卓越計(jì)劃人才培養(yǎng)中電氣CAD課程的作用研究

摘要：卓越計(jì)劃人才培養(yǎng)模式下的電氣專業(yè)與普通電氣專業(yè)相比，因人才培養(yǎng)目標(biāo)不同，在教學(xué)大綱方面也有很大的區(qū)別。基于此，在闡述電氣CAD講授內(nèi)容的基礎(chǔ)上提出授課技巧的應(yīng)用，探討了新形勢下電氣CAD課程在電氣專業(yè)人才培養(yǎng)中所起的作用——對學(xué)生而言是實(shí)踐教學(xué)的重要支撐，對教師而言是專業(yè)課教學(xué)的輔助工具，并結(jié)合“電機(jī)學(xué)”課程中電磁場分析教學(xué)部分，舉實(shí)例闡述了其具體作用。

關(guān)鍵詞：電氣；卓越；CAD；實(shí)踐；教學(xué)

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

基金項(xiàng)目：本文系鄭州輕工業(yè)學(xué)院第九批重點(diǎn)教改項(xiàng)目“‘電氣工程及其自動(dòng)化卓越工程師’人才培養(yǎng)體系的研究及實(shí)踐”的研究成果。

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

AutoCAD是一個(gè)專業(yè)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(yīng)用，使得該繪圖軟件呈現(xiàn)出較強(qiáng)的靈活性和廣泛的應(yīng)用性，應(yīng)用于各種工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，如土木建筑設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、航空航天、服裝設(shè)計(jì)等。[1-3]教學(xué)策略和教學(xué)藝術(shù)的應(yīng)用是提高教學(xué)質(zhì)量的重要手段，輔以圖畫是其教學(xué)中的常用手段，也是關(guān)鍵策略，這將有利于學(xué)生的學(xué)和老師的教。電氣類專業(yè)引入AutoCAD繪圖工具，將對其相關(guān)課程的講授起到很好的輔助作用，因此，AutoCAD是電氣類相關(guān)專業(yè)學(xué)生必須掌握的一種繪圖工具。AutoCAD軟件在自動(dòng)控制專業(yè)中的應(yīng)用形成了控制CAD課程，而AutoCAD與電氣類專業(yè)的結(jié)合便形成了電氣CAD課程，電氣CAD課程的開設(shè)是電氣專業(yè)培養(yǎng)工程背景的一個(gè)平臺。電氣專業(yè)學(xué)生的就業(yè)方向是與電相關(guān)的所有行業(yè)，其中讀圖、識圖、作圖、按圖進(jìn)行布線、施工、依圖進(jìn)行檢修等基本涵蓋了畢業(yè)生今后所要從事工作的所有內(nèi)容。因此，電氣CAD課程在電氣專業(yè)人才培養(yǎng)中起著尤為重要的作用。

教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”的提出旨在促進(jìn)我國由工程教育大國邁向工程教育強(qiáng)國。2009年教育部在部分高校實(shí)施了第一批“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”。2011年底，鄭州輕工業(yè)學(xué)院電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)經(jīng)教育部批準(zhǔn)成為第二批“卓越計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)。卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃下的電氣專業(yè)與普通電氣專業(yè)相比，重在培養(yǎng)一批立志從事技術(shù)創(chuàng)新和工程實(shí)踐的優(yōu)秀學(xué)生，在培養(yǎng)目標(biāo)、培養(yǎng)方案、培養(yǎng)計(jì)劃以及課程的開設(shè)等方面都有很大的不同，與之相對應(yīng)，相同的課程在卓越教育培養(yǎng)計(jì)劃下的電氣專業(yè)與普通電氣專業(yè)中所發(fā)揮的作用也有很大的區(qū)別。基于此，本文探討了新形式下電氣CAD課程的開設(shè)應(yīng)注意的問題及其在卓越教育培養(yǎng)計(jì)劃電氣專業(yè)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(shè)定為選修，但由于其講授內(nèi)容在實(shí)踐教學(xué)和今后工作中的重要作用，使得電氣CAD課程的選修人數(shù)常常爆滿。電氣CAD課程以AutoCAD為軟件平臺，在掌握其基本設(shè)置、繪圖方法、編輯方法的基礎(chǔ)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(nèi)容，[4-5]同時(shí)延伸到電氣制圖的理論、方法和規(guī)范。電氣CAD在卓越工程師班的開設(shè)主要是為校內(nèi)的實(shí)踐教學(xué)奠定基礎(chǔ)。由于“3+1”模式的引入，課程的開設(shè)學(xué)時(shí)數(shù)嚴(yán)重受限，要在有限的時(shí)間內(nèi)達(dá)到更好的教學(xué)效果必須采用好的教學(xué)方法。根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，在授課過程中應(yīng)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(shí)，學(xué)生實(shí)時(shí)操作，實(shí)現(xiàn)講、演、練相結(jié)合的一體化教學(xué)模式，提高學(xué)生學(xué)習(xí)能動(dòng)性，使學(xué)生快速掌握講授內(nèi)容，增強(qiáng)其實(shí)際操作能力。

