《电子CAD》课程教学改革实践

2011-08-15无锡机电高等职业技术学校自动化工程系俞亚平

电子世界 2011年15期

无锡机电高等职业技术学校自动化工程系俞亚平

1.引言

随着科学技术的发展，特别是现代电子技术的飞速发展，大规模、超大规模集成电路的广泛应用，使印制电路日趋精密和复杂，传统的手工设计和制作印制电路板的方法难以适应生产的需要。随着计算机技术的普及，人们对计算机辅助设计的需求也在不断提高。电子CAD技术在工程学科领域中显得尤为重要。

在电子领域中广为流行的Protel99SE软件，正迅速而深刻地影响着人们从事设计和绘图的基本方式。在这种情况下，以培养高素质应用型技能人才为目的的高职院校电子专业都开设了“电子CAD”课程。对于这样一个绘图软件和电子元器件标准相结合的综合性课程，具有基础性、多样性、灵活性和实践性等特点。由于其多样化，以及工程实践联系紧密的特点，如果没有一个合理的授课结构，学生会认为课程内容零散，学生容易感觉到杂乱无序，导致学生对课程不能产生兴趣。结合近几年的教学实践，笔者认为，该课程教学应体现高职院校电子工程专业的特色，使学生在较短的时间内熟练掌握与专业相关的印制电路板绘制方法，具有较强的岗位实践操作技能，能够满足不同就业岗位的设计要求，提高就业能力，提升就业质量。高职院校《电子CAD》课程教学必须采取了积极的措施，探索教学效果良好的教学方法。

2.优化教学结构，合理组织教学内容

“电子CAD”课程把电子技术国家标准、电子专业知识体系和Protel99SE软件技术紧密结合，由于教学内容零散、与工程实践联系紧密、教学难度较大。授课结构是保证课堂教学好坏的一个重要条件，讲课内容根据所教课程的目的、要求，通过深入分析和精心组织，将零散的内容进行归纳总结，从而使授课结构条例清楚，有系统性和逻辑性。“电子CAD”课程具体的教学内容结构由如下几部分构成：

2.1 电子CAD-Protel99SE的设计基础

Protel99SE软件在Windows操作系统下功能强大，在绘制原理图、PCB自动布线等方面功能完备。提供了功能强大的电路仿真器，使电路设计可以完成从原理图到最终印制电路板设计的所有工作，软件设计按照这样的流程进行，依次为工作环境设计和页面设置，载入元件库，在图纸适当的位置放置元件，放置电源符号和接地符号，放置连接导线，放置网络标号，放置文字说明，检查电路图并做相应的调整。较为专业的是PCB，所谓PCB（Printed Circuit board）就是印制电路板，简称电路板，是电子工业的重要部件之一。几乎每种电子设备，小到电子手表、计算器、大到计算机、通信电子设备、军用武器系统，只要有集成电路等电子元器件，为了使各个元件之间的电气互连，都要使用印制电路板。目前印制电路板的品种已从单面板发展到双面板、多层板和挠性板，结构和质量也已经发展到超高密度、微型化和高可靠性程度；新的设计方法、设计用品和制板材料、制板工艺不断涌现。由于内容比较零散，可以将软件应用这块内容划分为六个部分：Protel99SE的工作环境、原理图（Schematic）编辑、原理图元件的制作、印刷电路板（PCB）编辑、印制线路板元件封装的制作、执行电路仿真（simIllation）等工作。

2.2 电子CAD应用实训

给学生提供在电装实习中装配的工件，要求根据实物电路，绘制印制线路板，并进行优化和改进，对电路进行仿真实验，与以前的实测数据比较，充分体现电子CAD在实际设计中的优点。通过实例学生能巩固原理图绘制，PCB制作过程和操作技巧，初步尝试电子CAD技术在实践中的应用。这部分内容是本课程的升华。

从上述“电子CAD”课程的教学内容的组织安排上可以看出，内容充实，结构紧凑，注重实践，理论联系实际是本课程的特色，为取得好的教学效果打下良好的基础。

3.教学方法

教学方法是保证教学质量的一个十分重要的因素，“电子CAD”课程的教学不同于一般理论课的教学，它具有较强的应用性。教师如果按照常规方式照本宣科，很难收到良好的教学效果，我们在“电子CAD”课程的教学改革中有针对性的采取了有效措施。

3.1 采用项目教学法，分解知识点

项目任务的明确对于今后的学习与任务的最终完成起着至关重要的作用。课堂教学中，教师根据教学进度提出项目实例，把所要学习的知识巧妙地隐含在一个个项目当中，使学生在完成项目的过程中达到理解学科知识、掌握技能的目的。设计精巧的“项目实例”能充分调动学生的学习热情和求知欲望，在融洽与和谐的情境中获得良好的教学效果。项目的提出应由老师在课程教学前做出周密的规划，采用先易后难，先简后繁的原则来设置具体的项目实例。

