《電子CAD》課程教學改革實踐

無錫機電高等職業技術學校自動化工程系 俞亞平

1.引言

隨著科學技術的發展，特別是現代電子技術的飛速發展，大規模、超大規模集成電路的廣泛應用，使印制電路日趨精密和復雜，傳統的手工設計和制作印制電路板的方法難以適應生產的需要。隨著計算機技術的普及，人們對計算機輔助設計的需求也在不斷提高。電子CAD技術在工程學科領域中顯得尤為重要。

在電子領域中廣為流行的Protel99SE軟件，正迅速而深刻地影響著人們從事設計和繪圖的基本方式。在這種情況下，以培養高素質應用型技能人才為目的的高職院校電子專業都開設了“電子CAD”課程。對于這樣一個繪圖軟件和電子元器件標準相結合的綜合性課程，具有基礎性、多樣性、靈活性和實踐性等特點。由于其多樣化，以及工程實踐聯系緊密的特點，如果沒有一個合理的授課結構，學生會認為課程內容零散，學生容易感覺到雜亂無序，導致學生對課程不能產生興趣。結合近幾年的教學實踐，筆者認為，該課程教學應體現高職院校電子工程專業的特色，使學生在較短的時間內熟練掌握與專業相關的印制電路板繪制方法，具有較強的崗位實踐操作技能，能夠滿足不同就業崗位的設計要求，提高就業能力，提升就業質量。高職院?！峨娮覥AD》課程教學必須采取了積極的措施，探索教學效果良好的教學方法。

2.優化教學結構，合理組織教學內容

“電子CAD”課程把電子技術國家標準、電子專業知識體系和Protel99SE軟件技術緊密結合，由于教學內容零散、與工程實踐聯系緊密、教學難度較大。授課結構是保證課堂教學好壞的一個重要條件，講課內容根據所教課程的目的、要求，通過深入分析和精心組織，將零散的內容進行歸納總結，從而使授課結構條例清楚，有系統性和邏輯性。“電子CAD”課程具體的教學內容結構由如下幾部分構成：

2.1 電子CAD-Protel99SE的設計基礎

Protel99SE軟件在Windows操作系統下功能強大，在繪制原理圖、PCB自動布線等方面功能完備。提供了功能強大的電路仿真器，使電路設計可以完成從原理圖到最終印制電路板設計的所有工作，軟件設計按照這樣的流程進行，依次為工作環境設計和頁面設置，載入元件庫，在圖紙適當的位置放置元件，放置電源符號和接地符號，放置連接導線，放置網絡標號，放置文字說明，檢查電路圖并做相應的調整。較為專業的是PCB，所謂PCB（Printed Circuit board）就是印制電路板，簡稱電路板，是電子工業的重要部件之一。幾乎每種電子設備，小到電子手表、計算器、大到計算機、通信電子設備、軍用武器系統，只要有集成電路等電子元器件，為了使各個元件之間的電氣互連，都要使用印制電路板。目前印制電路板的品種已從單面板發展到雙面板、多層板和撓性板，結構和質量也已經發展到超高密度、微型化和高可靠性程度；新的設計方法、設計用品和制板材料、制板工藝不斷涌現。由于內容比較零散，可以將軟件應用這塊內容劃分為六個部分：Protel99SE的工作環境、原理圖（Schematic）編輯、原理圖元件的制作、印刷電路板（PCB）編輯、印制線路板元件封裝的制作、執行電路仿真（simIllation）等工作。

2.2 電子CAD應用實訓

給學生提供在電裝實習中裝配的工件，要求根據實物電路，繪制印制線路板，并進行優化和改進，對電路進行仿真實驗，與以前的實測數據比較，充分體現電子CAD在實際設計中的優點。通過實例學生能鞏固原理圖繪制，PCB制作過程和操作技巧，初步嘗試電子CAD技術在實踐中的應用。這部分內容是本課程的升華。

從上述“電子CAD”課程的教學內容的組織安排上可以看出，內容充實，結構緊湊，注重實踐，理論聯系實際是本課程的特色，為取得好的教學效果打下良好的基礎。

3.教學方法

教學方法是保證教學質量的一個十分重要的因素，“電子CAD”課程的教學不同于一般理論課的教學，它具有較強的應用性。教師如果按照常規方式照本宣科，很難收到良好的教學效果，我們在“電子CAD”課程的教學改革中有針對性的采取了有效措施。

3.1 采用項目教學法，分解知識點

項目任務的明確對于今后的學習與任務的最終完成起著至關重要的作用。課堂教學中，教師根據教學進度提出項目實例，把所要學習的知識巧妙地隱含在一個個項目當中，使學生在完成項目的過程中達到理解學科知識、掌握技能的目的。設計精巧的“項目實例”能充分調動學生的學習熱情和求知欲望，在融洽與和諧的情境中獲得良好的教學效果。項目的提出應由老師在課程教學前做出周密的規劃，采用先易后難，先簡后繁的原則來設置具體的項目實例。

