关于《CAD电气设计》课程教学的

摘 要：针对《CAD电气设计》课程,探索适用于提高CAD课堂绘图技能的教学方法,以及在计算机绘图过程中能够同时利于电气专业知识技能提升的教学内容.根据基于工作过程的高职教学理念,诠释了满足具备绘图实践性、课堂可操控性、与行业应用性的授课教材的编写方式,探讨了在计算机实验室教学中对课堂管理软件的使用技巧,以及课程考核方案的制定策略.

关 键 词：CAD教学；CAD电气设计；电气绘图教学

基金项目：本文系山西省软科学研究资助项目“新一代网络安全防范对策的研究与实践”（编号：（2012041010-03）成果之一.

作者简介：刘荷花（1976-）,女,山西省朔州人,太原大学副教授,在职博士生,研究方向为数据库技术及应用、CAD应用.

中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1001-7518（2012）35-0048-02

电气CAD技术是集计算机辅助设计与电气设计等为一体,在机械CAD技术的基础上,逐步发展起来的技术,在电气设计的应用方面取得了巨大的经济和社会效益.在电气设计中,长期以来设计人员是用手工方式进行电气原理图,元件布置图及连线表的绘制计算校核也是处于分散低效率的工作状态.由于牵涉众多的器件类型和厂家,规格型号不完整,设计人员要花大量的时间和精力去进行器件和材料的查找和统计,因而使产品开发难以摆脱少、慢、差的状态.计算机软硬件平台的飞速进步,使人人有可能针对低压电器和高压电力领域开展工程设计CAD应用工作[1].

一、《电气CAD设计》课程的教学目标定位

在设计任何课堂教学活动之前,应对该课程的教学目标定位把握准确.首先,《电气CAD设计》课程依托的基础教学软件是Autodesk公司开发的AutoCAD软件,该公司是较早开发CAD技术的公司,并且该软件目前已经作为了工业技术标准.尽管AutoCAD软件的版本逐年升级速度较快,但是只要训练学生扎实掌握一种CAD绘图软件的主要操作技能,他们将会在未来通过自主学习很快掌握其他版本及类似绘图软件的操作.

(一)熟练操作AutoCAD软件的定位

由于AutoCAD具有强大的二维平面和三维立体图形的绘图功能,并能进行图形尺寸的标注、立体图形的渲染,还能打印输出各类工程图纸,被广泛应用于机械、建筑、电子、能源、航天、制造、石油华工、冶金、地质、装饰、轻工、商业、服装等各种领域.传统的电气CAD设计教材中往往限于绘制二维平面电气图,而使学生失去体验强大的AutoCAD三维立体绘图魅力的机会.《电气CAD设计》课程是电气化专业学生在大学期间唯一一门涉及学习AutoCAD软件的课程,在课程中对AutoCAD软件功能的全面学习和了解其他领域的应用,从长远来看将有助于扩大学生视野、提升综合素养及学习能力,应体现出高等教育重在培养人才而短期培训学员的本质.因此,我校将AutoCAD软件二维和三维基本绘图命令的掌握,归为该课程的教学目标之一.

(二)电气设计中应用绘图软件的定位

电气设计一般可分为原理设计与施工设计两个阶段.其中,原理设计是最能体现设计者智慧的地方,设计者往往要根据控制设备提出的动作要求,结合典型回路与自己的设计经验,不断构思,多次修改,最终绘制原理图.原理设计一旦结束,整个产品的设计已基本完成,转入施工设计阶段.工厂根据原理图,设计位置图,然后绘制接线图,绘制接线图其实是对原理设计思想的“重复”而进行的接线图设计,是设计者要逐个画出每个元件接线端子上的线号,考虑走线,大量重复的工作,不仅延长了设计周期,而且经常造成人为的错误.因此,采用计算机来实现电气设计,不仅是提供一个CAD环境,更主要的是实现由原理设计到施工设计的自动化[2-4].

