基于工程項(xiàng)目式的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課程教學(xué)與實(shí)踐改革

蘇玉香 葉繼英

（浙江海洋學(xué)院船舶與海洋工程學(xué)院，浙江 舟山316000）

0 引言

“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”——《Altium Designer原理圖與PCB設(shè)計(jì)》是我國大中專院校電類專業(yè)的EDA必修課程，主要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和電路設(shè)計(jì)能力。學(xué)習(xí)該課程可以讓學(xué)生掌握Altium Designer軟件的使用，掌握電路原理圖繪制、元件繪制，以及PCB圖的設(shè)計(jì)方法。該課程以培養(yǎng)學(xué)生的PCB設(shè)計(jì)能力為主，理論聯(lián)系實(shí)踐，以實(shí)踐為主。通過《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)》課程的學(xué)習(xí)，為后續(xù)相關(guān)課程、電子設(shè)計(jì)大賽、綜合實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計(jì)和職業(yè)素養(yǎng)奠定良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

目前,“計(jì)算機(jī)輔助課程設(shè)計(jì)”相關(guān)教材內(nèi)容以及教師授課內(nèi)容普遍缺少工程應(yīng)用價(jià)值。主要表現(xiàn)在學(xué)生繪制的原理圖其可讀性、規(guī)范性及制作電路板應(yīng)遵循的電氣規(guī)則和制板工藝要求不夠重視，致使所設(shè)計(jì)的電路板在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不能正常工作。

傳統(tǒng)教學(xué)中的”老師教、學(xué)生學(xué)”，其教學(xué)效果不理想。加之，理論課與實(shí)踐操作分開，理論課通常采用多媒體教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課則另行安排在機(jī)房，不利于學(xué)生及時(shí)掌握所學(xué)知識(shí)。所以改變教學(xué)方法與教學(xué)模式，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力勢(shì)在必行。

1 理論教學(xué)內(nèi)容改革

在“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”教學(xué)實(shí)踐過程中，通過采用“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)師生互動(dòng)以及活躍課堂氣氛，為學(xué)生就業(yè)服務(wù)，強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展能力，并且在教學(xué)實(shí)踐基礎(chǔ)上，積極引導(dǎo)學(xué)生參加電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽和科研項(xiàng)目，加強(qiáng)實(shí)踐能力、工程能力的培養(yǎng)，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展能力。

根據(jù)“計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)”課程操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，貫徹以“實(shí)踐為主，重在應(yīng)用”的教學(xué)方針。教學(xué)內(nèi)容主要從以下幾方面進(jìn)行改革：

1.1 采用工程項(xiàng)目式教學(xué)法

工程項(xiàng)目教學(xué)法是將一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的項(xiàng)目交給學(xué)生獨(dú)立完成，從信息收集、方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，到完成后的評(píng)價(jià)，都由學(xué)生負(fù)責(zé)，而教師在教學(xué)過程中負(fù)責(zé)指導(dǎo)與答疑。通過一個(gè)個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施，能使學(xué)生掌握設(shè)計(jì)流程以及整個(gè)過程的重點(diǎn)難點(diǎn)，形成價(jià)值判斷和責(zé)任意識(shí)，增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力。參考項(xiàng)目如：16路無線搶答器設(shè)計(jì)，自行車?yán)锍逃?jì)/速度計(jì)設(shè)計(jì)，PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路等。

1.2 教學(xué)內(nèi)容少而精，盡量選擇學(xué)生熟悉的電路圖

教學(xué)示例和學(xué)生實(shí)踐練習(xí)的項(xiàng)目應(yīng)盡量選擇學(xué)生熟悉的電路圖，這樣講解原理圖繪制時(shí)，學(xué)生會(huì)有熟悉和親切感，容易接受，教學(xué)就變得容易進(jìn)行。

教學(xué)實(shí)例可選擇直流穩(wěn)壓電路，放大電路，PWM電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路，8路搶答器，開關(guān)電源等進(jìn)行原理圖和單面PCB板的繪制；選擇單片機(jī)控制電路，自行車?yán)锍逃?jì)/速度計(jì)等進(jìn)行原理圖和雙面PCB板的繪制。

1.3 做好課程引導(dǎo)

