电子信息工程专业认识实习教学改革与探索

张永芳，沈利芳，邓开连，刘 浩

电子信息工程专业认识实习教学改革与探索

张永芳，沈利芳，邓开连，刘 浩

（东华大学 信息科学与技术学院，上海 201620）

电工电子认识实习是电子信息工程专业实践教学的重要环节，主要目标是培养学生的电工电子基本素养。以“差动放大电路”印制电路板的制作为例，探讨为何及怎样将Protel99SE引入认识实习课堂。该印制电路板的教学过程能够培养学生的自信心和成就感，激发学生的学习热情。教学改革增强了学生的务实精神和工程实践能力，也为学生的专业课程学习奠定了良好的基础。

电工电子认识实习；教学改革；差动放大电路；印制电路板

当今社会，电信技术已成为发展最为迅速的高新科技领域之一，社会对电子信息工程专业的学生也提出了更高的要求。电工电子认识实习是电子信息工程专业实践教学的关键环节之一［1］，其目的是通过认识实习，使学生对本专业产生感性直观的认识，进而了解本专业的学习方向，增强对本专业的理解，为后续专业课的学习做必要的准备［2］。

1 电子信息工程专业认识实习教学概况

东华大学电子信息工程专业实习内容主要包括电工电子认识实习、金工实习和毕业实习，三类实习循序渐进，逐步培养学生的动手能力与综合实践能力。电工电子认识实习作为实习的第一环节，肩负着培养学生专业热情与专业素养的使命，其重要性不言而喻［3］。由于各种因素的影响，当前的电工电子认识实习内容与方式已经不能满足社会对于具有较高工程素质人才的需求，亟待通过教学改革逐步解决这一难题［4］。

学校电子信息工程专业认识实习现有内容包括安全用电、焊接、EWB仿真和元器件的认识四个部分，其内容过于陈旧，已满足不了社会对于学生工程素质的要求。而现代计算机技术可以综合电子信息领域产生的各项新技术，因而将计算机技术应用于实践教学的模拟仿真或设计，已成为电子信息工程专业学生实践教学的首选内容之一。这种实习方式既可以作为今后就业的先期实践，也可以成为产学结合的一种新趋势［5－6］。因此，本文以差动放大印制电路单面板的制作为例，探讨如何将Protel99SE软件引入认识实习教学环节。

2 基于Protel99SE的差动放大印制电路教学

印制电路板（printed circuit board，PCB）是电子元器件的支撑体。最早的印制电路板引进软件是Smartwork，而Protel99SE是Altinum公司电路板设计系统的流行版本，是一套集理论知识与实际技能于一体、实践性很强的软件，由于其基本操作简单易学，因而成为电子产品制作行业的核心工具［7－8］。Protel99SE主要包含原理图设计系统*. sch和PCB设计系统*.pcb两部分，两大系统由网络表作为连接，其操作流程主要有以下三步：（1）创建原理图文件并绘制原理图；（2）生成网络表；（3）创建PCB文件，导入网络表，并对PCB文件布局与布线。由于认识实习时间的限制，对于两大系统器件库的制作不做要求，只要求学生会使用已有器件库内容即可。下面以差动放大电路PCB的实践教学为例，详细介绍该软件的操作流程。

2.1 原理图的绘制

打开软件后，按照File→New→Schematic Document这一路径建立原理图文件。首先，在此文件的左上角Browse sch窗口下点击AddRemove按钮，即可添加绘制原理图常用的库文件［9］，主要有Miscellaneous Devices.lib和Protel Dos Schematic.libraries两个库文件；然后，在此库文件里寻找需要的元器件，如电阻、电位器、三极管和短路接口等；最后，将这些元器件用带有电气特性的导线连接好即可［10］。绘制好的差动运放电路原理图如图1所示。

图1 差动运放电路原理图

2.2 网络表的生成

用Protel99SE打开原理图文件，按照Design→Create Netlist路径，即可自动生成网络表，网络表里包涵元件符号、元件参数、同一结点的引脚标号以及器件的封装等信息。