在电子CAD教学中，先对protel99SE软件做简要的介绍，之后在课程教学前期要学生完成一个放大电路印制线路板开发的项目；中期完成单片机最小应用系统电路的线路印制板的开发项目和电压检测与显示电路印制板；最后让学生完成电装工件电压检测控制电路印制板制作项目。在完成了这4个项目之后，本课程的教学目标也就达到了。在第一个项目放大电路印制线路板开发项目中，学生可掌握protel99SE软件的初步使用，PCB线路板开发的流程，熟悉各种窗口的功能；在第二个和第三个项目教学中，除了强化前面所学习的知识点，还将元件封装的创建、设计规则的使用、各种PCB报表的生成以及电路仿真等知识点进行深入讲解；在最后一个电压检测控制电路印制板制作项目教学中，完全以实际项目开发的过程来开展教学，给出电路原理图，和外围尺寸，电气参数的要求，让学生独立完成PCB线路板的布线，最后分组做出样板。通过这一阶段的教学，使学生能感受的PCB项目开发的真实过程，为以后从事相关的工作打下基础。

3.2 protel99SE软件教学强调学生自主学习与协作学习

“电子CAD”课程中protel99SE软件是作为工具应用于电子技术中，专门用来学习protel99SE软件操作的教学学时数占课程总学时数的25%，因此，对protel99SE软件的学习要求学生以自主学习的方式完成。学生通过教师的引导，掌握自主学习的基本方法，感知自主学习的实质和乐趣，这个部分主要体现在课堂教学上。通过自主学习与协作学习完成项目是项目教学法的重点，问题提出并设计好了执行的过程后，学生就需要通过各种途径、各种方法、各种手段去完成项目任务。学生必须主动地参与到整个学习过程中，通过自主学习与协作学习来迁移旧知识，构建新知识，从而完成一个个的任务。以电压检测控制电路印制板制作项目为例，针对原理图元件的导入、编辑与元器件的新建，涉及多种对象的认识、理解与操作；对于报表的生成与修改，涉及控件与报表的知识；PCB图设计中涉及到对电路板物理特性的规划，元件布局涉及到电子元器件之间的相互干扰，元件封装涉及到对电子元件外围尺寸到考虑等等的知识内容。除了这些操作性知识外，还有其它的很多操作和要考虑的问题，需要学生去处理、解决。对于这些问题的分析与解决，学生可以先查阅有关的教材、资料，在上机实践中，逐步地理解、模仿、改造，进行自主学习；然后鼓励大家共享资料，相互讨论、交流，进行协作学习；遇到困难时，还可以有教师的指导与帮助，比如老师可以提供一些类似问题的解决方案等，以利于项目的完成。

在电子CAD课程的教学中，通过自主学习和协作学习的教学方式，学生的学习兴趣被激发，学习主动性大大提高了，使教学效率和教学效果都有明显的提高。

4.加强实践教学环节，注重培养学生综合能力

在“电子CAD”课程的教学中，要融入先进的设计方法，注重理论与实际相结合，重视对学生综合能力和实践能力的培养，增加“电子CAD”教学内容的实践环节，拓宽“电子CAD”教学的广度和深度。在项目化教学中，接触各种实际的和模拟的设计与制造课题，进一步消化、巩固所学理论知识，提高分析、解决问题的能力，进一步提高学生灵活应用的能力。在实践教学内容的安排上，与实际应用中典型的印制板制作紧密结合。在实践环节的教学中，启发学生思路。在保证必备的基础知识的同时，通过具体软件在设计中的使用，通过大量实际训练，使学生达到掌握举一反三的、熟练的专业应用能力的程度，使学生能将掌握的电子CAD技能应用于电子技术中，也为将来自己设计和改良一些使用设备打下良好的基础。

5.学习效果评价的多样化

“电子CAD”课程是实践性很强的课程，尽管在教学过程中尝试了很多方法，仍然发现部分同学的主动性不够，学习不够深入。为了激发学生学习的自觉性、主动性，学习效果评价采取多样化的形式。在项目化教学过程中，学习效果采用自评、互评、教师点评相结合的评价方式。首先，学生对照评价内容与项目总结自己的掌握情况，还有哪些操作不会，遇到问题是怎么解决的，效果如何；其次，引导学生相互评价，以促进学生之间相互讨论，取长补短；同时也使学生学会欣赏别接纳别人的观点，从而提高学生的综合素质；再次，对学生在整个学习活动过程中的参与程度、与作交流的情况、运用和掌握的科学方法、科学态情感体验等多方面进行综合评价；最后，教师分析任务完成情况，要善于发现学生的闪光点，积极参与，就要鼓励；只要努力探究，就要表扬；有进步，就要肯定；同时统计学生在任务完成中的问题，教师应及时予以总结指导。

另外，为使学生能够真正掌握“电子CAD”课程内容，除了对教学内容认真组织外。教学过程中，还采取作业和考试兼顾的方式，精选与实际应用紧密结合的电路设计案例作为作业和考试的内容，以培养学生解决工程实际问题的能力。