Altium Designer課程的教學改革

【摘 要】“Altium Designer”是一門理論與實踐緊密結合的課程，是應用型高校電子專業教學中的必修課程。本文針對該課程教學當前存在的問題以及應用型人才培養教學的實際情況，從教學方法、教學內容和教學考核等方面提出具體的教學改革實施措施。

【關鍵詞】Altium Designer PCB 實踐教學 教學改革

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674－4810（2011）08－0013－02

對電子技術及相關專業學生而言，在學習電子技術理論知識的同時，還必須學會利用電路設計軟件繪制電路原理圖和印制電路板PCB圖。Altium Designer是Altium公司繼Protel系列產品后的高端設計軟件，它擁有強大的電子設計功能，深受電子類各專業設計人員和廣大電子愛好者的青睞，也是電子技術及相關專業的必修課程。Protel系列軟件是應用型高校電子專業教學中的必修課程，目前，常規教學模式中存在以下幾個問題：（1）教師的教授過程中只注重軟件的具體操作，學生在練習的過程中依葫蘆畫瓢，沒有整體和全局的概念。（2）教師講授的時間太多，學生缺乏練習的機會，整個課程結束以后，部分學生還是不能完成一個具體的項目。（3）學生對印刷電路板設計與制作認識抽象，缺乏工程應用的意識，只知道該軟件有仿真和繪制PCB板的功能，但對軟件在專業中的具體應用不甚了解，從而嚴重影響了學生的學習興趣和學習效果。本科獨立學院培養技術應用型人才，必須和工程實踐緊密結合。在教學活動中，要以實用、就業為導向，不斷提升學生的實踐動手能力、技術水平以及學生的職業素質。針對傳統教學中存在的諸多問題，我們在以下幾個方面進行了改進：

一 實例制作激發學習興趣

Altium Designer課程具有極強的實踐性，如果學生沒有對印制電路板有直觀認識，就很難在短時間內熟悉從原理圖到PCB的設計流程，也很難領會印制電路板的布局布線規則以及印刷電路板中的重要概念。因此，在教學過程中，要適當地借助一些輔助手段，使學生能迅速入門，理清思路。

這個理解的過程可以建立在電子產品的制作（例如：直流穩壓電源）過程中。讓學生在制作好的電路板上安裝元器件、焊接元器件、調試電路。經過這個過程的訓練，學生能具體地認識到印刷電路板如何支撐電子元器件、引腳間的電氣連接如何實現。對于一些比較抽象的重要概念也有比較清晰的認識，如“過孔”、“焊盤”、“封裝”、“布線層”和“絲印層”等，這種認識方式更容易讓學生接受理解，在課程教學中既可以縮短時間、提高效率，又可以提升學生的學習興趣，動手能力也得到了提高。

二 課堂教學與實踐結合

Altium Designer的教學中應加大實踐教學的力度，采取上機操作和實物實驗相結合的教學方式，有助于提升教學效果，為此，我們建立了多媒體機房與PCB制作實驗室。將所有內容安排到多媒體機房進行授課，在教學過程中，要注意講授與練習相結合，教師在教師機上演示操作步驟，學生在學生機上進行練習，教師巡回指導。

學生完成PCB設計后，利用PCB制作實驗室中的印刷電路板雕刻機將設計的PCB圖制成實物。制作電路板的實際制作過程就是在將設計的思路重新理順和回放，加深學生記憶的同時也提高了學生的綜合動手能力。學生制作出的合格電路板可以充分供下批學生通過制作電子產品熟悉印刷電路板時利用，當自己的勞動成果充分發揮作用時，對學生而言則是一種鼓勵，另外也可以進一步提高學生學習的熱情。

三 教學內容突出重點

Altium Designer軟件集原理圖設計輸入、PCB設計繪制、模擬電路仿真、數字電路仿真、VHDL混合輸入、FPGA設計、信號完整性分析等諸多功能于一體。本科獨立學院應用型人才培養教育主要的目標是使學生掌握設計的基本知識、基本方法、基本技能，提升學生職業素養。因此，本課程教學的目標僅在于通過Altium Designer課程的學習，讓學生能夠讀懂電路圖，繪制電路圖、PCB圖，為學生步入工作崗位打下良好基礎。針對上述教學目標，對教學內容進行教學改革，將課程教學重點放在原理圖庫繪制、封裝庫繪制、原理圖的繪制和印刷電路板設計四個模塊上。

