電子實習課程教學改革與創新

陳國明

摘 要 電工與電子技術構架非電類專業學生的電學知識和能力結構具有重要作用，結合大學生參加各種競賽的需求，針對全校學生，對上海工程技術大學電工實習內容中電子部分進行改革，加入電路原理圖繪制及印制電路板設計制作教學，緊密結合工程和實踐主題，培養大學生應用技能和創新能力。

關鍵詞 電子實習；PCB設計；電路原理圖；Altium Designer 10

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）23-0104-03

1 前言

目前，我國高校電工實習電子部分大多是焊接現成電路板，然后拼接成一個電子作品，其中會對電路原理圖有基本了解和對電路圖進行安裝、調試，如收音機、萬用表、穩壓源等電子電路。這些都是現成的PCB板或用網孔板來制作，但近來大學生參加各種競賽，如全國大學生電子設計競賽、全國大學生恩智浦智能汽車賽、全國大學生工程訓練賽等，都需要學生自己設計電路，具體電路圖設計電路由專業課教師或帶競賽教師指導，但設計好電路原理圖，如果不會用軟件來畫PCB圖，PCB板就無法出來。因此，在電子實習中有必要加入畫電路原理圖和PCB圖內容。有了PCB印刷電路圖，有些高校如果配有制作PCB板設備，學生還能進一步學習制作PCB板技術；如果沒有上述設備，只要畫好PCB印刷電路圖就可以外加板。

科學技術發展非?？欤绻叩冉逃患皶r調整課程和內容，就無法培養出具有工程能力的應用型工程師。但Protel 99傳統的設計軟件已無法滿足集成度和復雜度越來越高的技術，大學生迫切希望有一種新PCB設計軟件能滿足設計要求，并且功能要足夠強大和具有很高效率。雖然自動布線并不一定完全符合設計者要求，但是基本符合，一般稍做修改就可。完全用手工來畫PCB圖，會有很大的工作量并浪費大學生大量時間，而Altium Designer 10原理圖與PCB設計課內容基本能滿足大學生參加各種競賽的要求。

2 電子實習模式改革

優化教學內容 上海工程技術大學電工實習課程一般是兩周時間，一周強電實習，一周弱電實習也就是電子實習部分。電子實習主要內容安排由焊接練習、常用電子元件介紹、穩壓電路原理介紹、畫布線圖、布置元器件、用導線連接元件，最后是測量電路圖數據和用示波器測波形圖等內容，穩壓電路圖由簡單到復雜，電路穩定性也會越來越好，這都可以從測量數據和波形圖反映出來。但總發現學生電路焊了太多，前后共要焊三個電路圖而學不到別的知識。在不增加課時前提下，可以減少一個電路圖，用這部分時間直接上Altium Designer 10原理圖與PCB設計使用。

第一部分，介紹Altium Designer 10原理圖與PCB設計軟件基本使用。上課主要介紹Altium Designer 10原理圖與編輯、Altium Designer 10設計流程、PCB設計規則設置、元器件封裝的制作與管理、PCB設計的布局與布線操作等主要課本章節內容。

第二部分，可以使用Altium Designer 10軟件畫電子實習原理圖、PCB Altium Designer 10原理圖與PCB圖。在學生學會Altium Designer 10基本操作后，可以用軟件畫各類競賽電路原理圖，這樣充實了實習內容，更感興趣的學生課后可以畫自己需要的電路圖或參加各類競賽自己設計電路圖，增強實習內涵和效果。

第三部分，新實習內容與舊內容比較具有優勢。由于新內容的添加，學生用軟件自己畫出PCB電路圖，雖然沒有條件讓所有學生自己加工線路板，但是教師可以選出比較好的和有代表性的電路圖外加工，然后讓學生焊接和調試，學生會有自豪感，因為是自己用軟計畫出的電路圖，同時會顯現新工藝的優越性。一般來講，用加工出來PCB板制作電路可靠性會提高，測試數據和波形會更理想，板子故障率也會大大減少，同時減少教師檢查學生在焊接節點和連線上故障所花費的時間和精力。

在講解課程時要有側重點，Altium Designer 10的使用和畫基本電路圖學生會很快掌握，但創建原理圖庫和PCB庫就要慢一點兒，最好是學生跟著教師操作，一步一步跟著操作，不要把所有步驟都操作完，否則學生來不及掌握。另外，在講PCB設置規則時比較枯燥，可以結合PCB違反規則實例講解。在講網絡表生成時要讓學生知道生成網表后，即可將網表里的信息導入印刷電路板，是為電路板的組件布局和布線做準備。PCB的設計是一個非常繁雜的過程，從最初的網絡表到最后設計出的精美的電路板，如同寫作一般需要作者非常細心地反復修改，因為PCB設計的好壞直接影響到最終產品的工作性能。

