基于创新能力培养的“电气CAD”课程教学改革与探索

朱万浩，章盼梅

(1.广州城市理工学院 电气工程学院，广东 广州 510800；2.广州城市理工学院 机械工程学院，广东 广州 510800)

“电气CAD”是广州城市理工学院电气工程及其自动化专业开设的一门专业选修课，具有实践性强、应用范围广的特点，主要培养学生计算机绘图能力。学好“电气CAD”这门课，能帮助学生快速地绘制电气控制原理图、电气接线图、装配图等，提高设计图纸工作效率，也为后期学习三维设计软件打下基础。近年来，随着我国工业4.0/5.0、智能制造等工业自动化技术的兴起，行业对学生的软件设计及绘图能力提出了更高的要求。因此，大部分院校的理工科专业开设了CAD绘图课程，并进行了一系列教学方式的改革与探索，以寻求更好的课程教学方法和人才培养模式。

当前有学者对“电气CAD”课程改革进行了研究，提出了各种各样的改革措施。例如：吴迪针对CAD软件更新速度快、教材与实际教学差距大、教学与实际工程案例脱离等问题，提出优化教学内容、引入工程案例等改革措施[1]；刘慧君通过增强师生互动、加强基本的专业训练、采用项目化教学、“1+X”证书制度等课程考核方式，以提高高职学生的学习兴趣，增强学生专业水平[2]；梁海芳等为解决学生基础知识薄弱、专业知识缺乏等问题，提出培养学生的学习兴趣、理论与实际应用相结合、采用案例教学等方法对课程进行改革[3]；杭阿芳等针对当前课程与思政相脱节、专业课教师的思政水平不够高等情况，提出加强专业课教师的政治理论水平、调整教学大纲、教学知识点与思政相融合等方式[4]。在培养学生CAD绘图的同时，激发学生的爱国情怀和艰苦奋斗的精神，最终打造专业知识过硬、思想觉悟高的合格专业性人才。

虽然以上学者提出了各种课程改革措施，一定程度上解决了“电气CAD”课程在教学中存在的学生兴趣低、课程与实际工程脱节等问题，但不同高校、不同专业的学生综合能力、教师教学水平、人才培养目标等均存在一定的差别，改革不能照搬照套。因此，本文以广州城市理工学院电气工程及其自动化专业为例，根据本专业学生的实际情况、学生创新能力的培养目标、应用型本科专业人才培养目标等，探索“电气CAD”课程的改革方法。

1 课程概况

CAD是计算机辅助设计的缩写，它是一种安装在计算机上的软件，能对机械图纸、结构图纸、电气图纸等进行绘制。与传统的手工绘图相比，采用CAD绘图大大提高了绘图速度，促进了工业的快速发展。“电气CAD”是结合电气及相关行业的特点，面向电气相关专业讲授的一门选修课程。由于该课程实用性强、应用广泛，目前在大部分的工科院校以及工科专业开设。该课程的课程目标包括知识目标、技能目标、素质目标和创新能力培养。除了培养学生的基本绘图技能外，还强调培养学生的分析问题、解决问题、创新能力等，如图1所示。

图1 “电气CAD”课程目标

2 课程存在问题

广州城市理工学院“电气CAD”课程自电气专业成立以来即开设，至今已有十多年。课程教学团队通过学生调查问卷、与兄弟院校和相关专业交流、用人单位回访等方式，对该课程进行深入的调研，发现该课程的教学方法、教学模式等存在一些问题，主要体现在以下几个方面。

(1)原教学模式安排不合理，体现在学生上机实践操作时间偏少。“电气CAD”课程总共32学时，理论课安排在教室上，讲授16学时；上机操作安排在机房，共16学时。在教学安排中，通常排2节理论课，几天后排2节上机操作课。理论课讲授的过程中，由于只有教师单纯地讲授和演示，学生没有跟着实际操作，容易出现打瞌睡、玩手机等情况。另外，理论课讲授完几天后再进行上机操作，学生容易忘记理论课内容，教学效果不理想。

(2)原考核方式过于单一。原课程平时成绩依据上课考勤打分，期末成绩采用上机考核，例如在2小时内画出3～4张电气相关图纸。原考核的方式过于单一，不易调动学生学习的积极性。

(3)教师课程讲授与实际工程相脱节，教师缺乏实际工程经验。在讲授课程的过程中，教师通常按部就班地讲授软件的基本操作，点、线、矩形等基本图形的画法，最后结合专业知识绘制电气原理图，缺乏实际工程案例。同时，教师缺乏实际工程经验，大部分教师从学校毕业就到学校做老师，没有企业的实际工作经验。

(4)课程学习完之后没有进一步延伸。学生学完课程后就忘了，后期没有学习需要“电气CAD”做铺垫的课程或项目，大部分学生在毕业后才有可能再用到。

3 改革措施

为了更好地适应应用型人才培养的目标，培养学生的创新能力，实实在在地提升学生的专业技术水平，为学生毕业后的就业打下基础，结合学校和电气专业特点、学生的实际情况，提出以下几方面的改革措施。