本文关注的电气自动化专业毕业学生,绝大多数对CAD软件的使用在于电气设计,因此,在课程中应重点结合电气专业知识,需要帮助学生回顾电气设备用图形符号国家标准,在具备一定的电气识图能力的基础上,掌握常用电器设备图形符号的绘制.指导学生设计及绘制电气图纸的能力,要求学生掌握整体布局,应用适当比例及制作相应模版,根据要求能够准确、清晰及美观地完成图纸的绘制,以及学会在完成绘图后打印电气图集的技巧等.

在教学中的不利因素需尽量避免,如：有些电气CAD教材内容以介绍CAD各种操作命令为主,习题和案例是以机械零件的绘制为例,却与电气行业绘图实践的相关性较小,使学生感到事倍功半,无益于增强学生的就业竞争力；有些学校的CAD任课教师主要由计算机专业的教师来担任,教师对软件很熟悉,但缺乏关于专业课程的系统理解和工程经验,对CAD软件在电气专业后续课程中的作用及在工程实践中的具体应用不够清楚.因此,教师在讲授时注重软件的基本命令和操作,对后续课程和工程实践应用讲解得很少.

二、提高绘图课堂效率的教学方式

由于CAD类课程具有重在培养学生的上机实操技能的特点,笔者选择全程在计算机机房上课,提高讲与练的课堂交替频率.如每讲完5-10分钟即配合相同训练时间,练时针对个体学生的个性化疑难面对面传授解决技巧.

紧凑的讲练快速更迭的教学方式,优于传统一堂教室听课再加另外一堂上机作业练习的模式,因为多数学生在两次课程堂间隙的遗忘率达50%之多,致使课堂效率过低.在技能性课程授课过程中,讲与练的分度把握与授课效果之间有着相应关联,授课教师应寻找到适合特定学生群体的时间分配比例以达到最佳授课效果.

笔者通过教学实践对比发现,讲练快速更迭的教学方式较之讲练同步的教学方式更有效.讲练同步的教学方式,即授课教师每做一笔示范绘图,学生便同步操作计算机进行同步模仿,而使用该教学方式却会带来弊病.由于学生接受新授绘图技能的速度差异,教师的示例进展速度只能以中等偏下的学生绘图速度为准,即保证大多数完成小步绘图任务之后再继续向下进行,否则将有越来越多的学生被甩出绘图课堂而无法跟近,产生沮丧情绪进而对绘图失去兴趣.然而,以中等偏下的学生的绘图速度为准显然又会拉低课堂效率,无形中排挤掉一部分绘图教学内容,这对于接受能力强、反应快的学生失去课堂的挑战性和课堂满足感.因此,本文提出依照合适分度、讲练快速更迭的教学方式是最为高效的CAD课堂教学方式,教授的时间分配取决于绘图命令的复杂度和学生的记忆力特征.为确保学生在重要的教授时间段内高度专心,采用预告要求提交绘图实例的方式,即预先告知学生该项目教学实例将在练后立即提交.当学生心中有明确的项目任务要完成并且有按时提交的挑战时,便会对如何完成任务用心思考、专心听讲.此时,教师利用学生容易在短时间内注意力集中的特点,能够给出较大容量的绘图讲授内容.在学生一人一机练习的时间段内,鼓励其相互讨论、互相提示或求助教师,并要求学生力争在规定时间内在独立的计算机上提交所完成的绘图任务.

三、具有行业实践性的项目化教材的编写

从电气工程设计入手设计教学内容,按照机械电气工程图、电力电气工程图、电路图、控制电气图、建筑电气平面图、建筑电器系统图分类,每类规划出两到三个有代表性大图的教学案例,包含丰富的绘图命令和编辑命令,并对这些教学案例中涉及的绘图知识进行拆分研究,再按CAD绘图知识和技巧对教学案例做筛选并排序,最终按革新的教学方法制定出电气CAD的课程标准.学生通过从绘制图框模板、设置缩放比例、设置图形界限、设置图层等绘图准备到绘制主要部件及标注这一完整的绘图训练,不但能够以高效率熟练掌握CAD的基本绘图技巧,而且对电气识图读图、电气设计行业标准的运用有了更加深刻的理解.

