電子線路CAD課程項目驅(qū)動教學(xué)探索與實踐

江西農(nóng)業(yè)大學(xué) 劉日龍

為了有效提升學(xué)習(xí)效能，針對當前電子線路CAD課程教學(xué)中存在的教學(xué)過程單調(diào)等問題，探索了基于項目驅(qū)動的團隊協(xié)作教學(xué)模式。通過優(yōu)化電子線路CAD課程教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計基礎(chǔ)性和綜合性項目，突顯課程的應(yīng)用性和實踐性。項目驅(qū)動教學(xué)法顯著提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，同時也對其他相關(guān)專業(yè)課程教學(xué)提供了借鑒作用。

電子線路CAD課程是電子信息類學(xué)科重要的專業(yè)課，教學(xué)內(nèi)容涉及面廣，應(yīng)用性和實踐性要求都非常高。自計算機技術(shù)應(yīng)用于高等教育領(lǐng)域以來，眾多學(xué)者在不斷探索可行的電子線路CAD課程教學(xué)理念和模式。

近年來，電子線路CAD課程教學(xué)改革研究持續(xù)深入，包括課堂教學(xué)、實驗教學(xué)等多個方面。陳曉平等對在多元需求下實施案例教學(xué)法進行了初步探索，吳小進等提出了主動式實驗教學(xué)方法。然而，這些研究大多是從教學(xué)內(nèi)容自身出發(fā)，突出教師的主體性，對教學(xué)、實驗與考核等方面展開研究。本文研究基于項目驅(qū)動的教學(xué)模式，強調(diào)學(xué)生的主動參與和團隊協(xié)作，探索基于本科院校的電子線路CAD課程教學(xué)內(nèi)容和實踐方法。

1 課程教學(xué)內(nèi)容

電子線路CAD課程的主要目的是為了培養(yǎng)學(xué)生印制電路板設(shè)計能力，同時在實踐中提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。主要教學(xué)內(nèi)容包括：原理圖編輯器功能、原理圖繪制方法、印制電路板編輯器功能及印制電路板設(shè)計過程與操作技能方法。

電子線路CAD課程教學(xué)分為2個階段。第一階段為基本理論教學(xué)和實驗教學(xué)，總學(xué)時為40學(xué)時，其中理論教學(xué)24學(xué)時，實驗教學(xué)16學(xué)時。通過40學(xué)時講授，核心目標是要求學(xué)生掌握電路原理圖繪制和印制電路板設(shè)計。電路原理圖繪制主要包括元件庫添加、元器件查找編輯、層次電路設(shè)計、元器件制作等；印制電路板設(shè)計主要包括PCB板層規(guī)劃、PCB編輯器設(shè)置、PCB布局布線、元件封裝制作等。

第二階段是課程設(shè)計，學(xué)時為1周。在此階段，電子線路CAD課程的教學(xué)內(nèi)容與單片機軟硬件知識點相結(jié)合，每2個學(xué)生分成一組，分別布置以51單片機最小系統(tǒng)為核心的設(shè)計項目，將電子線路CAD課程的所學(xué)內(nèi)容融入其中。學(xué)生是項目實施的主體，教師作為項目實施的協(xié)調(diào)者，引導(dǎo)各組學(xué)生獨立完成從電路原理圖繪制、元件庫制作、PCB設(shè)計、元件封裝制作到電路板調(diào)試的完整開發(fā)過程，從而提高實踐動手能力。

總之，本課程的教學(xué)目標是使學(xué)生掌握電路原理圖繪制和印制電路板設(shè)計方法，依據(jù)實際需求能夠獨立完成一定復(fù)雜程度的多層PCB板設(shè)計，為學(xué)生將來就業(yè)打好工具軟件應(yīng)用基礎(chǔ)。

2 課程教學(xué)現(xiàn)狀

電子線路CAD課程教學(xué)當前多采用傳統(tǒng)的理論與實驗相結(jié)合的教學(xué)模式，學(xué)生被動接受課堂知識，自主學(xué)習(xí)意愿較低。在目前的課程教學(xué)現(xiàn)狀中，還存在一些突出問題。

教材內(nèi)容千篇一律。電子線路CAD教材很多，其中大多數(shù)都是依據(jù)CAD軟件菜單繪圖指令順序展開，較大篇幅介紹CAD軟件的各項菜單功能。教材中的一些CAD設(shè)計實例未能有機結(jié)合已有的模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)等電路課程內(nèi)容，與學(xué)生所學(xué)的電路理論知識聯(lián)系不夠緊密，易于造成理論與實踐脫節(jié)。

教學(xué)模式傳統(tǒng)。當前電子線路CAD課程教學(xué)基本采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，即在課堂上進行理論知識講授，在實驗室里進行實驗教學(xué)。學(xué)生學(xué)習(xí)主觀能動性差，對整個PCB板設(shè)計流程不熟悉，學(xué)習(xí)內(nèi)容與實際項目開發(fā)存在較大差異，簡單照搬課堂所學(xué)知識，不能很好融會貫通。