3.1 调整教学模式

原教学模式采用教室理论讲授16学时，上机操作16学时。学生在教室上课时，没有电脑进行上机实践，单纯在教室讲授理论的效果不好。调整后的教学模式采用全部讲授和上机实践均在机房进行。教师在机房先讲授一部分理论知识，然后让学生立刻上机训练。例如教师讲授三极管的画法，总共讲授时长10分钟，讲授完之后，学生立即上机练习15分钟。这样不仅能提高课程的活跃度，而且能提高学生的兴趣，改变之前枯燥无味的理论讲法，能实实在在地提高学生的画图能力。

“电气CAD”教学总共32学时，分为8次课，每次课4学时对应1个项目。课程共分为8个项目，采用项目式教学。例如“项目八”授课加上机操作共4学时，采用技能竞赛与企业案例专项训练的教学模块，主要培养学生的创新能力，如表1所示。

表1 项目与教学模块分布表

续上表

3.2 调整课程考核方式

原课程考核方式采用平时点名和试卷考核的方法，考核方式单一，无法充分调动学生学习的积极性。调整后的课程考核方式多样化，把分数细化到多个环节，使考核分数更加合理、公平。例如平时考核占40%，包括上课认真程度(10%)，现场回答问题(10%)，课堂测试(10%)，课后作业(10%)。期末考核占60%，采用上机闭卷考试的形式，其中，考核学生综合绘图能力占40%，创新能力、发散思维能力占20%。细化后的课程考核方式，让考核更加有依据，目的是为了充分调动同学们的学习兴趣，切实提高同学们的绘图、创新等水平。

表2 改革后的课程考核

3.3 与实际工程案例相结合

原课程主要讲授软件的基本操作,二极管、三极管等电气元件的画法，传统的课程讲授过于简单，没有与实际的工程案例相结合。学生学完课程之后，不清楚CAD绘图课程究竟能用在哪些地方，以及在实际工作中如何运用。改革后的课程，不但讲授基本的绘图技能，而且引入实际的工程案例。例如引入变电站的综合设计，讲授电气的接线图、保护控制图、电气平面布置等图纸的画法；引入污水处理厂控制系统设计，讲授PLC接线图、总体架构图、仪表接线图的绘制方法。通过实际工程案例的讲授和训练，让学生清楚地认识到CAD在以后工作中的作用，进一步明确学习目的。

3.4 加强师资建设，提升师资能力

当前大部分院校的教师没有实际工程经验，研究生毕业之后就到学校做老师。近年来，广州城市理工学院电气工程及其自动化专业从设计院引入多名高级工程师，他们熟练掌握CAD软件操作技能，具有丰富的实际工程经验。工程师在讲授如何用CAD软件设计图纸的时候，还可以与同学们分享企业工作经验，提高同学们的学习兴趣。

3.5 教学与竞赛相结合

传统的CAD教学往往在课后没有进一步延伸，部分学生直到毕业后工作了，才用到CAD软件。CAD是一个应用范围相当广泛的软件，学好、学精有利于促进学生就业，使其更快地适应企业工作环境。因此，改革后的CAD教学，在学生学完CAD软件后，让成绩优异的学生组队参加广东省工科大学生实验综合技能竞赛，使学生的CAD、三维绘图技能进一步提升，做到以赛促学，让比赛反哺教学。

3.6 教学效果与评价

经过三年的教学改革与实践，“电气CAD”课程教学体系日趋成熟，广州城市理工学院在电气专业2017—2020级推广应用，取得了良好的效果，主要体现在以下几方面。

(1)通过“电气CAD”课程的学习，学生掌握了二维基本图形的绘制方法，为三维绘图打下基础。近两年，部分同学参加广东省工科大学生实验综合技能竞赛，获得三等奖的成绩。

(2)在授课课程中，结合具体工程案例，让学生提前接触企业设计工作，提升工程设计能力。因此，在学生就业方面，不少学生能进入设计单位、电气及工业控制的施工单位以及各类设备制造厂。

(3)在学生评价方面，调查问卷显示，大部分学生对“电气CAD”课程改革表示满意，对课程充满兴趣。同时，课程团队深入企业回访交流，企业工程师认为CAD课程实用性强，应加强学习。

4 结语

本文对“电气CAD”课程进行了一系列的教学改革，通过调整机房实践学时，提高了学生的动手、实践操作能力；改变课程的考核方式，加大对平时练习的考核，提高了学生的积极性；课程讲授与实际工程相联系，提高了同学们的学习兴趣；积极引导学生参加大学生技能大赛，以赛促教、以赛促学，提升学生的综合能力和创新能力。

该课程自实施改革至今，已在广州城市理工学院电气工程及其自动化专业2019—2021级学生中进行试验，取得了良好的效果，得到学生和专家的好评，可为其他高校CAD课程的改革提供参考。