由于电气工程专业学生的就业方向主要有机械行业、电力系统、建筑行业、流程工业等行业中的电工、设计员、制图员、操作员、维护员等岗位,在实际工作中更多情况下会接触使用电气CAD软件系统完成相关电气制图.电气CAD软件是在通用的CAD绘图软件基础上,开发出的,大大提高了电气设计的效率、降低了企业设计的成本.电气CAD软件按照内容主要包括强电、弱电电气CAD系统；按照专业主要分为建筑电气CAD、工厂电气CAD、电力电气CAD、控制电气CAD、电子电路CAD等软件系统,这些专业的电气CAD系统分别在各自的领域发挥着巨大的作用[5].因此,学生在掌握使用AutoCAD通用软件绘制基本电气图后,对专业开发的电气CAD软件如AutoCADElectrical应有所了解并学会使用.

教学中,设计利用AutoCADElectrical绘制开关柜项目任务的教学内容.ACE的项目管理理念是管理图纸集合,在使用ACE进行设计时一般需要每一种相同的柜型做成一个项目,在使用ACE前需要对开关柜的产品进行分类.如进线柜01,进线柜02,馈线柜01、馈线柜02,计量柜01,作为ACE中的项目内容.开关柜行业的电气项目设计中需要的图纸往往为：单线系统图、二次原理图、布局图、接线图、端子排图、材料清单,同时还可能需要生产上需的接线报表.可利用ACE本身已有的功能对每一类型的图纸进行操作与设计.该项目属于源自实际行业生产中所运用的绘图项目,对提高学生的职业素养大有帮助.

使用AutoCAD进行绘图时,同一个图形可用多种方法实现.对于图1所示教材框架中所设计的项目任务,通过课堂讲授利用不同绘图命令及编辑命令实现的多种方法,引导学生比较这些方法、思考使用何种方法绘图速度最快.而且在教授多种方法去实现同一项目绘制的过程中,便于同时融入更多AutoCAD的基本功能的详细介绍.例如,在项目1中,重点学习绘图界面及绘图环境设置；直线、矩形的绘制；栅格、捕捉功能；文字的创建与编辑；电气图幅规则.在项目2中,重点学习坐标的使用；圆、圆弧的绘制；对象捕捉功能；块的创建与编辑；对象的缩放、修剪、夹点编辑等内容.

四、电子课堂管理及课程考核

与传统的教室课堂相比,计算机机房的课堂管理难度加大,互联网信息和电子游戏等成为诱使部分学生分散注意力的主要因素.使用局域网控制下的电子课堂管理,对约束学生的不良课堂行为、提高课堂运行效率起到关键性帮助作用.笔者选择课堂管理类软件-传奇课堂,运用在分度讲练快速更迭的授课中：在讲授时段,锁定学生电脑屏幕与多媒体大屏幕同为播放PPT授课内容；在练习时段,切换成学生机自由使用状态、教师机对应的多媒体大屏幕以小图标实时显示全部学生机的绘图动态,此时学生也可以打开教师机享文件夹内的PPT文件回放.

课程考核的成绩按过程性考核成绩占60%,终结性成绩占40%组成.过程性考核成绩依据学生每次提交的课堂项目教学的绘图任务进行评分.利用电子课堂管理软件,能够十分快捷地在课堂内的练时段结束后定时收集学生作业,通过局域网上传到教师机上.不仅如此,在活跃课堂形式方面同样可以灵活运用该软件,如对提出某项绘图任务后请某位课堂积极的学生绘制部分内容,教师机的大屏幕显示内容切换为该同学的电脑屏幕显示内容,教师与全班同学观摩动态的绘制过程,并点评实现该绘图效果的方法.

五、结语

依据《CAD电气设计》特点,我们制订了合理可行的教学目标和课程标准,建设成一套重在培养学生职业素养的教学方案,把绘图基础知识和专业知识全面载入课程项目实例.采用多媒体机房全程授课,电子课堂管理及课程考核,合理分度讲练更迭.通过课堂实践获得了良好的教学效果.