基于項目驅動的《電路CAD》課程融合教學改革探索與實踐

韋洪浪

（桂林理工大學南寧分校，廣西南寧，532100）

0 引言

《電路CAD》是電子信息類專業的專業基礎課程，它重點培養學生的實踐動手能力，讓學生掌握繪圖軟件的使用方法，了解電子線路原理圖和印刷電路板的設計方法，并初步具有電路和電路板設計能力，該課程為后續的專業課程的基礎，學好本課程有助于后續課程的學習[1]。

傳統的教學模式偏向于工具軟件操作，而忽視了實踐應用，由于缺乏企業產品開發的實踐能力，學生畢業后無法勝任工作崗位的要求。因而本文提出通過教學內容和教學方式的改革，不僅使學生掌握軟件操作的技能，還提高學生相近學科的知識水平和職業技能[2]。在課程內容上從企業真實案例、學科競賽項目中精心挑選合適的項目案例，內容由淺入深，便于學生學習和理解。在綜合訓練環節融入《電子基礎技能訓練》的課程要求，培養學生電路設計、安裝、調試等綜合能力[3]。

1 課程特點

■1.1 教學內容特點

《電路CAD》課程內容主要包括原理圖的繪制、元器件的繪制、印制電路板的繪制、元器件封裝的繪制等[4]，這些知識都需要學生在計算機的利用繪圖軟件操作，對學生的動手實踐能力要求較高。而且該課程為專業基礎課，很多專業課程都是在該課程的基礎上進行深入學習，所以可以將該課程融合到《電子基礎技能訓練》、《模擬電路技術》、《數字電路設計》、《單片機原理》等課程的教學當中進行綜合教學[5]。

■1.2 授課對象特點

很多高校把《電路CAD》和《電子基礎技能訓練》開課的時間定為大一上學期，這個時間段的學生剛剛從高中進入大學，未能完全適應大學生活，而且高中階段的計算機基礎不一樣，甚至簡單的計算機操作都不會，所以在授課時必須考慮大多數學生的接受能力，由淺入深，循序漸進，積極引導，提高學生學習的積極性。

2 教學改革主要措施

傳統的教學模式主要是按照課本內容的順序，填鴨式教學，導致學生興趣不高。而且大部分教材的配套教學資源有限，無法提供一個資源豐富的電路圖庫供學生參考學習。授課目的更重視繪圖軟件的使用，而忽略了崗位技能訓練，學生知其然，不知其所以然[6]。為了克服傳統教學模式的弊端，通過走訪相關企業和調研高校，提出以下改革措施：

■2.1 引入線上線下教學，充分利用課余時間

線上視頻教學的優勢在于可以把知識點化的內容固化，可以重復播放和同步訓練，因而建設慕課和微課等視頻教學資源。慕課視頻時長為40 分鐘左右，用于講解項目教學的任務內容的具體操作步驟，以便學生復現課本任務的設計。微課視頻時長為3 分鐘左右，主要講解課本的知識點，包含教學內容的部分重點和難點，以便學生對知識點的復習與強化。但是對于需要領會和交互的學習內容，還是需要線下教學，當面與學生面對面溝通。充分發揮線上線下教學的優勢，可以讓學生合理利用課余時間，最大程度的提高學習效率。

■2.2 采用項目驅動的教學模式，重構教學內容

“項目驅動”就是將實踐項目融入教學內容中，讓學生在參與項目實踐的過程中學習，引導學生利用學過的知識解決實際問題。學生不僅在項目實踐中學到知識和技能，而且還學會團結合作，在完成項目后體會到成功的喜悅，激發學生學習的興趣[7，8]。利用“項目驅動”的教學模式，首先要確定好項目教學的目標，明確需要學習的項目化教學內容。本研究精選與工程實踐相關的項目作為教學內容，由淺入深極大地方便學生學習。

■2.3 將真實的元器件和電路圖帶入課堂，形象生動便于理解

給學生授課的時候盡量使用真實的元器件和電路圖作為演示案例，這樣“虛實結合”的教學方式形象生動，學生直觀地看到實物，容易理解課程內容。比如講到原理圖庫和封裝庫時，使用實際的元器件演示給學生看，學生一看就知道原理圖庫和封裝庫之間的關系。講解PCB 的時候也可以拿現成的PCB 電路板演示給學生，讓學生知道電路板的各個層之間的關系、布線布局的要求。

■2.4 建立資源共享庫，培養團隊合作精神

將學生自主學習的優秀電路、學科競賽電路、行業企業典型案例等電路整合起來，建立一個具有實際使用價值的資源共享庫。這樣不僅可以鍛煉學生的動手能力和團隊合作精神，而且還能積累資源，共享優秀電路，為將來的專業課學習、學科競賽和就業工作做準備。

■2.5 將企業典型案例引入教學內容，提高學生就業競爭力

走訪和調研企業對電路設計人才的最新需求和技能要求，明確人才培養新目標和教學內容，并將企業實際的研發項目和優秀案例引入教學內容，讓學生在真實的企業案例中學到企業需要的職業技能，實現課程學習和企業需求的完美對接，提高學生就業的競爭力。