教學(xué)過程單調(diào)。在教學(xué)實踐過程中，多數(shù)是采用首先理論講授演示，然后上機操作的教學(xué)流程。由于學(xué)時分配難以做到理論和實驗教學(xué)同步進行，使得實驗教學(xué)不能貫穿于理論講授的全過程。教師課堂演示后學(xué)生再逐一操作，學(xué)生自我感覺較易，但上機操作時經(jīng)常出錯，比如，在元件庫查找不到的元器件不會正確制作，一些分立元件的各種封裝用法很容易混淆等。

3 項目驅(qū)動教學(xué)探索

項目驅(qū)動教學(xué)法是建立在建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論基礎(chǔ)上的新方法，是當前普遍采用的一種富有創(chuàng)意的教學(xué)理念。把項目驅(qū)動應(yīng)用于電子線路CAD課程教學(xué)，以典型的工程項目為對象，強調(diào)學(xué)生的主動參與與團隊協(xié)作，把培養(yǎng)學(xué)生動手能力作為電子線路CAD課程教學(xué)的關(guān)鍵，是電子信息類應(yīng)用型人才培養(yǎng)的一種可實現(xiàn)途徑。

項目驅(qū)動教學(xué)法實施時，根據(jù)教學(xué)目標，把課程內(nèi)容分解為若干項目。學(xué)生根據(jù)自己的特長自行組建項目團隊，教師負責(zé)全部項目的組織協(xié)調(diào)、進展考核，并對各項目的最終結(jié)果進行全面考核。以各項目所要求的具體指標作為考核依據(jù)，對項目團隊、項目組成員、項目進度實行量化打分，結(jié)合項目的實施效果，從而給出每位學(xué)生的課程最終考核成績。

項目設(shè)計是保證教學(xué)取得良好效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，項目設(shè)計有別于傳統(tǒng)的實踐教學(xué)，是將所講授知識模塊分成若干個具體項目，結(jié)合教學(xué)大綱，使得學(xué)生掌握所需知識要點。依據(jù)電子線路CAD課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標設(shè)計了8個項目，其中基礎(chǔ)性項目和綜合性項目各分配4個。4個基礎(chǔ)性項目分別為：電路原理圖設(shè)計、元器件設(shè)計、PCB設(shè)計、元件封裝設(shè)計。此外，4個綜合性項目分別為：8位競賽搶答器設(shè)計、節(jié)日彩燈控制器設(shè)計、十字路口交通燈設(shè)計、秒表計時器設(shè)計。

通過4個基礎(chǔ)性項目的學(xué)習(xí)，學(xué)生初步掌握了PCB板CAD設(shè)計基本流程及各環(huán)節(jié)知識點，綜合性項目是對前期的基礎(chǔ)性項目進一步拓展和應(yīng)用。綜合性項目中的電路原理圖和PCB板為了滿足實際要求，可能需要經(jīng)過多次修改，此時應(yīng)根據(jù)具體情況做出相應(yīng)調(diào)整。在8個項目實施過程中，有的元器件不符合設(shè)計要求，需要項目組成員設(shè)計元件，同時封裝也需要自行設(shè)計。總之，經(jīng)過項目驅(qū)動教學(xué)，學(xué)生基本掌握了如何根據(jù)項目任務(wù)要求設(shè)計電路板，達到了課程教學(xué)目的和要求。

基于項目驅(qū)動的電子線路CAD課程教學(xué)，應(yīng)關(guān)注項目分階段進展情況，通過對學(xué)生的考勤記錄、PPT匯報討論、報告展示等環(huán)節(jié)來考察項目組成員的參與度。采用過程性評價和結(jié)果性評價相結(jié)合的原則，注重項目實施過程的考核。考核方式可以結(jié)合項目組成員自評、小組互評和師評等三個方面。于是，把傳統(tǒng)的單一課本知識考核轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗑S評價項目組成員的學(xué)習(xí)成績、團隊協(xié)作能力、交流溝通能力等，從而達到全方位考查學(xué)生綜合素質(zhì)的目的，使學(xué)生的PCB設(shè)計能力及自主學(xué)習(xí)能力都得到較大提升。

結(jié)語：本文闡述了電子線路CAD課程教學(xué)主要內(nèi)容和教學(xué)目標。針對本課程教學(xué)中存在的一些突出問題，探索了基于項目驅(qū)動的團隊協(xié)作教學(xué)模式。項目驅(qū)動教學(xué)模式以項目為載體，結(jié)果為導(dǎo)向，突出了學(xué)生的主動學(xué)習(xí)，強化了學(xué)生的主體地位，學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力得到顯著提升。通過運用電子線路CAD相關(guān)理論知識來解決工程應(yīng)用實例，切實提高了學(xué)習(xí)效能。