中職PCB設計教學思考

摘 要：電子信息設備加工制造業在我國快速發展，帶來了對各層次PCB設計人才的大量需求，在中等職業學校開PCB設計課程培養初級PCB設計人才是順應時代的需求而產生的。然而，面對電學基礎差，學習意志力薄弱的中職生，如何進行有效的PCB教學是值得思考的。

關鍵詞：PCB教學；項目引領；理實一體；協同合作；軟件拓展

一、以崗位職責為導向的課程計劃

PCB（printed circuit board）中文名稱是印刷電路板， PCB設計是電子產品設計的重要環節。該設計是使用電子設計自動化（EDA）軟件來進行電路版圖設計。優秀的設計可以節約生產成本，達到良好的電路性能。中等職業學校PCB教學目標是培養初級PCB工程設計人員，與初級PCB設計崗位職責對應的基本能力要求有：①掌握PCB設計軟件繪制原理圖，原理圖符號，制作簡單的元器件封裝，制定簡單的布線線寬和線距規則，能對 PCB進行較合理和有序的布局和布線。②能夠在他人或自定規則下手動或自動布線并修改，達到100%布通并DRC完全通過。③理解PCB仿真和具備初步的抄板能力。根據崗位職責的要求我們設定PCB教學內容：①PCB設計軟件分類、特點、功能。②使用PCB設計軟件設計的流程、步驟、方法。③PCB軟件仿真和抄板 。

PCB設計教學課程在電子技術應用專業學生的培養上有特殊的地位，首先它通過PCB布局布線設計鞏固學生對電子元器件在產品中的實踐應用的認識；其次通過PCB的仿真提高學生對電子單元電路和整機功能原理的理解；最后通過PCB設計和制作輸出實用電路板，讓學生初步具備在實際電路板生產企業工作的經驗，為今后很快融入企業生產實踐打下基礎。

二、以工作任務為主線的項目引領

我選擇通過項目引領來組織PCB教學內容來實現教學目標。項目引領是指通過制作真實完整的“產品”的方式進行學習。下面我以在人們日常生活中得到廣泛應用的“紅外線報警器”項目產品（如圖1）PCB設計與制作為例來說明項目引領下PCB教學模式的特點。

1.任務性

根據項目教學的特點——培養受教育者的實踐能力，因此PCB項目教學中所選擇的項目應能夠分解為具體的實踐任務，“紅外線報警器”項目下的任務目標有：①掌握LM324通用集成運放、555芯片、熱釋電紅外傳感器原理和使用。②掌握應用Protel Dxp 2004繪制該原理圖，原理圖庫，元器件封裝，進行PCB設計的技能（如圖2）。③能夠獨立進行PCB制作，電路裝配，測試，調試，并排除簡單故障。這些任務是分散在12個課時中完成，每個任務包含任務提出，任務目標，任務分析，任務制作，任務評分等環節。

2.真實性

根據職業教育的特性——培養受教育者的職業能力，因此PCB教學過程中應該積極地與企業的生產實際相結合，所以在PCB項目教學中所選擇的項目應該具有真實性，該“紅外線報警器”項目產品的選擇就是真實的產品，該報警器可監視幾米范圍內的人體，當有人在該范圍走動時，發出報警信號。限于目前的條件，我們還不能給該項目產品生產出真實的PCB板，但真實產品的主要功能可通過萬能板的制作完全實現，如圖3。

3.完整性

根據職業崗位的特性——培養受教育者的職業意識，職業意識的培養很重要的就是設置類似企業全過程生產的情景，因此在PCB項目教學的選擇應該具有完整性。該項目從原理圖的分析和設計，元器件選擇和測試，PCB板的設計和制作，電路板的裝配和調試，產品的包裝和檢驗，基本上做過一個真實的工作過程，完成一個“產品”、或者至少是模擬“產品”。

4.引趣性

根據學生學習的心理——培養受教育者的學習動機，學習動機之一是興趣，而興趣是最好的老師，因此在PCB項目教學的選擇應該具有引趣性，比如三維立體電路圖，如圖4。中職生不僅對理論沒興趣，對實踐也往往不是像大家以為的那么喜歡，在教學實訓中仍然有很多學生不愿意動手，強調動手實踐就一定能激發學生的學習興趣，這個觀點是錯誤的。本例中在熱釋電紅外傳感器配用菲涅爾透鏡后，可使有效檢測距離達12米左右，學生在完成項目產品后，通過對執行電路的改裝，可應用在銀行自動門、自動照明電路等其他領域，很容易產生一種自我成就感，從而更加信心百倍地投入到下次的項目學習中，這在實踐實訓中得到了充分的驗證。

三、以理實一體為依托的項目教學

在PCB項目教學中實施理實一體教學模式，通過“教理論，學技能，做項目”三方面的穿插進行，能夠實現傳授職業知識，培養職業技能，進行職業指導，提高受教育者職業素質的目標。具體做法如下：

1.在項目教學中導入理論知識

在采用項目引領下的PCB教學中，把知識和技能圍繞著項目進行組織即理實一體化教學。顯而易見，學生通過“做項目”可以獲得實踐操作技能即“學技能”，但這永遠不夠，我們應該在“做項目”中穿插“教理論”，提升學生的專業理論水平，為學生“進修深造”和“終生學習”打好基礎。“紅外線報警器”項目中我們安排學習運放放大器基礎知識、電壓比較器、開關電路，延時電路等理論知識，這里的理論知識不是基于學科完整性的需要所選擇的，而是基于項目的需要所選擇的，它是實踐應用必須的理論知識。我們不必過于苛求理論知識與項目的基于應用的線性直接的對應關系，而更多可能是非線性背景的對應關系。理論知識傳授的度就是夠用就可以，不需要完整的系統性。還有要注意的是，上述的理論知識一般在電子工藝，電子線路，或是其他的專業課中集中系統學習過，在項目教學中的理論學習主要是指通過回憶、歸納、概括、總結，達到溫故知新，鞏固提高的目的。