第一節(jié)課，可以先簡(jiǎn)單介紹Altium Designer軟件安裝，然后繪制直流穩(wěn)壓電源的原理圖和PCB圖，通過這個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)例，使學(xué)生對(duì)PCB的設(shè)計(jì)流程和基本設(shè)計(jì)方法有個(gè)基本了解，對(duì)本課程的學(xué)習(xí)就做到了心中有數(shù)。PCB繪制好后，可以觀看PCB的3D效果圖，來增加學(xué)生制版的成就感和學(xué)習(xí)本門課程的興趣。

1.4 抓住設(shè)計(jì)流程，促進(jìn)學(xué)生設(shè)計(jì)理念的建立

Altium Designer進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)有兩個(gè)主要步驟：先完成原理圖設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行PCB圖設(shè)計(jì)。原理圖與PCB設(shè)計(jì)又分別有各自相應(yīng)的設(shè)計(jì)流程。由易到難安排數(shù)十個(gè)工程項(xiàng)目實(shí)例組織教學(xué)。激發(fā)學(xué)生的求知欲望，為學(xué)生今后循序漸進(jìn)學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

2 教學(xué)方法與手段的改革

采用項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等教學(xué)模式,使理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合。讓學(xué)生分組實(shí)踐；課堂上

邊講邊練，講授中引入大量常見的實(shí)際案例，以激發(fā)學(xué)生興趣，使學(xué)生在項(xiàng)目活動(dòng)中掌握相關(guān)知識(shí)和技能。主要改革措施包括以下內(nèi)容。

2.1 輕松入門,提高學(xué)生的自信心

通過一個(gè)學(xué)生熟知的簡(jiǎn)單實(shí)例，如直流穩(wěn)壓電源原理圖和PCB設(shè)計(jì)，讓學(xué)生掌握原理圖與PCB設(shè)計(jì)的基本步驟和方法，輕松入門，從而提高學(xué)生學(xué)習(xí)本門課程的自信心。

2.2 “理論實(shí)踐一體化”教學(xué)模式

在計(jì)算機(jī)房上課，理論授課與實(shí)踐操作同時(shí)進(jìn)行，學(xué)生一人一臺(tái)計(jì)算機(jī)，教師的“教”與學(xué)生的“學(xué)”能夠很自然的銜接，教師“教”的更加自如，學(xué)生“學(xué)”的也更加高效，可以當(dāng)場(chǎng)消化所學(xué)知識(shí)。

2.3 工程實(shí)際項(xiàng)目講解，以激發(fā)學(xué)生興趣，提高工程實(shí)踐能力。

通過精心設(shè)計(jì)的幾個(gè)工程實(shí)例的講解，讓學(xué)生獨(dú)立完成另外幾個(gè)工程實(shí)例，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，通過這些來提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力。

2.4 學(xué)生分組實(shí)踐，成績互評(píng)

學(xué)生分組實(shí)踐，互相幫助，成績互評(píng)，增強(qiáng)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和成就感。

2.5 采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教與學(xué)的方式

采用項(xiàng)目導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)等教學(xué)模式，使理論與實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合。讓學(xué)生分組實(shí)踐；課堂上邊講邊練，講授中引入大量的工程項(xiàng)目實(shí)例，以激發(fā)學(xué)生興趣，并掌握相關(guān)知識(shí)和技能。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)方式，為學(xué)生提供體驗(yàn)實(shí)踐和感悟問題的情境，圍繞任務(wù)開展學(xué)習(xí)，以任務(wù)的完成結(jié)果檢驗(yàn)和總結(jié)學(xué)習(xí)過程，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，由被動(dòng)學(xué)習(xí)改為主動(dòng)學(xué)習(xí)。

2.6 理論聯(lián)系工程實(shí)際，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)具有極強(qiáng)的實(shí)踐性內(nèi)容,尤其是PCB圖的設(shè)計(jì)。因此在上課前,帶上幾塊學(xué)生自己設(shè)計(jì)、制作的印制電路板,讓學(xué)生先熟悉一下。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容改革

實(shí)踐課與理論課安排在計(jì)算機(jī)房同時(shí)進(jìn)行，邊講邊練，當(dāng)場(chǎng)消化吸收所學(xué)知識(shí)。實(shí)踐教學(xué)16學(xué)時(shí)，與理論課程的16學(xué)時(shí)并重，加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)，注重實(shí)踐教學(xué)。

