能源与动力工程专业CAD 课程教学方法的改革与实践

2020-01-08马国彬

科教导刊 2020年33期

马国彬

（同济大学上海 200092）

1 CAD 在能源与动力工程专业课程设计中的作用

CAD 即计算机辅助设计是一门非常实用的课程，是学生更好地绘制专业图形和理解空间结构与设备系统的工具。课程逻辑性强，是一种交互式的绘图软件，与常规的手工绘图方式相比较，CAD设计精准，绘制时间短，修改方便，大大提高了制图的质量和效率。因此，CAD 在机械、建筑、能源、电子和航天等诸多领域都有广泛应用。

对于能源与动力工程专业的学生来说，需要学习热交换器原理与设计、工业锅炉和汽轮机与热力发电厂等专业性较强的课程，每门课理论教学结束之后都有对应的课程设计，要求学生绘制系统流程图、设备与管路平面图、系统剖面图以及设备元件图等一系列图纸。如果学生不了解CAD 软件和专业绘图规范要求，就不能完整将设计思路正确表达出来，会耽误设计进度，甚至有可能无法完成课程教学任务。因此专业CAD 对能源与动力专业学生十分重要，无论在课程学习和课程设计中，还是日后从事设计、施工、监理以及管理等方面的工作，都是必须掌握的技能。

2 课程教学内容与方法改革的背景

（1）因为本专业培养目标要求和课程安排与学时的限制，在专业CAD 学习之前，无法再安排一门先修的CAD 课程。这就造成学生在学习这门课的时候，CAD 软件运用程度参差不齐。有些学习过或者使用过该软件的学生，绘图时知道如何入手，应用也比较熟练；而没有接触过这个软件的学生，上手就比较慢，被动等着教师帮助解决，或者问其他同学，这样大大降低了上机绘图的效率，影响了教学进度。

（2）能源与动力工程专业CAD，要涵盖几门专业课程的规范制图。专业课包括热交换器原理与设计、工业锅炉、汽轮机与热力发电厂以及热工仪表与测量系统等等。学生要了解这几门专业课程工程设备运行原理和工艺流程，同时也要掌握各门专业课规范制图的要求。如果学生不了解专业课理论知识，就无法绘制管路的正确走向和设备系统的正确安装布置图。因此，专业CAD是一门涵盖众多知识点的课程，学生需要在有限的课时内，掌握各专业课典型设备规范设计的标准制图方法，这对教师授课水平和学生动手实践能力都是一种挑战。

（3）课程要掌握的知识点较多，系统难易程度也不同。在授课时，如果没有根据各专业课制图识图的难易程度，调整好由易到难，循序渐进的顺序，学生面对覆盖范围非常广的大量知识点，容易产生畏难情绪，不利于调动学生学习的积极性、主动性和创造性。学生对专业CAD 制图识图有个理解的过程，才能促进学生参与进来，有效提高绘图识图的效率，规范合理地绘制图纸。

（4）学生在计算机上绘制专业图和在图纸上绘图有很大不同。学生面对着计算机屏幕应用CAD 绘图时，可以随意对图形进行缩放。这也造成无论学生绘图时设置的线型和文字等是否合理，是否合乎规范制图的要求，在计算机屏幕上，学生都很难察觉。比如虚线和字号，如果学生没有合理设置线型比例和字高，当CAD图打印在图纸上时，虚线可能细密的看上去像一条实线，标注和注释的文字也容易大小不一，很不规范。

3 课程教学内容和方法的改进措施

3.1 总结CAD 常用命令并制作演示文件

除了上课时讲授外，把常用CAD命令做成演示文件。CAD命令需要常常练习，如果学生单单靠上课时讲授，课后不加以巩固，一遍遍的加深印象，就无法达到熟练运用的程度。在之后专业课程设计绘图时，使学生很难跟上进度。另外有些命令暂时没有用到，学生通过课堂教学和课后演示文件，在脑海中就会对这些知识留有印象，在日后学习和实践中涉及这部分内容，学生也能够立刻在演示的文件包里找到使用方法。

