基于線上線下混合教學模式的電子CAD課程改革探討

陳曙光

（嘉興職業技術學院 浙江嘉興 341036）

為了深入貫徹黨中央、國務院關于職業教育改革的決策部署[1]，以立德樹人為根本任務，以打造高素質師資隊伍為著力點，應推進“三全育人”、落實育訓并舉、確保質量型擴招等新形勢、新要求下，持續深化教師、教材、教法改革。通過“以賽促教、以賽促學，以賽促改、以賽促建”，提升教師落實“課程思政”要求，“停課不停學”條件下組織教學的能力，推進高水平、結構化教師教學團隊在信息技術應用、團隊協作等方面的水平提高，持續提升職業學校推進國家教學標準落地、常態化改進教育教學管理的能力，構建職業教育教學質量持續改進的良好生態。本校于2020年將電子CAD立項為校級精品在線課程，經過兩年的線上線下混合教學模式實踐，獲得了一些寶貴的教學改革經驗。

電子CAD課程是高等職業院校應用電子技術專業的一門核心專業課，是電氣自動化專業選修課，具有很強的實踐性。其任務是培養學生掌握典型電子電路設計軟件，初步具備獨立繪制較復雜電子原理圖及設計印制電路板能力。結合教育部提出推行雙證書制度，和雙證教學要求，專業課程的設置與職業資格證書相對應，課程教材的選用和教學內容的選取與考證內容一致，學生通過專業課程學習就可以直接參加相關職業資格證書考試。該門課程的學習與PCB設計工程師及計算機輔助設計繪圖員資格證書相融合，可以很好地鼓勵學生考取相應的職業資格證書，不僅能增強學生學習的積極性、主動性，還能提高學生的職業能力。

一、整體教學設計思路

（一）重構教學內容與確定課程目標

在教育部應用電子技術專業教學標準指導下，走訪電子行業公司，訪談從事PCB設計崗位的畢業生，針對職業崗位和招聘信息等進行分析，確定電子CAD課程培養目標為電子行業PCB設計工程師崗位，也就是培養具有電子線路板設計與相關仿真，跟蹤電子線路板制造過程并解決相關技術問題的專業技術人員。從招聘網站信息分析，一般PCB工程師崗位對應屆畢業生要求是能夠根據電路原理圖完成PCB布局布線，負責元器件建庫、檢查和維護，熟悉Altium Designer或PADS軟件設計工具，有良好的團隊意識及溝通能力。根據崗位要求本校教師編寫了基于行動導向的項目化教材《電子CAD項目教程》，并由中國鐵道出版社出版發行。該教材內容以實際電子產品的設計工作過程為主線設計學習項目，注重培養學生實際的電路板設計能力，在學習期間扎實完成多個具體的PCB設計項目，并能夠提供出實際資料。《電子CAD項目教程》由五個項目組成，項目一至項目四是電子電路板PCB設計，按照難易程度由入門、簡單、提高和復雜四個等級組成，項目五為電路仿真項目訓練。在電子電路板設計項目中均包含電路板設計流程中電路板設計原理圖繪制，物理封裝制作，網表處理，電路板布局，電路板布線，制造文件導出等六個步驟。遵循循序漸進規律，通過一個項目接著一個項目的連續訓練，模擬實際工作環境，學生能夠在反復的項目訓練中深刻記住軟件的使用技巧。在教學內容中，引導學生閱讀企業作業單，了解PCB設計行業規范，觀看紀錄片《大國工匠》，從中體會工業發展中，千千萬萬一線技術人員的那種兢兢業業，敢為人先，敢打硬仗，不怕困難的工匠精神。

（二）學情分析與應對方法

本學院每年參與學習電子CAD的學生大約有4～5個班級，學生人數達到150～200人，為應用電子技術及自動化兩個專業。生源來源渠道有三種：高中后、三校生、3+2。其中高中后生源無任何基礎，從零學起；三校生高中階段來自不同職業高中，所學專業繁雜，電子專業基礎能力相差比較大；3+2學生有一定的PCB設計基礎，會使用protel99SE，個別學生布線能力較強。從前五年課堂面授過程中，學生學習該門課程的情況來看，發現一些問題，課程安排每周一次4學時，同種類生源學生對知識的接受能力差別很大，同一課堂出現多種進度，導致學生之間相互影響，課下沒有接續訓練輔助，加之課程周期長，知識操作遺忘率很高，長期造成學生學習只停留在淺表層，無法深入，教學達不到預期效果。當代學生接受新鮮事物能力和信息化手段應用能力極強，獲取信息主要渠道來源于網絡，會很快學會使用各種APP，但缺乏辨別力，自我意識強烈，綜合素質較高，缺乏合作意識，娛樂愛好特別廣泛，自我認同高等特征。根據學生的學習情況及特征，在“超星”平臺和“在浙學”APP中，建立了電子CAD課程網站。網站中提供了五個教學項目完整的操作視頻，并配有知識點講解和操作示范；同時將課后習題操作視頻同步上傳網站，作為學生課后練習指導，視頻時長為900分鐘。在課程平臺中設有討論，作業，學生學習情況統計等眾多模塊，以便教師掌握學生的每時每刻學習情況。課后在QQ和釘釘中提供全天候在線答疑，實現了手把手式教學。另外，學生也可以通過線上課程回放，回顧線上課堂知識，查缺補漏，實現在短時間內提高電子電路板設計能力。