2.在項目教學中分配理論知識

理論知識在項目引領下PCB教學中均衡分配。這要求我們精心設計各種類型有代表性的項目，表1是我在PCB設計教學中又一個項目“直流穩壓電源” 理論和實踐的分配表，主要體現了“少而精”，并非“大而全”的分配原則：

除了上面提到的2個項目外，我還設計了“音頻功率放大器”項目、“聲光控開關制作”項目、“秒表電路”等項目，綜合起來，這些項目中的理論部分涉及到了模擬電路和數字電路的主要內容。

3.在項目教學中考核理論知識

在項目教學下考核理論知識是實施理實一體教學課堂的關鍵，俗話說，怎么考，老師就怎么教，學生就怎么學。“考、教、學”應該保持一致性，例如：在“秒表電路”的考核中，設置理論部分的試題：①畫出電路中所用芯片引腳功能圖。 ②分析，畫出加法計數器，譯碼顯示器，多諧振蕩器原理圖，波形圖。 ③分析電路的工作原理。通過設置項目教學下理論知識的考核，來推動學生對學習理論知識的熱情。在實踐中，這是一個難點，我認為應該設計“故障檢修”教學環節來讓學生認知到：有的時候如果沒有掌握必要的理論知識，實訓操作不僅是沒有目的、甚至是沒有任何意義的。理論的基礎地位和指導作用絕不能忽視。

四、以協同合作為學法的項目課堂

從教學內容涉及的知識面和技能訓練點來看，這是一門復合型應用學科，其中有計算機操作基礎、電子工藝知識、高低頻電子線路等等。而中職生的知識結構，技能水平，學習態度，相差很大，基于這樣的教學內容和教材對象，特別需要解決“如何教和如何學”的問題。通過實踐，我得出一個結論：項目引領下的自主探究、合作學習，能夠明顯的提高教學效果。原因如下：

1.充分發揮了學生的學習主動性

在合作學習的項目課堂下，教師搭個“戲臺”讓學生“唱戲”，教師充當“導演”，學生充當“演員”，教師根據“劇本”（項目任務書）安排場景、燈光（項目情境）指導演員（學生）演戲(項目制作)，學生被推上前臺，由“要我學”變成“我要學”。其中關鍵在于課前充分的準備工作，比如實訓項目任務書編制應該具有簡明，引趣性，可操作的特點，另外，每個學習小組至少應該培訓“帶頭人”，起到帶動全組同學共同學習的作用。充分發揮了學生學習的主動性，挖掘了學生的學習潛能，改善了課堂的學習氛圍，學習的效果也隨之提高。

2.充分利用了學生的學習互補性

在合作學習的項目課堂下，對學習小組的劃分，一般按照組內學生智能優勢互補原則，這樣，遇到問題的時候，很自然的與同組同學交流討論，互相借鑒，取長補短，共同進步。學生天生有當“老師”的心理需求，滿足他的這種需求，通過學生“教”學生，一方面，被“教”的學生解決了學習問題，感受到了同學的友愛和學習的樂趣。另一方面，“教”的學生鞏固了自己的知識和技能，獲得了學習成就感和同學的認同感。真是利人利己的好事，最終也提高了課堂教學質量。

3.充分滿足了學生的學習競爭性

在合作學習的項目課堂下，各個學習小組，不僅僅有合作，也存在競爭，在課堂中引入適當的競爭，可以加強學生的學習緊迫感，滿足學生爭強好勝的心理需求，學生在競爭中也可以得到進步，促進學習效果的提高，例如：在“無線話筒”的項目實訓中，在滿足基本設計要求下，每個組設計的版面都不盡相同，我們可設定更高級的標準，哪個組的版面的面積最小，或者哪個組的過孔最少等等，來決定設計的優劣，這么一來，課堂就活躍起來，學生在競爭比較中就提高了自己的PCB設計水平，從而更好地達到了教學設計的目標。

五、以軟件拓展為手段的與時俱進

我校所用的PCB設計軟件（Protel Dxp 2004），是一款功能較全面，適合初級PCB設計人員學習的電路板設計軟件。它與前一版本Protel99SE相比，各方面的性能有了很大的提高。它采用優化的設計瀏覽器（DesignExplore），把電路原理圖設計、電路仿真、PCB電路板設計、報表輸出、自動布線、信號完整性分析等技術結合在一起，能夠更輕松的進行各種復雜的電路設計和分析。如今Autium公司已經開發出更新版本的Altium Designer10.0。新版本軟件兼容舊版本的所有功能，并在軟件界面，庫管理、FPGA設計與開發、嵌入式軟件設計、數模混合仿真，高密高速PCB設計等方面有了質的飛躍。對我們中職生來說，AD10.0在元器件和電路板的立體3D顯示技術上有了突破，使得我們的項目教學成果的展示非常具有吸引力，看到自己也能設計出精美的電路板，學生們普遍有成就感，提高了學習興趣，并使學習變得快樂起來。教學應跟緊時代的脈搏，與時俱進，我們已經在第二課堂，技能競賽培訓中開專題來介紹該新版本軟件的應用，效果很好。

參考文獻：

［1］徐國慶.職業教育課程論［M］.上海：華東師范大學出版社，2008.

［2］紀世元.電子線路調試技術［M］.福州：福建教育出版社 ，2007.