■2.6 將《電路CAD》融入《電子基礎技能訓練》教學，提升綜合能力

《電路CAD》和《電子基礎技能訓練》都是電子類專業的專業基礎課程，都非常重視學生實踐動手能力的培養?！峨娐稢AD》注重培養學生使用繪圖軟件繪制印制電路板的能力，而《電子基礎技能訓練》更偏向培養學生電路裝配和調試的能力。雖然兩者側重點不一樣，但是可以結合兩者的特點融合教學，讓學生把元器件焊接到自己設計的印制電路板上，驗證自己設計的電路是否實現預期功能，同時也提高學生電路裝配和調試能力。

3 教學內容組織

授課過程采用“項目驅動”的教學模式，以課程實例為主線，以完成任務為目標，將繪圖軟件的操作融入到項目實踐當中，在完成項目的過程中快速、輕松地掌握軟件的使用方法和技巧。本著“理論夠用，精講多練，教師引導，學生主導”的原則把課程內容分成主要以下5 個項目，如表1所示。

表1 教學內容組織

授課內容是根據印制電路板的設計與制作流程而制定的，學生通過項目練習就可以由淺入深地完成學習，能夠熟練運用軟件設計出自己的電路。課程內容的設置有如下特點：

(1)內容由淺入深，便于學生自學。教學整體內容分為五個項目，順序是原理圖繪制、元器件繪制、印制電路板繪制、元器件封裝繪制、綜合練習等，由最簡單的原理圖操作，到完成復雜的綜合性電路，一步步提高難度“螺旋上升”符合學生接受知識的習慣。不僅如此，在項目內部也是由淺入深設置教學任務，比如項目一的原理圖繪制首先由簡單電路圖開始，讓學生學會簡單畫圖，提高學生學習的興趣，最后到復雜電路圖繪制提高學生綜合繪圖能力。

(2)以項目為載體，任務驅動。精心挑選實踐案例，制定恰當的教學任務，所有教學案例都是后期課程學習或者參加學科競賽的經典電路，涉及到電子信息技術的方方面面，如模擬電路、數字電路、模數結合電路等多種電路類型。以項目一為例，其中的任務一和任務二是模擬電路課程中的經典電路，任務三是單片機原理課程中的入門電路，任務四是數字電路課程中的典型電路。

(3)由一般到特殊，提高繪圖效率。在對原理圖庫和封裝庫的教學設計中，首先介紹常規的繪圖方法，目的是讓學生學會庫文件編輯環境和基本繪圖方法。然后再提出利用已有庫進行修改或利用設計向導生成封裝的方法，這樣不僅拓展繪圖設計的方法，而且大大提高繪圖的效率。

4 課程融合教學設計及實施

在進行綜合練習部分教學時，將《電路CAD》和《電子基礎技能訓練》進行融合教學，讓學生了解整個電子產品的設計全流程，在實踐中檢驗學生設計的電路和電路裝配調試能力，以此形成一個“閉環的學習反饋過程”，同時提高兩門課的專業技能。具體實施步驟如下：

（1）繪制原理圖：根據綜合項目的要求，首先安排學生在規定時間內完成原理圖繪制，然后教師檢查原理圖的繪制效果和規范程度，進行記錄評分。

（2）繪制PCB 圖：將原理圖導入PCB 文件，按照布局要求把元器件布局好，然后結合手工布線與自動線，把所有線布完，布線的過程中必須要考慮布線規則。教師根據布局、布線的要求對學生繪制的PCB 圖進行評分。

（3）印制電路板的制作：讓學生拿著繪制好的PCB 圖到腐蝕室手工做出印制電路板，以此同時也讓學生把自己的一份PCB 發給廠家做一份完整的工廠板。讓學生在對比學習的過程中發現自己設計的電路圖是否合理，教師分別對手工制板和工廠制板進行點評和評分。

圖1 學生做的印制電路板

（4）元器件安裝與調試：讓學生把元器件安裝到電路板上，安裝完之后利用實驗儀器對電路板進行調試與測試，最終得到一個能夠實現特定功能的電子作品，這樣學生的成就感十足，同時學生的積極性和主動性也得到很大的提高。

每個綜合項目練習都通過以上的四步操作和評分，得到單項綜合練習的得分，最后通過三項綜合練習，取平均分即可得到學生綜合練習成績。

5 課程評價體系

改革后的總成績主要由3 部分構成，平時成績（30%）、期末考試成績（40%）、綜合練習成績（30%）。平時成績由課堂簽到、課堂表現、課后作業等構成，主要考核學生平時上課的綜合表現。期末考試采用上機考試的形式，即教師出一份電路圖，讓學生在學校的機房，在規定時間內按要求完成原理圖和PCB 圖的繪制，根據繪制的效果評分。綜合練習成績主要考核學生綜合能力，即完成三項綜合練習的成績。

6 總結

本文針對《電路CAD》課程傳統教學中存在的弊端，嘗試采用項目驅動的教學方式與課程融合的教學模式，通過合理安排項目化的教學內容，設置課程融合的綜合訓練項目，并引入企業的典型工作案例，收集課程共享資源庫等手段對課程教學進行改革，結果取得了良好的教學效果，提高了學生繪制電路圖的能力，也提高學生裝配和調試電路的能力，同時也為將來的專業課學習、學科競賽和就業工作做充足的準備。