在電子CAD教學中，先對protel99SE軟件做簡要的介紹，之后在課程教學前期要學生完成一個放大電路印制線路板開發的項目；中期完成單片機最小應用系統電路的線路印制板的開發項目和電壓檢測與顯示電路印制板；最后讓學生完成電裝工件電壓檢測控制電路印制板制作項目。在完成了這4個項目之后，本課程的教學目標也就達到了。在第一個項目放大電路印制線路板開發項目中，學生可掌握protel99SE軟件的初步使用，PCB線路板開發的流程，熟悉各種窗口的功能；在第二個和第三個項目教學中，除了強化前面所學習的知識點，還將元件封裝的創建、設計規則的使用、各種PCB報表的生成以及電路仿真等知識點進行深入講解；在最后一個電壓檢測控制電路印制板制作項目教學中，完全以實際項目開發的過程來開展教學，給出電路原理圖，和外圍尺寸，電氣參數的要求，讓學生獨立完成PCB線路板的布線，最后分組做出樣板。通過這一階段的教學，使學生能感受的PCB項目開發的真實過程，為以后從事相關的工作打下基礎。

3.2 protel99SE軟件教學強調學生自主學習與協作學習

“電子CAD”課程中protel99SE軟件是作為工具應用于電子技術中，專門用來學習protel99SE軟件操作的教學學時數占課程總學時數的25%，因此，對protel99SE軟件的學習要求學生以自主學習的方式完成。學生通過教師的引導，掌握自主學習的基本方法，感知自主學習的實質和樂趣，這個部分主要體現在課堂教學上。通過自主學習與協作學習完成項目是項目教學法的重點，問題提出并設計好了執行的過程后，學生就需要通過各種途徑、各種方法、各種手段去完成項目任務。學生必須主動地參與到整個學習過程中，通過自主學習與協作學習來遷移舊知識，構建新知識，從而完成一個個的任務。以電壓檢測控制電路印制板制作項目為例，針對原理圖元件的導入、編輯與元器件的新建，涉及多種對象的認識、理解與操作；對于報表的生成與修改，涉及控件與報表的知識；PCB圖設計中涉及到對電路板物理特性的規劃，元件布局涉及到電子元器件之間的相互干擾，元件封裝涉及到對電子元件外圍尺寸到考慮等等的知識內容。除了這些操作性知識外，還有其它的很多操作和要考慮的問題，需要學生去處理、解決。對于這些問題的分析與解決，學生可以先查閱有關的教材、資料，在上機實踐中，逐步地理解、模仿、改造，進行自主學習；然后鼓勵大家共享資料，相互討論、交流，進行協作學習；遇到困難時，還可以有教師的指導與幫助，比如老師可以提供一些類似問題的解決方案等，以利于項目的完成。

在電子CAD課程的教學中，通過自主學習和協作學習的教學方式，學生的學習興趣被激發，學習主動性大大提高了，使教學效率和教學效果都有明顯的提高。

4.加強實踐教學環節，注重培養學生綜合能力

在“電子CAD”課程的教學中，要融入先進的設計方法，注重理論與實際相結合，重視對學生綜合能力和實踐能力的培養，增加“電子CAD”教學內容的實踐環節，拓寬“電子CAD”教學的廣度和深度。在項目化教學中，接觸各種實際的和模擬的設計與制造課題，進一步消化、鞏固所學理論知識，提高分析、解決問題的能力，進一步提高學生靈活應用的能力。在實踐教學內容的安排上，與實際應用中典型的印制板制作緊密結合。在實踐環節的教學中，啟發學生思路。在保證必備的基礎知識的同時，通過具體軟件在設計中的使用，通過大量實際訓練，使學生達到掌握舉一反三的、熟練的專業應用能力的程度，使學生能將掌握的電子CAD技能應用于電子技術中，也為將來自己設計和改良一些使用設備打下良好的基礎。

5.學習效果評價的多樣化

“電子CAD”課程是實踐性很強的課程，盡管在教學過程中嘗試了很多方法，仍然發現部分同學的主動性不夠，學習不夠深入。為了激發學生學習的自覺性、主動性，學習效果評價采取多樣化的形式。在項目化教學過程中，學習效果采用自評、互評、教師點評相結合的評價方式。首先，學生對照評價內容與項目總結自己的掌握情況，還有哪些操作不會，遇到問題是怎么解決的，效果如何；其次，引導學生相互評價，以促進學生之間相互討論，取長補短；同時也使學生學會欣賞別接納別人的觀點，從而提高學生的綜合素質；再次，對學生在整個學習活動過程中的參與程度、與作交流的情況、運用和掌握的科學方法、科學態情感體驗等多方面進行綜合評價；最后，教師分析任務完成情況，要善于發現學生的閃光點，積極參與，就要鼓勵；只要努力探究，就要表揚；有進步，就要肯定；同時統計學生在任務完成中的問題，教師應及時予以總結指導。

另外，為使學生能夠真正掌握“電子CAD”課程內容，除了對教學內容認真組織外。教學過程中，還采取作業和考試兼顧的方式，精選與實際應用緊密結合的電路設計案例作為作業和考試的內容，以培養學生解決工程實際問題的能力。

6.總結

通過“電子CAD”課程的建設和改革，使課程內容更加符合實際應用，課程體系更加優化。在教學方式上通過不斷的改革和創新，加強和優化實踐環節，注重理論聯系實際，注重培養學生自主學習的能力和創新實踐能力，為學生的就業創造更好的條件。在近兩年的“電子CAD”課程教學實踐中取得了良好的實際效果。

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