《電子線路設計自動化》課程教學改革的實踐研究

摘要：本文主要介紹了作者多年來從事的《電子線路設計自動化》課程教學改革研究，分別從教學方式、教學內容、教學技巧和考核方式等方面進行了敘述。結合Altium Designer軟件應用性較強的特點，作者進行了“理實一體化”的改革，并取得了良好的教學效果。

關鍵詞：Altium Designer軟件；“理實一體化”；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0257-02

《電子線路設計自動化》是電子信息工程和自動化等電類專業開設的一門專業基礎課，講授Altium Designer軟件的使用方法，本課程主要包含了原理圖設計、印制電路板（PCB）設計、設計原理圖時需加載的元件庫繪制與設計PCB時需加載的元件封裝庫繪制，即僅涉及AD軟件的PCB項目工程的設計制作部分。這門課程的實踐性非常強，單純依靠教師的講授遠不能達到讓學生掌握這門工具性課程的目的，必須想辦法提高學生興趣，讓學生能夠主動多練習、多實踐，在有限的時間內讓學生更好的掌握軟件使用方法。作者在十余年的教學過程中，經過不斷的研究與探索，在課堂中經過多次教學改革，取得了一些成效，學生的學習主動性及動手操作能力得到提高，教學效果得到明顯改善。本文結合作者《電子線路設計自動化》課程多年的教學經驗，對該課程的教學改革進行了探討。

一、教學方式研究

2002年開設本課程時，采用的教學方法是任課教師在多媒體教室上課，專任的實驗教師在機房指導學生上機，課時分配上課堂授課學時較多，占■，上機學時較少，占■。上課時學生只能看任課教師操作，兩次課堂學習后才能進行實際的上機練習，學生在上機操作中很容易遺忘課堂講述的內容，而且當時學生中個人擁有計算機的并不多，除了上機課之外也不方便進行練習。上機時由專業實驗教師進行指導，也不利于任課教師了解學生的學習進度，無法針對學生實際掌握情況調整后續課程的講解。總體說來，這種教學方式，學生練習時間太少，軟件使用不夠熟練，教學效果并不理想。為增加學生練習時間，增強教師對學生的了解，本課程于2006年進行了第一次教學改革。本次改革將課時重新進行了分配，授課學時減少到■，上機學時增加到■，一次課堂教學后進行一次上機練習；同時，上機時由任課教師進行指導，方便任課教師了解學生的軟件掌握程度。這種教學方式，增加了上機練習時間，任課教師對學生知識掌握程度有一定的了解，授課效果有所改善。但是學生課堂學習與上機練習仍然不同步，雖然增加了練習時間，但是上機時依然有些內容會被遺忘，所以，本課程的教學方式仍有很大的改善空間。本課程于2013年進行了“理實一體化”的教學改革，即理論與實踐一體化的教學方法。采用小班化授課，以1個自然班（40人左右）為單位進行教學活動；本課程直接在新建的專用機房授課，不再區分授課學時和上機學時。在講授過程中學生計算機受教師控制與教師計算機同步，學生無法操作計算機，從而提高學生的注意力，使其專心學習。一部分內容講解之后，學生先操做一遍教師講授的內容，再進行教師布置的新任務的練習，教師全程輔助指導。這種教學方式大大增加了學生的練習時間，也便于任課教師掌握學生的學習情況，同時對出現較集中的問題可以隨時講解演示。

二、教學內容研究

本課程主要講授AD軟件設計原理圖與設計PCB板圖的功能。學生在學習電路、模擬電子技術和數字電子技術等基礎課程的過程中對原理圖已經非常熟悉，學習起來相對容易一些。而電路板雖然在生活中常常用到，但因其都置于電子設備的內部，不易被看到，因此學生了解不多，學習起來相對困難一些。課程開設之初，任課教師僅僅是拿印制電路板廠家的成品PCB板到課堂上，讓學生觀察，然后結合電路板設計環境進行授課，學生在學習之后對PCB的結構仍然一知半解，不能完全掌握。之后教師將實驗室做的基礎PCB板帶到課堂讓學生觀察、學習，使學生對電路板的基本組成有了進一步了解，但學生對于元件封裝的型號、焊盤大小、銅膜線的線寬等細節問題仍然不夠明白，缺乏實際操作經驗。“理實一體化”改革之后，本課程的實踐練習環節在原本僅進行上機練習的基礎上增加了實物PCB板的制作與元件的焊接。一個具體的實物制作貫穿在整個課程的教學過程中，從設計原理圖到設計PCB板圖，再到實物PCB板的制作與元件的焊接，在整個學習過程中學生能更好的理解元件封裝、焊盤、銅膜線在AD軟件中與實物的對應關系，從而達到更好的掌握AD軟件應用的目的。舉例來說，選取心形流水彩燈電路讓學生制作成品。這是一個有趣的小制作，設計制作完成之后LED燈循環點亮，非常漂亮。學生也可以將LED燈設計成其他形狀，在LED位置變化的同時，可以更好的理解電路板的布局、布線規則。雖然本課程學時數有限，不能很好地掌握復雜電路的設計制作，但通過實際電路的制作，學生更好地理解了電路板上元件封裝和焊盤等設計對象之間的關系，為今后在實際工作中設計制作復雜電路打下了堅實的基礎。

