電路CAD技術(shù)課程引入項目式教學模式研究

【摘要】探討在電路CAD技術(shù)課程中引入項目式教學模式的措施，提出關(guān)于電路CAD技術(shù)課程的各項要求。

【關(guān)鍵詞】電路CAD技術(shù) 項目式教學研究

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2012）08C-0141-02

電路CAD技術(shù)是一門綜合性、技術(shù)性和實踐性較強的專業(yè)課程，涉及多方面的電子基礎(chǔ)知識和生產(chǎn)實踐知識。在傳統(tǒng)的教學方法中，電路CAD技術(shù)以一門理論課程的方式開展教學。由教師介紹印制電路板設(shè)計軟件的功能、特點和使用方法，學生則在實驗課時練習軟件的操作方法。在這種教學模式下，學生缺乏思考以及思考的主動性，沒有真正提高電路設(shè)計能力，其創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力的發(fā)展有限。為培養(yǎng)學生動手能力，滿足當代社會對電子技術(shù)人才的需求，應對傳統(tǒng)的教學方式進行改革，研究一種引導學生自行設(shè)計，以靈活創(chuàng)新的方法解決問題，從而培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的教學方式。本文對電路CAD技術(shù)課程教學進行研究。

一、電路CAD技術(shù)課程項目式教學

電路CAD技術(shù)課程的中心思想是讓學生綜合利用自己學到的知識進行創(chuàng)新性設(shè)計，以此來培養(yǎng)他們的科研動手能力、基本試驗能力以及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，并且在設(shè)計中得到提高。正是以這一指導思想為基礎(chǔ)，制定符合現(xiàn)代教學要求的實驗教學方法，提出引入項目式教學方式。讓學生根據(jù)學過的理論知識來設(shè)計一個實際應用的電子電路項目，同時運用電路設(shè)計工具軟件，繪制電路原理圖以及PCB板圖，并且對原理圖進行仿真和校驗。

項目式教學法目前在德國等發(fā)達國家普遍采用，是一種以學生為本的活動教學法，實踐性較強。其具體實施方式是由學校和企業(yè)共同組成項目小組，深入實際，在解決問題的同時，學習和應用已有的知識，在實踐第一線培養(yǎng)解決問題的能力。在一個預先計劃好的項目中，由學生組成小組，有一項確定的工作，每個工作環(huán)節(jié)如何實施由學生自行策劃。

（一）教學組織方式

由教師提出實際項目主題，學生的理論學習在項目完成過程中同步進行。在項目過程中，教師僅為學生提供低限度的提示，學生應在完成項目具體任務中自行規(guī)劃，獨立解決問題。如此，盡可能讓學生通過自身努力獲得成功，鍛煉實踐能力。

（二）項目劃分

將整個課程分為演示項目、練習項目及綜合項目三大類。每類項目都包含三個大項目：原理圖設(shè)計、PCB板圖設(shè)計及制作。

原理圖分為：原理圖環(huán)境設(shè)計、原理圖庫操作、原理圖設(shè)計、檢查原理圖及生成網(wǎng)絡表四個小項目。

PCB圖分為：PCB環(huán)境設(shè)計、PCB庫操作、PCB布局、PCB布線和設(shè)計規(guī)則檢查四個小項目。

項目實施：策劃方案、認識器件、上機設(shè)計、動手制作、項目檢查、學生自評互評、案例分析。

（三）具體過程

1 策劃方案。多名學生組成項目小組，針對下達的項目進行討論，制定和論證可行方案。根據(jù)最終確定的最佳方案分解項目任務，分配工作內(nèi)容。

2 上機設(shè)計。教師指導學生了解和熟悉電路CAD軟件中常用元器件以及如何使用各種軟件功能，學生在教師指導下繪制項目的原理圖和PCB板圖。

3 電路制作。原理圖與PCB圖設(shè)計完成后，將PCB板圖復制在PCB板上。通過光刻、腐蝕、漂洗等工序之后進行元件的焊接、組裝。最后進行調(diào)試。

4 項目檢查。教師在項目進行過程中對項目跟蹤檢查，并給出評分。既應重視項目中間過程的評價，也應重視對實踐操作能力的檢驗。

5 自評互評。項目完成后，各項目組內(nèi)成員之間和各項目組之間應開展自評和互評活動，進行自我評價和相互探討。注重對學生的工作態(tài)度、團隊協(xié)作及溝通能力的檢驗。

6 案例分析。在項目最終完成后，教師組織學生就一個完成較好的項目進行案例分析，讓學生了解此項目的優(yōu)點和不足，從中吸取經(jīng)驗。

二、教學要求

電路CAD技術(shù)課程的中心思想是讓學生綜合利用自己學到的知識進行創(chuàng)新性設(shè)計，以此來培養(yǎng)他們的科研動手能力、基本試驗能力以及發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力，并且在設(shè)計中得到提高。以這一指導思想為基礎(chǔ)，為保證實驗教學方法符合現(xiàn)代教學要求，提出關(guān)于課程的各項要求。