2.3 PCB文件的设计

按照File→New→PCB Document路径，建立PCB文件。建立PCB文件后，主要按照如下步骤进行PCB的设计［11－12］。

1）按照Design→Rules路径开始设计PCB的规则，如导线的宽度、导线与导线之间的距离等的设计。由于线宽、线间距及走线等规则的设计不仅与电流大小有关，而且也涉及高频电路的分布电容等诸多因素。在本电路的设计过程中，由于电路比较简单，不涉及到高频电路部分的内容，因而我们仅要求学生设计的导线宽度根据信号的作用有所区分即可，如电源线和地线为2mm，其他信号线均为1mm。

2）设定坐标原点。可以选取已有的坐标原点作为所绘图纸的坐标原点，也可以根据自己的需要重新设定一个原点，即在PCB文件的两条线交叉处执行Edit→Origin→Set操作或者按下按钮，即可设定该位置为坐标原点。重新设定坐标原点主要是为之后画印制电路板的尺寸做准备。

3）画印制电路板的边框。在PCB文件里，以坐标原点为起始点，在Mechanical层画PCB的外边框，一般用Mechanical4（即机械4层），外边框的尺寸为15.0 cm×8.5 cm（此尺寸比较大，主要是方便学生在做好的印制电路板上测量）。在距离外边框2 mm处画内边框，此线必须画在禁止布线层，即KeepOutlayer层。线条的粗细通过双击该线段修改。

4）导入网络表。在前一步骤的界面下，按照Design→Load Netlist路径，即可将网络表导入PCB文件，导入后的所有元器件堆积在一起，元件与元件之间通过飞线相连。执行Tools→Auto placement→Auto Place…操作，将堆积在一起的所有元器件自动分开，这就为之后的布局及布线提供了方便。

5）布局。将所有的元器件拉开，以核心元件为中心，将其他元件均匀、整齐、紧凑地排列在核心元件周围，且元件之间的引线尽可能的短。位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘的距离不小于2 mm。在布局时同样要考虑信号的走向问题，如模拟信号与数字信号要分开，高频与低频要分开，发热元件要放置在印制电路板的边缘以利于散热等等，由于本课程所用的差动放大电路较简单，只有模拟信号，且频率比较低，没有发热比较大的元件，因而对于初学者来说布局就相对容易些。

6）布线与覆铜。一般采取先自动布线，然后，在自动布线的基础上执行Place→Interactive Routing操作，也就是交互式布线。这样既可以解决密集元件布线难的问题，又可以修补自动布线不简洁美观的问题。

7）补泪滴。补泪滴操作主要是针对单面板而言，由于单面覆铜，一旦元件发热，焊盘很容易脱落，采取补泪滴这一操作就大大减小了焊盘脱落的现象。学生设计得较好的差动放大电路PCB板，如图2所示。

8）将做好的PCB文件发到厂家即可做成PCB板。虽然不能保证每名学生都有机会看到自己的产品，但是通过整个印制电路板的设计，学生已经基本掌握Protel99SE这个软件，老师在最后评分的时候可以按照布局的合理性以及布线等设计规则的要求把学生的成绩区别开来。

