技术素养导向的电气CAD课程多维重构初探

季翼鹏，孙加存，刘 韬，李树光，赵玉龙，姚海进，彭友亮

(1.苏州市职业大学 电子信息工程学院，江苏 苏州 215104；2.汇川技术有限公司，江苏 苏州 215104；3.苏州凡特斯测控科技有限公司，江苏 苏州 215104；4.苏州海豚之星科技有限公司，江苏 苏州 215104；5.苏州迈尔特感应技术有限公司，江苏 苏州 215104)

1 电气CAD课程的现状

电气CAD全称为“计算机辅助电气工程制图”，该课程是由电气工程制图和CAD两门课程整合而成的专业技术基础课。在当前的电气CAD课程建设和实际教学中，存在以下不足：

1.1 课程内容难以跟上当前产业发展态势

随着中国智能制造产业的推进，工业自动化设备行业正向智能装备制造和智慧服务业态转型；关键零部件的经销商正从卖产品向卖解决方案和服务的系统集成商转型，并进一步向“交钥匙式”的项目总承包的综合服务商转型。在上述转型过程，产业链相关企业中产生了非标设计、工程图纸绘制、标准化和项目管理的工作岗位，这些岗位需要高技术素养的应用型人才。而当前的电气CAD课程不足以支撑当前智能制造快速发展的需要，它不关注设计流程的改善，也不关注项目实施的速度，与当前企业的需求脱节。

1.2 课程内容的取舍、序化失当

由于一线教师到企业实践的经历往往处于操作层面，无法对智能装备的研发、工艺、生产、销售、项目施工、维保的整个过程有深入的认知。教师对电气制图的基本表达法、电气制图规范性的地位和意义认识不足，导致课程目标不清，知识取舍失当，忽视知识的序化，将课程内容顺序简单地依附于CAD软件操作手册的顺序，致使学生技术思维得不到培养、技术素养不足。

1.3 缺乏课程意识和课程精神，静止、孤立的课程观仍然占有统治地位

当前的CAD教学方案未能从课程体系建设的中观层面贯彻认知建构理论，因而也未能理清相关课程之间的“序”。电气CAD课程对智能制造专业知识体系中相关知识点、技能点的“穿针引线”的作用被遮蔽。在该课程学到的技术知识、技术能力、技术思维方法，未能在后续培养环节中得到重温。

2 技术素养导向下电气CAD课程的反思

2.1 技术素养修习的载体—“纵贯线”课程

高品质的高职专业的内涵在于培养的应用型人才有较高的技术素养；然而，在目前的课程体系设计中，仍然局限于请企业专家讲学、增加技术史等通识课程。这种较为粗糙的课程体系层面的技术素养培养设计，未能让技术素养在日常教学和教育中落地、生根。

文献[1]中提出了分析技术素养的三个清晰的维度：技术知识、技术能力、技术思考与行为的方法，该提法与中国传统修养论的才、学、识三个方面不谋而合。技术知识为“学”，技术能力为“才”，技术思考与行为方法为“识”。以技术素养为导向的人才培养，就是“学、才、识并举，以识为重” 方针的人才培养。如何构建和完善指向技术素养的课程体系，如何把握学校原有的课程体系的课程目标与技术素养培育的契合度则是一个新课题。

中国传统修养论提出了提升修养的“修、习、证、悟”的途径，该途径在传统的书法、围棋等技艺的理论中得到系统的总结；其中最重要的一条经验是素养离不开修习的载体，而修习的载体往往就是这些技艺活动本身。在普通教育研究中，为提升核心素养构建载体的提法也较为普遍。以上两方面启示我们职业教育的技术素养的修习载体，该向课程体系自身内部求得。具体方法是：选择对职业知识体系具有“纵贯线”性质的课程，作为技术修养的修习载体[2]。