（一）關(guān)于教學項目的要求（以單片機測試系統(tǒng)的項目為例）

1 項目涉及的芯片必須包含MCS-51系列單片機最小系統(tǒng)。

2 帶有一路傳感器及相應的調(diào)理電路，可以涉及位移、溫度、壓力等。

3 帶有AD轉(zhuǎn)換芯片，實現(xiàn)檢測物理量的模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。

4 能在4位LED中顯示測試的物理量。

5 要帶設(shè)置按鈕，能根據(jù)實際情況做出相應的調(diào)整（例如溫度的上、下限設(shè)置，壓力的報警值等）。

6 系統(tǒng)要包含聲光報警電路。即檢測量超過設(shè)定值后，具有自動報警功能。

根據(jù)上述要求，項目基本構(gòu)成如圖1所示。

（二）關(guān)于學生實踐內(nèi)容的要求

1 要求學生設(shè)計多種方案，從中選擇最佳方案繪制原理圖。

2 原理圖要求原理正確要有根有據(jù)。元器件的選擇要合理，達到使用目的的同時考慮實際的經(jīng)濟效益，力爭達到最優(yōu)。

3 傳感器工作穩(wěn)定、能滿足精度等要求。如果傳感器存在溫度漂移等情況，要采用軟件或者硬件補償，并且給出補償?shù)脑恚沟脗鞲衅鞴ぷ骺煽俊⒎€(wěn)定。

4 由于PCB的設(shè)計規(guī)則非常豐富，幾乎覆蓋設(shè)計任務的全過程，這些規(guī)則涉及間距、對象幾何形狀、布局、并行問題、阻抗控制、信號完整性、布線優(yōu)先級、布線拓撲等。規(guī)則共分為電子規(guī)則、布線規(guī)則、元件規(guī)則、阻焊規(guī)則、內(nèi)部電源層規(guī)則、測試點規(guī)則、制造規(guī)則、高速電路規(guī)則和布局規(guī)則這幾大類。這里要求學生繪制PCB之前，要從實際制造的角度，對上述各項規(guī)則進行正確的設(shè)置，力爭所設(shè)計的PCB板既能正確地實現(xiàn)原理圖中的功能，又要布局合理美觀，便于裝配調(diào)試。

5 提供一份完整的設(shè)計說明書，詳細說明電路圖的工作原理、元件選擇依據(jù)、PCB設(shè)計規(guī)則以及加工PCB所需的文件等。

（三）關(guān)于仿真分析和校驗的要求

在PCB設(shè)計之前，需要對設(shè)計的原理圖進行仿真分析和校驗。在設(shè)計軟件PROTEL99SE中，可以直接進行模擬電路、數(shù)字電路和數(shù)模混合電路的仿真。項目設(shè)計要求對傳感器調(diào)理電路部分進行仿真。電路仿真的步驟通常為繪制仿真電路、加電源、定義觀察的節(jié)點、設(shè)置希望收集、顯示、存儲的仿真數(shù)據(jù)、設(shè)置仿真分析參數(shù)、運行仿真分析和觀察仿真結(jié)果。根據(jù)仿真的結(jié)果來校驗傳感器調(diào)理是否正確。因此在原理圖設(shè)計和仿真分析之間存在一個反復的過程。電路的放大倍數(shù)是否合理，工作能否正常，都需要加以分析，從而對選擇的參數(shù)進行調(diào)整，使繪制的原理圖符合要求。

（四）關(guān)于項目實現(xiàn)的要求

各元件的參數(shù)以及原理圖，不僅要求學生回顧以往所學過的理論知識，還要查閱相關(guān)參考資料，如元件的技術(shù)參數(shù)、元件的引腳說明等，明確自己的設(shè)計方向，并且從大量的理論知識中提煉出自己需要的部分。學生需要充分發(fā)揮開闊的思維，設(shè)計分析不同方案的優(yōu)劣，然后預測不同方案的經(jīng)濟效益以及實用情況，最后得出一個最佳方案。這個階段需要教師給予學生適當?shù)膯l(fā)性指導，既不限制他們的思維，又要有利于他們的創(chuàng)新。

（五）關(guān)于教學開展的要求

為保證教學效果，項目式教學應保持長期進行。試驗性教學應開展至少三期以上教學活動并統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)，以便就各階段教學成果進行對比分析。

三、總結(jié)

電路CAD技術(shù)課程設(shè)計采用了以學生為主、教師為輔、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和創(chuàng)造能力的實驗教學方式，同過去的驗證性、純教學性的實驗教學方式相比，取得了良好的效果。在試驗性教學中，為一批學生設(shè)計了三個課程項目，開展了連續(xù)三期實踐課程，課程成果統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1。

項目式教學方式使學生學到了課本中無法學到的東西，增強了學生的綜合設(shè)計能力，使學生學會綜合運用計算機技術(shù)、傳感器技術(shù)、模擬電路、數(shù)字電路等課程中的知識來解決實際中的問題，是從理論到實踐的提高。學生對以前學得一知半解的知識有了更深刻的理解，特別是對測控電路的應用，同時掌握了設(shè)計軟件PROTEL99SE的常用工具，為今后的設(shè)計以及工作打下了良好的基礎(chǔ)。

（責編 蘇洋）