2.基礎(chǔ)知識與專業(yè)繪圖內(nèi)容的講授交互進(jìn)行

繪圖基本知識的講授與電氣符號、典型電氣圖繪制內(nèi)容的講授非標(biāo)準(zhǔn)的先后順序，即不能先把所有的繪圖基礎(chǔ)知識全部授完之后再講授典型電氣圖形的繪制。兩個(gè)主題的講授內(nèi)容相互交融，相互促進(jìn)，貴在基礎(chǔ)，重在應(yīng)用。

3.充分發(fā)揮啟發(fā)式教學(xué)在電氣CAD課程中的作用，實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生之間以及學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)

講授典型電氣圖形和電氣符號繪制時(shí)，先展現(xiàn)給學(xué)生所繪制圖形的全貌，以提問為先導(dǎo)，采用啟發(fā)式教學(xué)方法，讓學(xué)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?yán)L制等方法，確定最佳繪圖方案，鍛煉和提高學(xué)生對繪圖技巧的運(yùn)用能力，達(dá)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(biāo)驅(qū)動(dòng)方法進(jìn)行教學(xué)

對電氣專業(yè)卓越工程師班而言，學(xué)習(xí)電氣CAD的目標(biāo)非常明確，主要是為大型的綜合實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)服務(wù)，因大型綜合實(shí)驗(yàn)在前，故在教學(xué)中便以綜合實(shí)驗(yàn)為核心進(jìn)行目標(biāo)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的設(shè)計(jì)。教學(xué)初期給出實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果，讓學(xué)生在查閱資料的基礎(chǔ)上進(jìn)行初步實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，學(xué)生在求知欲的強(qiáng)烈刺激下會(huì)主動(dòng)探索電氣CAD中設(shè)計(jì)圖紙的標(biāo)準(zhǔn)畫法，充分發(fā)揮其主觀能動(dòng)作用。

二、實(shí)踐教學(xué)的支撐作用

“卓越工程師培養(yǎng)計(jì)劃”強(qiáng)調(diào)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，將原四年大學(xué)培養(yǎng)過程轉(zhuǎn)變?yōu)椤?+1”的校企聯(lián)合培養(yǎng)模式。鑒于此，在卓越班教學(xué)計(jì)劃中開設(shè)了30個(gè)學(xué)時(shí)的4門大型綜合實(shí)驗(yàn)課程。大型綜合實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置的目的重在以實(shí)際需求為目的，提高學(xué)生實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，努力使學(xué)生成為卓越工程師。大型綜合實(shí)驗(yàn)課程是一個(gè)綜合性、設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性實(shí)踐項(xiàng)目，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和工程實(shí)踐能力的載體。大型綜合實(shí)驗(yàn)課程無論是圍繞PLC的電氣實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目還是以變電站設(shè)計(jì)為主題的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，主要實(shí)現(xiàn)步驟如圖1所示。專業(yè)設(shè)計(jì)在大型綜合實(shí)驗(yàn)中固然重要，不過最終還是要依照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行電路布線，觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，因此要想以最快的速度進(jìn)行最準(zhǔn)確的繪圖依賴于電氣CAD學(xué)習(xí)的效果。