2.2 电气CAD课程具有成为智能制造专业技术素养修习载体课程的潜力

电气图是电气技术领域的共同语言，是用来阐述电的工作原理，描述产品的构成和功能，提供装接和使用信息的重要手段。随着电气技术和计算机技术的发展，自20世纪90年代起国际标准将“电气制图”改称为“电气技术用文件的编制”。技术图纸既是制度性脑力劳动的产物，也是企业最重要的知识资产，更是理解企业经营和技术活动的一个关键维度。在工业4.0的语境中，它还是企业数据模型的一种数据透视。国标中所指向相关的典型工作过程，包括对电气技术用的技术文件编制、存储、管理和利用[3]。

技术素养作导向的电气CAD课程的学习内容是对规范所指向的典型工作过程，进行合理筛选、组合、重构。电气CAD课程的地位不应再仅定位于一种软件应用的操作技能性专业课程，而是一门具有技术素养修习载体性专业课程。具有以下特点：

2.2.1 与电气技术文件相关活动具有泛在性

编制电气技术文件是对电气产品或系统全生命周期进行规划、设计、制造、安装、试运行、运行、使用、维护和报废各个阶段所需要的文件。在智能制造标准化模型的系统层级维度上，电气CAD涉及智能制造的5个系统层级，从设备层级、控制层级，到车间层级制造执行系统、企业层级、协同层级。在产品的全生命周期设计、生产、物流、经销、服务过程中都需要对不同类型电气技术文件理解和运用[4]。

2.2.2 电气CAD课程与课程体系中其他课程关联的广泛性

电气CAD课程与课程体系中其他课程具有广泛的关联性。电气CAD课程所涉及的知识贯穿了培养过程的始终。工厂供电课、伺服控制技术应用、电力电子技术、运动控制、电气控制与PLC等专业课程的项目包含电气技术文件的编制任务。需要将电气设计的参数、线路，用规范的电气图纸表达出来，才能达到项目教学设计的完整性。在综合实训、毕业设计等综合性培养过程中，还需要学生具有按照国际标准化规范编制成套电气技术文件；并按照图纸外发加工，和其他单位进行协作的能力[5]。

2.2.3 电气标准化规范内生地包含技术素养所有内涵

规范的本身是由全世界电气自动化领域的专家编写，标准化文化是一种特殊的经济技术现象，也是质量文化的一部分。规范本身体现技术知识、技术能力、技术思维三者的结合。因此，按照标准化规范重构后的课程是知识、技能和思维方法的结合。不仅传授技能知识—CAD工具的使用，还传授关于技术理解原理性、内隐性策略知识—信息的表达方式，更重要的还传授技术体系、标准化等技术经济的理解，形成技术能力、养成技术思维和态度。

2.3 以技术素养导向的电气CAD课程重构的关键和难点

确立该课程的技术素养修习载体地位，关键是教会学生电气图纸表达法，根据不同要求，画出不同类型图纸，认识标准化制图规范在企业经营中的必要性；熟练使用图纸语言沟通，根据图纸识别技术要点。难点在于建立全景式教学情境，在有限的时间内，将时空上分散在智能制造系统的不同层级、不同生命周期的工作过程，转化并序化为电气CAD课程内容。在内容呈现的顺序上，通过主题整合技能，从传统线性的“序”转换为网络的“序”，促进引力动机的形成，增强学习效果。

3 以技术素养为导向的电气CAD课程多维重构

基于技术素养导向的电气CAD的课程重构，包含三个维度的重构，分别是内容维度、时空维度和互动维度，如图1所示。

3.1 内容维度：基于主观建构的知识、经验的统合

3.1.1 微观层面的重构：课程内容的取舍与序化

电气制图的能力是在CAD软件平台上应用电气制图规范进行电气技术文件的编制能力。在应用电气规范(知识)的显性工作过程中，电气CAD软件作为知识应用的工具，将利用图形元素进行电气简图的表达属于策略性思维的隐性工作过程。该过程和认知建构过程具有贯一性，技术素养实质上存在于该隐性工作过程中。以提高技术素养为导向的学习，就是创造条件将学习者的隐性工作过程，逐步向电气制图(岗位)专家的工作过程“逼近”的过程。以提高技术素养为导向的课程内容重构，也就是创造让上述“逼近”得以发生的载体。