利用Altium Designer 10來設計印制電路板，其一般的流程如圖1所示。如果PCB圖比較簡單，也可以不采用這樣的流程，而直接設計PCB圖，但是在實際設計中一般不采用這樣的方法，因為這樣不利于設計的查錯以及后期的文件管理和歸檔。下面根據圖1所示流程，具體講解PCB的設計步驟。

教學方法創新 一般的教學方法是教師講課、學生聽講，講完課后布置課堂作業來檢驗課堂效果。好的教學方法是邊講邊讓學生做，同時隨時顧及學生掌握情況，讓所有學生都能掌握課堂知識。電子實習課程強調書本理論知識和實踐統一，最終學生制作作品要與自己需求和企業需要掛鉤。

在該課程教學中，介紹完簡單的軟件使用之后，就可以要求學生在學習后完成一個簡單印制板電路仿真項目，可以是電子實習電路，也可以是經典電路，但是電路最好不要太復雜，畢竟實習時間有限，教師在課堂上只能教會學生入門，有興趣的學生可以課后花時間鉆研，完成相對復雜的項目。如在PCB的設計與制作中有些技巧掌握，這里簡單提七點：1）熟悉工廠PCB制造流程；2）電路圖簡化來完成設計任務；3）使用自動布線，但也考慮手工布線的優點；4）考慮電路板尺寸大小和電流；5）避開裂片風險；6）關注DRC對電路檢查；7）加深對加工工廠伙伴的認識。另外，多與學生交流制作PCB設計經驗，電路板的布線操作是整個PCB設計中最重要的一步。完成布局后的PCB網絡連接仍然是通過飛線來完成的，布線的目的就是要將網絡關系用實際的走線表現出來，而且要求走線合理美觀。endprint

如印制導線走向與形狀，印制電路板布線，“走通”是最起碼要求，“走好”是更高一層的要求。圖2所示為印制導線走向與形狀的部分實例。在印制導線設計時應該注意：1）以短為佳，能走捷徑就不要繞遠，但導線通過兩個焊盤之間而不與它們連通時，應該與它們保持最大而相等的間距；2）走線平滑自然為佳，避免急拐彎和尖角（這是因為很小的內角在制板時難以腐蝕，而在過尖的外角處，銅箔容易剝離或翹起；導線與焊盤的連接處的過渡也要圓滑，避免出現小尖角）；3）應盡量避免印制導線出現分支；4）為增加焊盤抗剝強度，根據安裝需要可設置工藝線，它不擔負導電作用；5）公共地線應盡可能多地保留銅箔。

不同層PCB，布線要求也不同：對于單層PCB板，地線至少保持1.5 mm寬，跳線和地線寬度設置應保持最低；對于雙層PCB板，優先使用地柵/點陣布線，寬度保持在1.5 mm

以上，或者把地線放在一邊，信號電源放在另一邊。

再如，同步設計是Altium Designer系列軟件電路繪圖基本的繪圖方法，這是一個非常重要的概念。對同步設計概念最簡單的理解就是原理圖文件和PCB文件在任何情況下保持同步。也就是說，不管是先繪制原理圖再繪制PCB，還是原理圖和PCB同時繪制，最終要保證原理圖上元件的電氣連接意義必須和PCB上的電氣連接意義完全相同，這就是同步。同步并不是單純地同時進行，而是原理圖和PCB兩者之間電氣連接意義完全相同。實現這個目標的最終方法是用同步器來實現。這個概念稱之為同步設計。要完成原理圖與PCB圖的同步更新，同步比較規則的設置是至關重要的。

學習成果的多樣化評價 電子實習課程是一門注重動手實踐的課程，教學方法不能與理論知識教學方式相同，在教學效果的評價方面也不應該單一，因此提出學習成果評價多樣化的評價方式。在成果評價中，除了根據每個學生基本掌握情況打分，如果學生掌握課堂以外能力，如可以根據自己需求設計電路，特別是在各種大學生競賽中設計各種功能電路圖，應給予這部分學生高分。通過課堂學習和課后自學、課堂討論等多樣化學習方法，不斷提高學生的工程設計能力和應用能力。

3 電子實習改革創新宗旨

總之，電子實習必須要突出實踐動手，同時在實習項目上要由淺入深，體現易難遞進性。在實習項目選擇上，動手操作要與理論教學同步，另外要有一定梯度，電子實習項目順序可以從單個簡單電路到綜合復雜電路，設計項目要體現趣味性和滿足大學生參加各種競賽需求，提高大學生的動手和工程應用技能。通過這門課使學生知道傳統手工布線與現代科技進步后用Altium Designer 10軟件進行設計，通過電子實習課程，讓學生經歷電子元件識別、電路原理圖設計、PCB設計及焊接調試全過程，希望隨著PCB設計與制作科技的發展，能讓大學生在學校就掌握基本技能技巧，為企業培養更多人才。

參考文獻

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