課程設(shè)計(jì)及畢業(yè)設(shè)計(jì)是另外兩個(gè)校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)分析是該專業(yè)的核心課程，起著承前啟后的作用，是電力工程基礎(chǔ)、電機(jī)學(xué)、電力電子技術(shù)等課程的后續(xù)課程，是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)、電網(wǎng)監(jiān)控及調(diào)度自動(dòng)化等相關(guān)課程開設(shè)的前提。在電力工程基礎(chǔ)、電力系統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)以及該專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)中，變電站設(shè)計(jì)、配電網(wǎng)設(shè)計(jì)和工廠供電設(shè)計(jì)等課題占有很大的比重。課程設(shè)計(jì)以及畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xiàn)，對學(xué)生而言實(shí)現(xiàn)繪圖功能的軟件并不是價(jià)格昂貴的專業(yè)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(jù)電力系統(tǒng)分析、發(fā)電廠電氣部分、電力工程基礎(chǔ)等課程相關(guān)內(nèi)容，首先，分析并確定主接線設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行短路電流的計(jì)算，繼而對相關(guān)電氣設(shè)備進(jìn)行選擇和校驗(yàn)，最后以圖紙的形式將設(shè)計(jì)結(jié)果展現(xiàn)給大家。變電站設(shè)計(jì)課題中因有較多的相同設(shè)備，比如變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、進(jìn)出線單元等，因此在學(xué)習(xí)繪圖時(shí)應(yīng)注意復(fù)制、鏡像、陣列等工具的正確使用，以使學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中以最快的速度準(zhǔn)確地繪制所設(shè)計(jì)的圖形。

三、專業(yè)課教學(xué)的輔助作用

電機(jī)類課程是電氣專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，卓越工程師班的學(xué)生層次雖然高于普通班，但從第一屆的教學(xué)實(shí)際情況來看并沒有取得更好的教學(xué)效果，對卓越工程師班的學(xué)生而言仍是最不易掌握和理解的課程，尤其是電機(jī)內(nèi)部電磁場的分析和計(jì)算等相關(guān)內(nèi)容較為抽象，求助于圖形工具使學(xué)生在感性認(rèn)識的基礎(chǔ)上向更深層次的理性認(rèn)識過渡，將會(huì)使教學(xué)收到較好的效果，因此仿真軟件的引入對電機(jī)類課程的教學(xué)有很大的促進(jìn)作用。有限元仿真軟件Ansoft在工程電磁領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，包含靜電場、交變電場、靜磁場、渦流場、瞬態(tài)場等不同類型的分析模塊，具有強(qiáng)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(qiáng)大，軟件的菜單和幫助均為英文書寫，但它能夠?qū)肫渌ぞ呃L制的圖形。用電氣CAD繪制電機(jī)結(jié)構(gòu)主體，將其導(dǎo)入仿真軟件Ansoft，施加激勵(lì)條件，對電機(jī)內(nèi)部的電磁場進(jìn)行仿真分析，是電機(jī)類課程開設(shè)的最好輔助授課手段。

電氣CAD繪制的電機(jī)模型經(jīng)面域命令進(jìn)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(dǎo)入到仿真軟件Ansoft中，經(jīng)仿真得到電機(jī)內(nèi)部單獨(dú)由永磁體作用產(chǎn)生的磁力線如圖2所示。當(dāng)學(xué)生看到圖2的仿真結(jié)果時(shí)將會(huì)豁然開朗，原來電機(jī)內(nèi)部的電磁場是如此走向的，各部分磁場的強(qiáng)弱也一目了然，激發(fā)了學(xué)生對內(nèi)部電磁場神秘性淵源的探索，增強(qiáng)了學(xué)生對電機(jī)學(xué)理論知識的學(xué)習(xí)興趣，適合卓越工程師人才培養(yǎng)模式下少學(xué)時(shí)的教學(xué)安排。

四、結(jié)束語

在信息化的今天，電氣CAD課程的開設(shè)能夠提高授課內(nèi)容的新穎性，增加授課內(nèi)容的信息量，開闊學(xué)生視野，拓展學(xué)生思維，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的工程背景，因此，電氣CAD課程是電氣專業(yè)教學(xué)中必不可少的一門課程。該課程具有很強(qiáng)的靈活性、操作性和實(shí)踐性，是該專業(yè)學(xué)生必須掌握的一項(xiàng)技能，是學(xué)生完成實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的工具；是該專業(yè)教師必須掌握的繪圖軟件，是教師講授專業(yè)課的支柱，是教師修改學(xué)生實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)所繪圖紙的工具。卓越工程師的人才培養(yǎng)模式是一個(gè)新生事物，在新的形勢下如何以較少的學(xué)時(shí)使電氣CAD課程的教學(xué)達(dá)到更好的學(xué)習(xí)效果和實(shí)際運(yùn)用效果，在實(shí)踐教學(xué)中發(fā)揮更好的作用將是另一個(gè)值得深入研究的課題。

參與文獻(xiàn)：

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