职业课程开发过程一般通过分析专家组织岗位专家，进行典型工作任务的拆分，然后将工作任务以一定的逻辑顺序组织起来得到课程内容。电气制图课程和其他课程不同的是：由标准化组织制定的技术规范，已经完成了岗位群工作过程知识的提取，只不过这些知识的呈现方式未按照认知规律进行序化，教学价值较低而已。若能够以认知建构为导向，序化标准化规范的知识，即可完成行业专家的隐性工作过程的重建。因此，序化后的标准化规范的知识应该是重构课程内容的主体，电气CAD软件是实现主体知识应用的工具。重构后的课程内容是领域知识和工具知识的有机结合。如图2所示，为了实现上述两种知识的有机结合，化解CAD软件Top-Down的工作流程和认知建构Down-Top的顺序存在的矛盾冲突，提高学习质量和效能；课程内容序化应坚持主体知识的逻辑顺序为主线，以工具知识为辅线，避免对CAD操作手册的依附。

图1 基于技术素养导向的电气CAD的课程重构

本课程以简图元素(元器件、连接线)表示法在Solidworks Electrical软件中的规范运用为主线，编制完整的智能制造工厂项目技术文件集为真实情境，将编制整个文件集的过程划分为若干个子项目。Solidworks Electrical 软件建立项目数据之间的电气关联，自动统计各种物料清单，直接调用产品编码，及时获取零部件

的库存信息，直接用三维布线图进行布线指导。能够兼容各种标准规范，实现了2D原理图和3D结构图的机电一体化设计，减少沟通环节，降低设计、施工运行和维护的成本。符合智能制造的本质，即实现上下游数据的关联，并以数据驱动柔性生产链条，实现价值增值。重构后电气CAD项目化课程内容见表1。

图2 按照认知建构顺序序化知识的示意图

表1 重构后电气CAD项目化课程内容

3.1.2 中观层面的重构： 课程体系内模块复用

在课题体系的中观层面，强化电气CAD课程知识模块的复用。措施有三：①每学期都调用电气CAD课程模块的专业课程。②在综合实训和毕业设计环节中，智能制造系统工程设计类型题目，明确电气技术文件编制能力的要求，需要完成40张左右工程图的绘制。③举办“电气制图大赛”，以比赛作为交流和检验学习的平台，以赛促学。

3.2 时空维度：基于网络教学环境的学习情境创设

依托国家教育资源库备选库项目，建立了该课程的资源和教学一体化网络教学环境，形成跨时空维度的数字化教学情境，实现教师在线备课、授课、教学管理、辅导答疑、作业布置、课件组装、网上考试、教学评估、在线阅卷等。同时，实现学生在线学习、自主学习、交互学习、远程学习、学习追踪、作业提交等。

3.3 互动维度：面向产教融合的互动整合

互动是教学效果的关键，教学中存在学生之间、师生之间的互动，也有教学团队内教师之间、现代学徒制下校企之间的互动。在教学平台的管理下，这几种互动呈现多层次嵌套的结构，最终体现为一个面向产教融合的多层次互动、开放性整合的知识体系。

如图3所示，①生生互动，实现小组学习；②师生之间的互动、个性化地调整课程内容，如信息量，实现因材施教；③通过师师之间的互动，提炼共性问题，改进教学设计；④建立全产业链的产教融合课程研发团队，实现企业技术、人力资源管理和学校课程建设、专业建设之间的互动机制，完成基于技术变革预警课程资源常态化更新机制。通过产业链、企业互动，形成相关智能制造职业资格标准，即满足技术素质的修习和个性化的知识体系构建，促进产教深度融合。

图3 面向产教融合的多层次互动开放性整合示意图

4 结语

传统制造业向智能制造业、制造服务业转变，对应用型人才的技术素养提出了更高的要求。传统的电气CAD急需重构，为满足以技术素养导向的智能制造人才的要求。本文通过反思电气CAD课程的现状，指出传统电气CAD课程局限性，分析了电气CAD课程的泛在性，指出该课程在相关专业的技术素养修习中的重要作用；提出了以技术素养导向电气CAD课程的多维重构方案，分别从内容、时空和互动维度进行了课程重构；为培养“心手双畅、智巧兼优” 高素质应用型人才进行了初步的探索。