二、教學實施過程

線上線下混合教學模式，對于教師和學生都是既陌生又新鮮，實施最初很擔心學生是否能夠獲得專業知識，能否培養出電子電路PCB設計能力；課前線上學習是否能夠達到預期效果，學生會不會主動學習，是否能理解理論知識，學會分析及綜合運用等。在互聯網時代今天，教師必須具備一定的信息化教學能力，同時學生也應學會通過互聯網方式獲取更新知識的能力，所謂活到老學到老，不被這快速發展的時代淘汰。我們對所選取教學內容做了認真分析，分解出哪些知識適合在課前自學即通過視頻和自測訓練自行完成，哪些項目內容則需在教師安排引導下在課堂內完成。在整個項目學習中學生學習評價效果采用什么方式才能客觀公正，過程考核記錄準確詳實。這些對我們老師教學教育能力提出了巨大的挑戰。下面以音響電路層次化制圖與制版項目為例，簡單介紹項目實施過程。

音響電路層次化制圖與制版項目由主電源電路、輸入輸出電路、音頻放大電路、驅動電路及閃爍電路組成。該項目需要自制元件庫，根據安裝元件的實際尺寸繪制相關元件的PCB封裝，在這一環節導入“差之毫厘，謬以千里”的典故，培養學生認真工作，決不能粗枝大葉的工作態度。在繪制頂層主電路圖及底層子電路原理圖時，針對本門課程軟件工具出處，引入華為公司被EDA軟件廠商停止銷售及更新事件，教育學生要認識清楚我們在某些領域跟先進技術國家的差距，青年一代需加倍努力學習，將來報效祖國。另外就IEEE華為事件，介紹什么是IEEE（電氣與電子工程師協會）國際學術組織，其在多領域多個行業制定規則，教育學生要關注國際學術共同體，它是技術和產業發展及創新的基石，IEEE這些機構發源于歐美，稍有不慎會成為被利用的工具來打壓我們民族產業。音響電路層次化制圖與制版項目教學實施過程三段六步三評價一反饋，如圖1所示。

三、學習效果

從在浙學APP上來看，對學生課前學習任務、討論題目及作業完成情況等數據分析，可以看出對于早已習慣教室面對面授課形式的高職學生來說，線上學習對于大多數學生來說不適應，最初學習壓力還是比較大。在該門課程最初學習中，學生遇到的問題一是獨立預裝學習Altium Designer軟件不成功；二是課前學習中，從原來的被動學習轉換為自主學習方式，大多數學生不適應，自學能力欠缺；三是對教師安排的課前學習內容理解不夠，運用網絡資源的能力不理想；針對學生學習中遇到的問題，教師進行了全天候在線答疑，實施必要的遠程協助。

在釘釘線上直播課堂中，首先對學生在自學過程遇到知識點問題，如繪制原理圖時出現元件紅色彎線錯誤提示，多余元件在原理圖窗口導致編譯出錯，網絡標號放置不到位，錯用連線工具，從原理圖編譯時跳出message中判斷錯誤原因，未建工程項目導致原理圖網表無法傳送到PCB窗口等問題做示范講解，并且引導學生借助網絡資源解決學習中遇到的問題，加強自學能力培養。其次對音響電路原理圖繪制中重點和難點知識做詳細講解示范。最后總結該項目知識要點及注意事項，提醒學生課后可以觀看直播課堂回放，補充自己某些知識點掌握不足情況。

在浙學App中對學生課前和課后的學習情況，會有實時詳盡的情況記載，根據數據隨時可以掌握每位同學對該門課程的學習情況，能夠有的放矢針對性督促幫助每位同學，并且根據不同生源對知識內容掌握的程度，及時調整課程內容，做到因材施教。高度發達的互聯網教學條件下，師生溝通從空間上得到擴展，課上未解決問題可以在課后線上解決，師生溝通暢通無阻，極大調動了學生的學習積極性，學習熱情明顯高于傳統單一的課堂教學。從期末技能考試表現看，學生通過一學期的學習能夠完成100個元件左右的電路，采用層次電路設計方法，實現較復雜電路的原理圖及PCB設計，自制電子元件庫；在PCB設計中，根據要求較熟練設置布線規則，使用交互布線工具，同時學習簡單電路仿真環境參數設置并進行電路仿真。通過本科課程的PCB設計訓練，大多數學生可以完成本門課程的教學目標，獲得該課程要獲得的知識、技能和專業素養。

四、結束語

電子CAD課程采用三段六步三評價一反饋教學策略，以學生為中心，工作任務驅動，學習結果為導向，利用電子CAD實訓室，通過課前初探，課中導學，課后拓展，思政元素助力開展教學活動。教學項目成果通過企業結對PCB布線工程師評估鑒定，選出最優布局布線進行制版生產，生產出來的PCB板用于前導課程項目教學實訓，實現前后課程相互支撐，項目產品安裝調試過程中，學生可以看到PCB板有哪些優缺點，為下一次PCB設計積累經驗，從設計成果實現電子產品功能過程中，獲得更多的喜悅和自信。這些對于促進教學目標的達成，落實課程思政，將工匠精神融入滲透教學全過程，用勞動教育為學生打下堅實基礎。線上學習不受時間，地點，空間，距離的限制，給學校教學提供了極大的便利。隨著5G技術的逐步應用，互聯網遠程教學會發展得更快更好，讓更多的人享受到更好的教學資源。