三、教學技巧研究

《電子線路設計自動化》課程的操作性極強，學生要想熟練的掌握AD軟件的應用，單純靠教師的講授是不行的，而且在有限的學時中教師也無法講解全部的軟件內容。因此，在課堂教學中教師更重要的任務是引導學生自主學習，以項目任務驅動學生興趣，使軟件的學習能有一個延續性。課程開設之初，由于所講授的軟件版本（Protel99se）較低且內容較少，因此課堂授課時間相對充足，授課內容比較詳細，教師可以在授課過程中按照每個設計環境下的菜單及工具箱進行逐一講解。學生雖然課堂上聽的內容細致，但是聽課學時多、上機學時少，到上機練習的時候具體操作方法反而記住的少、遺忘的多，因此操作中出現的問題也多，軟件掌握情況較差。授課學時與上機學時調整后，教師仍然按照各設計環境下的菜單及工具箱逐一講解，有些注意事項則留到學生進行上機練習時再做說明，同時亦根據學生的掌握程度差異進行不同的指導。上機課過后的授課學時中，教師再將上機時學生提問較多或出錯較多的問題進行集中講解，學生對軟件操作過程加深了印象，取得了較好的學習效果。進行“理實一體化”改革之后，“教”“學”同步，教師將每節課按項目進行劃分，每個項目的操作中包含不同的工具和設計對象，學生完成項目之后即掌握了這些工具的具體操作方法和設計對象的屬性設置。每個項目包含的工具和設計對象不同，而各工具和設計對象之間是有共性的，比如各設計對象的屬性設置，各個設計環境的參數設置等。項目教學的實施提高了學生的自學能力，使學生們可以舉一反三，在將來遇到其他未曾使用過的工具和設計對象時，就可按照在課堂上的學習方法去學習新工具的使用。結束課堂練習后學生們再進行分組討論，將自己的學習心得與大家分享，幫助同學們更快的掌握軟件使用方法，也激發大家自主學習的興趣。

四、考核方式改革

本課程實踐性較強，而實踐性強的課程在考核時采用單純的筆試并不容易考察出學生的真實水平。課程開設之初，受機房設備等限制，只能采用筆試，筆試的考核僅反映了學生對軟件的菜單、工具箱、設計對象的屬性設置和PCB設計流程等的掌握程度，而不能反映學生在實際操作中可能出現的問題。但軟件的使用，最重要的就是實際應用，因此這種考核方式成為了在教學條件限制下所采用的無奈之舉。隨著教學改革的逐步推進和機房設備的逐漸完善，課程考核采取筆試與上機考試相結合的方法。在機房進行考試，試卷上理論題占10%，上機操作設計PCB板所占比例為90%，此考核方式較大程度上反映了學生對軟件實際應用的掌握程度。“理實一體化”改革之后，課程考核不再集中到期末一次進行，而是在課堂教學中增加兩次考核，所有的考核全部采用上機考試模式，實行“2+2+6”考核模式。“2+2+6”考核模式的具體實施為：完成設計原理圖的學習和設計PCB板的學習之后，分別進行一次考核，在最終成績中各占20%，完成所有課程的學習之后再進行一次綜合考試，占最終成績的60%，最終成績滿分為100分。這種考核方式反映了學生對軟件的掌握程度，并可以隨時掌握學生的學習情況，也可以激勵學生在學習整個課程的過程中刻苦努力，不會出現考試前集中突擊的現象。

五、結論

《電子線路設計自動化》課程經過兩次教學改革，尤其是實現“理實一體化”的教學模式后，激發了同學們的學習興趣，創造了良好的學習氛圍，取得了較好的學習效果。然而，Altium Designer軟件是在不斷更新的，隨著軟件的更新其內容會越來越多，而課堂學時畢竟有限，因此，如何在課堂上更好的讓學生掌握軟件應用，進而激起學生熱愛電子設計制作的熱情，從而自發去學習課堂上無法涉及的軟件操作及電子設計制作的相關內容，是教學中要持續探索的。

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