精心安排實(shí)踐任務(wù)，采用工程項(xiàng)目式上機(jī)練習(xí)。

考慮到學(xué)生接受能力的差異，可在每次上機(jī)實(shí)踐時(shí)布置兩項(xiàng)任務(wù)，一個(gè)為基本任務(wù)，比較簡(jiǎn)單，所有的學(xué)生都必須完成；另一個(gè)較難，學(xué)得好、速度快的同學(xué)，在完成基本任務(wù)后可進(jìn)行深入練習(xí)。

加強(qiáng)上機(jī)輔導(dǎo)。在上機(jī)練習(xí)時(shí)，學(xué)生總會(huì)碰到不能獨(dú)立解決的問題，如找不到所需的原理圖元件、元件封裝不合適、不能處理編譯錯(cuò)誤等，教師可有針對(duì)性地進(jìn)行演示輔導(dǎo)或提示點(diǎn)撥，幫助學(xué)生按時(shí)完成實(shí)踐任務(wù)。此外，教師要主動(dòng)地、不時(shí)地進(jìn)行巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生的誤操作并予以糾正；引導(dǎo)學(xué)生掌握各種操作技巧，少走彎路，提高設(shè)計(jì)效率。

創(chuàng)建良好的學(xué)習(xí)氛圍。在機(jī)房練習(xí)時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮學(xué)生的主體地位。鼓勵(lì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。機(jī)房內(nèi)一人一機(jī)，可以互相探討。向全班及時(shí)通報(bào)完成實(shí)踐任務(wù)的前六位學(xué)生。一方面，可使遇到困難的學(xué)生找到求助對(duì)象，另一方面，樹立好榜樣，激發(fā)學(xué)生的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和學(xué)習(xí)積極性。

4 采取公平合理的考核方式

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的考核方式采取綜合考評(píng)方式，學(xué)生最終成績由以下幾部分組成：教師打分+學(xué)生小組評(píng)議打分+上機(jī)操作+上機(jī)考試+大作業(yè)。每一次上機(jī)都有實(shí)踐任務(wù)，根據(jù)學(xué)生實(shí)踐任務(wù)完成量、難度及速度記錄成績。上機(jī)考試是在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成某工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，根據(jù)完成情況積分。最終大作業(yè)也按難易程度和分值大小安排兩個(gè)，作業(yè)一：項(xiàng)目簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)量小，分值低，內(nèi)容包含原理圖設(shè)計(jì)和PCB圖設(shè)計(jì)；作業(yè)二：分值高，項(xiàng)目略復(fù)雜，設(shè)計(jì)內(nèi)容除原理圖與PCB圖外，還有元件設(shè)計(jì)和封裝設(shè)計(jì)。學(xué)生可根據(jù)自己的實(shí)際情況二選一。

教師組織學(xué)生依照項(xiàng)目考核實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)每次練習(xí)的項(xiàng)目進(jìn)行自評(píng)、小組互評(píng)，最終由教師點(diǎn)評(píng)并公布成績。

5 結(jié)論

教學(xué)實(shí)踐與工程項(xiàng)目實(shí)例結(jié)合，做到學(xué)以致用。在教學(xué)過程中，精選數(shù)十個(gè)工程項(xiàng)目實(shí)例，所涉及知識(shí)由簡(jiǎn)入難，循序漸進(jìn)。采取“理論實(shí)踐一體化”教學(xué)模式，在機(jī)房邊授課邊進(jìn)行實(shí)踐操作，學(xué)生一人一機(jī)，學(xué)生可以當(dāng)場(chǎng)操作，消化所學(xué)知識(shí)?！皣@實(shí)踐，重在應(yīng)用”，加強(qiáng)實(shí)踐操作，實(shí)踐操作16學(xué)時(shí)，和理論課16學(xué)時(shí)相當(dāng)，著重對(duì)學(xué)生進(jìn)行應(yīng)用能力的培養(yǎng)。采用公平合理的課程考核方式，教師打分+學(xué)生小組評(píng)議打分+上機(jī)操作+大作業(yè)。注重上機(jī)操作。因材施教，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，理論知識(shí)以適度、夠用、實(shí)用為原則，突出對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

經(jīng)過兩年的教學(xué)改革實(shí)踐，取得了良好效果，所培養(yǎng)的學(xué)生在電子設(shè)計(jì)大賽以及“飛思卡爾“智能車競(jìng)賽中屢創(chuàng)佳績，為學(xué)生的職業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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