由于没有专业CAD 的先修课程CAD 软件的学习，学生不但面临不熟悉绘图命令的问题，有时候还会遇到由于不同计算机CAD 软件设置的不同而产生的一些问题。类似的情形，没有必要花费大量时间一一给学生演示讲解。而是把可能遇到的问题告诉学生，学生对如何解决有个大致的了解。一旦遇到问题，可以有的放矢的查找教师整理的文件。而不必花费大量时间咨询同学或者被动的等待教师帮助解决。

3.2 选取专业典型设备系统图形

专业CAD 包括几门专业课的内容。各门专业课都有一套复杂的设备系统和与建筑物结构结合的绘图规范。专业CAD绘图，如果没有掌握系统工艺运行原理，就无法正确的绘制符合各专业课程要求的图纸。

授课时首先选取各专业课典型的系统设备图形。通过对专业CAD涉及的各专业课的研究，选取热交换器系统，工业锅炉和汽轮机及热力发电厂等专业课程的典型系统设备工艺流程和运行原理进行讲授。如果学生在这方面已经有一定的知识积累，这个讲授过程可以加深学生对理论知识的理解，如果学生这方面基础不扎实，也可以通过课程教学，使学生大致了解工艺流程，不会在绘制图纸的时候不清楚管路走向和设备运行原理等需要掌握的基本知识。

其次，学生在了解各专业课程工艺系统图时，对于一些大型设备的图纸不知从何着手。对这种情况，在授课中采取两种方法解决。第一是将专业课程系统设备图按照由易到难的次序进行讲解。比如学生熟悉了基本的管路走向，复杂的管路系统也就能逐步理清。看懂设备的基本图例，也就有兴趣去了解复杂的系统。第二是将大型系统按照区域划分成几个小系统，比如在复杂的锅炉系统绘制过程中，指导学生把整个系统分成几部分，分别是燃烧室、水汽系统和烟风系统等等。学生懂得了每一部分运行原理，也就容易对整合起来的大型系统做到心里有数。

3.3 课堂教学与上机实践有机结合

专业CAD 是一门操作性和实践性很强的课程。课堂教学代替不了学生上机实践的过程。学生只有保证一定量的上机时数，才能掌握和熟悉各项绘图命令。专业图纸绘制，一方面要求绘图时效率高，另一方面要求专业设计正确且规范。学生只有通过大量上机实践才能达到这样的目标。

还有些问题是通过上机实践才能及时发现并着手解决。例如，学生在计算机屏幕上绘制图形，因为图形可以任意缩放，学生对设计图打印在图纸上的效果不能完全把控。很容易产生线型比例和文字大小不合规范的情况。实际上绘图前，为保证图纸规范合理，应该对图纸整体布局合理安排和设定，也就是确定打印比例。当打印比例设定了，图纸绘制中线型比例和文字比例也就定了。因此在专业CAD 授课过程中，会指导学生绘制某一门专业课程的典型系统设备图，整套系统不一定非常复杂，但需要综合运用CAD各项命令，在学生绘制好后进行打印。当学生看到打印后的图纸，就会明白打印图和计算机屏幕显示图的异同。这样学生在之后进行专业图形的绘制时，就会知道哪些是应该注意的事项。通过这种反馈方法，学生以后不会在做一个十分复杂设计时，直到绘制到最后，才惊觉犯了基本常识的错误，再花大量时间进行修改。

3.4 用专业CAD 这根主线梳理讲解核心专业课典型系统设备图异同点

在专业CAD教学中，涉及几门核心专业课程的绘图识图。不同专业课程处在不同领域，学生在专业CAD 这一门课中要领悟不同学科设备系统知识，往往会混淆或者不理解系统运行原理与制图规范。从制图上讲，各门课相关管路系统的设计规范绝大多数是一致的，但仍存在些许差异。在教学中，针对上述情况，在学期的不同阶段，比如学期开始、期中和课程结束前，会把各门专业课设备原理和制图规范方面的异同点，设备作用、使用介质等因素汇成一条主线，贯穿起来给学生统一讲解，让学生对不同的热力系统的功能和设备运行有总体把握。并将串联起来的系统设计核心内容有机结合，做成演示文件，方便学生根据不同学科方向规范绘图。同时也启发学生积极思考，提出自己的见解，有效提升课堂教学和上机实践的效果。