图2 学生设计好的差动放大电路PCB板

3 教学效果分析与展望

对于Protel99SE的教学，传统的教学模式已经跟不上新形势下的教学需要，应该把课堂搬到机房或者实验室去，让学生更多地体验工程的概念，减少其专业迷茫性。在讲解软件时，更应注重教师与学生的互动，避免空洞的讲解，让学生充分参与教学。在Protel99SE的学习过程中，不仅给学生建立了电路设计的理念，告诉学生怎样去设计，以及为什么要这样设计，而且采用启发式的教学方法，启迪学生的创造性思维。通过一个小型印制电路板的设计，把一门抽象的课程可视化，真正做到了实践教学辅助理论教学的目的。同时，是对传统的认识实习纸质试卷的考核方式的挑战，纸质试卷的考核方式显然不能完全反映学生掌握软件的实际水平。从整个实习情况来看，虽然学生开始接触这个软件时有些担心，但是慢慢进入状态之后便很快上手了。因而，开始学习软件时可以用对印制电路板的设计要求比较苛刻的单面板作为设计的对象，待熟悉软件之后再设计双面板和多层板，其设计便会得心应手。随着电子信息技术的日新月异，电工电子认识实习也应该与时俱进，积极探索适合电子信息工程专业的认识实习模式。

4 结束语

学校电子信息工程专业的学生会在认识实习之后有一次关于差动运放电路的模拟电路实验，而此次实验所用到的差动运放电路板正是自己在认识实习时所设计的PCB电路板，从而进一步加深了学生对所学知识的巩固。因此，通过在电工电子认识实习中引入Protel99SE软件，不仅给学生后续专业课程的学习带来额外的收获，使学生体验到学习过程的成就感，进而激发了学生的学习热情，也使得学生变得更加务实与严谨。

［1］王香婷，刘涛，张晓春，等.电工技术与电子技术实验教学改革［J］.实验技术与管理，2013，30（4）：112－115.

［2］安宏科.高职铁道工程技术专业认识实习教学改革与实践［J］.陕西教育：高教版，2011（1）：145.

［3］苏波，王莉，董爱华.电子信息工程专业认识实习教学改革与实践［J］.中国现代教育装备，2010（9）：144－146.

［4］黄菊文，贺文智，徐竟成，等.环境科学专业认识实习教学体系构建与实践［J］.实验室研究与探索，2011，30（9）：165－167.

［5］吴子昊.电子技术&Protel99在电路教学中的应用［J］.黑龙江科技信息，2011（19）：196.

［6］黄菊文，乔俊莲，贺文智，等.改革认识实习教学模式加强学生实践能力和创新能力培养［J］.实验室科学，2010，13（5）：4－6.

［7］侯睿.任务教学法在Protel99se课程教学中的应用［J］.西安航空技术高等专科学校学报，2009，27（1）：66－67.

［8］张洛花，邢广成.基于Protel软件教学的新见解［J］.大众科技，2010（10）：203.

［9］李晓虹，江华圣.Protel软件中元件库的实用加载方法［J］.软件导刊，2007（9）：15－16.

［10］王俊豪，王双.浅析如何应用Protel软件绘制电气原理图［J］.机电信息，2012（15）：132－133.

［11］柴黎，任宇飞.基于Protel99SE的电路板设计［J］.电脑开发与应用，2012（2）：74－75.

［12］栗江，聂影.基于Protel99SE的印制电路板设计［J］.软件导刊，2010（11）：100－101.

Reform and Exploration on the Cognition Practice Teaching in Electronic Information Engineering

ZHANG Yongfang，SHEN Lifang，DENG Kailian，LIU Hao
（School of Information Science and Technology，Donghua University，Shanghai201620，China）

Electrical and electronic cognition practice is an important link of the practice teaching in electronic information engineering specialty.Themain goal of the practice is to cultivate students'basic quality of electrical and electronic.By taking the“differential amplifier circuit”printed circuit board as a typical example，this paper discusses why and how to introduce Protel99SE into the cognition practice course.The teaching process of the printed circuit board can set up students'self－confidence and sense of honor，and stimulate their enthusiasm for further learning.Therefore，the teaching reform can enhance the students'practice spiritand engineering ability，and lay a good foundation for learning of the professional courses.

electrical and electronic cognition practice；teaching reform；differential amplifier circuit；printed circuit board

G642.0

A

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.030

2013－10－15；修改日期：2013－11－04

东华大学教学改革基金资助项目（104－03－0007053）。

张永芳（1985－），女，实验师，研究方向：数模电路课程设计、基础实验及电子工艺实习等。