1．原理圖庫的繪制

在使用Altium Designer進行PCB設計的過程中，經常遇到需要的元器件原理圖符號在軟件自帶的元器件庫中找不到，這時就需要使用者自己繪制原理圖符號，因此，介紹原理圖庫繪制的方法是Altium Designer教學中必要的內容之一。

設計者可使用原理圖庫編輯器創建和修改原理圖元件、管理元件庫。該編輯器的功能與原理圖編輯器相似，共用相同的圖形化設計對象，唯一不同的是增加了引腳編輯工具。

2．封裝庫的繪制

加強對元器件封裝的教學，封裝是印刷電路板中的重要概念之一，也是課程與實物結合的一個關鍵點。學生在以往的學習中，對封裝的認識較少。PCB中的封裝是指實際組件焊接到電路板上所占的形狀和尺寸。以下這個例子非常具有代表性：讓學生通過繪制具體元件的封裝來認識封裝的具體含義：原理圖符號相同但封裝不同的元器件（小功率三極管和中功率的三極管）、需要考慮附加件的芯片（如需要配合散熱片使用的三端可調集成穩壓電路）。

表面貼裝元件（SMD）在大約20年前推出，并因此開創了一個新紀元。在相應的教材和教學中很少涉及到，在封裝的教學中，適當增加制作SMD類型元件的封裝，例如利用封裝向導制作SOP元件LM358。

3．原理圖的繪制

在這個環節中，容易出現生成的印刷電路板中的網絡與原理圖不符的問題。在繪制原理圖的過程中，一定要向學生強調在元器件的原理圖中，只有引腳端點處才有電氣意義，在原理圖連線時，一定要在元器件引腳端點處連線，兩元器件的端點盡量不要直接對接，中間應用導線連接。

學生還容易用錯連線的工具，用直接（Line）或總線（Bus）替代導線（Wire）。直線（Line）是沒有電氣意義的，元器件引腳間相當于沒有任何電氣連接。總線（Bus）不表示實際的電氣連接，要配合總線端口和網絡標號使用。

4．印刷電路板設計

PCB設計必須考慮電磁兼容性及可測性，電磁兼容性涉及的問題很多，對于初學者而言，很難在短時間內掌握大量布線規則，因此，在PCB設計的教學中有必要向學生強調一些基本原則：（1）電路板的外形和尺寸要從機殼尺寸、成本和散熱等角度綜合考慮；（2）布局總體按信號流向布局，盡量使導線短、少、不交叉；（3）遇到折線走拐角，尖銳的轉角容易引起不必要的干擾；（4）電源線和地線流過的電流比較大，因此要設計得盡量粗一些，地線可以采用地平面，數據線可以設計得細一些，細的數據線有利于布線。

四 創新課程考核方式

在課程的考核方式上，采取了板級工程師考證與期末考核相結合的方式。課程成績由學生平時成績和終結考核成績組成，為了使考核規范化，我們從學生平時完成任務的速度質量、課堂表現和課堂紀律等方面制定了詳細的考核標準和方案，終結考核為包含原理圖庫、封裝庫、電路原理圖編輯以及印刷電路板設計的一個綜合性設計項目。此外，將Altium Designer課程與考證相結合，我們有兩名教師具有電子設計工程師認證——板級設計方向考評員資格。在學生結束課程學習及實訓后，可選擇參加電子設計——板級設計工程師認證。對于報名參加考證的同學可以不參加終結考核，可以用考證成績代替終結考核的成績。這種課程的考核方式可以實現對學生的全面考核。電子設計——板級設計工程師的證書可以增加學生的就業砝碼，拓寬就業途徑。

五 結束語

充分利用軟件教學的特殊性，清晰的教學思路、適當的教學方法和理論聯系實際的教學理念，才能為學生創造良好的學習氛圍，提高學生的學習積極性和主動性，提高學生的綜合能力和提升學生的全面素質，有利于增強學生在就業市場上的競爭力。

參考文獻

［1］陳麗丹、張堯、蔡麗娟.獨立學院電氣專業聯合指導畢業設計探索與實踐［J］.中國電力教育，2010（31）

［2］徐向民.Altium Designer 快速入門［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2009

［3］梁雄友.項目式教學法在PROTEL教學中的應用［J］.廣東技術師范學院學報，2008（9）

〔責任編輯：馮琰〕