號等；(3)電氣控制系統圖的繪制。主要講述典型的電氣控制原理圖的繪制，三相交流異步電動機的控制，PLC控制系統等；(4)電氣一次系統圖的繪制。主要講述電氣主接線圖形的繪制，不同電壓等級及不同接線方式下的電氣一次系統圖的識圖與繪圖；(5)電氣CAD實踐。實踐教學環節突出的是工程實踐性，因此在教學過程中應根據工程實踐項目展開教學，通過與企業的交流選定35kv變電站接線圖、采掘場配電所、采掘3535kv變電站環坑線、地面系統移動變電站接線圖等作為實訓內容。

3.調整教學模式，提高學生學習興趣

本課程授課對象為本科一年級學生。考慮到學生剛接觸大學生活，是第一次體驗該課程實踐教學環節，在教學方法上采用了“理論+實驗+實踐”的教學模式。(1)在課堂教學過程中，以學生為中心，根據學生能力與層次的不同，因材施教，制定不同的指導方法；(2)以工程實踐項目為載體，使學生通過這門課程的學習掌握一定理論知識和熟練的操作技能。在教學環節引入工程實踐內容可以激發學生的學習興趣。例如，以某發電廠的主接線圖紙為目標，開展識圖、讀圖和繪圖等教學內容，并且可以將各類標準、電氣圖形符號等緊密融入到繪制過程中，使學生在學習知識的同時，全面了解行業標準及專業環境；(3)以教師為主導，把具體的知識點融合到具體的實踐項目中，提升學生專業操作技能，從而提高學生的操作能力與創新能力。

(二)形成學科交叉、產學結合的教師隊伍

《電氣CAD實踐》課程的根本目的是在 CAD 的軟件環境下，讓學生掌握電氣工程圖標準體系，是一門交叉性的綜合實踐課程。結合專業培養目標，由電氣專業教師和機電類專業教師共建實踐教學教師隊伍。這樣結合電氣工程及其自動化專業背景，充分發揮機電類專業教師熟悉軟件的優勢，教學內容更加符合電氣專業培養目標，教學方法更加突出電氣專業設計特色。此外，授課教師經常與企業專家進行交流和學習，特別是多年來一直從事電氣設計工作的專家，以校企合作為平臺，以產學結合為原則，把電氣 CAD 設計案例引入到實踐教學，優化實訓內容。[4]

(三)面向就業崗位需求的實踐教學實施過程

1.準備工作。(1)制定專業集中實踐大綱、實習考試方案；(2)實習前召開實習動員會。主要包括：實習目的和意義、實習內容和方法、實習要求和注意事項、實習安全并簽訂實習安全協議書；(3)指導教師解讀并采取任務驅動法細化實習任務，使實習條理化，符合學生實際情況，避免盲目、無目標的實習與設計。

2.主要內容。根據專業培養目標及課程目標，結合學情及企業需求，初步確定實習內容分為兩個部分。第一部分為CAD基礎知識的鞏固。具體內容包括設置圖紙格式、注釋、建塊等；第二部分為電氣系統圖的分析與繪制。具體內容為繪制企業現場的電氣系統圖，例如，某電廠電氣一次系統圖、某換流站系統圖、某露天礦35kv變電站系統圖、采掘場配電所接線圖、采掘場35kv環坑線接線圖、露天礦地面系統移動變電站系統圖等。

3.實習成果。實習成果是學生實踐技能的綜合考核。學生提交的成果需保證尺寸規范、圖形美觀、結構嚴謹，成果中能夠體現工程設計理念。成果內容一般包含項目簡介、目標系統分析、繪制步驟、草圖、工程圖等。成果應充分利用圖表精煉說明問題。

(四)轉變課程考核方式

本課程是電氣工程及其自動化專業的必修課，具有較強的工程實踐性，是現代電氣系統中必備的知識環節，在人才培養過程中本課程起著重要的作用。基于高校應用型人才培養模式，除了對教學內容進行整合，在考核方式上也進行了調整，考核內容以調動學生學習主動性及創造性為主，注重考核學生學習過程中的學習態度、團隊精神、創新意識、專業技能及成果質量。學生實踐成績分為三個部分，即平時考核(20%)、過程考核(40%)和成果考核(40%)。通過全方位的過程監控、采用實習報告和成果大作業對學生的表達能力、學習成果總結能力、綜合分析能力等進行全面考核。

(五)課程建設特色

在《電氣CAD實踐》教學指導過程中，采用“教師為主導，學生為主體”的教育理念，通過任務驅動、工學結合、理論聯系實際等教學方法，有效地培養了學生的創新思維和操作技能。

1.以學生為中心，工學結合，注重能力培養與素質提高。《電氣CAD實踐》教學特色之一是工學結合，所有設計內容均來源于現場實例，具有較強的工程實踐性。任務布置都是模擬現場工程項目，真正地實現了理論與實際相結合，實現了專業知識與職業技能的充分結合，提升了學生的職業素養。

2.以教師為主導，學生為主體，注重就業面向與職業發展。在傳統教學模式中，注重教師的講解，忽視了學生的主體地位，學生參與度低，且缺少與教師的交流。但以工程實踐項目為基礎的教學模式卻可以更加突出學生的主體地位。教師在教學過程中，根據學生專業情況，引導學生去完成項目，提供開放式的環境給學生，學生可以充分發揮自己的創新意識及主觀能動性，更加注重培養學生的分析問題、解決問題能力。

3.過程考核，持續改進。《電氣CAD實踐》考核方式打破了傳統的考核方式，注重考核學生實操過程，把學生的項目設計等內容作為考核依據，學生在實踐中更加扎實地掌握了理論知識。根據學生提交的項目成果，分析學生對CAD軟件的掌握情況，分析不足、查找原因，教師再不斷改進教學方法及教學內容，教學相長。

4.挖掘彰顯專業特色的課程思政案例。CAD軟件作為工業設計廣泛使用的軟件，決定了本課程在專業及行業中的強大背景，學生的CAD技能直接關系著學生就業后能否迅速融入工作崗位、提升職業技能。由于本課程在實施過程中，學生能夠通過工程實踐項目深入了解職業需求，這對學生的成長和發展具有長遠的導向作用，易于培養學生的職業倫理和工匠精神。[5]思政內容要緊密結合國家電網、發電廠等大型煤電企業，與企業共同探討，將行業中的真實案例引入教學內容，與社會形成良性互動，實現對學生的全方位教育，全面提高課程教學效果。

結語

通過對《電氣CAD實踐》課程的教學內容和教學體系結構進行合理整合，使課程內容更加符合專業培養目標及就業崗位需求。引進工程實踐項目、改革教學方式、優化實踐教學環節，充分提高學生的學習興趣，激發學生對專業知識的學習熱情。“理論+實驗+實踐”的教學模式強化了理論與工程實際的結合，提高了學生的實操能力，能夠滿足當前形式的企業需求。要促進《電氣CAD實踐》教學改革，提升教學質量，滿足專業和社會發展的需要，必須結合電氣CAD教學的實際情況，認清教學改革的重要性及轉型發展的重要性。在此基礎上，采取科學合理的改革措施，對教學方法、教學內容、考核方式等方面進行改革，能夠更好地實現應用型人才培養的教學目標。